JP2007149849A - 光送信器 - Google Patents

Abstract

【課題】光信号のクロストークが生じないように半導体レーザを冷却することができ、また低コストで構成することができる光送信器を提供する。
【解決手段】波長多重方式にて送信される複数の光信号を生成するために、異なる光発振波長の光を発する第１乃至第Ｎ半導体レーザ１２，２２，３２，…，Ｎ２を筐体１内に配してなる光送信器において、筐体１に筐体吸気孔１ｃ及び筐体排気孔１ｄを形成し、筐体１内に空気を吸排気することで第１乃至第Ｎ半導体レーザ１２，２２，３２，…，Ｎ２を空冷するファン２と、第１乃至第Ｎ半導体レーザ１２，２２，３２，…，Ｎ２の温度を検出する第１乃至第Ｎ温度検出部１３，２３，３３，…，Ｎ３と、各温度検出部１３，２３，３３，…，Ｎ３が検出した温度に基づいて、ファン２の回転数を制御する制御部５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、波長多重方式にて送信される複数の光信号を生成するために、光発振波長が異なる複数の発光素子を備える光送信器に関する。

長距離光増幅中継システム、例えばＦＴＴＨ（Ｆｉｂｅｒ Ｔｏ Ｔｈｅ Ｈｏｍｅ）は、加入者宅側及び局側にそれぞれ設置されており、光信号を送受信する光送受信器、及び光増幅及び波長多重することにより光信号を１心光ファイバで中継するＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）中継器から構成されている。

ＷＤＭ中継器は、レーザ光の光発振波長が異なる複数の半導体レーザを備えており、加入者宅側の送受信器から送信された複数の信号に基づいて、各レーザ光をそれぞれ光変調することによって、異なる周波数の光信号を生成する。生成された光信号は、光合波器によって合波、つまり波長多重され、合波された光信号は、１心光ファイバを通じて、局側へ送信される。また、中継器は、局側から合波されて送信された光信号を光分波器によって、分波し、分波した光信号を所定周波数の光信号に変換して、加入者宅側へ送信する。

ところで、半導体レーザの光発振波長は半導体レーザの温度に依存する。
図５は、半導体レーザに係る光発振波長の温度特性を示すグラフである。図５に示すように、半導体レーザの光発振波長は、温度に比例して長くなる。半導体レーザの温度が変化した場合、波長多重される光信号の光発振波長が変化し、光信号のクロストークが生ずるおそれがある。

従来のＷＤＭ中継器においては、光信号のクロストークを防ぐために、各半導体レーザの温度を検出する温度検出部、半導体レーザ夫々を冷却するペルチェ素子、温度検出部が検出した温度に基づいて、半導体レーザの温度を所定温度以下に制御する制御部を備えている（例えば、特許文献１）。

このように構成されたＷＤＭ中継器においては、光信号のクロストークを効果的に抑えて、光信号を波長多重中継することができる。
特開平５−６３２８２号公報 特開２００１−２３０４８６号公報 特開２００２−２４８７２９号公報

しかしながら、従来のＷＤＭ中継器は、複数の半導体レーザ夫々をペルチェ素子にて冷却する構成であるため、コスト高であるという問題があった。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、光発振波長が異なる複数の発光素子を空冷するためのファンを備え、温度検出手段の検出結果に基づいてファンの回転数を制御するように構成することにより、光信号のクロストークが生じないように発光素子を空冷することができ、また低コストで製造することができる光送信器を提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、温度検出手段が検出した温度のうち、最も高い温度に基づいて、ファンの回転数を制御するように構成することにより、各発光素子の温度を所定温度範囲に空冷することができるファンの回転数を簡易に特定して、光信号のクロストークが生じないように発光素子を空冷することができる光送信器を提供することにある。

本発明の他の目的は、光発振波長の差が小さい程、発光素子同士が近接するように構成することにより、光発振波長の差が小さい程、各発光素子の温度差を小さくし、光信号のクロストークを効果的に防ぐことができる光送信器を提供することにある。

本発明の他の目的は、光発振波長の隣接する発光素子同士が装置内において隣接するように構成することにより、光発振波長の隣接している発光素子同士の温度差を小さくし、光信号のクロストークを効果的に防ぐことができる光送信器を提供することにある。

第１発明に係る光送信器は、波長多重方式にて送信される複数の光信号を生成するために、光発振波長が異なる複数の発光素子を筐体内に配してなる光送信器において、前記筐体内に空気を吸排気することで前記複数の発光素子を空冷するファンと、前記複数の発光素子の夫々の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段が検出した夫々の温度に基づいて、前記ファンの回転数を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

第１発明にあっては、温度検出手段が検出した発光素子の夫々の温度に基づいて、制御手段は、ファンの回転数を制御し、発光素子の温度を所定温度範囲に保つ。発光素子の温度が所定温度範囲にある場合、該発光素子は、所定範囲内にある光発振波長の光を発する。
従って、発光素子が発する光を光変調及び波長多重した場合に生ずる光信号のクロストークを防ぐことができる。
また、ファンを用いて複数の発光素子を空冷するため、ペルチェ素子のような冷却素子を各発光素子に備える場合に比べて、上述の効果を有する光送信器を低コストで構成することができる。

第２発明に係る光送信器は、前記温度検出手段が検出した温度を比較することにより、最も高い温度を特定する特定手段を備え、前記制御手段は、前記温度検出手段が検出し、前記特定手段が特定した温度に基づいて、前記ファンの回転数を制御するようにしてあることを特徴とする。

第２発明にあっては、制御手段は、特定手段が特定した発光素子の最も高い温度に基づいて、ファンの回転数を制御する。最も高温の発光素子を、所定温度範囲に空冷するようにした場合、他の発光素子も共に所定温度範囲に空冷される。従って、簡易な処理で、各発光素子を所定温度範囲に空冷するファンの回転数を特定し、各発光素子を空冷することができる。

第３発明に係る光送信器は、前記複数の発光素子が、光発振波長の差が小さい程、近接するように前記筐体内に配されていることを特徴とする。

第３発明にあっては、発光素子同士が近接している程、該発光素子の光発振波長の差は小さく、また各発光素子同士の温度差も小さい。発光素子同士の温度差が小さい場合、温度による各発光素子の光発振波長のずれも同程度であるため、クロストークが生ずる虞が低い。

第４発明に係る光送信器は、前記複数の発光素子が、光発振波長の隣接する前記発光素子同士が隣接するように、前記筐体内に配されていることを特徴とする。

第４発明にあっては、光発振波長の隣接している発光素子同士が互いに隣接している。隣接している該発光素子同士の温度差は、隣接していない他の発光素子同士の温度差に比べて小さい。発光素子同士の温度差が小さい場合、温度による各発光素子の光発振波長のずれも同程度であるため、クロストークが生ずる虞が低い。

第１発明によれば、光信号のクロストークが生じないように発光素子を空冷することができ、また低コストで光送信器を製造することができる。

第２発明によれば、最も高温の発光素子及び他の発光素子の温度を所定温度範囲に空冷することができるファンの回転数を簡易に特定して、光信号のクロストークが生じないように発光素子を空冷することができる。

第３発明によれば、光発振波長の差が小さい程、各発光素子の温度差が小さくなるように該発光素子を配し、光信号のクロストークを効果的に防ぐことができる。

第４発明によれば、光発振波長の隣接する発光素子同士の温度差が小さくなるように装置内構成において該発光素子を配し、光信号のクロストークを効果的に防ぐことができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は、本発明の実施の形態に係るＷＤＭ中継器Ａの略示平面断面図、図２は、ＷＤＭ中継器Ａを備えた長距離光増幅中継システムを示すブロック図である。
長距離光増幅中継システムは、加入者宅側及び局側にそれぞれ設置されており、光信号を送受信する宅側光送受信器Ｄ，…，Ｄ及び局側光送受信器Ｅ，…，Ｅ、並びに宅側光送受信器Ｄ，…，Ｄ及び局側光送受信器Ｅ，…，Ｅの間を、波長多重することにより１心光ファイバＣで中継する加入者宅側及び局側のＷＤＭ中継器Ａ，Ｂから構成されている。

ＷＤＭ中継器Ａは、宅側光送受信器Ｄ，…，Ｄとの間で異なる光発振波長λ０１＝１３１０ｎｍ及びλ１０＝１４９０ｎｍで送受信し、局側のＷＤＭ中継器Ｂとの間で異なる光発振波長λ１，λ２，λ３，λ４，λ５，λ６，…，λ２Ｎ−１，λ２Ｎ（但し、Ｎは２以上の自然数）で光信号を送受信する第１乃至第Ｎトランスポンダ１１，２１，３１，…，Ｎ１、各トランスポンダ１１，２１，３１，…，Ｎ１が送受信する光信号を合波又は分波する光合分波器３、各トランスポンダ１１，２１，３１，…，Ｎ１が接続されるコネクタパネル４、及び筐体１を備えている。光発振波長λ１，λ２，λ３，λ４，λ５，λ６，…，λ２Ｎ−１，λ２Ｎは、例えば１４７１ｎｍを基準に、２０ｎｍずつ長くなるように設定されている。

筐体１は、略直方体形状であり、矩形の底面部１ａ、底面部１ａに周設された筐体側壁部１ｂ，…，１ｂ、筐体側壁部１ｂ，…，１ｂの上端に形成された図示しない天面部を備えている。略平行な２枚の筐体側壁部１ｂ，１ｂの横方向一端側には、それぞれ筐体吸気孔１ｃ及び筐体排気孔１ｄが対角をなすように形成されている。筐体排気孔１ｄには、ファン２、及びファン２を駆動するファン駆動部２ａが設けられており（図３参照）、ファン２の回転によって、空気が筐体吸気孔１ｃから吸気され、筐体１内部、特に第１乃至第Ｎトランスポンダ１１，２１，３１，…，Ｎ１を通流して、筐体排気孔１ｄから排気されるように構成されている。

第１トランスポンダ１１は、宅側光送受信器Ｄ，…，Ｄから送信された光発振波長λ０１の光信号を、光発振波長λ１の光信号に変換して局側のＷＤＭ中継器Ｂへ中継するために、宅側光送受信器Ｄ，…，Ｄから送信された光信号を電気信号にＯ／Ｅ変換するフォトダイオード、光発振波長λ１のレーザ光を発する第１半導体レーザ１２、及びＯ／Ｅ変換された電気信号に基づいて、光発振波長λ１のレーザ光を光変調する光変調器を備えている。
また、第１トランスポンダ１１は、局側のＷＤＭ中継器Ｂから送信され、光合分波器３にて分波された光発振波長λ２の光信号を電気信号にＯ／Ｅ変換するフォトダイオード、光発振波長λ１０のレーザ光を発する図示しない半導体レーザ、及びＯ／Ｅ変換された電気信号に基づいて、光発振波長λ１０のレーザ光を光変調する変調器を備えている。
なお、宅側光送受信器Ｄ，…，ＤとＷＤＭ中継器Ａ間は、１心の光ファイバで光信号を送受信するように構成されている。

更に、第１トランスポンダ１１は、第１半導体レーザ１２の温度を検出するサーミスタのような第１温度検出部１３を備えており、第１半導体レーザ１２、第１温度検出部１３等は、略直方体形状の収容体１４の略中央部に収容されている。

第１トランスポンダ１１の収容体１４は、収容体１４を構成する一の側壁部が筐体吸気孔１ｃを有する筐体側壁部１ｂに対向するように筐体１内に配されており、前記側壁部には、筐体吸気孔１ｃに対向するように吸気孔１５が形成されている。また、前記側壁部には、収容体１４に吸気された空気を第１半導体レーザ１２側へ案内する案内板１６が形成されている。また、前記側壁部に略垂直であり、ファン２側の側壁部には排気孔１７が形成されている。更に、吸気孔１５が形成された側壁部に対向している側壁部には、吸気孔１５に対向するように通気孔１８が形成されている。

また、第１トランスポンダ１１の通気孔１８側には、第１トランスポンダ１１と同様の吸気孔２５、排気孔２７、通気孔２８及び案内板２６を形成した収容体２４を有する第２トランスポンダ２１が、面接触するように配されている。第２トランスポンダ２１は、光発振波長λ３のレーザ光を発する第２半導体レーザ２２、第２半導体レーザ２２の温度を検出する第２温度検出部２３等を備えており、宅側光送受信器Ｄ，…，Ｄから送信された光発振波長λ０１の光信号を光発振波長λ３の光信号に変換し、局側のＷＤＭ中継器Ｂから送信された光発振波長λ４の光信号を光発振波長λ１０の光信号に変換して、宅側光送受信器Ｄ，…，Ｄへ送信するように構成してある。

第２トランスポンダ２１の通気孔２８側には、第１トランスポンダ１１と同様の吸気孔３５、排気孔３７、通気孔３８、及び案内板３６を形成した収容体３４を有する第３トランスポンダ３１が配されている。以下同様にして、第３トランスポンダ３１の通気孔３８側には、第１トランスポンダ１１と同様の第４乃至第（Ｎ−１）トランスポンダが順に配されている。

第（Ｎ−１）トランスポンダの通気孔側には、第１トランスポンダ１１と同様の吸気孔Ｎ５、排気孔Ｎ７、通気孔Ｎ８及び案内板Ｎ６を形成した収容体Ｎ４を有する第ＮトランスポンダＮ１が配されている。
第ＮトランプポンダＮ１は、側壁部の外側に、通気孔Ｎ８から排気された空気を、筐体排気孔１ｄ及び光合分波器３側へ案内する案内板Ｎ９が形成されている。

第３乃至第Ｎトランスポンダ３１，…，Ｎ１は、それぞれ光発振波長λ５，…，λ２Ｎ−１のレーザ光を発する第３乃至第Ｎ半導体レーザ３２，…，Ｎ２、第３乃至第Ｎ半導体レーザ３２，…，Ｎ２の温度を夫々検出する第３乃至第Ｎ温度検出部３３，…，Ｎ３等を備えており、宅側光送受信器Ｄ，…，Ｄから送信された光発振波長λ０１の光信号を光発振波長λ５，…，λＮの光信号に変換し、局側のＷＤＭ中継器Ｂから送信された光発振波長λ６，…，λ２Ｎの光信号を光発振波長λ１０の光信号に変換して、宅側光送受信器Ｄ，…，Ｄへ送信するように構成してある。

第１乃至第Ｎトランスポンダ１１，２１，３１，…，Ｎ１の第１乃至第Ｎ半導体レーザ１２，２２，３２，…，Ｎ２の光発振波長λ１、λ３、λ５、…，λ２Ｎ−１は、この順に長く、第１乃至第Ｎトランスポンダ１１，２１，３１，…，Ｎ１は、筐体吸気孔１ｃ側から筐体排気孔１ｄ側へこの順で配されている。
つまり、各半導体レーザ１２，２２，３２，…，Ｎ２は、光発振波長が、筐体吸気孔１ｃ側から筐体排気孔１ｄ側へ昇順になるように配されている。
別の観点によれば、各半導体レーザ１２，２２，３２，…，Ｎ２は、光発振波長の差が小さい程、近接するように筐体１内に配されている。

光合分波器３は、例えば複数の誘電体多層膜フィルタを備えており、第１乃至第Ｎトランスポンダ１１，２１，３１，…，Ｎ１にて光変調された光発振波長λ１，λ３，λ５，…，λ２Ｎ−１の光信号を合波し、またＷＤＭ中継器Ｂから送信された光信号を光発振波長λ２，λ４，λ６，…，λ２Ｎの光信号に分波する。光合分波器３で合波された光信号は、１心光ファイバＣを通じて局側のＷＤＭ中継器Ｂへ送信される。また、１心光ファイバＣを通じて局側のＷＤＭ中継器Ｂから送信された光信号は、光合分波器３で分波され、分波された光発振波長λ２，λ４，λ６，…，λ２Ｎの光信号は、それぞれ第１乃至第Ｎトランスポンダ１１，２１，３１，…，Ｎ１に入力する。

図３は、ＷＤＭ中継器Ａの構成を示すブロック図である。
ＷＤＭ中継器Ａは、第１乃至第Ｎ温度検出部１３，２３，３３，…，Ｎ３の検出結果と、各半導体レーザ１２，２２，３２，…，Ｎ２の温度を、各半導体レーザ１２，２２，３２，…，Ｎ２が規定光発振波長のレーザ光を発する温度範囲に保つことができるファン２の回転数とを対応付けたテーブル６を備えている。テーブル６は、例えばファン２の回転数が、温度に対して増加関数となるような回転数及び温度を記憶している。なお、温度とファン２の回転数との対応関係は、実験によって特定する。

また、ＷＤＭ中継器Ａは、第１乃至第Ｎ温度検出部１３，２３，３３，…，Ｎ３の検出結果と、テーブル６とに基づいて、ファン２の回転数を制御する制御部５を備えている。制御部５は、図示しないＣＰＵ、ファン２の回転数制御に必要なコンピュータプログラムを記憶したＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、ＣＰＵは、ＲＯＭから前記コンピュータプログラムをＲＡＭに展開して実行することにより、ファン２の回転数を制御するように構成されている。

図４は、ファン２の回転数制御に係る制御部５の処理手順を示すフローチャートである。
電源が投入され、光信号の中継機能が動作している場合、制御部５は、第１乃至第Ｎ温度検出部１３，２３，３３，…，Ｎ３の検出結果を取得する（ステップＳ１）。そして、制御部５は、検出された温度を比較することにより、最も高い温度を特定する（ステップＳ２）。

次いで、制御部５は、テーブル６を読み出し（ステップＳ３）、ステップＳ２で特定した温度と、ステップＳ３で読み出したテーブル６とに基づいて、ファン２の回転数を特定する（ステップＳ４）。
そして、制御部５は、ファン駆動部２ａに制御信号を与えることにより、ステップＳ４で特定された回転数でファン２を回転させる（ステップＳ５）。

このように構成されたＷＤＭ中継器Ａにあっては、図１の白矢印で示すように、ファン２が回転した場合、筐体吸気孔１ｃから吸気された空気は、第１トランスポンダ１１の吸気孔１５から収容体１４内に吸気され、収容体１４内部を通流して、排気孔１７から排気されるため、通流する空気によって、第１半導体レーザ１２は空冷される。また、収容体１４内に吸気された空気の一部は、通気孔１８及び吸気孔２５を通じて、収容体２４に吸気され、排気孔２７から排出されるため、第２半導体レーザ２２は空冷される。以下、同様にして、第３乃至第Ｎ収容体３４，…，Ｎ４の内部を空気が通流することによって、第３乃至第Ｎ半導体レーザ３２，Ｎ２は空冷される。
従って、単一のファン２によって、第１乃至第Ｎ半導体レーザ１２，２２，３２，…，Ｎ２が空冷されるため、各半導体レーザ１２，２２，３２，…，Ｎ２にペルチェ素子を設けて、冷却する場合に比べて、低コストで第１乃至第Ｎ半導体レーザ１２，２２，３２，…，Ｎ２を空冷することができ、光信号のクロストークを効果的に抑えることができる。

また、最も温度が高い第１乃至第Ｎ半導体レーザ１２，２２，３２，…，Ｎ２の温度に基づいて、ファン２の回転数を特定するように構成しているため、簡単な処理で第１乃至第Ｎ半導体レーザ１２，２２，３２，…，Ｎ２を空冷することができる。

更に、第１乃至第Ｎトランスポンダ１１，２１，３１，…，Ｎ１は、光発振波長の差が小さい程、近接している。また、互いに近接している程、第１乃至第Ｎ半導体レーザ１２，２２，３２，…，Ｎ２の温度差が小さく、光発振波長のずれも同程度になる。従って、第１乃至第Ｎトランスポンダ１１，２１，３１，…，Ｎ１の配置によって、クロストークが生ずるおそれのある光信号に係るレーザ光の光発振波長が、温度によって同程度ずれるようにすることができ、簡易に光信号のクロストークを抑えることができる。

更にまた、案内板１６，２６，３６，…，Ｎ６を備えることにより、空気を第１乃至第Ｎ半導体レーザ１２，２２，３２，…，Ｎ２側へ案内して、各半導体レーザ１２，２２，３２，…，Ｎ２を効果的に空冷することができる。

なお、実施の形態として第１乃至第Ｎトランスポンダ、及び光合分波器を備えたＷＤＭ中継器を説明したが、光合分波器を別体とした光通信装置、又は光送信器に、本発明を適用しても良い。

また、実施の形態にあっては、複数の半導体レーザの温度を比較することで、最も高い温度を特定し、該温度に基づいてファンの回転数を制御するように構成しているが、該温度及び他の半導体レーザの温度を用いて、ファンの回転数を特定するように構成しても良い。例えば、実験によって、複数の温度と、各半導体レーザを所定温度以下に空冷するためのファンの回転数とを対応付けたテーブルを備えると良い。複数の温度を用いてファンの回転数を特定した場合、より適当なファンの回転数を特定することができる。

更に、第１乃至第Ｎ温度検出部の一例として、サーミスタを説明したが、各半導体レーザの温度を検出することができるのであれば、これに限定されない。例えば、ダイオード、温度センサー付きポテンショメータ等を温度検出部として備えても良い。

更にまた、発光素子として、半導体素子からなるレーザを備えているが、光通信用の光発振波長を生成することができ、且つ光発振波長が温度に依存するような発光素子であれば、半導体素子に限定されない。

本発明の実施の形態に係るＷＤＭ中継器の略示平面断面図である。 ＷＤＭ中継器を備えた長距離光増幅中継システムを示すブロック図である。 ＷＤＭ中継器の構成を示すブロック図である。 ファンの回転数制御に係る制御部の処理手順を示すフローチャートである。 半導体レーザに係る光発振波長の温度特性を示すグラフである。

符号の説明

Ａ ＷＤＭ中継器
Ｂ ＷＤＭ中継器
Ｃ 光ファイバ
Ｄ 宅側光送受信器
Ｅ 局側光送受信器
１ 筐体
１ａ 底面部
１ｂ 筐体側壁部
１ｃ 筐体吸気孔
１ｄ 筐体排気孔
２ ファン
２ａ ファン駆動部
３ 光合分波器
４ コネクタパネル
５ 制御部
６ テーブル
１１，…，Ｎ１ 第１乃至第Ｎトランスポンダ
１２，…，Ｎ２ 第１乃至第Ｎ半導体レーザ
１３，…，Ｎ３ 第１乃至第Ｎ温度検出部
１４，…，Ｎ４ 収容体
１５，…，Ｎ５ 吸気孔
１６，…，Ｎ６ 案内板
１７，…，Ｎ７ 排気孔
１８，…，Ｎ８ 通気孔

Claims (4)

1. 波長多重方式にて送信される複数の光信号を生成するために、光発振波長が異なる複数の発光素子を筐体内に配してなる光送信器において、
   前記筐体内に空気を吸排気することで前記複数の発光素子を空冷するファンと、
   前記複数の発光素子の夫々の温度を検出する温度検出手段と、
   該温度検出手段が検出した夫々の温度に基づいて、前記ファンの回転数を制御する制御手段と
   を備えることを特徴とする光送信器。
2. 前記温度検出手段が検出した温度を比較することにより、最も高い温度を特定する特定手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記温度検出手段が検出し、前記特定手段が特定した温度に基づいて、前記ファンの回転数を制御するようにしてある
   ことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
3. 前記複数の発光素子は、
   光発振波長の差が小さい程、近接するように前記筐体内に配されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光送信器。
4. 前記複数の発光素子は、
   光発振波長の隣接する前記発光素子同士が隣接するように、前記筐体内に配されている
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光送信器。

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