JP2004112498A - 光伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光伝送路の光学特性を含めて光信号の受光状態が最良となるように光出力波形の安定化を行うことのできる光伝送装置を提供する。
【解決手段】レーザーダイオード３から出射され、光伝送路４を介して送信された光信号に基づいて波形調整を行う。レーザーダイオード３やフォトダイオード５だけでなく光伝送路４の伝送損失をも含めた波形調整を行うことにより、容量の大なるサイズのデータを高速で伝送するような場合であっても送信中にエラーを生じることがなく、信頼性の高い光伝送を実現できる。また、温度変化や経時変化によるレーザーダイオード３の電流・光変換効率の変動に伴う消光比劣化やパルス幅歪の発生を抑制し、出力波形の安定した光信号による光通信を行うことができる。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボード間やチップ間等のデータ速度の高速化や電磁ノイズの低減等を目的として、光によってデータ伝送を行う光伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては次のものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１６４０４９号公報
【特許文献２】
特開平５−９１０５８号公報
【０００４】
特許文献１に示される光送信装置は、レーザー駆動回路７０と、レーザー駆動回路７０によって駆動されてレーザー光を出射するレーザーダイオードを有する発光回路７１と、レーザーダイオードの出射光を受光するフォトダイオードを有した受光回路７２と、レーザー光の受光信号に基づく尖頭値出力電圧と平均値出力電圧の２倍電圧との差電圧に比例した電圧を生成してレーザー駆動回路７０に帰還する安定化回路７３とより構成される。これにより、光出力波形の振幅、上下対称性、消光比を同時に安定化することができる。
【０００５】
特許文献２に示される光送信器は、送信データを入力する入力端子７４と、変調電流制御回路７５と、変調器７６と、平均化回路７７と、比較器７８と、レーザーダイオードである発光素子７９と、電流源８０および８２と、スイッチ８１と、電流増幅器８３と、受光素子８４と、受光素子８４のバイアス用として設けられるバイアス電源８５と、および平均化回路８６とより構成される。バイアス電流が閾値電流よりも少ない場合、発光素子７９に流れる信号電流に応じた電圧と、変調電流に応じた電圧とを比較器７８で比較し、その出力に基づいて変調電流の増加を制限している。これにより、発光素子７９の温度変化や経年劣化による電流光変換効率の変動に伴う光信号の消光比劣化やパルス幅歪みが解消される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の光伝送装置によると、光出力の調整において発光素子から出射された光信号を受光素子で直に受光しているため、光伝送路を間に介した場合に送信先での受光状態が光伝送路の光学特性によって必ずしも最適にはならないという問題がある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、光伝送路の光学特性を含めて光信号の受光状態が最良となるように光出力波形の安定化を行うことのできる光伝送装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、駆動回路によって駆動されて光信号を出射する発光素子と、
前記光信号を伝送する光伝送路と、
前記光伝送路を介して伝送された光信号を受光する受光素子と、
前記伝送された光信号の出力に応じた振幅電圧を検出して検出信号を発生する検出部と、
前記検出信号を入力して前記駆動回路の発光制御を行う制御部とを有することを特徴とする光伝送装置を提供する。
このような構成によれば、光伝送路を介して受光された光信号に基づく発光制御が行われるので、発光素子や受光素子だけでなく光伝送路の光学特性を含めた光伝送装置の制御が可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光伝送装置１を示す。この光伝送装置１は、レーザー駆動回路２および受光回路６を有する複数（同図においては２枚）の回路基板１０と、回路基板１０を搭載する基板５０と、平板状に形成されて回路基板１０を光学的に接続する複数の光伝送路（同図においては２枚）４とから構成されている。同図においては紙面奥の回路基板１０をマスター。紙面手前の回路基板１０をスレーブとしており、マスターとスレーブとが相互に光信号を送受信できるようになっている。なお、光伝送路４は複数のスレーブからひとつのマスターに光信号を伝送する合波型、あるいはひとつのマスターから複数のスレーブに光信号を伝送する分岐型であってもよい。
【００１０】
回路基板１０は、光伝送路４に光信号を出射する発光素子であるレーザーダイオード３と、光伝送路４から入射する光信号を受光する受光素子であるフォトダイオード５と、レーザー駆動回路２、レーザーダイオード３、フォトダイオード５、および受光回路６を制御するＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ−ｓｃａｌｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）８（８Ａおよび８Ｂ）と、回路基板１０と基板５０とを電気的に接続する電気信号入出力部９とを有する。なお、同図においてはマスター側のＬＳＩを８Ａ、スレーブ側のＬＳＩを８Ｂとしている。
【００１１】
基板５０は、回路基板１０の電気信号入出力部９を電気的に接続するプリント配線パターンで形成された配線部５１を有する。配線部５１は、回路基板１０のフォトダイオード５に入射した光信号に基づく振幅検出信号（後述）を発光源であるレーザーダイオード３を有する回路基板１０のＬＳＩ８Ａもしくは８Ｂに伝送する。また、図示されない構成として、複数の光伝送路４を予め定められた位置に位置決めして固定するとともに、電気信号入出力部９を配線部５１に接続することによって回路基板１０と複数の光伝送路４とを所定の位置関係に配置するようになっている。
【００１２】
図２は、光伝送路４を示す。光伝送路４は、側面４０Ａに階段状の段差４０Ｂ、４０Ｃ、および４０Ｄが形成された直方体形状の透光性媒体４０と、透光性媒体４０の一方の端面に形成される反射型光拡散部４１と、段差４０Ｂ、４０Ｃ、および４０Ｄの端部に設けられる４５度面４２とを有し、段差４０Ｂ、４０Ｃ、および４０Ｄの上面はレーザーダイオード３およびフォトダイオード５と光学的に結合して光信号の入射面および出射面として機能するようになっている。
【００１３】
透光性媒体４０は、透光性材料からなる板状のコアと、光信号の入射面または出射面を除くコアの上面、下面、左右両側面に形成され、コアよりも屈折率の低いクラッドとから構成されている。コアは、例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート、アモルファスポリオレフィン等のプラスチック材料、あるいは無機ガラス等により形成され、クラッドは、例えば、フッ素系ポリマー等から形成されている。
【００１４】
図３は、光伝送装置１の回路ブロック図を示す。光伝送装置１は、送信側ＬＳＩ８Ａと、レーザー駆動回路２と、レーザーダイオード３と、光伝送路４と、フォトダイオード５と、受光回路６と、および受信側ＬＳＩ８Ｂとを１単位として構成されており、送信側ＬＳＩ８Ａは、受信側ＬＳＩ８Ｂと配線部５１を介して電気的に接続される。なお、同図においてはマスター側からスレーブ側に光信号を伝送する構成を示しているが、スレーブ側からマスター側に光信号を伝送する構成であってもよい。
【００１５】
レーザー駆動回路２は、送信側ＬＳＩ８Ａから送信データに応じた信号を入力する入力回路２１と、レーザーダイオード３に供給するバイアス電流を制御するバイアス電流制御回路２２と、前述のデータに応じた信号に基づいて変調電流を発生させる変調電流制御回路２３とを有する。
【００１６】
受光回路６は、フォトダイオード５で受光した光信号の出力振幅に基づく電気信号を増幅する増幅器（ＡＭＰ）６１と、増幅された電気信号の変調振幅電圧（振幅値）を検出して振幅検出信号として出力する振幅検出回路６２と、振幅検出回路６２を介して入力する受信データを受信側ＬＳＩ８Ｂに出力するＩ／Ｆ回路６３とを有する。振幅検出信号は振幅検出回路６２から直接受信側ＬＳＩ８に出力される。
【００１７】
図４（ａ）は、レーザーダイオード３の光出力特性の変化を示す。温度については温度１、温度２、温度３の順に大になっている。レーザーダイオード３は、温度の上昇によって閾値変動や電流・光変換効率の低下といった特性変動が生じる。このような特性変動によって光出力の低下を生じることがあり、温度１および温度３の光出力特性からも明らかなように温度が上昇するにつれて顕著になる。
【００１８】
図４（ｂ）は、レーザーダイオード３の変調電流を一定にしてバイアス電流を変化させたときの変調振幅電圧の変化を示す。温度１から温度３については図４（ａ）と同条件である。バイアス電流が閾値電流を超えてリニアな領域に達すると変調振幅電圧が飽和状態となり、更にバイアス電流を増加させると減少する傾向を示す。
【００１９】
変調振幅電圧は、バイアス電流の増大によって上昇し、ピーク値あるいは飽和領域近辺で最大となる。この最大値についても温度に応じて変化することから、図示するピーク値ａとなるようにバイアス電流を設定することで発光遅延が無く、波形を安定化させることができる。この変調振幅電圧が所定値に満たない場合は変調電流を変化させることにより発光状態の調整を行う。
【００２０】
図５は、レーザーダイオード３の光出力波形調整（以下「波形調整」という。）のフローチャートを示し、送信側ＬＳＩ８Ａ（マスター側）は、所定の時期に波形調整動作を実行する。所定の時期としては、例えば、電源投入時、送信エラーの発生時、温度上昇時等がある。
【００２１】
以下に、電源投入時に波形調整動作を実行する場合について説明する。
【００２２】
オペレータが光伝送装置の電源を投入すると、送信側ＬＳＩ８Ａの図示しない主制御部において波形調整要求信号が出力される（Ｓ２０）。波形調整は、マスター側の調整（Ｓ２１）、およびスレーブ側の調整（Ｓ２２）の順に実行される。
【００２３】
複数のスレーブが設けられている場合には、各スレーブがマスターと光通信を行うことによって波形調整を行う。各スレーブについて波形調整が終了すると波形調整動作を終了する（Ｓ２３）。
【００２４】
図６は、波形調整動作の具体的な手順についてのフローチャートを示す。
まず、マスター側について波形調整動作を実行する。送信側ＬＳＩ８Ａは、波形調整要求信号を発生し、配線部５１を介して受信側ＬＳＩ８Ａに送信する。受信側ＬＳＩ８Ｂは、波形調整要求信号を受信すると光信号の受信待機状態となる。なお、配線部５１を介して電気的に送信せずに送信側ＬＳＩ８Ａのレーザーダイオード３から波形調整要求信号として所定の発光パターンで光信号を送信するようにしてもよい。
【００２５】
送信側ＬＳＩ８Ａは、バイアス電流制御回路２２に予め設定されたバイアス電流の最小値に応じた制御信号を出力する。バイアス電流制御回路２２は、制御信号を入力することに基づいてレーザーダイオード３にバイアス電流を供給する（Ｓ１）。
【００２６】
送信側ＬＳＩ８Ａは、内蔵されるメモリに格納された送信テストパターンを送信データとして入力回路２１に出力し、変調電流制御回路２３に変調電流生成信号を出力する。送信テストパターンは、１（発光）または０（消光）の組み合わせによってテスト用の光信号を発生させるものである。変調電流制御回路２３は、変調電流生成信号を入力すると入力回路２１から送信データを読み込んでレーザーダイオード３に一定の出力レベルの変調電流を供給する。
【００２７】
レーザーダイオード３は、レーザー駆動回路２からバイアス電流および変調電流を供給されることによって発光し、送信テストパターンに応じた光信号を光伝送路４に出射する（Ｓ２）。
【００２８】
フォトダイオード５は、光伝送路４から入射する光信号を受光して増幅器６１に出力する（Ｓ３）。増幅器６１は、受光した光信号の出力振幅に基づく電気信号を増幅して振幅検出回路６２に出力する。
【００２９】
振幅検出回路６２は、増幅された電気信号の振幅検出信号を検出し（Ｓ４）、受信側ＬＳＩ８Ｂに出力する。
【００３０】
受信側ＬＳＩ８Ｂは、振幅検出信号を配線部５１を介して送信側ＬＳＩ８Ａに送信する（Ｓ５）。
【００３１】
送信側ＬＳＩ８Ａは、振幅検出信号を受信し、その結果をメモリ（送信側ＬＳＩ８Ａが持つ）に格納する（Ｓ６）。バイアス電流が予め設定されている最大値に到達していなければ、バイアス電流を増加し、受信側ＬＳＩ８Ｂとの調整シーケンスを続行する（Ｓ７）。バイアス電流が最大値に到達していれば、メモリに格納されているデータを基にバイアス電流を最適値に設定し（図４（ｂ）のピーク値ａ）、バイアス電流の調整を終了する（Ｓ８）。なお、図４（ｂ）に示すグラフが右肩上がりの特性を示す場合はバイアス電流の最大値を、ピークを持たずに飽和状態である時は、飽和レベルでの最小値を最適値とする。
【００３２】
次に、変調電流の調整を行なう。送信側ＬＳＩ８Ａは、送信テストパターンを送信データとして入力回路２１に出力し、変調電流制御回路２３に予め定められた最小の変調電流となるように変調電流生成信号を出力する。変調電流制御回路２３は、変調電流生成信号を入力すると入力回路２１から送信データを読み込んで変調電流を設定する（Ｓ９）。以下、Ｓ１０からＳ１４についての動作は上記したＳ２からＳ６の動作と同じであるので説明を省略する。
【００３３】
送信側ＬＳＩ８Ａは、振幅検出信号を受信し、光信号の出力振幅が光通信を成立させるレベルに達しているか否かの判定を行う。ここで、出力振幅が上記レベルに達していないときは、変調電流を増加させるよう変調電流生成信号を出力し、変調電流の調整シーケンスを続ける。変調電流が予め設定されている最大値を超えた時は、エラーを出力して、変調電流調整シーケンスを終了する（Ｓ１４）。
【００３４】
送信側ＬＳＩ８Ａは、上記した波形調整動作によって光信号の出力振幅が得られると波形調整終了の送信データに基づく光信号をレーザーダイオード３から出射させる（Ｓ１６）。受信側ＬＳＩ８Ｂは、波形調整終了に基づく光信号を受光回路６から受光するとマスター側の波形調整を終了する（Ｓ１７）。なお、送信側ＬＳＩ８Ａは、波形調整終了に基づく光信号をレーザーダイオード３に送信させる代わりに電気的な信号として波形調整終了信号を配線部５１を介して受信側ＬＳＩ８Ｂに送信してもよい。
【００３５】
次に、スレーブ側について、上記したＳ１からＳ１７に基づいて同様に波形調整動作を行う。
【００３６】
波形調整が終了すると、送信側ＬＳＩ８Ａは送信データに基づく光信号の伝送を行う。まず、光通信を開始する送信開始信号を入力回路２１に入力し、バイアス電流制御回路２２および変調電流制御回路２３に制御信号を出力する。バイアス電流制御回路２２はバイアス電流をレーザーダイオード３に供給する。また、変調電流制御回路２３は、入力回路２１から送信データを読み込んで変調電流を生成し、レーザーダイオード３に供給する。レーザーダイオード３は、バイアス電流および変調電流を入力されることによって発光し、光伝送路４を介してフォトダイオード５に光信号を出射する。フォトダイオード５で受光した光信号は光電変換されて電気信号として受光回路６に入力し、受信側ＬＳＩ８Ｂに電気信号として入力する。
【００３７】
受光回路６において、振幅検出回路６２は電気信号のエラー検出を行う。振幅電圧が設定値を下回ると、エラー発生が起こりやすいと判断し、振幅検出回路６２は受信側ＬＳＩ８Ｂに送信エラー発生信号を出力する。受信側ＬＳＩ８Ｂは、送信エラー発生信号を入力すると配線部５１を介して送信側ＬＳＩ８Ａに波形調整要求信号を出力する。送信側ＬＳＩ８Ａは波形調整要求信号の入力に基づいて上記した手順で波形調整動作を実行する。
【００３８】
上記した第１の実施の形態によれば、以下に示す効果が得られる。
（１）レーザーダイオード３から出射され、光伝送路４を介して送信された光信号に基づいて波形調整を行うようにしたので、レーザーダイオード３やフォトダイオード５だけでなく光伝送路４の伝送損失をも含めた波形調整を行うことができ、容量の大なるサイズのデータを高速で伝送するような場合であっても送信中にエラーを生じることがなく、信頼性の高い光伝送を実現できる。
（２）波形調整動作を所定の時期に実行することによって、レーザーダイオード３の駆動状態に応じた最適なバイアス電流および変調電流を設定することができるので、温度変化や経時変化によるレーザーダイオード３の電流・光変換効率の変動に伴う消光比劣化やパルス幅歪の発生を抑制し、出力波形の安定した光信号による光通信を行うことができる。
（３）波形調整を送信テストパターンに基づいて行うので、レーザーダイオード３から出射される光信号の良否をパターン認識等によって容易かつ速やかに判定することができ、光通信の実行中に波形調整要求信号が生じて波形調整動作を実行するような場合でも、多大な時間を要することなしにレーザーダイオード３に供給するバイアス電流および変調電流を最適化することができる。
【００３９】
なお、第１の実施の形態では、波形調整動作において受信側ＬＳＩ８Ｂから振幅検出信号を配線部５１を介して送信側ＬＳＩ８Ａに送信しているが、受信側ＬＳＩ８Ｂに内蔵されるメモリに同じ送信テストパターンを格納しておき、受信側ＬＳＩ８Ｂで光信号の出力振幅が光通信を成立させるレベルに達しているか否かの判定を行い、判定結果を配線部５１を介して送信側ＬＳＩ８Ａに送信するようにしてもよい。
【００４０】
また、第１の実施の形態では、平板状の光伝送路４を用いた光伝送装置を説明したが、これに限定されず、光透過性樹脂等によって形成される透過型あるいは反射型の光導光路と、光導光路に光学的に接続される複数の光ファイバと、複数の光ファイバを介して回路基板１０のレーザーダイオード３およびフォトダイオード５を光導光路に光学的に接続し、光信号による多対多通信を可能にする光配線基板を光伝送路４の代わりに用いてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光伝送装置によると、光伝送路を介して伝送された光信号に基づいて発光素子に供給するバイアス電流および変調電流を最適化するようにしたため、光伝送路の光学特性を含めて光信号の受光状態が最良となるように光出力波形の安定化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光伝送装置の斜視図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光伝送路の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る光伝送装置の回路ブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係るレーザーダイオードの温度変化に対する動作特性を示し、（ａ）は光出力特性図、（ｂ）は変調振幅電圧の変化を示す特性図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る光出力波形調整動作の第１のフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る光出力波形調整動作の第２のフローチャートである。
【図７】特許文献１の発明の概略構成図である。
【図８】特許文献２の発明の概略構成図である。
【符号の説明】
１、光伝送装置　２、レーザー駆動回路　３、レーザーダイオード
３、温度　４、光伝送路　５、フォトダイオード　６、受光回路
８、ＬＳＩ　８Ａ、ＬＳＩ　８Ｂ、ＬＳＩ　９、電気信号入出力部
１０、回路基板　２１、入力回路　２２、バイアス電流制御回路
２３、変調電流制御回路　４０、透光性媒体　４０Ａ、側面　４０Ｂ、段差
４０Ｃ、段差　４０Ｄ、段差　４１、反射型光拡散部　４２、４５度面
５０、基板　５１、配線部　６１、増幅器　６２、振幅検出回路
６３、Ｉ／Ｆ回路　７０、レーザー駆動回路　７１、発光回路　７２、受光回路
７３、安定化回路　７４、入力端子　７５、変調電流制御回路　７６、変調器
７７、平均化回路　７８、比較器　７９、発光素子　８０、電流源
８１、スイッチ　８３、電流増幅器　８４、受光素子
８５、バイアス電源　８６、平均化回路

Claims (6)

1. 駆動回路によって駆動されて光信号を出射する発光素子と、
   前記光信号を伝送する光伝送路と、
   前記光伝送路を介して伝送された光信号を受光する受光素子と、
   前記伝送された光信号の出力に応じた振幅電圧を検出して検出信号を発生する検出部と、
   前記検出信号を入力して前記駆動回路の発光制御を行う制御部とを有することを特徴とする光伝送装置。
2. 前記制御部は、前記駆動回路および前記発光素子を搭載する第１の回路基板に設けられる第１の制御部と、前記受光素子および前記検出部を搭載する第２の回路基板に設けられる第２の制御部とを含むことを特徴とする請求項１記載の光伝送装置。
3. 前記第１の制御部は、前記第２の制御部から送信される前記検出信号に基づいて前記駆動回路に前記発光素子の光出力波形調整を実行させることを特徴とする請求項２記載の光伝送装置。
4. 前記第２の制御部は、前記検出信号に基づく光出力波形調整要求信号を前記第１の制御部に送信することを特徴とする請求項２記載の光伝送装置。
5. 前記制御部は、予め定められた送信テストパターンに基づく光信号を前記光伝送路を介して送信させることによって前記発光素子の光出力波形調整を実行することを特徴とする請求項１記載の光伝送装置。
6. 前記制御部は、前記光出力波形調整において前記発光素子に供給するバイアス電流を設定し、設定された前記バイアス電流における変調電流の設定を行うことを特徴とする請求項５記載の光伝送装置。

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