JP2005130303A - 双方向光モジュール、光モジュール、双方向光送受信装置及び光伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】 光送受信装置において光クロストークのみならず電気クロストークによる影響も効率的に除去する技術を提供する。
【解決手段】 光伝送路から受信した受信信号を一対の差動信号に変換し、この差動信号を差動増幅することにより差動信号から同相成分を除去することで、電気クロストークが除去される。送信信号又はその逆相信号の振幅、位相、周波数特性を調整して光クロストーク補正信号を生成する。このとき、光クロストーク補正信号の波形が差動増幅した受信信号の光クロストーク成分とほぼ等しくなるように調整を行い、光クロストーク成分を光クロストーク補正信号で相殺する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、一芯双方向光通信システムにおいて入力される電気信号を光信号に変換して光伝送路に出力するとともに、光伝送路から入力される光信号を電気信号に変換して出力する光送受信装置に関し、特に、そのような光送受信装置内部の送信系から受信系へのクロストークの影響を軽減する技術に関する。

１本の光伝送路（例えば光ファイバなど）により双方向の通信を行う一芯双方向光通信システムに用いられる光送受信装置は、概して、電気回路から送信すべき電気信号を受け取り、光信号に変換して光伝送路に結合する送信部と光伝送路から光信号を受信して電気信号に変換する受信部から成るが、光伝送路との境界部分では送信部と受信部とが混在することになる。このような光送受信装置では、送信系から送信信号エネルギーが漏れ、漏れた送信信号エネルギーが受信系に影響を与える、いわゆる、クロストークが発生する。特に、光信号から電気信号への変換と、この逆変換の両方を行う双方向光モジュールを用いる光送受信装置では、クロストークが発生しやすい。

一芯双方向光送受信装置においてクロストークを軽減する技術は種々存在する。例えば、受信部の受光素子から出力されるパルス信号のレベルをしきい値と比較して出力信号を得る方式において、送信部の発光素子からのクロストーク量を判別し、しきい値をクロストーク量に応じて設定する光送受信装置がある（例えば、下記の特許文献１及び特許文献２参照）。

図６は、この種の従来の光送受信装置の構成を示す略ブロック図である。図６において、光送受信装置２００は、光ファイバなどの光伝送路（図示せず）に光コネクタなど（図示せず）で接続される引き出し光伝送路１０と、引き出し光伝送路１０から入力される光信号を電気信号に変換するとともに送信すべき電気信号を光信号に変換して引き出し光伝送路１０に結合する双方向光モジュール２０１と、送信すべき電気信号に基づいて双方向光モジュール２０１を駆動するための駆動回路３と、送信すべき電気信号から生成したクロストーク補正信号により双方向光モジュール２０１の出力を補正する光クロストーク除去回路２０４と、光クロストーク除去回路２０４の出力の振幅を一定に制御して出力する制限増幅器６と、制限増幅器６の出力からクロック成分を抽出し再生するクロック再生回路８と、制限増幅器６の出力信号及びクロック再生回路８からのクロック信号を用いてデータ信号を再生するデータ再生回路７から構成される。

双方向光モジュール２０１は、引き出し光伝送路１０と、駆動回路３から与えられる電気信号を光信号に変換する発光素子１１と、引き出し光伝送路１０から得られる光信号（Ｓｒとする）を電気信号に変換する受光素子１２と、発光素子１１が出力する光信号を引き出し光伝送路１０に光学的に結合させるとともに、引き出し光伝送路１０から出射される光信号を受光素子１２に光学的に結合する波長分割多重素子１３と、受光素子１２の微弱な出力電気信号Ｓｒを低雑音増幅する前置増幅器２０から構成される。

光モジュール２０１においては、発光素子１１から出射した光信号の一部が受光素子１２に入射する光クロストーク（図６中ＯＬで表す）に加え、発光素子１１に入力される前の電気信号が前置増幅器２０や周辺の回路パターンに干渉する電気クロストーク（図６中ＥＬで表す）が発生する。このため、受光素子１２に流れる電流は、光信号Ｓｒによる成分のほか、光クロストークＯＬに起因する電流成分と電気クロストークＥＬに起因する電流成分を含む。したがって、前置増幅器２０の出力は、これらすべての成分を増幅したものとなる。

光クロストーク除去回路２０４は、外部から供給される送信データと同じ位相の信号を駆動回路３に出力する正相出力及び送信データと逆位相の信号を出力する逆相出力を備えたバッファ回路４１と、バッファ回路４１の逆相出力信号の位相を調節する位相調整回路４２と、逆相出力信号の振幅を適切なレベルに減衰させる振幅調整回路４４とを備えることにより、前置増幅器２０の出力に含まれるクロストーク成分を相殺するためのクロストーク補正信号を生成する。さらに、光クロストーク除去回路２０４は、前置増幅器２０の出力と振幅調整回路４４から出力されるクロストーク補正信号とを加算する加算器４６を備える。

ここで、バッファ回路４１の正相出力端子を含む接続導線をノードＮＡ、前置増幅器２０の出力端子を含む導線をノードＮＢ、振幅調整回路４４の出力端子を含む導線をノードＮＧ、加算器４６の出力端子を含む導線をノードＮＨで表す。図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は、ノードＮＡ、ＮＢ、ＮＧ及びＮＨにおける信号波形をそれぞれ示す図である。以降、図６、図７を参照しながら説明する。ノードＮＡを通る送信信号をＳｔとする。バッファ回路４１の逆相出力信号は、図６、図７中ではブール代数の慣例にならいＳｔに上線を付けて記すが、本文中では／Ｓｔと記す。

なお、この例では、駆動回路３への入力電気信号Ｓｔがハイレベルの場合には前置増幅器２０の出力もハイレベルに相当するレベルであると仮定する。この関係が逆の場合には、バッファ回路４１の正相出力を位相調整回路４２の入力に直に接続するか、又はバッファ回路４１の逆相出力と位相調整回路４２の入力との間に反転回路（図示せず）を挿入するようにする。

送受信装置２００に入力された送信データ信号は、バッファ回路４１により二分岐され、一方の正相出力Ｓｔは駆動回路３に入力される。駆動回路３により発光素子１１を駆動し光信号に変換され、波長分割多重素子１３を介して引き出し光伝送路１０に入射し光信号として伝送される。一方、引き出し光伝送路１０から出射した光信号Ｓｒは、波長分割多重素子１３を介して受光素子１２に入射し、前置増幅器２０により低雑音増幅される。この時、上述のように光クロストークＯＬと電気クロストークＥＬにより、自局が送信した信号Ｓｔも一緒に出力される。前置増幅器２０の出力のうち、受信光信号Ｓｒによる成分はａ・Ｓｒ、光クロストークＯＬによる成分はｂ・Ｓｔと表せる。ただし、ａは、引き出し光伝送路１０から前置増幅器２０の出力に至る光学的、電気的条件によって決まる定数であり、ｂは、駆動回路３から前置増幅器２０の出力に至る光学的、電気的条件によって決まる定数である。なお、この例では、ａ及びｂを正の定数とする。電気的条件の主要因子は前置増幅器２０の増幅度である。電気クロストークは主として容量性の結合によって生じるので、前置増幅器２０の出力のうち、電気クロストークによる成分はＳｔの関数Ｅ（Ｓｔ）として表す。受信信号成分ａ・Ｓｒ、光クロストーク成分ｂ・Ｓｔ及び電気クロストーク成分Ｅ（Ｓｔ）の波形は例えば図７（Ｂ）のように表すことができる。仮に、クロストーク成分ｂ・Ｓｔ、Ｅ（Ｓｔ）のピークピーク値（peak-to-peak value）をそれぞれＨ１及びＨ２とする。

バッファ回路４１の逆相出力／Ｓｔは位相調整回路４２により、前置増幅器２０の出力の中に含まれるクロストークと位相が合うように調整され、振幅調整回路４４により、クロストークのレベルと等しくなるように調整される。位相調整回路４２及び振幅調整回路４４の出力信号をそれぞれ／Ｓｔ'及びｃ・／Ｓｔ'とする。ｃは、振幅調整回路４４の調整率（減衰定数）である。振幅調整回路４４の調整率ｃは、その出力であるクロストーク補正信号ｃ・／Ｓｔ'のピークピーク値が前置増幅器２０の出力の光クロストーク成分ｂ・Ｓｔのピークピーク値Ｈ１と同じになるように設定してもよいし、光クロストーク成分ｂ・Ｓｔのピークピーク値Ｈ１と電気クロストーク成分Ｅ（Ｓｔ）のピークピーク値Ｈ２の１／２との和（＝Ｈ１＋Ｈ２／２）に等しくなるように設定してもよい（図７（Ｃ））。

前置増幅器２０の出力は、加算器４６により、振幅調整回路４４からのクロストーク補正信号ｃ・／Ｓｔ'と加算される。クロストーク補正信号ｃ・／Ｓｔ'のピークピーク値をＨ１＋Ｈ２／２に設定した場合の加算器４６の出力信号波形を図７（Ｄ）に示す。図７（Ｄ）から分かるように、加算器４６の補正により、光クロストーク成分はほぼ打ち消されるが、電気クロストーク成分はクロストーク補正信号ｃ・／Ｓｔ'では相殺されない。この意味においては、従来の光クロストーク除去回路２０４は、「光クロストーク除去回路」であると言える。

加算器４６の出力は、制限増幅器６により振幅が一定になるように制限される。制限増幅器６の出力信号から、クロック再生回路８がクロック信号を再生し、制限増幅器６の出力信号と再生したクロック信号から、データ再生回路７がデータ信号を再生して出力する。このように、上記従来の光送受信装置でも、入力される光信号からクロストークを差し引き、データ信号とクロック信号を再生し出力するとともに、入力される電気信号を光信号に変換して出力することができ、一芯の光伝送路で送受信用の光信号をやり取りする一芯双方向の光通信を具現化することができる。
特開平３−１５８０２９号公報（第３〜４頁、図３） 特許第３００６００４号公報（第２〜３頁、図１、図２）

しかしながら、上述のように、従来の光送受信装置は、電気クロストークを除去することができない。図８、図９は、光クロストーク及び電気クロストークの周波数特性をそれぞれ示すグラフである。いずれのクロストークも周波数と共に強度が変化するが、電気クロストークの強度は周波数の増加と共に増大するので、高速通信の場合、特に問題となる。

したがって、電気クロストーク成分を除去するのに適した一芯双方向光モジュールがあれば好都合である。
また、光クロストーク成分のみならず電気クロストーク成分も低減させることにより受信特性が優れた一芯双方向光送受信装置があれば好都合である。
さらに、光クロストーク成分のみならず電気クロストーク成分も低減させることにより優れた受信特性で一芯双方向光送受信が可能な光伝送システムがあれば好都合である。

請求項１に記載の双方向光モジュールは、印加された電気信号に応じて発光する発光素子と、通信先との光送受信を行う通信用光伝送路から受信した受信光信号を電気信号に変換する受光素子と、前記通信用光伝送路からの前記受信光信号を前記受光素子に結合し、前記発光素子が出力する光信号を前記光伝送路へと方向付けする光合分波素子と、前記受光素子の陽極電流と陰極電流とに応じた一対の差動電圧を出力する差動出力手段とを備える。この双方向光モジュールを用いることにより、電気クロストーク成分を除去できる双方向光送受信装置を容易に構成することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の双方向光モジュールにおいて、前記差動出力手段が、前記陽極電流に関する入出力の帰還を実現する帰還抵抗と前記陰極電流に関する入出力の帰還を実現する帰還抵抗とを含むものである。この構成により、請求項１に記載の双方向光モジュールと同様の効果を有する。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の双方向光モジュールにおいて、前記差動出力手段が、前記受光素子の陽極に入力が接続された第１の電流電圧増幅手段と、前記受光素子の陰極に入力が接続された第２の電流電圧増幅手段とを備えたものである。この構成により、請求項１に記載の双方向光モジュールと同様の効果を有する。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の双方向光モジュールにおいて、前記第１及び第２の電流電圧増幅手段の各々を、反転利得を有する反転増幅器と前記反転増幅器の入出力に接続された帰還抵抗からなる電流帰還型増幅器としたものである。この構成により、請求項１に記載の双方向光モジュールと同様の効果を有する。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれか１つに記載の双方向光モジュールが、前記通信用光伝送路と前記光合分波素子とを光学的に結合する引き出し光伝送路をさらに備えたものである。

請求項６に記載の発明は、請求項１から５のいずれか１つに記載の双方向光モジュールにおいて、前記一対の差動電圧を差動入力として増幅する差動増幅手段を更に備えたものである。

請求項７に記載の双方向光送受信装置は、請求項１から５のいずれか１つに記載の双方向光モジュールと、送信すべき送信信号に応じて前記双方向光モジュールの前記発光素子を駆動する駆動手段と、前記一対の差動電圧を差動増幅することにより前記差動電圧の同相成分を除去する差動増幅手段と、前記差動増幅手段の出力からクロック信号を抽出する手段と、前記差動増幅手段の出力から前記クロック信号に基づいてデータ信号を再生する手段とを備える。この構成により、受信信号から電気クロストーク成分をほぼ除去することができるので、優れた受信特性を得ることができる。

請求項８に記載の双方向光送受信装置は、請求項６に記載の双方向光モジュールと、送信すべき送信信号に応じて前記双方向光モジュールの前記発光素子を駆動する駆動手段と、前記差動増幅手段の出力からクロック信号を抽出する手段と、前記差動増幅手段の出力から前記クロック信号に基づいてデータ信号を再生する手段とを備える。この構成により、少ない部品点数で、受信信号から電気クロストーク成分をほぼ除去することができるので、低コストで優れた受信特性を得ることができる。

請求項９に記載の発明は、請求項７又は８に記載の双方向光送受信装置において、前記送信信号の振幅が前記差動増幅手段の出力に含まれる光クロストーク成分の振幅とほぼ等しくなるように、前記送信信号又はその逆相信号の振幅を調整してクロストーク補正信号を生成する振幅調整手段と、前記差動増幅手段の出力に含まれる前記光クロストーク成分を前記クロストーク補正信号で相殺する手段とを更に備えたものである。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の双方向光送受信装置において、前記クロストーク補正信号の位相が前記差動増幅手段の出力に含まれる前記光クロストーク成分の位相とほぼ等しくなるように位相調整を行う位相調整手段を更に備えたものである。

請求項１１に記載の発明は、請求項９又は１０に記載の双方向光送受信装置において、前記クロストーク補正信号の周波数特性が前記差動増幅手段の出力に含まれる前記光クロストーク成分の周波数特性とほぼ等しくなるように周波数特性の調整を行う周波数特性調整手段を更に備えたものである。

請求項１２に記載の発明は、請求項１０に記載の双方向光送受信装置において、前記位相調整手段の遅延時間を、前記駆動手段と前記発光素子による遅延時間と、前記発光素子が出力する光信号の一部をクロストーク信号として前記受光素子が受光するために要した遅延時間と、前記差動出力手段及び前記差動増幅手段による遅延時間の合計とほぼ等しくなるように調整するものである。

請求項１３に記載の発明は、請求項１１に記載の双方向光送受信装置において、前記周波数特性調整手段の周波数特性を、前記駆動手段と前記発光素子と前記受光素子と前記差動出力手段と前記差動増幅手段の周波数特性とほぼ等しくなるように調整するものである。

請求項１４に記載の発明は、請求項９から１３のいずれか１つに記載の双方向光送受信装置において、前記振幅調整手段を抵抗素子としたものである。

請求項１５に記載の光伝送システムは、光伝送路に接続された請求項７から１４のいずれか１つに記載の双方向光送受信装置を備え、送信すべき前記送信信号は前記駆動手段に出力し、前記光伝送路から受信した信号は前記クロック信号と前記データ信号として受け取ることにより一芯双方向光送受信を行う。この構成により、光クロストーク成分のみならず電気クロストーク成分もほぼ除去されるので、優れた受信特性で一芯双方向光送受信が可能なシステムを得ることができる。

請求項１６に記載の一芯双方向光伝送システムは、送信する送信光信号と受信する受信光信号の波長が異なる２つの請求項７から１４のいずれか１つに記載の双方向光送受信装置を光ファイバで接続し、対向させることにより一芯の光ファイバで双方向の通信を行う。

請求項１７に記載の発明は、送信元から受信用光伝送路を介して受信した受信光信号を電気信号に変換する受光素子と、前記受光素子の陽極電流と陰極電流とに応じた一対の差動電圧を出力する差動出力手段とを備えた光モジュールである。この光モジュールにより、電気クロストーク成分の除去が可能な双方向光送受信装置を容易に構成することができる。

請求項１８に記載の発明は、請求項１７に記載の光モジュールにおいて、前記差動出力手段が、前記陽極電流に関する入出力の帰還を実現する帰還抵抗と前記陰極電流に関する入出力の帰還を実現する帰還抵抗とを含むものである。

請求項１９に記載の発明は、請求項１７に記載の光モジュールにおいて、前記差動出力手段が、前記受光素子の陽極に入力が接続された第１の電流電圧増幅手段と、前記受光素子の陰極に入力が接続された第２の電流電圧増幅手段とを備えたものである。

請求項２０に記載の発明は、請求項１９に記載の光モジュールにおいて、前記第１及び第２の電流電圧増幅手段の各々を、反転利得を有する反転増幅器と前記反転増幅器の入出力に接続された帰還抵抗からなる電流帰還型増幅器としたものである。

請求項２１に記載の発明は、請求項１７から２０のいずれか１つに記載の光モジュールにおいて、前記通信用光伝送路と前記受光素子とを光学的に結合する引き出し光伝送路を更に備えたものである。

請求項２２に記載の発明は、請求項１７から２１のいずれか１つに記載の光モジュールにおいて、前記一対の差動電圧を差動入力として増幅する差動増幅手段を更に備えた。

請求項２３に記載の発明は、請求項１７から２１のいずれか１つに記載の光モジュールと、印加された電気信号に応じて発光する発光素子と、送信すべき送信信号に応じて前記発光素子を駆動する駆動手段と、前記一対の差動電圧を差動増幅することにより前記差動電圧の同相成分を除去する差動増幅手段と、前記差動増幅手段の出力からクロック信号を抽出する手段と、前記差動増幅手段の出力から前記クロック信号に基づいてデータ信号を再生する手段とを備えた双方向光送受信装置である。この構成により、受信信号から電気クロストーク成分をほぼ除去することができるので、優れた受信特性を得ることができる。

請求項２４に記載の発明は、請求項２２に記載の光モジュールと、印加された電気信号に応じて発光する発光素子と、送信すべき送信信号に応じて前記双方向光モジュールの前記発光素子を駆動する駆動手段と、前記差動増幅手段の出力からクロック信号を抽出する手段と、前記差動増幅手段の出力から前記クロック信号に基づいてデータ信号を再生する手段とを備えた双方向光送受信装置である。この構成により、受信信号から電気クロストーク成分をほぼ除去することができるので、優れた受信特性を得ることができる。

本発明によれば、光伝送路から受信した受信信号を一対の差動電圧として出力する一芯双方向光モジュールを得ることができる。
また、本発明によれば、受信信号を一対の差動信号に変換して差動増幅を行うことにより差動信号から同相成分を除去することで電気クロストークを除去するとともに、送信信号の逆相信号の位相と周波数特性と振幅を調整して生成したクロストーク補正信号を上述の差動増幅した受信信号から差し引くことで光クロストーク成分を除去することができるので、受信特性が優れた一芯双方向光送受信装置を得ることができる。
さらに、本発明によれば、光クロストーク成分のみならず電気クロストーク成分もほぼ除去することにより、優れた受信特性で一芯双方向光送受信が可能なシステムを得ることができる。

＜第１の実施の形態＞
以下、本発明の実施の形態を図面により詳細に説明する。なお、複数の図面の同一要素は同一の参照符号で示す。
図１（Ａ）は、本発明の第１の実施の形態による一芯双方向光送受信装置の略ブロック図である。図１（Ａ）において、一芯双方向光送受信装置１００は、図６中の光モジュール２０１が別異の構成の光モジュール１に置き換わり、光クロストーク除去回路２０４が別異の構成の光クロストーク除去回路４に置き換わり、光モジュール１の出力に差動増幅器５が挿入された点を除けば、図６の従来の一芯双方向光送受信装置２００と同じである。したがって、以下、従来の光送受信装置２００との相違点のみを説明する。

光モジュール１は、前置増幅器２０が前置増幅回路２に置き換わった点を除けば、図６中の光モジュール２０１と同じである。前置増幅回路２は、受光素子１２の陽極及び陰極の電流を入力とし、電流の大きさに応じた差動電圧を出力する。前置増幅回路２は、受光素子１２の陽極電流及び陰極電流をそれぞれ入力とする一対の電流帰還型増幅器１４、１５から成る。電流帰還型増幅器１４、１５は、それぞれ入力電流に応じた電圧を出力する。電流帰還型増幅器１４は、反転増幅回路１６と、この反転増幅回路１６の出力及び入力端子の間に接続された帰還抵抗１７から成る。電流帰還型増幅器１５は、反転増幅回路１８と、この反転増幅回路１８の出力及び入力端子の間に接続された帰還抵抗１９から成る。受光素子１２の陽極電流を増幅する電流帰還型増幅器１４（反転増幅回路１６）の出力は、差動増幅器５の非反転入力端子に接続され、受光素子１２の陰極電流を増幅する電流帰還型増幅器１５（反転増幅回路１８）の出力は、差動増幅器５の反転入力端子に接続される。

光クロストーク除去回路４は、位相調整回路４２と振幅調整回路４４との間に周波数特性調整回路４３が挿入され、加算器４６が比較回路４５に置き換わった点を除けば、光クロストーク除去回路２０４と同じである。差動増幅器５の出力は、比較回路４５の非反転入力端子に接続される。振幅調整回路４４の出力は、比較回路４５の反転入力端子に接続される。
なお、この例では、駆動回路３への入力電気信号Ｓｔがハイレベルの場合には差動増幅器５の出力はローレベルに相当するレベルであると仮定する。この関係が逆の場合には、バッファ回路４１の正相出力を位相調整回路４２の入力に直に接続するか、又はバッファ回路４１の逆相出力と位相調整回路４２の入力との間に反転回路（図示せず）を挿入するようにする。

ここで、バッファ回路４１の正相出力端子を含む接続導線をノードＮＡ、電流帰還型増幅器１５の出力端子を含む導線をノードＮＢ、電流帰還型増幅器１４の出力端子を含む導線をノードＮＣ、差動増幅器５の出力端子を含む導線をノードＮＤ、振幅調整回路４４の出力端子を含む導線をノードＮＥ、比較回路４５の出力端子を含む導線をノードＮＦで表す。ＮＡからＮＦまでの各ノードにおける信号成分の波形を図２（Ａ）から図２（Ｆ）にそれぞれ示す。

図１（Ａ）のノードＮＢの信号成分（図２（Ｂ））は、受信信号成分ａ・Ｓｒ、光クロストーク成分ｂ・Ｓｔ及び電気クロストーク成分Ｅ（Ｓｔ）からなり、図６のノードＮＢの信号成分（図７（Ｂ））と全く同じである。ノードＮＣの信号成分は、−ａ・Ｓｒ−ｂ・Ｓｔ＋Ｅ（Ｓｔ）であり、電気クロストーク成分Ｅ（Ｓｔ）以外はノードＮＢと逆相となっている。したがって、電流帰還型増幅器１４、１５の出力を差動増幅器５により差動増幅すると、差動増幅器５の出力（ノードＮＤ）は、α・（ａ・Ｓｒ＋ｂ・Ｓｔ）となり、電気クロストーク成分Ｅ（Ｓｔ）はこの時点で除去されたことになる（図２（Ｄ））。したがって、第１の実施の形態では、光クロストーク除去回路４は、主に光クロストーク成分α・ｂ・Ｓｔを除去すればよいことになる。

位相調整回路４２は、振幅調整回路４４の出力信号の位相が差動増幅器５の出力信号の位相と一致するように調整するものとする。また、クロストーク成分は、元の送信信号Ｓｔに比べて周波数成分が変化することにより、波形が鈍るなどの変形を起こしているので、クロストーク補正信号の基となる信号／Ｓｔの波形がクロストーク成分の波形に少しでも近づくように、周波数特性調整回路４３により信号／Ｓｔを調整する。振幅調整回路４４は、その出力であるクロストーク補正信号の振幅が差動増幅器５から出力される信号中の光クロストーク成分α・ｂ・Ｓｔの振幅とほぼ等しくなるように調整する。要するに、振幅調整回路４４の出力するクロストーク補正信号をｆ（／Ｓｔ）とすると、ｆ（／Ｓｔ）≒α・ｂ・Ｓｔとなるように、位相調整回路４２、周波数特性調整回路４３及び振幅調整回路４４を構成することが好ましい。

比較回路４５において、差動増幅器５の出力α・（ａ・Ｓｒ＋ｂ・Ｓｔ）から振幅調整回路４４の出力するクロストーク補正信号ｆ（／Ｓｔ）を引くことにより、光クロストーク成分α・ｂ・Ｓｔがほぼ除去され、受信信号成分α・ａ・Ｓｒのみが制限増幅器６に出力される。

このように、本発明の第１の実施の形態によれば、受信信号を一対の差動信号に変換して差動増幅を行うことにより差動信号から同相成分を除去することで電気クロストークを除去するとともに、送信信号の逆相信号の位相と周波数特性と振幅を調整して生成したクロストーク補正信号を上述の差動増幅した受信信号から差し引くことで光クロストーク成分を除去することができるので、受信特性が優れた一芯双方向光送受信装置を得ることができる。

＜第２の実施の形態＞
図３は、本発明の第２の実施の形態により一芯双方向光通信を行うシステムの一例を示す略ブロック図である。図３において、システム３００は、図１（Ａ）に示した一芯双方向光送受信装置１００を含む。システム３００において発生した送信すべきデータは、光送受信装置１００のＤｉ端子に入力することにより送信する。光送受信装置１００は、引き出し光伝送路１０から受信した信号からクロック信号及び受信データを再生してＣＫ端子及びＤｏ端子をそれぞれ介して出力するので、外部から受信したデータを処理することができる。

＜第３の実施の形態＞
図４は、本発明の第３の実施の形態による光伝送システムの略ブロック図である。図４において、光送受信装置１００−１と光送受信装置１００−２は、互いに通信が成立するように、一方が出力する光信号の波長を他方が受信できるように、発光素子、受光素子及び波長分離多重素子が互いに選定されている。また、光送受信装置１００−１及び１００−２は、それぞれの光コネクタ４５０−１及び４５０−２を介して光ファイバなどの光伝送路４００で接続されている。

データ信号が光送受信装置１００−１に入力されると、光信号に変換され、光伝送路４００に入力される。その後、光伝送路４００により伝送され、光送受信装置１００−２に入力されて、データ信号とクロック信号が出力される。また逆方向にも同様に動作する。このように、本発明の第３の実施の形態の光伝送システムによれば、自局の光信号が受信光信号を妨害することなく、良好な一芯双方向の光伝送を具現化することができる。

＜変形様態＞
以上は、本発明の説明のために実施の形態の例を挙げたに過ぎない。したがって、上述の実施の形態に種々の変更、修正又は追加を行うことは、当業者には容易である。
例えば、光クロストーク除去回路４において、位相調整回路４２、周波数特性調整回路４３、振幅調整回路４４は必ずしも、この順に配置する必要はない。

また、光クロストーク成分の波形と送信信号Ｓｔの波形との相違が許容範囲内であるならば、周波数特性調整回路４３は省略してもよい。

図１（Ａ）の実施の形態では、差動増幅器５の出力に含まれる光クロストーク成分は、比較回路４５を用いて差を取ることにより除去したが、図６の従来例のように差動増幅器５の出力とクロストーク補正信号との位相が逆になるように構成し、差動増幅器５の出力とクロストーク補正信号とを加算器により加算して除去してもよい。

＜第４の実施の形態＞
以上の実施の形態は、１本の光伝送路（例えば、引き出し光伝送路１０）で光送受信を行うための一芯双方向光モジュールを用いる一芯光送受信装置及びその応用である。しかし、本発明は、送信用光モジュールと受信用光モジュールを用いて双方向光通信を行う二芯光送受信装置に適用して、送信回路から受信光モジュールの受光素子回路への電気クロストークを除去することも可能である。

その一例として、本発明の第４の実施の形態による二芯光送受信装置の略ブロック図を図５に示す。図５において、二芯光送受信装置１１０は、一芯双方向光モジュール１が受信用光モジュール５０と送信用光モジュール５１とに置き換わったことと、光クロストーク除去回路４が除去されたことを除けば、図１（Ａ）の一芯双方向光送受信装置１００と同じである。すなわち、図５の二芯光送受信装置１１０では、送受信に個別の光モジュール５０、５１を用いることにより、それぞれ個別の引き出し光伝送路１０ａ、１０ｂを介して光送受信を行うので、光クロストークは生じないと考えられるため光クロストーク除去回路４は不要となる。したがって、送信データＤｉは駆動回路３の入力端子に加えられ、差動増幅器５の出力は制限増幅器６の入力に直に接続される。
送信系の駆動回路３から受信系の受光素子１２を含む経路への電気クロストークＥＬに起因する電気成分は、図１（Ａ）の場合と同様に、前置増幅回路２及び差動増幅器５の作用により除去される。

＜その他の変形様態＞
また、図１（Ａ）及び図５に示した実施の形態では、前置増幅回路２を２つの電流帰還型増幅器１４、１５を組み合わせて実現した。しかし、図１（Ｂ）に示すように、前置増幅回路２ａを１つの差動増幅器２８と２つの帰還抵抗２７及び２９とで構成してもよい。前置増幅回路２と２ａとは、交換可能である。要するに、前置増幅回路２は、差動電流入力（受光素子１２の電流）を増幅して差動電圧出力を与える回路であれば何でもよい。

さらに、図１（Ａ）では差動増幅器５を光モジュール１とは別に設けたが、差動増幅器５を光モジュール１に組み込んでもよい。

さらに、以上の例では、光モジュール１（又は１ａ）が、引き出し伝送路１０（又は１０ａ及び１０ｂ）を備えているが、本発明は、引き出し伝送路１０、１０ａ又は１０ｂを持たない光モジュールを用いた双方向光送受信装置にも適用することができる。この場合、伝送用の光伝送路が、光モジュール１（又は１ａ）の光入出力部（光入力部と光出力部）に直に結合されることになる。

本発明によれば優れた特性の光モジュール、双方向送受信装置及び光伝送システムが得られるので、本発明は光通信の分野で有用である。

（Ａ）本発明の第１の実施の形態による一芯双方向光送受信装置の略ブロック図 （Ｂ）図１（Ａ）及び図５に示した実施の形態の一部の変形例を示す図 図１の光送受信装置のノードＮＡからＮＦにおける信号成分の波形を示す図 本発明の第２の実施の形態により光通信を行うシステムの略ブロック図 本発明の第３の実施の形態による光伝送システムの略ブロック図 本発明の第４の実施の形態による双方向光送受信装置の略ブロック図 従来の一芯双方向光送受信装置の一例を示す略ブロック図 図６の光送受信装置のノードＮＡ、ＮＢ、ＮＧ及びＮＨにおける信号成分の波形を示す図 従来の光送受信装置における光クロストークの周波数特性を示すグラフ 従来の光送受信装置における電気クロストークの周波数特性を示すグラフ

符号の説明

１、２０１、５０、５１ 光モジュール
２、２ａ 前置増幅回路
３ 駆動回路
４、２０４ 光クロストーク除去回路
５、２８ 差動増幅器
６ 制限増幅器
７ データ再生回路
８ クロック再生回路
１０、１０ａ、１０ｂ 引き出し光伝送路
１１ 発光素子
１２ 受光素子
１３ 波長分割多重素子
１４、１５ 電流帰還型増幅器
１６、１８ 反転増幅回路
１７、１９、２７、２９ 帰還抵抗
２０ 前置増幅器
４１ バッファ回路
４２ 位相調整回路
４３ 周波数特性調整回路
４４ 振幅調整回路
４５ 比較回路
４６ 加算器
５０ 受信用光モジュール
５１ 送信用光モジュール
１００、１００−１、１００−２、２００ 一芯双方向光送受信装置（光送受信装置）
１１０ 二芯光送受信装置
３００ 光通信を行うシステム（システム）
４００ 光伝送路
４５０−１、４５０−２ 光コネクタ

Claims (24)

1. 印加された電気信号に応じて発光する発光素子と、通信先との光送受信を行う通信用光伝送路から受信した受信光信号を電気信号に変換する受光素子と、前記通信用光伝送路からの前記受信光信号を前記受光素子に結合し、前記発光素子が出力する光信号を前記光伝送路へと方向付けする光合分波素子と、前記受光素子の陽極電流と陰極電流とに応じた一対の差動電圧を出力する差動出力手段とを備えた双方向光モジュール。
2. 前記差動出力手段が、前記陽極電流に関する入出力の帰還を実現する帰還抵抗と前記陰極電流に関する入出力の帰還を実現する帰還抵抗とを含む請求項１に記載の双方向光モジュール。
3. 前記差動出力手段が、前記受光素子の陽極に入力が接続された第１の電流電圧増幅手段と、前記受光素子の陰極に入力が接続された第２の電流電圧増幅手段とを備えた請求項１に記載の双方向光モジュール。
4. 前記第１及び第２の電流電圧増幅手段の各々が、反転利得を有する反転増幅器と前記反転増幅器の入出力に接続された帰還抵抗からなる電流帰還型増幅器である請求項３に記載の双方向光モジュール。
5. 前記通信用光伝送路と前記光合分波素子とを光学的に結合する引き出し光伝送路を更に備えた請求項１から４のいずれか１つに記載の双方向光モジュール。
6. 前記一対の差動電圧を差動入力として増幅する差動増幅手段を更に備えた請求項１から５のいずれか１つに記載の双方向光モジュール。
7. 請求項１から５のいずれか１つに記載の双方向光モジュールと、
   送信すべき送信信号に応じて前記双方向光モジュールの前記発光素子を駆動する駆動手段と、
   前記一対の差動電圧を差動増幅することにより前記差動電圧の同相成分を除去する差動増幅手段と、
   前記差動増幅手段の出力からクロック信号を抽出する手段と、
   前記差動増幅手段の出力から前記クロック信号に基づいてデータ信号を再生する手段とを、
   備えた双方向光送受信装置。
8. 請求項６に記載の双方向光モジュールと、
   送信すべき送信信号に応じて前記双方向光モジュールの前記発光素子を駆動する駆動手段と、
   前記差動増幅手段の出力からクロック信号を抽出する手段と、
   前記差動増幅手段の出力から前記クロック信号に基づいてデータ信号を再生する手段とを、
   備えた双方向光送受信装置。
9. 前記送信信号の振幅が前記差動増幅手段の出力に含まれる光クロストーク成分の振幅とほぼ等しくなるように、前記送信信号又はその逆相信号の振幅を調整してクロストーク補正信号を生成する振幅調整手段と、
   前記差動増幅手段の出力に含まれる前記光クロストーク成分を前記クロストーク補正信号で相殺する手段とを、
   更に備えた請求項７又は８に記載の双方向光送受信装置。
10. 前記クロストーク補正信号の位相が前記差動増幅手段の出力に含まれる前記光クロストーク成分の位相とほぼ等しくなるように位相調整を行う位相調整手段を更に備えた請求項９に記載の双方向光送受信装置。
11. 前記クロストーク補正信号の周波数特性が前記差動増幅手段の出力に含まれる前記光クロストーク成分の周波数特性とほぼ等しくなるように周波数特性の調整を行う周波数特性調整手段を更に備えた請求項９又は１０に記載の双方向光送受信装置。
12. 前記位相調整手段の遅延時間は、前記駆動手段と前記発光素子による遅延時間と、前記発光素子が出力する光信号の一部をクロストーク信号として前記受光素子が受光するために要した遅延時間と、前記差動出力手段及び前記差動増幅手段による遅延時間の合計とほぼ等しくなるように調整する請求項１０に記載の双方向光送受信装置。
13. 前記周波数特性調整手段の周波数特性は、前記駆動手段と前記発光素子と前記受光素子と前記差動出力手段と前記差動増幅手段の周波数特性とほぼ等しくなるように調整する請求項１１に記載の双方向光送受信装置。
14. 前記振幅調整手段が抵抗素子である請求項９から１３のいずれか１つに記載の双方向光送受信装置。
15. 光伝送路に接続された請求項７から１４のいずれか１つに記載の双方向光送受信装置を備え、送信すべき前記送信信号は前記駆動手段に出力し、前記光伝送路から受信した信号は前記クロック信号と前記データ信号として受け取ることにより一芯双方向光送受信を行う光伝送システム。
16. 送信する送信光信号と受信する受信光信号の波長が異なる２つの請求項７から１４のいずれか１つに記載の双方向光送受信装置を光ファイバで接続し、対向させることにより一芯の光ファイバで双方向の通信を行う一芯双方向光伝送システム。
17. 送信元から受信用光伝送路を介して受信した受信光信号を電気信号に変換する受光素子と、前記受光素子の陽極電流と陰極電流とに応じた一対の差動電圧を出力する差動出力手段とを備えた光モジュール。
18. 前記差動出力手段は、前記陽極電流に関する入出力の帰還を実現する帰還抵抗と前記陰極電流に関する入出力の帰還を実現する帰還抵抗とを含む請求項１７に記載の光モジュール。
19. 前記差動出力手段が、前記受光素子の陽極に入力が接続された第１の電流電圧増幅手段と、前記受光素子の陰極に入力が接続された第２の電流電圧増幅手段とを備えた請求項１７に記載の光モジュール。
20. 前記第１及び第２の電流電圧増幅手段の各々は、反転利得を有する反転増幅器と前記反転増幅器の入出力に接続された帰還抵抗からなる電流帰還型増幅器である請求項１９に記載の光モジュール。
21. 前記通信用光伝送路と前記受光素子とを光学的に結合する引き出し光伝送路を更に備えた請求項１７から２０のいずれか１つに記載の光モジュール。
22. 前記一対の差動電圧を差動入力として増幅する差動増幅手段を更に備えた請求項１７から２１のいずれか１つに記載の光モジュール。
23. 請求項１７から２１のいずれか１つに記載の光モジュールと、
    印加された電気信号に応じて発光する発光素子と、
    送信すべき送信信号に応じて前記発光素子を駆動する駆動手段と、
    前記一対の差動電圧を差動増幅することにより前記差動電圧の同相成分を除去する差動増幅手段と、
    前記差動増幅手段の出力からクロック信号を抽出する手段と、
    前記差動増幅手段の出力から前記クロック信号に基づいてデータ信号を再生する手段とを、
    備えた双方向光送受信装置。
24. 請求項２２に記載の光モジュールと、
    印加された電気信号に応じて発光する発光素子と、
    送信すべき送信信号に応じて前記双方向光モジュールの前記発光素子を駆動する駆動手段と、
    前記差動増幅手段の出力からクロック信号を抽出する手段と、
    前記差動増幅手段の出力から前記クロック信号に基づいてデータ信号を再生する手段とを、
    備えた双方向光送受信装置。
    

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