JP2011039117A - 双方向光通信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】厳しい温度制御が必要なＥＡ／ＬＤを使うことなく、簡便な温度制御でＧＥ−ＰＯＮと１０ＧＥ−ＰＯＮとにおいて高速光信号を送受信可能な、小型で低消費電力の双方向光通信モジュールを提供する。
【解決手段】双方向光通信モジュール１は、波長λ１の信号光を送信する第１ＬＤ素子３と、波長λ１の信号光より伝送速度が高い波長λ２の信号光を送信する第２ＬＤ素子４と、波長λ３の信号光を受信するＰＤ素子２を備えるものであって、第１ＬＤ素子３の信号光の光強度をモニタする第１モニタＰＤ素子５と、第２ＬＤ素子４の信号光の光強度をモニタする第２モニタＰＤ素子６と、第２ＬＤ素子４の信号光を「１」レベルの波長光と「０」レベルの波長光とに分波する分波フィルタ１１と、「０」レベルの波長光の光強度をモニタする第３モニタＰＤ素子７と、を備え、分波フィルタ１１の分波特性が調整可能とされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、伝送速度の異なる２つの加入者系ネットワークの一方にそれぞれが対応した２つの光送信部と、上記の両ネットワークに対応した光受信部とを備える双方向光通信モジュールに関する。

近年、光通信は、基幹系ネットワークのみならず、ユーザ宅に繋がる加入者系ネットワークにも適用されてきており、加入者系ネットワークに関する技術の開発に注力されるようになっている。
これまでに、加入者系ネットワークとして、伝送速度が約１Ｇｂｉｔ／ｓのＧＥ−ＰＯＮ（Gigabit Ethernet（登録商標）-Passive Optical Network）が実現されてきたが、より大きな伝送容量が求められる現在では、伝送速度が約１０Ｇｂｉｔ／ｓの１０ＧＥ−ＰＯＮの実現に向けて技術開発が行われている。

ＧＥ−ＰＯＮから１０ＧＥ−ＰＯＮへの移行に際し、センタ（局）側に配置されるＯＬＴ（Optical Line Terminal）として以下の送受信装置が用いられることが考えられる。
すなわち、１２６０〜１３６０ｎｍの波長帯の光信号を用いた、ＧＥ−ＰＯＮまたは１０ＧＥ−ＰＯＮにおける上り光信号を受信可能なバースト信号受光部と、１４８０ｎｍの波長帯の光信号を用いたＧＥ−ＰＯＮにおける下り信号を送信可能な１ＧＥ光送信部と、１５７０ｎｍ以上の波長帯の光信号を用いた１０ＧＥ−ＰＯＮにおける下り信号を送信可能な１０ＧＥ光送信部とを備える双方向光通信モジュールが用いられることが考えられる。

また、１０ＧＥ−ＰＯＮでは、ＧＥ−ＰＯＮと伝送線路を共通化するために約３０ｄＢのロスバジェットが要求される。したがって、１０ＧＥ用の送信光に高い消光比特性（６ｄＢ以上）が必要とされ、その実現のためには、厳密に温度調整することにより上記要求を満たすことができる変調器集積型レーザ（ＥＡ／ＬＤ：Electro-Absorption/Laser Diode）が採用される。

なお、１０ＧＥ−ＰＯＮに比べ光出力特性に対する要求が厳しくないＧＥ−ＰＯＮでは、ＬＤ素子をペルチェ素子等により温度調整する必要がないとされている。
また、ＧＥ−ＰＯＮには、例えば、特許文献１に開示のように、ＬＤ素子と、フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）素子とがそれぞれ１つずつＰＬＣ（Planer Lightwave Circuit）上に実装された双方向光通信モジュールを適用できる。特許文献２〜４に開示のように、ＬＤ素子とＰＤ素子が一つずつＣＡＮパッケージ内に実装されたものも適用できる。

特開２００８−２４２３６６号公報 特開２００７−２６８５３９号公報 特開２００７−２６８５３７号公報 特開２００７−１８１０２５号公報

ＧＥ−ＰＯＮと１０ＧＥ−ＰＯＮのいずれにおいても双方向伝送可能な光モジュールとしては、特許文献１〜４の開示のようなＬＤ素子とＰＤ素子を一つずつ有する構成に加えて、厳密に温度調整されるＥＡ／ＬＤを設けた光モジュールが考えられる。しかし、この構成の光モジュールでは、ＥＡ／ＬＤの厳密な温度調整のためにペルチェ素子等の比較的大型の素子をモジュール筐体内に設ける必要があるので、光モジュールが大型化してしまう。また、温度調整を厳しく行うために電力が多く必要となってしまう。

本発明は、上述のような実情に鑑み、厳しい温度制御が必要なＥＡ／ＬＤを使うことなく、簡便な温度制御でＧＥ−ＰＯＮと１０ＧＥ−ＰＯＮとにおいて高速光信号を送受信可能な、小型で低消費電力の双方向光通信モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の双方向光通信モジュールは、波長λ１の信号光を送信する第１の光送信部と、波長λ１の信号光より伝送速度が高い波長λ２の信号光を送信する第２の光送信部と、波長λ３の信号光を受信する光受信部を備えるものであって、第１の光送信部の信号光の光強度をモニタする第１モニタ受光部と、第２の光送信部の信号光の光強度をモニタする第２モニタ受光部と、第２の光送信部の信号光を「１」レベルの波長光と「０」レベルの波長光とに分波する分波フィルタと、「０」レベルの波長光の光強度をモニタする第３モニタ受光部と、を備え、分波フィルタの分波特性が調整可能とされていることを特徴とする。

また、分波フィルタの分波特性が、温度依存性があり、第３モニタ受光部によるモニタ結果に基づいて、加熱手段により加熱制御可能とされていることが好ましく、第２の光送信部が、直接変調型のレーザダイオードで構成されていることが好ましい。

本発明の双方向光送信モジュールによれば、厳しい温度制御が必要なＥＡ／ＬＤを使うことなく１０ＧＥ−ＰＯＮ用の送信光の消光比特性を高くすることができるので、小型で低消費電力とすることができる。

本発明の双方向光通信モジュールの一構成例を説明する概略図である。 図１の双方向光通信モジュールの特徴的な動作を説明する図である。

図１を参照して、本発明の双方向光通信モジュールの構成例を説明する。
図１の例の双方向光通信モジュール（以下、光モジュールという）１は、ＰＤ素子２、第１，２ＬＤ素子３，４、第１〜第３モニタＰＤ素子５〜７がＰＬＣ基板８上に実装されて成るもので、制御部Ｃにより制御される。

ＰＬＣ基板８は、ＩｎＰ基板、もしくは屈折率の温度特性がＩｎＰ（０．０８ｎｍ／℃）に近いＳｉ基板上に、シリカ（０．０８６ｎｍ／℃）から成る光導波路８ａ〜８ｇが形成されたものである。また、光導波路８ｂ，８ｅ上には、一の光導波路を二つに分けるカプラ９ａ，９ｂが設けられる。ＰＬＣ基板８上には、さらに、所定の波長の光信号を透過し他を反射する第１，第２ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）フィルタ１０ａ，１０ｂや、後述の分波フィルタ１１も設けられる。

第１ＷＤＭフィルタ１０ａと第２ＷＤＭフィルタ１０ｂとの間の光導波路８ｃからの信号光が、第１ＷＤＭフィルタ１０ａに反射されて、光ファイバＦと第１ＷＤＭフィルタ１０ａとの間の光導波路８ａに入射するよう、第１ＷＤＭフィルタ１０ａは設けられる。
それに対し、第２ＷＤＭフィルタ１０ｂは以下のことが可能なように設けられる。すなわち、分波フィルタ１１と第２ＷＤＭフィルタ１０ｂとの間の光導波路８ｆからの信号光が当該フィルタ１０ｂに反射されて光導波路８ｃに入射すると共に、第１ＬＤ素子３と当該フィルタ１０ｂとの間の光導波路８ｂからの信号光が当該フィルタ１０ｂを透過し光導波路８ｃに入射するよう設けられる。

ＰＤ素子２は、ＧＥ−ＰＯＮまたは１０ＧＥ−ＰＯＮにおける上り光信号を受信し電気信号に変換するバースト信号受光部である。光ファイバＦを伝播してきた波長λ３（例えば１２６０〜１３６０ｎｍ）の信号光は、光導波路８ａに結合し第１ＷＤＭフィルタ（多層膜エッジフィルタ）１０ａを透過し、ＰＤ素子２で電気信号に変換されて出力される。

第１ＬＤ素子（本発明の「第１の光送信部」に相当）３は、ＧＥ−ＰＯＮにおける下り信号光を送信する１ＧＥ光送信部である。第１ＬＤ素子３により直接変調された信号光（「１」レベルのときの波長λ１が例えば１４８０〜１５００ｎｍである信号光）は、光導波路８ｂに入力されるとカプラ９ａにより分岐され、その大部分は第２ＷＤＭフィルタ１０ｂに導波され該ＷＤＭフィルタ１０ｂを透過する。そして、第１ＷＤＭフィルタ１０ａへ続く光導波路８ｃを通り、光導波路８ａを通り光ファイバＦへ出力される。

また、第１ＬＤ素子３から出力されカプラ９ａにより分けられた信号光の一部は、光導波路８ｄを介して第１モニタＰＤ素子５により受信され、電気信号に変換されて、制御部Ｃに入力される。制御部Ｃでは、第１ＬＤ素子３からの光出力強度を一定にするために、すなわち、第１モニタＰＤ素子５でのモニタ出力が一定になるように、モニタ結果に基づき、第１バイアス電流制御部Ｃ１により上記ＬＤ素子３に入力するバイアス電流を制御する。

第２ＬＤ素子（本発明の「第２の光送信部」に相当）４は、１０ＧＥ−ＰＯＮにおける下り信号光を送信する１０ＧＥ光送信部であり、ＧａＩｎＡｓＰやＡｌＧａＩｎＡｓ等の材料で作成されたＬＤ（無温調ＬＤ）で構成される。第２ＬＤ素子４により直接変調された信号光（「１」レベルのときの波長λ２が例えば１５７０ｎｍ以上である信号光）は、光導波路８ｅに入力されるとカプラ９ｂにより分岐され、その大部分は分波フィルタ１１に導波される。残りは第２モニタＰＤ素子６により受信され、電気信号に変換されて、制御部Ｃに入力される。制御部Ｃでは、第２ＬＤ素子４からの光出力強度を一定にするために、すなわち、第２モニタＰＤ素子６でのモニタ出力が一定になるように、モニタ結果に基づき、第２バイアス電流制御部Ｃ２により上記ＬＤ素子４に入力するバイアス電流を制御する。

分波フィルタ１１は、入力された信号光を「１」レベルの波長光と「０」レベルの波長光とに分波し、「１」レベルに相当する波長の光を光ファイバ方向すなわち光ファイバＦへと続く光導波路８ｆに導き、「０」レベルに相当する波長の光を非光ファイバ方向すなわち第２モニタＰＤ６へと続く光導波路８ｇに導くことを目的として用いられるものである。この分波フィルタ１１は、入力された光のうち光ファイバ方向に導く光の割合（分波率／透過率）が波長に依存しており、その波長依存性が温度により変化する。この分波フィルタ１１の分波率／透過率の波長依存性を温度調整するために、ヒータ手段１１ａが双方向光通信モジュール１に設けられている。

また、分波フィルタ１１は、例えば、ＰＬＣ基板８に一体に作られる。分波フィルタ１１に入力され透過した信号光のうち、「１」レベルに相当する波長（λ２）の信号光は、光導波路８ｆへ入射した後に第２ＷＤＭフィルタ１０ｂで反射されて光導波路８ｃに入射される。光導波路８ｃに入射された波長（λ２）の信号光は、第１ＷＤＭフィルタ１０ａで反射されて光導波路８ａを介して光ファイバＦに入射する。また、「０」レベルに相当する波長（λ２−Δλ）の信号光は光導波路８ｇを介して第３モニタＰＤ素子７へ入射し電気信号に変換され制御部Ｃに入力される。

そして、本光双方向光通信モジュール１では、第３モニタＰＤ素子７からの入力結果に基づいて、制御部Ｃのヒータ制御部Ｃ３によりヒータ手段１１ａが制御され、光分波フィルタの分波率／透過率の波長依存性が制御される。これにより、厳密な温度調整の必要なＥＡ／ＬＤを用いずに厳密な温度調整無しに直接変調型のＬＤを用いた場合であっても、ＧＥ−ＰＯＮと１０ＧＥ−ＰＯＮとの両方において通信するための条件（高い消光比特性（６ｄＢ以上）など）を満たすようにしている。

より具体的には、第２ＬＤ素子４の消光比特性（「０」レベルの信号入力時に対する「１」レベルの信号入力時の発振光強度）は、図２（Ａ）に示すように２〜３ｄＢであるのに対し、以下のような制御が行われる。すなわち、図２（Ｂ）に示すような「１」レベルの信号入力時の発振波長λ２に対する分波率／透過率が「０」レベルの信号入力時の発振波長λ２−Δλに対する分波率／透過率に対して数ｄＢ以上大きくなる分波特性／透過特性となるように、光分波フィルタ１１をヒータ手段１１ａにより温度調整する。これは、例えば、第２モニタＰＤ素子６と第３モニタＰＤ素子７で検出される光強度の比が一定になるように制御したり、第２モニタＰＤ素子６と第３モニタＰＤ素子７とがそれぞれ所定の値となるように制御することで達成できる。これにより、高い消光比特性が得られる。

本光双方向光通信モジュール１では、ヒータ手段１１ａは、抵抗素子等の小型で簡易なもので構成できるため、モジュール全体を小型とすることができ、また、低消費電力とすることができる。
なお、分波フィルタ１１としては、リング共振器型のものを用いてもよいし、リング共振器装荷マッハチェンダ型や、回折格子装荷マッハチェンダ型のものでもよい。

また、図２で示した第２ＬＤ素子４の発振波長と分波フィルタ１１の分波特性／透過特性との関係は、本発明が使用される最大温度においてヒータ手段１１を用いない状態で調整され（チューニングされ）、それよりも低い温度になったときは、ヒータ手段１１ａにより分波フィルタ部分を加熱することで調整される。なお、分波フィルタ１１を、Ｉｎ系の第２ＬＤ素子４の材料とほぼ屈折率の温度変化率が近い（＝波長の温度変化率が近い）ＩｎＰ基板あるいはＳｉ基板で作成しておけば、ヒータ手段１１ａにより分波フィルタの分波特性／透過特性の波長依存性を温度調整する割合が少なくてすむので好ましい。

以上の例では、第１ＬＤ素子３と第２ＬＤ素子４とから同時に信号光を発しないものとして説明したが、本発明は、両素子３，４から同時に発するようにした双方向光通信モジュールにも適用することができる。

１…双方向光通信モジュール、２…ＰＤ素子、１０ａ…第１ＷＤＭフィルタ、１０ｂ…第２ＷＤＭフィルタ、１１…光分波フィルタ、１１ａ…ヒータ手段、３…第１ＬＤ素子、４…第２ＬＤ素子、５…第１モニタＰＤ素子、６…第２モニタＰＤ、７…第３モニタＰＤ、８…ＰＬＣ基板、８ａ〜８ｇ…光導波路、９ａ，９ｂ…カプラ。

Claims (3)

1. 波長λ１の信号光を送信する第１の光送信部と、前記波長λ１の信号光より伝送速度が高い波長λ２の信号光を送信する第２の光送信部と、波長λ３の信号光を受信する光受信部を備える双方向光通信モジュールであって、
   前記第１の光送信部の信号光の光強度をモニタする第１モニタ受光部と、前記第２の光送信部の信号光の光強度をモニタする第２モニタ受光部と、前記第２の光送信部の信号光を「１」レベルの波長光と「０」レベルの波長光とに分波する分波フィルタと、前記「０」レベルの波長光の光強度をモニタする第３モニタ受光部と、を備え、前記分波フィルタの分波特性が調整可能とされていることを特徴とする双方向光通信モジュール。
2. 前記分波フィルタの分波特性は、温度依存性があり、前記第３モニタ受光部によるモニタ結果に基づいて、加熱手段により加熱制御可能とされていることを特徴とする請求項１に記載の双方向光通信モジュール。
3. 前記第２の光送信部は、直接変調型のレーザダイオードで構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の双方向光通信モジュール。

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