JP2005143037A - Optical transmitter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波長多重光通信システムに用いられる直接変調方式の光送信装置に関する。 The present invention relates to a direct modulation optical transmitter used in a wavelength division multiplexing optical communication system.
近年、光伝送システムにおけるデータ信号の高速化が著しく、これを受けて波長多重技術に関する研究が盛んになってきている。低コストで大容量の情報を伝送するには光信号を高密度に多重化することが有利であり、従って光送信装置から発せられる光信号の帯域をできる限りコンパクトにすることが望まれる。 In recent years, the speed of data signals in an optical transmission system has been remarkably increased, and accordingly, research on wavelength multiplexing technology has been actively conducted. In order to transmit a large amount of information at a low cost, it is advantageous to multiplex optical signals at high density. Therefore, it is desirable to make the bandwidth of the optical signal emitted from the optical transmitter as compact as possible.
光信号の帯域をコンパクト化するための手法として、光デュオバイナリ(Duo-Binary)方式が注目されている。この方式の一つには、2値の差動NRZI(Non Return to Zero Inverted)信号対をローパスフィルタによりそれぞれ帯域制限して(0,1,2)の3値化信号を生成する。そして、1レベルが入力されたときに出力光強度が最小となり、他のレベルが入力されたときに光強度が最大となるように、光強度変調器の駆動条件を揃えるという方式が有る。光変調器の駆動信号を、伝送信号のビットレートを下回るような帯域に制限することにより、光変調器の出力光帯域をコンパクト化することができる。 An optical duo-binary method has attracted attention as a method for reducing the bandwidth of an optical signal. In one of these methods, a binary differential NRZI (Non Return to Zero Inverted) signal pair is band-limited by a low-pass filter to generate a (0, 1, 2) ternary signal. There is a method in which the driving conditions of the light intensity modulator are aligned so that the output light intensity is minimized when one level is input and the light intensity is maximized when another level is input. By limiting the drive signal of the optical modulator to a band lower than the bit rate of the transmission signal, the output optical band of the optical modulator can be made compact.
しかしながら一般に用いられる光強度変調器はLiNbO3を備え、その特性から高い駆動信号レベルを必要とするためにドライバ回路の負担が大きい。データ信号のビットレートが高くなるとさらに高速応答性がドライバ回路に要求され、従って低コスト化が難しくなる。また、光強度変調器の位相変調部の帯域がばらつくことがあり、このような場合にはばらつきに応じてカットオフ周波数を最適化したローパスフィルタを用意しなければならないため、コストがさらに増加する。 However, a light intensity modulator that is generally used includes LiNbO3, and requires a high drive signal level due to its characteristics, so that the burden on the driver circuit is large. When the bit rate of the data signal is increased, a higher speed response is required for the driver circuit, and therefore it is difficult to reduce the cost. In addition, the band of the phase modulation unit of the light intensity modulator may vary. In such a case, it is necessary to prepare a low-pass filter with an optimized cut-off frequency according to variations, which further increases costs. .
一方、光変調器を用いずにデータ信号によるレーザの直接変調法と光フィルタを併用して光信号帯域をコンパクトにする手法として、注入電流をデータ信号により直接変調された半導体レーザの出力光の周波数変調成分を狭帯域光フィルタによって検波し、強度変調成分に変換する手法が考えられている。しかしながらこの手法においては、数十Gb/sの高速変調が行える程度にまで半導体レーザの周波数変調帯域を広帯域化する必要があり、実現に困難が伴う。また、直接変調光の周波数偏移が瞬時的に大きくなるところでは、狭帯域光フィルタの群遅延特性により光信号の消光比が小さくなる虞が有る。 On the other hand, as a technique to make the optical signal band compact by combining the direct modulation method of the laser with the data signal and the optical filter without using the optical modulator, the output light of the semiconductor laser in which the injection current is directly modulated with the data signal is used. A method of detecting a frequency modulation component with a narrow-band optical filter and converting it to an intensity modulation component has been considered. However, in this method, it is necessary to widen the frequency modulation band of the semiconductor laser to such an extent that high-speed modulation of several tens of Gb / s can be performed, which is difficult to realize. Further, where the frequency shift of the directly modulated light increases instantaneously, the extinction ratio of the optical signal may be reduced due to the group delay characteristic of the narrow band optical filter.
なお、関連する技術が特許文献1に開示されている。この文献には、一つの光源から出力される光信号を2分岐してそれぞれ外部変調することにより、高速光伝送システムに用いられる光送信装置の小型軽量化を実現するようにした光送信装置が開示されている。
以上述べたように光デュオバイナリ方式に基づく既存の光送信装置には、伝送ビットレートが高くなると光変調器にシビアな特性を要求されるため、コスト増を余儀なくされるという不具合がある。また装置規模の縮小化のためレーザ直接変調法と光フィルタによる帯域抑圧法を併用した場合にも、狭帯域光フィルタの群遅延特性により光信号の消光比が小さくなるという不具合がある。
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、伝送光信号の帯域をコンパクト化できる光送信装置を、消光比の劣化の虞なく低コストで提供することにある。
As described above, the existing optical transmission apparatus based on the optical duobinary system has a problem that the optical modulator is required to have severe characteristics when the transmission bit rate is increased, and thus the cost is inevitably increased. In addition, when the laser direct modulation method and the band suppression method using an optical filter are used in combination for reducing the device scale, there is a problem that the extinction ratio of the optical signal becomes small due to the group delay characteristic of the narrow band optical filter.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical transmitter capable of reducing the band of a transmission optical signal at a low cost without fear of deterioration of the extinction ratio.
上記目的を達成するために、本願発明の一態様によれば、NRZI符号により表現される伝送信号の帯域を制限して高レベルから順に第1レベル乃至第3レベルを有する3値化信号を生成する3値化信号生成手段(例えばLFP5)と、互いに出力光周波数の異なる第1および第2半導体レーザ(例えばLD1およびLD2)と、前記第1レベルの出現時に前記第1半導体レーザを発光駆動し、前記第3レベルの出現時に前記第2半導体レーザを発光駆動する駆動手段(例えば差動ドライバ6、スライサ9,10、および基準電圧源13,14)と、前記第1および第2半導体レーザの出力光を合波して光伝送路に送出する合波器(例えば光カプラ11)とを具備することを特徴とする光送信装置が提供される。
In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, a ternary signal having first to third levels is generated in order from the highest level by limiting the band of the transmission signal expressed by the NRZI code. Ternary signal generating means (for example, LFP5), first and second semiconductor lasers (for example, LD1 and LD2) having different output optical frequencies, and driving the first semiconductor laser when the first level appears. Drive means (for example,
このような手段を講じることにより、(0,1,2)符号で表される3値化信号において、例えば0レベルの出現時には第2半導体レーザが発光し、2レベルの出現時には第1半導体レーザが発光する。すなわち各半導体レーザは2値の駆動信号により明滅駆動される。これにより各半導体レーザの出力光は強度変調光となり、その変調レートはNRZI符号により表現される伝送信号のビットレートよりも低くなる。すなわち光変調器を用いることなく強度変調光を得ることができ、従ってデバイスに与えるべき駆動電力を低減して低コスト化を図ることができる。また各半導体レーザの出力光周波数を異ならせることにより、強度変調光の受信側においてNRZ信号を再生することができる。このように3値化信号から2値駆動信号を生成して複数の半導体レーザをそれぞれ駆動することにより、通常の光通信用の送受信デバイスをそのまま利用することができ、低コスト化を促すことができる。しかも光フィルタによる周波数変調成分から強度変調成分への変換が不要となることから、フィルタの群遅延特性が消光比に悪影響を及ぼす虞も無くすることができるようになる。 By taking such means, in the ternary signal represented by the (0, 1, 2) code, for example, the second semiconductor laser emits light when the 0 level appears, and the first semiconductor laser when the 2 level appears. Emits light. That is, each semiconductor laser is driven to blink by a binary drive signal. As a result, the output light of each semiconductor laser becomes intensity modulated light, and the modulation rate becomes lower than the bit rate of the transmission signal expressed by the NRZI code. That is, intensity-modulated light can be obtained without using an optical modulator, and therefore the driving power to be applied to the device can be reduced and the cost can be reduced. Further, by making the output optical frequency of each semiconductor laser different, the NRZ signal can be reproduced on the intensity modulated light receiving side. Thus, by generating a binary drive signal from a ternary signal and driving a plurality of semiconductor lasers respectively, a normal optical communication transceiver device can be used as it is, and cost reduction is promoted. it can. In addition, since the conversion from the frequency modulation component to the intensity modulation component by the optical filter becomes unnecessary, the possibility that the group delay characteristic of the filter adversely affects the extinction ratio can be eliminated.
本発明によれば、光強度変調器を不要としてコストの低下を図ることができ、また、伝送光信号の消光比の劣化を防止し得る光送信装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical transmission apparatus that can reduce the cost by eliminating the need for an optical intensity modulator and that can prevent the deterioration of the extinction ratio of the transmitted optical signal.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態につき説明する。
[第1の実施形態]
図1は、本発明に係わる光送信装置の第1の実施形態を示す機能ブロック図である。図1において、2値のNRZI信号3がローパスフィルタ(LPF)5に入力される。NRZI信号3は、例えばNRZ(Non Return to Zero)符号などにより表現されるディジタルデータをプリコーダ回路(図示せず)などにより変換して生成される。NRZI信号は、NRZデータ信号が1レベルとなるときにその符合が反転する信号である。ローパスフィルタ5は、ビットレートの略半分の周波数成分を半減するようにNRZI信号3の帯域を制限する。これにより2値のNRZI信号3は3値化信号4に変換され、そののち差動ドライバ6に入力される。差動ドライバ6は3値化信号4と逆相の逆相信号7、および3値化信号4と同相の同相信号8を生成する。逆相信号7はスライサ9に入力され、同相信号8はスライサ10に入力される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a functional block diagram showing a first embodiment of an optical transmission apparatus according to the present invention. In FIG. 1, a
スライサ9は逆相信号7のレベルと基準電圧源13の基準値とを比較し、逆相信号7が最大レベルである状態においてのみ1となる2値信号を出力する。この2値信号は適宜増幅されて半導体レーザ(LD)1に駆動信号として供給される。スライサ10は同相信号8のレベルと基準電圧源14の基準値とを比較し、同相信号8が最大レベルである状態においてのみ1となる2値信号を出力する。この2値信号は適宜増幅されて半導体レーザ2に駆動信号として供給される。なお半導体レーザ1の出力光周波数をf2とし、半導体レーザ2の出力光周波数をf2と異なるf4とする。
The
これにより半導体レーザ1は、3値化信号4の最高レベルの出現時においてのみ発光する。また半導体レーザ2は、3値化信号4の最低レベルの出現時においてのみ発光する。すなわち各半導体レーザ1,2は、それぞれ異なる2値信号により直接強度変調される。各半導体レーザ1,2の出力光信号は光カプラ11により合波され、光ファイバを介して光受信器12に伝送される。伝送された強度変調光は光受信器12のフォトディテクタ(図示せず)などにより光電変換され、受信処理される。
As a result, the
上記構成において、各半導体レーザ1,2の出力光の間では、一方の半導体レーザの出力光強度が最大となる時点では他方の半導体レーザの出力光強度は必ず最小となる。すなわち半導体レーザ1,2が同時にオンされることはない。このとき、オフである半導体レーザの出力光強度は0であることが望ましいが、必ずしもそうなるとは限らない。このような場合には2つの半導体レーザ1,2から出力される光信号間で光干渉が起き得る。
In the above configuration, between the output lights of the
そこで、図2に示されるように、半導体レーザ1の出力光周波数f2と半導体レーザ2の出力光周波数をf4との差を光受信器12の受信帯域よりも大きくするようにする。すなわち光受信器12に備わるフォトディテクタ、フロントエンド増幅器などはそれぞれ帯域を有するが、それらの帯域が、f2とf4との差よりも十分狭くなるようにする。このようにすることで、半導体レーザ1,2から発せられる光強度変調信号間のビート信号成分が、光受信器12により受信されることを防止できる。すなわち半導体レーザ1,2から発せられるそれぞれの光強度変調信号の和成分のみが、光受信器12により受信される。
Therefore, as shown in FIG. 2, the difference between the output optical frequency f2 of the
上記構成において3値化信号4の帯域は、当然ながら2値のNRZI信号3の帯域よりも狭い。従って逆相信号7および同相信号8の帯域は、いずれもNRZI信号3の帯域よりも狭い。これにより伝送ビットレート周波数が半導体レーザ1,2の変調帯域の上限を超える場合であっても、半導体レーザ1,2を変調駆動することが可能である。本実施形態ではこのことを利用し、各半導体レーザ1,2を伝送ビットレート周波数よりも低い帯域で駆動しつつも、各半導体レーザ1,2の出力光周波数を異ならせ、各出力光を合波することにより、トータルで伝送ビットレート周波数を満たすようにしている。
In the above configuration, the band of the
通常、光通信に用いられるフォトディテクタの光強度対光電流の特性は、線形性に優れている。フォトディテクタにおいて波長の異なる2つの光信号を受光した場合、フォトディテクタへの入力光強度が大きいときには信号間のクロストークを生じることがある。これは、2つの光信号の中心周波数差をフォトディテクタの帯域よりも大きくしてビート成分を受信不可とした場合においても生じ得る。 Normally, the characteristics of light intensity versus photocurrent of a photodetector used for optical communication are excellent in linearity. When the photodetector receives two optical signals having different wavelengths, crosstalk may occur between the signals when the input light intensity to the photodetector is high. This can also occur when the difference between the center frequencies of the two optical signals is made larger than the band of the photodetector and the beat component cannot be received.
しかしながら本実施形態によれば、一方の半導体レーザの発光時に、他方の半導体レーザの発光レベルが最低レベルとなるため、クロストークの影響をほとんど無くすることができる。 However, according to the present embodiment, when one semiconductor laser emits light, the light emission level of the other semiconductor laser becomes the lowest level, so that the influence of crosstalk can be almost eliminated.
図3は、比較のため既存の光送信装置の構成を示す機能ブロック図である。図3の光送信装置は、デュオバイナリ方式により外部変調器を用いて強度変調光を得るようにしている。図3において、半導体レーザ100から発せられる単一モード光101はプッシュプル型の光強度変調器102によって強度変調される。一方、図4(a)に示されるようなNRZI信号105はローパスフィルタ106により帯域制限され、3値化される。これにより図4(b)に示される3値化信号が生成される。この3値化信号は差動ドライバ107により差動増幅され、逆相信号113および同相信号114が生成される。
FIG. 3 is a functional block diagram showing the configuration of an existing optical transmission device for comparison. The optical transmission device of FIG. 3 obtains intensity-modulated light using an external modulator by a duobinary method. In FIG. 3,
逆相信号113および同相信号114は、光強度変調器102の2つの光位相変調部に取り込まれる。光強度変調器102のDCバイアスレベルを調節することにより、逆相信号113および同相信号114が中間レベルであるときに光強度変調器102の光強度が最小となり、逆相信号113および同相信号114が最大・最小レベルであるときには光強度変調器102の光強度を最大とすることができる。
The
図3の構成により、光強度変調器102を3値化信号により駆動することにも拘わらず、図4(c)に示されるような、既存の光受信器により識別可能な2値信号が生成される。また、3値化信号がローパスフィルタ106により帯域抑圧されているため、変調器駆動信号(逆相信号113および同相信号114)の帯域が狭くなり、光信号のスペクトル幅をコンパクトにすることが可能である。
The configuration of FIG. 3 generates a binary signal identifiable by an existing optical receiver as shown in FIG. 4C, even though the
しかしながらLiNbO3を用いた一般的な光強度変調器は、ドライバ回路に高い出力レベルを必要とするため、伝送信号のビットレートが高くなると低コスト化が難しくなる。 However, since a general light intensity modulator using LiNbO3 requires a high output level in the driver circuit, it is difficult to reduce the cost when the bit rate of the transmission signal is increased.
これに対し本実施形態によれば、NRZI信号3をローパスフィルタ5により帯域制限し、デュオバイナリ方式と同様の原理のもとで3値化信号4を生成する。そして、差動ドライバ6により3値化信号4と逆相の逆相信号7および3値化信号4と同相の同相信号8を生成する。ここまでは既存の光送信装置(図3)と同様である。しかしながら本実施形態では、それぞれ異なる周波数f2,f4で発光する半導体レーザ1,2を備え、逆相信号7の最大レベルにおいてのみ半導体レーザ1を発光駆動し、同相信号8の最大レベルにおいてのみ半導体レーザ2を発光駆動する。これによりNRZI信号3のビットレートよりも低い帯域で各半導体レーザ1,2を強度変調できるようになる。
On the other hand, according to this embodiment, the
また、半導体レーザ1,2の出力光を光カプラ11により合波して光ファイバに送出することで、波長光f2およびf4が混在するものの、図4(c)と同様の波形を持つ強度変調光、すなわちNRZI信号3の情報量を失うことなく帯域をコンパクト化した強度変調光を得ることができる。
Further, by combining the output lights of the
すなわち本実施形態によれば、帯域をコンパクト化した強度変調光を、半導体レーザ1,2を直接変調することにより生成することができる。従って光強度変調器を不要にできる。しかも半導体レーザ1,2の駆動信号レベルは光強度変調器を駆動するためのドライバ信号のレベルよりも格段に低くて済むので駆動電力を低減でき、ひいては低コスト化を促すことができる。さらには、狭帯域光フィルタを用いて周波数変調を強度変調に変換するといった作用を要しないので、狭帯域光フィルタの群遅延特性による光信号の消光比劣化といった不具合を生じることもない。これらのことから、伝送光信号の帯域をコンパクト化できる光送信装置を、消光比の劣化の虞なく低コストで提供することが可能となる。
That is, according to the present embodiment, the intensity-modulated light having a compact band can be generated by directly modulating the
[第2の実施形態]
図5は、本発明に係わる光送信装置の第2の実施形態を示す機能ブロック図である。なお図5において図1と共通する部分には同じ符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a functional block diagram showing a second embodiment of the optical transmission apparatus according to the present invention. In FIG. 5, parts common to FIG. 1 are given the same reference numerals, and only different parts will be described here.
図5においては、スライサ9と半導体レーザ1との間に、可変遅延器20が設けられている点が特徴的である。すなわちスライサ9から出力される駆動信号は、可変遅延器20により一定量遅延されたのち半導体レーザ1に供給される。可変遅延器20は例えば可変遅延線路として実現され、半導体レーザ1,2の出力光周波数差(ここではf1−f2)に応じて設定される遅延量を有し、各半導体レーザ1,2に与えられる駆動信号に位相差を持たせる。
FIG. 5 is characterized in that a variable delay device 20 is provided between the
本実施形態では2つの半導体レーザ1,2の発振中心周波数が異なる(f1,f2)ため、半導体レーザ1,2の出力光を合波して光ファイバに送出すると、各出力光の受信端への到達時間が光ファイバの色分散特性のために異なる。よって、フォトディテクタから出力される電気信号の波形は、2つの光信号のタイミングがずれた状態で足し算されるために大きく乱れることになる。
In this embodiment, since the oscillation center frequencies of the two
そこで本実施形態では、可変遅延器20を片側の半導体レーザの駆動信号供給路に挿入し、光送信装置から受信端までのファイバ長と、2つの半導体レーザ1,2の発振周波数差に応じて遅延長を可変調節するようにする。これにより、受信端における光信号の到達タイミングを合わせる事が可能となる。これは、ファイバ色分散特性による波形変化が少ない場合には特に有効である。
Therefore, in this embodiment, the variable delay device 20 is inserted into the drive signal supply path of the semiconductor laser on one side, and according to the fiber length from the optical transmitter to the receiving end and the difference in oscillation frequency between the two
また受信端までの伝送距離(ファイバ長)が長く色分散による波形劣化が無視できない状況では、伝送路内に分散補償器や分散補償ファイバなどを挿入すればよい。この場合、原理的には可変遅延器20が不要になるが、現実には、半導体レーザ1,2の応答速度のばらつきが原因となって2つの光信号間でタイミングがずれる恐れがある。これに対処するには可変遅延器20の線路長を適宜設定することをよって、2つの光信号間のタイミングを合わせるとよい。
In a situation where the transmission distance to the receiving end (fiber length) is long and waveform deterioration due to chromatic dispersion cannot be ignored, a dispersion compensator, a dispersion compensating fiber, or the like may be inserted in the transmission path. In this case, the variable delay device 20 is not necessary in principle, but in reality, there is a possibility that the timing is shifted between the two optical signals due to variations in the response speeds of the
以上をまとめると、半導体レーザ1,2は差動の2値化信号により直接変調されているので、一方の半導体レーザの出力光強度が1レベルにあれば、他方は必ず0レベルである。しかしながら、ファイバ伝送を行った場合には、ファイバの色分散特性によって2つの半導体レーザ出力光信号が光受信器までに到達する時間差が生じ、光受信器出力には符号間干渉が生じる。そこで本実施形態では、光送信装置の片側の駆動回路部に可変遅延器20を設け、ファイバの伝送長と半導体レーザ1,2の発振周波数差により生じる時間差を補償するようにする。これにより第1の実施形態と同様の効果を得られるに加え、伝送路長が長い場合でも伝送波形の劣化を防止することが可能となる。またファイバ分散による波形の乱れが大きくない場合には、伝送路中に分散補償ファイバを設ける必要がなくなり、システムの低コスト化を促進することが可能になる。
In summary, since the
[第3の実施形態]
図6は、本発明に係わる光送信装置の第3の実施形態を示す機能ブロック図である。なお図6において図1と共通する部分には同じ符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。
[Third Embodiment]
FIG. 6 is a functional block diagram showing a third embodiment of the optical transmission apparatus according to the present invention. In FIG. 6, parts common to FIG. 1 are given the same reference numerals, and only different parts will be described here.
第3の実施形態においては、光信号の占有光帯域を適切にすることで光帯域の利用効率を高めることの可能な形態を開示する。図6において、図1または図5に示される光送信装置を複数チャネル(図6では2チャネル分)分にわたり用意し、各チャネルの光送信装置から出力される強度変調光を光カプラ11により多重して光ファイバに送出する。受信端においては光フィルタ35により多重光を分離し、チャネルごとに設けられた光受信器36−1,36−2により各分離光を受信する。光送信装置の半導体レーザ31,32,33,34の出力光周波数をそれぞれf1,f3,f2,f4とする。
In the third embodiment, a mode capable of improving the use efficiency of the optical band by making the occupied optical band of the optical signal appropriate is disclosed. In FIG. 6, the optical transmitters shown in FIG. 1 or FIG. 5 are prepared for a plurality of channels (for two channels in FIG. 6), and the intensity-modulated light output from the optical transmitter of each channel is multiplexed by the
図7は、図6の半導体レーザ31,32,33,34の出力光周波数f1,f3,f2,f4の配置を示す模式図である。図7おいて、チャネル1に対応する半導体レーザ31,32の周波数f1,f3(ハッチング無し)は、チャネル2に対応する半導体レーザ33,34の周波数f2,f4(ハッチング有り)と交互に配列される。すなわち一方の光送信装置からの2つの強度変調光スペクトル(f1,f3)が、他方の光送信装置からの2つの強度変調光スペクトル(f2,f4)と互い違いに配置されるようにする。
FIG. 7 is a schematic diagram showing the arrangement of the output optical frequencies f1, f3, f2, and f4 of the
一方、受信端における光フィルタ35には、マッハツェンダ干渉計や光インターリーバなどの、光周波数に対する透過率が周期的に変化するデバイスを用いるようにする。このようにすると、互い違いに合波された光信号をチャネル毎に分離でき、チャネル間クロスト−クを抑圧して良好な受信特性を実現することが可能となる。 On the other hand, as the optical filter 35 at the receiving end, a device such as a Mach-Zehnder interferometer or an optical interleaver whose transmittance with respect to the optical frequency changes periodically is used. In this way, the optical signals that are multiplexed alternately can be separated for each channel, and it is possible to suppress the inter-channel crosstalk and achieve good reception characteristics.
なお図6においてはチャネル数が2であるが、チャネル数が増大しても本実施形態は有効である。また、受信端での光フィルタ35として、透過率変動の周期が異なるような光フィルタを接続し、各受信器36−1,36−2内のフォトディテクタに所望チャネルの2つの光スペクトルのみを導くことにより、光ファイバにおける波長多重密度をさらに高めることが可能となる。 In FIG. 6, the number of channels is 2, but this embodiment is effective even when the number of channels is increased. Further, as the optical filter 35 at the receiving end, an optical filter having a different cycle of transmittance variation is connected, and only the two optical spectra of the desired channel are guided to the photodetectors in the receivers 36-1 and 36-2. This makes it possible to further increase the wavelength multiplexing density in the optical fiber.
以上をまとめると本実施形態では、各チャネルの光送信装置に備わる2つの半導体レーザから波長の異なる2つの信号成分が送出されることにより、信号スペクトルの周波数間隔が広がることになる。そこで隣接チャネルの光信号の信号スペクトルを交互に周波数配置することにより、周波数利用効率を高めた波長多重伝送を実現することができる。 In summary, in this embodiment, two signal components having different wavelengths are transmitted from the two semiconductor lasers provided in the optical transmission apparatuses of the respective channels, thereby widening the frequency interval of the signal spectrum. Therefore, wavelength multiplex transmission with improved frequency utilization efficiency can be realized by alternately arranging signal spectra of optical signals of adjacent channels.
[第4の実施形態]
図8は、本発明に係わる光送信装置の第3の実施形態を示す機能ブロック図である。なお図8において図1と共通する部分には同じ符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。
[Fourth Embodiment]
FIG. 8 is a functional block diagram showing a third embodiment of the optical transmission apparatus according to the present invention. In FIG. 8, parts common to FIG. 1 are given the same reference numerals, and only different parts will be described here.
図8において、差動ドライバ6から出力される逆相信号7および正相信号8は、それぞれ半導体レーザ1,2に直接入力される。一方、半導体レーザ1,2にはそれぞれ直流バイアス源43,44が接続される。直流バイアス源43は、逆相信号7の中間レベルを半導体レーザ1の発光閾値に一致させるべく半導体レーザ1にバイアス電流を印加する。直流バイアス源44は、正相信号8の中間レベルを半導体レーザ2の発光閾値に一致させるべく半導体レーザ2にバイアス電流を印加する。
In FIG. 8, the
上記構成においては、2つの半導体レーザ1,2のしきい特性を利用して、ローパスフィルタ5から出力される3値化信号42を2値化信号に変換するようにしている。これによりスライサ9,10および基準電圧源13,14を省略することができる。
In the above configuration, the threshold value of the two
図9は、図8の半導体レーザ1,2の電流−出力光強度特性と、直流バイアスレベルとの関係を示す図である。図9に示されるように、3値化信号4の中央レベルと半導体レーザの発光閾値とが一致するように直流バイアスレベルを設定することにより、3値化信号の最高レベル(または最低レベル)においてのみ半導体レーザを発光駆動することができる。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the current-output light intensity characteristics of the
よく知られているように、半導体レーザの注入電流にはしきい特性がある。すなわち半導体レーザは、閾値以下の駆動電流範囲ではLEDモードで微弱な光が発光し、閾値以上の駆動電流範囲では半導体レーザ発振する。そこで本実施形態においては、+1レベルにおいては3値化信号4が半導体レーザ1,2の閾値を超え、それ以外のレベルでは3値化信号4が閾値より十分小さくなるように、3値化信号4の振幅および半導体レーザ1,2の注入電流の直流バイアスレベルを設定するようにする。
As is well known, the injection current of a semiconductor laser has a threshold characteristic. That is, the semiconductor laser emits weak light in the LED mode in the driving current range below the threshold, and the semiconductor laser oscillates in the driving current range above the threshold. Therefore, in this embodiment, the
なお半導体レーザを本実施形態に示すように駆動した場合には、注入電流に対する半導体レーザ光強度の非線形性のため光信号スペクトルに高次高調波成分が生じることがある。このような高調波成分は信号伝送には不必要であるので、受信端に光フィルタを設けて高調波成分を除去することにより、高調波成分間のビートによる受信特性への影響を抑圧することができる。 When the semiconductor laser is driven as shown in the present embodiment, high-order harmonic components may be generated in the optical signal spectrum due to nonlinearity of the semiconductor laser light intensity with respect to the injected current. Since such harmonic components are unnecessary for signal transmission, an optical filter is installed at the receiving end to remove the harmonic components, thereby suppressing the influence on the reception characteristics due to beats between the harmonic components. Can do.
[第5の実施形態]
図10は、本発明に係わる光送信装置の第5の実施形態を示す機能ブロック図である。なお図10において図1と共通する部分には同じ符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。
[Fifth Embodiment]
FIG. 10 is a functional block diagram showing a fifth embodiment of the optical transmission apparatus according to the present invention. In FIG. 10, the same reference numerals are given to the portions common to FIG. 1, and only the different portions will be described here.
本発明は多値信号の伝送にも応用することができ、図10はその実現例を示すものである。図10において、5値信号51は、信号処理により4系統の2値信号52−1〜52−4に分解される。すなわちn値信号は、(n−1)系統の2値信号に分解することができる。
The present invention can also be applied to the transmission of multi-level signals, and FIG. 10 shows an implementation example thereof. In FIG. 10, the
複数の半導体レーザ53−1〜53−4は互いに異なる出力光周波数を有し、2値化信号52−1〜52−4により直接変調されてそれぞれ強度変調光を出力する。各強度変調光は光カプラ11により合波されて光ファイバに送出される。各半導体レーザ53−1〜53−4間の発振周波数は、それぞれの発振周波数差がフォトディテクタ54の帯域よりも十分大きくなるように設定される。光ファイバを介して受信端に到達した強度変調光はフォトディテクタ54により光電変換され、多値化信号56が受信再生される。
The plurality of semiconductor lasers 53-1 to 53-4 have different output optical frequencies, and are directly modulated by the binarized signals 52-1 to 52-4, respectively, and output intensity-modulated light. Each intensity-modulated light is multiplexed by the
図11は、図10の信号処理部55の構成を示す機能ブロック図である。図5において5値信号51は4分岐されてそれぞれスライサ55−1〜55−4に入力される。スライサ55−1〜55−4はそれぞれ異なる基準電圧を発生する基準電圧源に接続され、5値信号51が特定のレベルにある場合にのみピークを持つ2値の駆動信号を発生出力する。各駆動信号はそれぞれ半導体レーザ53−1〜53−4に供給され、半導体レーザ53−1〜53−4をオン/オフ駆動して強度変調光を発生させる。
FIG. 11 is a functional block diagram showing the configuration of the
図12は、図11の各半導体レーザ53−1〜53−4にそれぞれ印加される駆動信号と5値信号51との関係を示す図である。5値信号51は、時間の経過とともに、第1レベル(最高レベル)〜第5レベル(最低レベル)のいずれかのレベルをとる。
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the drive signal applied to each of the semiconductor lasers 53-1 to 53-4 in FIG. The
スライサ55−1は、5値信号51が第1レベルをとる場合にのみ、+1レベルとなる駆動信号52−1を生成し、この駆動信号52−1を半導体レーザ53−1に印加する。スライサ55−2は、5値信号51が第2レベル以上のレベルをとる場合にのみ、+1レベルとなる駆動信号52−2を生成し、この駆動信号52−2を半導体レーザ53−2に印加する。スライサ55−3は、5値信号51が第3レベル以上のレベルをとる場合にのみ、+1レベルとなる駆動信号52−3を生成し、この駆動信号52−3を半導体レーザ53−3に印加する。スライサ55−4は、5値信号51が第4レベル以上のレベルをとる場合にのみ、+1レベルとなる駆動信号52−4を生成し、この駆動信号52−4を半導体レーザ53−4に印加する。
The slicer 55-1 generates the drive signal 52-1 that becomes the +1 level only when the
例えば5値信号51が第1レベルにある場合には、駆動信号52−1〜52−4の全てが+1となり、全ての半導体レーザ53−1〜53−4がオンされる。逆に5値信号51が第4レベルにある場合には、駆動信号52−4のみが+1となり、半導体レーザ53−4だけがオンされる。このような駆動信号を生成することにより、5値信号51の全ての状態を表す強度変調光を4つの半導体レーザ53−1〜53−4により生成することができる。
For example, when the
より一般的に表現すると、本実施形態では、送信すべきディジタルデータから第1レベル〜第n(nは3以上の自然数)レベルを有するn値信号を生成し、このn値信号から、当該n値信号が第m(1≦m≦n−1)レベル以上のレベルである場合にそれぞれ+1レベルをとる第m(1≦m≦n−1)駆動信号を生成する。そして、これらの第1〜第(n−1)駆動信号を、互いに出力光周波数の異なる第1〜第(n−1)の半導体レーザにそれぞれ個別に与え、各半導体レーザの出力光を合波して光伝送路に送出するようにしている。
More generally, in the present embodiment, an n-value
このように、送信データから生成される多値信号の多値数を増やすほどに、半導体レーザの数が増えることと相反して、データ信号のビットレート周波数の3分の1、あるいは4分の1、…というように、半導体レーザの変調帯域を低減させることが可能になる。従って、超高密度光伝送をより低コストで実現することが可能となる。ちなみに本実施形態によれば、各半導体レーザ53−1〜53−4の変調帯域を、データ信号のビットレート周波数の5分の1にまで低減させることができる。 Thus, as the number of multilevel signals generated from transmission data increases, the number of semiconductor lasers increases, contrary to the increase in the number of semiconductor lasers, one third or four minutes of the bit rate frequency of the data signal. Thus, the modulation band of the semiconductor laser can be reduced. Therefore, it is possible to realize ultra high density optical transmission at a lower cost. Incidentally, according to this embodiment, the modulation band of each of the semiconductor lasers 53-1 to 53-4 can be reduced to one fifth of the bit rate frequency of the data signal.
なおファイバの色分散特性により発生する各光信号間のタイミングずれなどは、図5に示されるように可変遅延器20を設けることなどにより補正することができる。 Note that a timing shift between optical signals caused by the chromatic dispersion characteristics of the fiber can be corrected by providing a variable delay device 20 as shown in FIG.
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば半導体レーザ1,2に代えて、半導体レーザと電界吸収型光変調器(Electro Absorption optical modulator:EA変調器)とを一体化した半導体レーザモジュールを使用することもできる。この場合、EA変調器をスライサ9,10の出力により駆動すると良い。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, instead of the
また上記各実施形態では、スライサ9,10を用いて基準値との比較により半導体レーザ1,2の駆動信号を生成するようにした。これに代えて、ロジック回路を用いることもできる。すなわち、3値化信号のレベルが基準電圧源の電圧値を超えたときのみ1レベルを返すようなロジック回路を用いると良い。あるいは、フリップフロップ(FF)回路などを利用することもできる。FF回路を利用する場合には、3値化信号のレベルが(+1)のときのみFFの出力がレベル1を返し、それ以外のレベル(0、−1)に対してはレベル0を返すようにFFの閾値レベルを設定すると良い。
In each of the above embodiments, the drive signals of the
さらに、本発明は実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Furthermore, the present invention can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the spirit of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1,2…半導体レーザ、3…NRZI信号、4…3値化信号、5…ローパスフィルタ、6…差動ドライバ、7…逆相信号、8…同相信号、9,10…スライサ、11…光カプラ、12…光受信器、13,14…基準電圧源、20…可変遅延器、31〜34…半導体レーザ、35…光フィルタ、36−1,36−2…光受信器、43,44…直流バイアス源、53−1〜53−4…半導体レーザ、54…フォトディテクタ、55…信号処理部、55−1〜55−4…スライサ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
個別に与えられる2値の駆動信号によりそれぞれ明滅駆動され互いに出力光周波数の異なる第1乃至第(n−1)の発光素子と、
第1値および第2値を有する2値信号であり前記n値信号が第m(1≦m≦n−1)レベル以上のレベルである場合にそれぞれ前記第1値をとる第m(1≦m≦n−1)駆動信号を生成し、これらの第1乃至第(n−1)駆動信号を前記第1乃至第(n−1)の発光素子にそれぞれ個別に与える駆動信号生成手段と、
前記第1乃至第(n−1)の発光素子の出力光を合波して光伝送路に送出する合波器とを具備することを特徴とする光送信装置。 Multi-value signal generating means for generating n-value signals having first to n-th (n is a natural number of 3 or more) levels from digital data to be transmitted;
First to (n-1) light-emitting elements that are driven to blink by binary drive signals given individually and have different output optical frequencies;
A binary signal having a first value and a second value, and the n-th signal takes the first value when the n-value signal is at a level equal to or higher than the m-th (1 ≦ m ≦ n−1) level. m ≦ n−1) driving signal generating means, and driving signal generating means for individually supplying the first to (n−1) th driving signals to the first to (n−1) light emitting elements,
An optical transmitter comprising: a multiplexer that multiplexes the output lights of the first to (n-1) th light emitting elements and sends them to an optical transmission line.
互いに出力光周波数の異なる第1および第2半導体レーザと、
前記第1レベルの出現時に前記第1半導体レーザを発光駆動し、前記第3レベルの出現時に前記第2半導体レーザを発光駆動する駆動手段と、
前記第1および第2半導体レーザの出力光を合波して光伝送路に送出する合波器とを具備することを特徴とする光送信装置。 Ternary signal generating means for generating a ternary signal having first to third levels in order from a high level by limiting a band of a transmission signal expressed by an NRZI (Non Return to Zero Inverted) code;
First and second semiconductor lasers having different output optical frequencies;
Drive means for driving the first semiconductor laser to emit light when the first level appears, and for driving the second semiconductor laser to emit light when the third level appears;
An optical transmitter comprising: a multiplexer that multiplexes the output lights of the first and second semiconductor lasers and sends them to an optical transmission line.
前記第1および第2半導体レーザの出力光周波数差は、前記光受信装置の受信帯域よりも大きいことを特徴とする請求項2に記載の光送信装置。 When an optical receiver that receives light transmitted from the multiplexer is connected to the optical transmission path,
The optical transmission device according to claim 2, wherein an output optical frequency difference between the first and second semiconductor lasers is larger than a reception band of the optical reception device.
前記駆動手段は、
前記3値化信号の逆相信号と同相信号とを生成する差動ドライバと、
前記逆相信号を基準値に基づきスライスして前記第3レベルの出現時にピークを示す2値の第1駆動信号を生成し、この第1駆動信号を前記第1半導体レーザに与える第1スライス手段と、
前記同相信号を基準値に基づきスライスして前記第1レベルの出現時にピークを示す2値の第2駆動信号を生成し、この第2駆動信号を前記第2半導体レーザに与える第2スライス手段とを具備することを特徴とする請求項2に記載の光送信装置。 The first and second semiconductor lasers are each driven to blink by a drive signal given individually,
The driving means includes
A differential driver that generates a reverse-phase signal and an in-phase signal of the ternary signal;
First slice means for slicing the negative phase signal based on a reference value to generate a binary first drive signal that exhibits a peak when the third level appears, and for supplying the first drive signal to the first semiconductor laser When,
Second slicing means for slicing the in-phase signal based on a reference value to generate a binary second drive signal that exhibits a peak when the first level appears, and for supplying the second drive signal to the second semiconductor laser The optical transmission device according to claim 2, further comprising:
前記駆動手段は、
前記3値化信号と逆相の第1駆動信号と前記3値化信号と同相の第2駆動信号とを生成し、前記第1駆動信号を前記第1半導体レーザに与え、前記第2駆動信号を前記第2半導体レーザに与える差動ドライバと、
前記第1駆動信号の中間レベルを前記第1半導体レーザの発光閾値に一致させるべく前記第1半導体レーザにバイアス信号を印加する第1バイアス源と、
前記第2駆動信号の中間レベルを前記第2半導体レーザの発光閾値に一致させるべく前記第2半導体レーザにバイアス信号を印加する第2バイアス源とを具備することを特徴とする請求項2に記載の光送信装置。 The first and second semiconductor lasers are each driven to blink by a drive signal given individually,
The driving means includes
A first drive signal having a phase opposite to that of the ternary signal and a second drive signal having the same phase as the ternary signal are generated, the first drive signal is provided to the first semiconductor laser, and the second drive signal is generated. A differential driver for supplying to the second semiconductor laser;
A first bias source for applying a bias signal to the first semiconductor laser so as to make an intermediate level of the first drive signal coincide with an emission threshold value of the first semiconductor laser;
3. A second bias source for applying a bias signal to the second semiconductor laser so as to make an intermediate level of the second drive signal coincide with an emission threshold value of the second semiconductor laser. Optical transmitter.
全ての前記光送信部から出力される前記第1および第2変調光を合波して光伝送路に送出する合波器とを具備し、
前記複数の光送信部の各々は、
NRZI(Non Return to Zero Inverted)符号により表現される伝送信号の帯域を制限して高レベルから順に第1レベル乃至第3レベルを有する3値化信号を生成する3値化信号生成手段と、
前記第1の変調光を出力する第1半導体レーザと、
前記第2の変調光を出力する第1半導体レーザと、
前記第1レベルの出現時に前記第1半導体レーザを発光駆動し、前記第3レベルの出現時に前記第2半導体レーザを発光駆動する駆動手段とを備え、
前記第1および第2変調光の周波数は、全ての前記光送信部にわたり異なることを特徴とする光送信装置。 A plurality of optical transmitters for outputting first and second modulated lights having different frequencies from each other;
A multiplexer that multiplexes the first and second modulated lights output from all the optical transmitters and sends them to an optical transmission line;
Each of the plurality of optical transmitters includes:
Ternary signal generating means for generating a ternary signal having first to third levels in order from a high level by limiting a band of a transmission signal expressed by an NRZI (Non Return to Zero Inverted) code;
A first semiconductor laser that outputs the first modulated light;
A first semiconductor laser that outputs the second modulated light;
Driving means for driving the first semiconductor laser to emit light when the first level appears, and driving the second semiconductor laser to emit light when the third level appears,
The frequency of the said 1st and 2nd modulated light differs across all the said optical transmission parts, The optical transmitter characterized by the above-mentioned.
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