JP2006295496A - Optical transmission system and light source thereof - Google Patents
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Description
この発明は複数の光源を備えて波長分割多重伝送する光伝送システムと、この種のシステムに用いられる光源に関する。特にこの発明は、アクセスネットワークやユーザネットワークなどの中・短距離ネットワークに好適に利用することができる。 The present invention relates to an optical transmission system that includes a plurality of light sources and performs wavelength division multiplexing transmission, and a light source used in this type of system. In particular, the present invention can be suitably used for medium / short-distance networks such as access networks and user networks.
アクセスネットワークやユーザネットワークなどの中・短距離ネットワーク向け光伝送システムでは、発振波長が800nm〜900nmのレーザ光源と、コア径が50μm〜62.5μmの多モード光ファイバとを組み合わせることにより経済化を図っている。特に波長850nmで発振する面発光レーザを用いることにより、従来型のファブリ・ペロー型レーザ(FP−LD)や分布帰還型レーザ(DFB−LD)と比べてシステムを低コスト化することができる。 In optical transmission systems for medium and short-distance networks such as access networks and user networks, the combination of a laser light source with an oscillation wavelength of 800 nm to 900 nm and a multimode optical fiber with a core diameter of 50 μm to 62.5 μm is economical. I am trying. In particular, by using a surface emitting laser that oscillates at a wavelength of 850 nm, the cost of the system can be reduced as compared with a conventional Fabry-Perot laser (FP-LD) or a distributed feedback laser (DFB-LD).
ところで、近年のイーサネット(Ethernet:(登録商標))の標準化では10Gbpsの伝送速度が実現されており、専ら光伝送方式が用いられる。この種の用途に向け検討されている光源の波長は850nm帯、1310nm帯、および、1550nm帯である。このうち短波長帯である850nm帯を用いる既存の光伝送システムでは、多モード光ファイバが用いられるために伝送距離が比較的短い。例えばコア径が50μmの多モード光ファイバを用いると最大伝送距離は80m程度になる。 By the way, in the recent standardization of Ethernet (Ethernet: (registered trademark)), a transmission rate of 10 Gbps is realized, and an optical transmission method is exclusively used. The wavelengths of the light source being studied for this type of application are the 850 nm band, the 1310 nm band, and the 1550 nm band. Among these, the existing optical transmission system using the 850 nm band, which is a short wavelength band, has a relatively short transmission distance because a multimode optical fiber is used. For example, when a multimode optical fiber having a core diameter of 50 μm is used, the maximum transmission distance is about 80 m.
伝送距離が伸びない理由は、主としてファイバ内で生じるモード分散による帯域劣化である。さらに、既存の多モード光ファイバの屈折率分布構造は波長850nm付近でモード分散を低減するものが主流であるので、800nm以下の帯域、および900nm以上の帯域の波長を用いる場合にはモード分散による帯域劣化がより顕著になる。なお同じ短波長帯において、長波長帯で用いられるコア径10μm程度のシングルモード光ファイバ(SMF)や、フォトニック結晶構造ファイバ(PCF)を伝送媒体に用いると、いずれのファイバにおいても数モード乃至シングルモード伝送を期待することができ、モード分散の影響が小さいことが知られている(特許文献1、非特許文献1を参照)。
以上述べたようにシングルモード光ファイバを用いることができれば、特に短波長帯と呼ばれる850nm帯において伝送距離を延伸できる可能性がある。しかしながら既存の波長分割多重光伝送システムに用いられる面発光レーザ(VCSEL)光源は、短波長帯においてはマルチモード動作する。よってその出力光をシングルモード光ファイバに入射した場合に、モード分配雑音の影響により伝送距離が制限されるという不具合がある。
この発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、モード分配雑音の影響を低減して伝送距離を延長可能な光伝送システムおよびその光源を低コストで提供することにある。
As described above, if a single mode optical fiber can be used, there is a possibility that the transmission distance can be extended particularly in an 850 nm band called a short wavelength band. However, a surface emitting laser (VCSEL) light source used in an existing wavelength division multiplexing optical transmission system operates in a multimode in a short wavelength band. Therefore, when the output light is incident on the single mode optical fiber, there is a problem that the transmission distance is limited due to the influence of mode distribution noise.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical transmission system capable of extending the transmission distance by reducing the influence of mode distribution noise and its light source at low cost.
上記目的を達成するためにこの発明の一態様によれば、互いに出力光波長の異なる複数の光源と、これらの複数の光源のそれぞれの出力光を合波して波長多重光を出力する合波器と、前記波長多重光が入射される光伝送路と、この光伝送路を介して伝送された波長多重光を波長ごとに分波する分波器と、この分波器から出力される各波長光を受光する複数の受光器とを具備し、前記複数の光源の各々は、発光面の直径が4μm乃至12μmである面発光レーザであり、前記光伝送路はシングルモード光ファイバであることを特徴とする光伝送システムが提供される。 In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, a plurality of light sources having different output light wavelengths and a combination of the output lights of the plurality of light sources to output wavelength multiplexed light. , An optical transmission path on which the wavelength multiplexed light is incident, a duplexer that demultiplexes the wavelength multiplexed light transmitted through the optical transmission path for each wavelength, and each output from the duplexer A plurality of light receivers for receiving wavelength light, wherein each of the plurality of light sources is a surface emitting laser having a light emitting surface diameter of 4 μm to 12 μm, and the optical transmission path is a single mode optical fiber. An optical transmission system is provided.
このような手段を講じることにより面発光レーザをシングルモードで駆動することができ、その出力光をシングルモード光ファイバを介して伝送することが可能になる。このようにシングルモード動作を行う安価な面発光レーザ(すなわちVCSEL光源)の出力光をシングルモード光ファイバを介して伝送することで、光ファイバにおけるモード分配雑音を低減することができ、従って伝送距離を延長することが可能になる。 By adopting such means, the surface emitting laser can be driven in a single mode, and the output light can be transmitted through the single mode optical fiber. By transmitting the output light of an inexpensive surface emitting laser (that is, a VCSEL light source) that performs single mode operation through the single mode optical fiber in this way, mode distribution noise in the optical fiber can be reduced, and therefore the transmission distance. Can be extended.
この発明によれば、モード分配雑音の影響を低減して伝送距離を延長可能な光伝送システムおよびその光源を低コストで提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an optical transmission system capable of extending the transmission distance by reducing the influence of mode distribution noise and its light source at low cost.
図1は、この発明に係わる面発光レーザ(VCSEL光源)を用いたレーザモジュールを示す断面図である。図1において、基板1にn型ブラッグ反射膜2が積層され、量子井戸構造3を介してp型ブラッグ反射膜4がさらに積層される。これら反射膜2,4および量子井戸構造3を両側から覆うように絶縁膜5,6が形成される。一方の絶縁膜6の外側には電極板7が形成され、さらにその外側に絶縁膜8が形成される。このうち電極板7にはn型電極9が接続される。p型ブラッグ反射膜4にはp型電極10が形成される。このp型電極10には発光面が開口され、この発光面からレーザ光が出力される。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a laser module using a surface emitting laser (VCSEL light source) according to the present invention. In FIG. 1, an n-type Bragg
この実施形態では発光面の直径を10μmとし、出力されるレーザ光をコア径10μmの光ファイバFに導く。光ファイバFは1.2μm以上の波長帯においてシングルモードの信号光を伝送する、シングルモード光ファイバである。 In this embodiment, the diameter of the light emitting surface is 10 μm, and the output laser light is guided to an optical fiber F having a core diameter of 10 μm. The optical fiber F is a single mode optical fiber that transmits single mode signal light in a wavelength band of 1.2 μm or more.
図2は、図1の光源を用いた波長分割多重光伝送システムの一例を示すシステム図である。図2において、出力波長の互いに異なるレーザ光源21〜23の出力光は合波器30により波長多重され、波長多重光が出力される。この波長多重光はシングルモード光ファイバFに入射され、受信端まで伝送される。伝送された波長多重光は分波器40により各波長光に分波され、それぞれ受光器51〜53により受信されて信号が再生される。レーザ光源21〜23はいずれも図1の構成のVCSEL光源であり、その出力光波長をそれぞれ650nm,780nm,850nmとする。受光器としては800nm以上900nm以下の波長で優れた受光感度を有するシリコンを用いたアバランシェ型フォトダイオード(APD)を用いることができる。
FIG. 2 is a system diagram showing an example of a wavelength division multiplexing optical transmission system using the light source of FIG. In FIG. 2, the output lights of the
図3は、比較のため既存の光伝送システムを示す模式図である。図3は、特に既存の中・短距離ネットワークに用いられてきたシステムを示す。図3のシステムは例えば850nm波長のVCSEL光源をマルチモード駆動させ、その出力光を多モード光ファイバを介して受光器にまで伝送するものである。このシステムを低コストで実現するにはFP−LDやDFB−LDといった高価な光源でなく、面発光レーザ(VCSEL)光源を用いるのが好ましい。しかしながら既存のシステムでは面発光レーザはマルチモード駆動するので伝送波形が乱れやすく、伝送距離が限られるという不具合がある。 FIG. 3 is a schematic diagram showing an existing optical transmission system for comparison. FIG. 3 shows a system that has been used especially for existing medium and short range networks. In the system of FIG. 3, for example, a VCSEL light source having a wavelength of 850 nm is driven in multimode, and the output light is transmitted to a light receiver through a multimode optical fiber. In order to realize this system at low cost, it is preferable to use a surface emitting laser (VCSEL) light source instead of an expensive light source such as FP-LD or DFB-LD. However, in the existing system, since the surface emitting laser is driven in multimode, there is a problem that the transmission waveform is easily disturbed and the transmission distance is limited.
これに対してこの実施形態では、図1に示すように面発光レーザの発光面の直径を非常に狭く(10μm)したので、図1の光源はシングルモードで動作する。その出力光をシングルモードの光ファイバFを介して伝送することによりモード分配雑音を低減でき、従って伝送波形の劣化を最小限に抑えることができる。従って伝送距離を延伸することが可能になる。さらに、図2に示すように600nm以上1μm以下の短波長帯における3つの波長を用い、各光源21〜23の出力光を1GHz〜13GHzの変調速度で変調することにより、1Gbps〜10Gbpsの伝送速度のイーサネット(登録商標)に対応可能な波長分割多重光伝送システムを構築することができる。このようなネットワークにおいてもこの実施形態によれば、シングルモード動作であることから光ファイバにおけるモード分配雑音を低減でき、伝送距離を延伸することができる。しかも光源として安価な面発光レーザを用いることができるので、システムの低コスト化を促進することができる。これらのことから本実施形態によれば、特にアクセスネットワークやユーザネットワークなどの中・短距離ネットワークにおいて、より顕著なメリットを得ることができる。以上をまとめるとこの実施形態では、安価なVCSEL光源をシングルモード動作させ、その出力光をシングルモード光ファイバFに入射するようにしている。このようにしたので、モード分配雑音の影響を低減して伝送距離を延長可能な光伝送システムおよびその光源を低コストで提供することが可能になる。
In contrast, in this embodiment, since the diameter of the light emitting surface of the surface emitting laser is very narrow (10 μm) as shown in FIG. 1, the light source of FIG. 1 operates in a single mode. By transmitting the output light through the single-mode optical fiber F, the mode distribution noise can be reduced, and therefore the deterioration of the transmission waveform can be minimized. Therefore, the transmission distance can be extended. Further, as shown in FIG. 2, by using three wavelengths in a short wavelength band of 600 nm or more and 1 μm or less and modulating the output light of each
なおこの発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば光源の数は3に限らず、少なくとも2以上の光源を用いれば波長分割多重光伝送システムを構築できることは自明である。逆に、波長数をさらに増やすこともできる。例えば図4に示すように、周波数軸上に10個の波長を配列することも可能である。図4に示すように、各波長光の帯域を30nmとし、波長間隔すなわち非割当波長域を10nmとすると、600nm〜1μm以下の波長帯において10個の波長を配列することができる。このようにしても、1Gbps〜10Gbpsのイーサネット(登録商標)において要求される伝送速度を達成する波長分割多重伝送を実現することができる。より一般的には、各波長光の帯域を20nm〜50nmとし、非割当波長域を10nm〜20nmとすると、各チャネル間のセパレーションを十分に確保した上で波長分割多重光伝送を実現することができる。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, the number of light sources is not limited to three, and it is obvious that a wavelength division multiplexing optical transmission system can be constructed by using at least two light sources. Conversely, the number of wavelengths can be further increased. For example, as shown in FIG. 4, it is possible to arrange ten wavelengths on the frequency axis. As shown in FIG. 4, assuming that the band of each wavelength light is 30 nm and the wavelength interval, that is, the unassigned wavelength range is 10 nm, ten wavelengths can be arranged in a wavelength band of 600 nm to 1 μm or less. Even in this way, it is possible to realize wavelength division multiplex transmission that achieves a transmission rate required in Ethernet (registered trademark) of 1 Gbps to 10 Gbps. More generally, if each wavelength light band is set to 20 nm to 50 nm and the non-assigned wavelength range is set to 10 nm to 20 nm, wavelength division multiplexed optical transmission can be realized with sufficient separation between the channels. it can.
また図2において各レーザ光源21〜23の発振波長は650nm帯、780nm帯、850nm帯に限らず、他の波長帯を用いても良い。またレーザ光源の発光面の直径は、4μm〜12μm程度であればシングルモード動作が可能であるので、この発明の目的を十分に達成可能である。
In FIG. 2, the oscillation wavelengths of the
さらに、この発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、光ファイバFのコア径など、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。 Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements within a range not departing from the gist thereof, such as the core diameter of the optical fiber F. 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.
1…基板、2…n型ブラッグ反射膜、3…量子井戸構造、4…p型ブラッグ反射膜、5,6,8…絶縁膜、7…電極板、9…n型電極、10…p型電極、F…光ファイバ、21〜23…レーザ光源、30…合波器、40…分波器、51〜53…受光器
DESCRIPTION OF
Claims (9)
これらの複数の光源のそれぞれの出力光を合波して波長多重光を出力する合波器と、
前記波長多重光が入射される光伝送路と、
この光伝送路を介して伝送された波長多重光を波長ごとに分波する分波器と、
この分波器から出力される各波長光を受光する複数の受光器とを具備し、
前記複数の光源の各々は、発光面の直径が4μm乃至12μmである面発光レーザであり、
前記光伝送路はシングルモード光ファイバであることを特徴とする光伝送システム。 A plurality of light sources having different output light wavelengths,
A multiplexer that multiplexes the output light of each of the plurality of light sources and outputs wavelength multiplexed light;
An optical transmission line on which the wavelength multiplexed light is incident;
A demultiplexer for demultiplexing the wavelength division multiplexed light transmitted through this optical transmission line for each wavelength;
A plurality of light receivers for receiving each wavelength light output from the duplexer,
Each of the plurality of light sources is a surface emitting laser having a light emitting surface diameter of 4 μm to 12 μm,
The optical transmission system is characterized in that the optical transmission line is a single mode optical fiber.
発光面の直径が4μm乃至12μmの面発光レーザであることを特徴とする光源。 The light source used in an optical transmission system that combines output light from a plurality of light sources having different output light wavelengths and transmits the light through a single mode optical fiber,
A light source characterized in that the light emitting surface is a surface emitting laser having a diameter of 4 μm to 12 μm.
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JP2004063657A (en) * | 2002-07-26 | 2004-02-26 | Ricoh Co Ltd | Surface emitting laser, surface emitting laser array, light transmitting module, light transmitting/receiving module and optical communication system |
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