JP2011243827A - 変調器、光送信機及び変調方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＤＤとＬＤとの間を結合容量の差動ＩＦで接続する場合に生じるＬＤＤに流れる電流の過渡応答を低減し、安定した光出力が得られる変調器、光送信機、及び変調方法を提供することを目的とする。
【解決手段】光送信機３０１は、ＬＤ８と変調器１０１とを備える。変調器１０１は、データ信号及び光出力信号の送出と停止を制御する制御信号に基づき変調信号を生成するＬＤＤ７と、ＬＤＤ７が生成した変調信号を差動信号としてＬＤ８のカソードとアノードに容量結合し、ＬＤ８の駆動電流を変調する差動ＩＦ５１と、制御信号に基づき相殺電流を生成し、相殺電流を差動ＩＦ５１からの変調信号で変調された駆動電流に重畳する相殺回路（５−１、５−２）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザダイオードの光出力を変調する変調器、これを備える光送信機、及びこの変調方法に関する。

現在、インターネットの普及にともない、経済的な高速アクセスネットワークに対する要求が高まっており、ＧＥ−ＰＯＮのように１Ｇｂｉｔ／ｓのラインレートをもつ光回線を複数のユーザで時間的に多重することによって、経済化を実現する光アクセスシステムが導入されている。現在、更なる高速化に向けて、ラインレートの１０Ｇｂｉｔ／ｓ化の技術開発が進められている。ＰＯＮのような複数のユーザを時間多重する光アクセスシステムでは、ユーザ宅内装置である加入者装置（ＯＮＵ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｕｎｉｔ）から通信事業者ビル内の局内装置（ＯＬＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ Ｌｉｎｅ Ｔｅｒｍｉｎａｌ）への上り信号は間欠的なバースト信号となる。従って、ＯＮＵ内の光送信器は他のＯＮＵが送信をする間は光出力を停止する必要があり、安定した光信号を瞬時に出力停止、再出力を行うという機能が必要となる（例えば、非特許文献１を参照。）。

また、１０ＧＥ−ＰＯＮのように、ラインレートの高速化を経済的に実現する上では、送受信系の電気的クロストークを抑圧するために連続信号用の送受信系と同様にレーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）とレーザ駆動回路（ＬＤＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ Ｄｒｉｖｅｒ）の間に差動インターフェース（差動ＩＦ）を採用することが必要となる（例えば、非特許文献２を参照。）。この時、ＬＤＤとＬＤとを直流結合の差動ＩＦで接続した場合、変調信号に大きな振幅が必要となるため、容量結合が望まれている。図４は、従来のＬＤＤとＬＤとを容量結合の差動ＩＦで接続する光送信機の構成を説明する図である。

木村俊二、「高速バースト伝送技術」、電子情報通信学会誌 Ｖｏｌ．９１、Ｎｏ．１、ｐｐ．６０−６５、２００８年１月発行 Ｔ．Ｙｏｓｈｉｄａ ｅｔ ａｌ．，‘Ｆｉｒｓｔ Ｓｉｎｇｌｅ−ｆｉｂｒｅ Ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ＸＦＰ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｅｔｒｏ／Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ’，ＥＣＯＣ ２００５， Ｗｅ４．Ｐ．０２１，２００５．

しかし、ＬＤＤとＬＤとを容量結合した場合、ＬＤＤの出力電気信号が間欠的に出力されると、各容量の過渡応答でＬＤに流れる電流量が大きく変動し、ＬＤから出力される光信号にも過渡的な状態変動が生じることになる。図５は、ＬＤＤとＬＤとを容量結合した光送信機における駆動電流を説明する図である。図５に示す通り、光送信機が光信号を出力し始める時に、容量結合の過渡応答により、ＬＤに流れる電流が時間的に大きく変動している。このため、ＬＤＤとＬＤとを容量結合した光送信機には光出力が不安定になるという課題があった。

そこで、本発明は、ＬＤＤとＬＤとの間を結合容量の差動ＩＦで接続する場合に生じるＬＤＤに流れる電流の過渡応答を低減し、安定した光出力が得られる変調器、光送信機、及び変調方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ＬＤとＬＤＤ間が差動ＩＦで容量結合されている光送信機の変調器に、結合容量の過渡応答により生じるＬＤに流れる駆動電流の変動を相殺する回路構成を追加することとした。

具体的には、本発明に係る変調器は、データ信号及び光出力信号の送出と停止を制御する制御信号に基づき変調信号を生成するＬＤＤと、前記ＬＤＤが生成した前記変調信号を差動信号としてＬＤのカソードとアノードに容量結合し、前記ＬＤの駆動電流を変調する差動インターフェースと、前記制御信号に基づき相殺電流を生成し、前記相殺電流を前記差動インターフェースからの前記変調信号で変調された前記駆動電流に重畳する相殺回路と、を備える。

本発明に係る光送信機は、前記変調器と、前記変調信号を差動信号としてカソードとアノードに容量結合する前記変調器の前記差動ＩＦからの前記変調信号で変調された駆動電流に基づき光信号を出力するＬＤと、を備える。

本発明に係る変調方法は、データ信号及び光出力信号の送出と停止を制御する制御信号に基づき変調信号を生成し、前記変調信号を差動信号としてＬＤのカソードとアノードに容量結合して前記ＬＤの駆動電流を変調する際に、前記制御信号に基づき生成した相殺電流を前記変調信号で変調された前記駆動電流に重畳する。

本発明に係る変調器及び変調方法は、結合容量の過渡応答により生じる駆動電流の変動を相殺する相殺電流を駆動電流に重畳し、ＬＤに流れる電流を安定化する。

従って、本発明は、ＬＤＤとＬＤとの間を結合容量の差動ＩＦで接続する場合に生じるＬＤＤに流れる電流の過渡応答を低減し、安定した光出力が得られる変調器、光送信機、及び変調方法を提供することができる。

本発明に係る変調器及び変調方法において、前記ＬＤの状況を観測し、前記モニタ回路が観測した前記ＬＤの状況の変動したときに、光出力電力が一定になるように前記駆動電流、前記変調信号及び前記制御信号の強度を調整し、調整した前記駆動電流と前記変調信号で生じる前記相殺電流の過渡応答を抑えるように相殺回路に入力する前記制御信号の強度を調整することを特徴とする。

ＬＤの状況としてＬＤの温度や光出力電力をモニタし、温度や光出力電力が一定になるようにフィードバックをかけることができる。

本発明に係る変調器及び変調方法において、前記制御信号をフィルタ回路を通過させ、前記フィルタ回路の時定数で前記相殺電流の過渡応答を調整することを特徴とする。フィルタ回路の時定数を調整することでＬＤの経時変化に対応することができる。

本発明は、ＬＤＤとＬＤとの間を結合容量の差動ＩＦで接続する場合に生じるＬＤＤに流れる電流の過渡応答を低減し、安定した光出力が得られる変調器、光送信機、及び変調方法を提供することができる。

本発明に係る光送信機を説明する概念図である。 本発明に係る光送信機内に流れる各電流を説明する図である。 本発明に係る光送信機を説明する概念図である。 従来の容量結合型差動光送信機の構成図である。 従来の容量結合型差動光送信器のＬＤに流れる電流を説明する図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態の光送信機３０１を説明する図である。光送信機３０１は、ＬＤ８と変調器１０１とを備える。変調器１０１は、データ信号及び光出力信号の送出と停止を制御する制御信号に基づき変調信号を生成するＬＤＤ７と、ＬＤＤ７が生成した変調信号を差動信号としてＬＤ８のカソードとアノードに容量結合し、ＬＤ８の駆動電流を変調する差動ＩＦ５１と、制御信号に基づき相殺電流を生成し、相殺電流を差動ＩＦ５１からの変調信号で変調された駆動電流に重畳する相殺回路（５−１、５−２）と、を備える。

変調器１０１は、ＬＤ８の状況を観測するモニタ回路６と、モニタ回路６が観測したＬＤ８の状況が変動したときに、光出力電力が一定になるように駆動電流と変調信号を制御信号の強度を調整し、調整した駆動電流と変調信号で生じる相殺電流の過渡応答を抑えるように相殺回路（５−１、５−２）に入力する制御信号の強度を調整するＡＰＣ回路１０と、をさらに備える。

光送信機３０１は、ＬＤ８、ＬＤＤ７、容量２−３、駆動電流源４−３、ＬＤＤ７への入力電気信号を制御するＧＡＴＥ回路１１、相殺回路（５−１、５−２）、モニタ回路６、及びＡＰＣ回路１０を有している。相殺回路５−１は、相殺電流源４−１、容量２−１、抵抗３−１、及び相殺電流源制御端子１−１を有している。相殺回路５−２は、相殺電流源４−２、容量２−２、抵抗３−２、相殺電流源制御端子１−２、及び反転回路１９を有している。

ＬＤＤ７とＬＤ８の間は容量２−３の差動ＩＦ５１で結合されている。ＬＤ８に駆動電流を流すための駆動電流源４−３がＬＤ８のカソード側に接続され、ＬＤ８のカソード側と駆動電流源４−３の間に相殺回路５−１と相殺回路５−２が接続される。モニタ回路６はＬＤ８の状況を観測し、その結果を伝達するためにＡＰＣ回路１０に接続される。また、光信号の送信及び停止を制御する制御信号（図１、２、４ではＴｘ＿ｄｉｓａｂｌｅ信号）は、反転回路９を経由後、ＧＡＴＥ回路１１とＡＰＣ回路１０に接続される。ＡＰＣ回路１０の出力は、変調電流源４−４、駆動電流源４−３、相殺電流源制御端子１−１及び相殺電流源制御端子１−２に接続される。相殺回路５−１は、フィルタ回路として容量２−１と抵抗３−１とで構成される微分回路を有し、相殺電流源制御端子１−１と相殺電流源４−１の間にこの微分回路を配置している。相殺回路５−２は、相殺電流源制御端子１−１の後段に接続される反転回路１９、及びフィルタ回路として容量２−１と抵抗３−１とで構成される微分回路を有し、反転回路９と相殺電流源４−１の間にこの微分回路を配置している。

光送信機３０１は、以下のように光信号を出力する。光送信機３０１に入力される制御信号（Ｔｘ＿ｄｉｓａｂｌｅ信号）は、光信号を送信する時に低電位、光信号を停止するときに高電位をとる。制御信号は、反転回路９にて反転され、ＧＡＴＥ回路１１へ入力され、ＧＡＴＥ回路１１のデータ信号と反転データ信号の出力及び停止を行う。ＡＰＣ回路１０は、ＬＤ８が正常な光波形の光信号を出力できる振幅を持つ、制御信号を反転させた反転制御信号（反転Ｔｘ＿ｄｉｓａｂｌｅ信号）を変調電流源４−４及び駆動電流源４−３に出力する。また、ＡＰＣ回路１０は、反転制御信号を相殺電流源制御端子１−１及び相殺電流源制御端子１−２にも入力する。この時、相殺電流源制御端子１−１に入力された反転制御信号は微分回路を通過するため、相殺電流源４−１に流れる電流は容量２−１と抵抗３−１のＲＣ時定数時間だけ過渡応答電流となる。一方、相殺電流源制御端子１−２に入力された反転制御信号は再度反転回路１９で反転されるため、相殺電流源４−２に流れる電流は相殺電流源４−１とは反対の符号を持ち、容量２−２と抵抗３−２のＲＣ時定数時間の過渡応答電流となる。なお、容量（２−１、２−２）及び抵抗（３−１、３−２）を調整することで、相殺電流の過渡応答を調整することができる。

図２は、この時の制御信号、図４の光送信機のＬＤ８に流れる電流、光送信機３０１の相殺電流源４−１及び相殺電流源４−２に流れる電流、光送信機３０１のＬＤ８流れる駆動電流の時間変動である。図４の光送信機のＬＤ８に流れる電流の過渡応答を相殺するように、制御信号に応じて、相殺電流源４−１及び相殺電流源４−２は、互いに逆の符号の相殺電流を流す。光送信機３０１は、このような相殺電流でＬＤ８に流れる電流を過渡応答のない安定した電流とし、ＬＤ８が出力する光信号を安定させる。

この時、変調電流源４−４、駆動電流源４−３、相殺電流源４−１、及び相殺電流源４−２に入力される反転制御信号の大きさは、ＡＰＣ回路１０が最適化する。例えば、温度変動によりＬＤ８の光出力パワーが変動した場合を説明する。モニタ回路６はサーミスタ等を用いて温度を測定し、ＡＰＣ回路１０に測定結果を伝達する。ＡＰＣ回路１０は温度に対して最適な変調電流量、駆動電流量、相殺電流量の組み合わせを各電流源に指示する。具体的には、モニタ回路６が温度変動を感知した場合、ＡＰＣ回路１０は、光パワーが一定になるように、反転制御信号の大きさを変化させて駆動電流源４−３と変調電流源４−４の電流値を変化させる。さらに、ＡＰＣ回路１０は、相殺電流源４−１と相殺電流源４−２への反転制御信号の大きさを変化させて、駆動電流源４−３と変調電流源４−４の電流値の変化に伴う相殺電流の過渡応答が生じないようする。

光送信機３０１は、上述のような動作でＬＤＤ７とＬＤ８との間を結合容量の差動ＩＦ５１で接続する場合に生じる、光信号の過渡的状態変動を低減することができ、安定した光信号の出力が可能となる。

本実施形態において、モニタ回路６が温度モニタ回路である場合を説明したが、モニタ回路６が光パワーモニタ回路であってもよい。この場合、ＡＰＣ回路１０は、次のように動作する。モニタ回路６は、ＬＤ８から出力される光信号の一部の光パワーをモニタし、ＡＰＣ回路１０にモニタ結果を伝達する。光パワーに変動がある場合には、光パワーが一定になるように、前述のように駆動電流源４−３、変調電流源４−４、相殺電流源４−１、及び相殺電流源４−２にフィードバックをかけ、その電流値を変化させる。

本実施形態において、相殺回路を２台（相殺回路５−１及び相殺回路５−２）としたが、ＬＤ８に流れる電流の過渡応答を低減することが可能であれば、１台であってもよいし、２台以上の相殺回路を組み合わせてもよい。また、本実施形態において、相殺回路内のフィルタ回路をＲＣ回路として説明をしたが、ＲＬＣ回路、ＬＣ回路でフィルタ回路を構成してもよい。また、フィルタの次数も問わない。

（第２実施形態）
図３は、本実施形態の光送信機３０２を説明する図である。光送信機３０２は、図１の光送信機３０１の変調器１０１の代替として変調器１０２を備える。変調器１０２は、変調器１０１の相殺回路（５−１、５−２）の代替として相殺回路５−３を有する。相殺回路（５−１、５−２）は、それぞれ１つの微分回路を有していたが、相殺回路５−３は、複数の微分回路を有している。具体的には、相殺回路５−３は、容量２−１と抵抗３−１で構成される微分回路と、容量２−２と抵抗３−２で構成される微分回路と、が並列に接続される。

ＡＰＣ回路１０は、ＬＤ８に流れる電流の過渡応答を相殺するような電流を相殺電流源４−１が流すように、大きさを調整した反転制御信号を相殺電流源制御端子（１−１、１−２）へ出力する。

光送信機３０２は、上述のような動作でＬＤＤ７とＬＤ８との間を結合容量の差動ＩＦ５１で接続する場合に生じる、光信号の過渡的状態変動を低減することができ、安定した光信号の出力が可能となる。

本実施形態においては、相殺回路５−３が２組のＲＣ回路を有するとして説明したが、ＬＤ８に流れる電流の過渡応答を低減することが可能であれば、１組であってもよいし、２組以上のＲＣ回路を組み合わせてもよい。また、本実施形態において、相殺回路内のフィルタ回路をＲＣ回路として説明をしたが、ＲＬＣ回路、ＬＣ回路でフィルタ回路を構成してもよい。また、フィルタの次数も問わない。

１−１〜１−２：相殺電流源制御端子
１−３〜１−４：電源端子
２−１〜２−３：容量
３−１〜３−４：抵抗もしくはインダクタ
４−１、４−２：相殺電流源
４−３：駆動電流源
４−４：変調電流源
５−１〜５−３：相殺回路
６：モニタ回路
７：ＬＤＤ
８：ＬＤ
９、１９：反転回路
１０：ＡＰＣ（オートパワーコントロール）回路
１１：ＧＡＴＥ回路
５１：差動ＩＦ
１０１、１０２：変調器
３０１、３０２：光送信機

Claims (7)

1. データ信号及び光出力信号の送出と停止を制御する制御信号に基づき変調信号を生成するレーザ駆動回路（ＬＤＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ Ｄｒｉｖｅｒ）と、
   前記ＬＤＤが生成した前記変調信号を差動信号としてレーザダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）のカソードとアノードに容量結合し、前記ＬＤの駆動電流を変調する差動インターフェースと、
   前記制御信号に基づき相殺電流を生成し、前記相殺電流を前記差動インターフェースからの前記変調信号で変調された前記駆動電流に重畳する相殺回路と、
   を備える変調器。
2. 前記ＬＤの状況を観測するモニタ回路と、
   前記モニタ回路が観測した前記ＬＤの状況が変動したときに、光出力電力が一定になるように前記駆動電流、前記変調信号及び前記制御信号の強度を調整し、調整した前記駆動電流と前記変調信号で生じる前記相殺電流の過渡応答を抑えるように前記相殺回路に入力する前記制御信号の強度を調整するオートパワーコントロール（ＡＰＣ：Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の変調器。
3. 前記相殺回路は、前記制御信号が通過するフィルタ回路及び前記フィルタ回路を通過した前記制御信号に応じた前記相殺電流を発生させる電流源を有し、前記フィルタ回路の時定数で前記相殺電流の過渡応答を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の変調器。
4. 請求項１から３のいずれかに記載される変調器と、
   前記変調信号を差動信号としてカソードとアノードに容量結合する前記変調器の前記差動インターフェースからの前記変調信号で変調された駆動電流に基づき光信号を出力するＬＤと、
   を備える光送信機。
5. データ信号及び光出力信号の送出と停止を制御する制御信号に基づき変調信号を生成し、前記変調信号を差動信号としてＬＤのカソードとアノードに容量結合して前記ＬＤの駆動電流を変調する際に、
   前記制御信号に基づき生成した相殺電流を前記変調信号で変調された前記駆動電流に重畳する変調方法。
6. 前記ＬＤの状況を観測し、
   前記ＬＤの状況が変動したときに、光出力電力が一定になるように前記駆動電流、前記変調信号及び前記制御信号の強度を調整し、調整した前記駆動電流と前記変調信号で生じる前記相殺電流の過渡応答を抑えるように前記相殺電流の基となる前記制御信号の強度を調整することを特徴とする請求項５に記載の変調方法。
7. 前記制御信号が通過するフィルタ回路の時定数で前記相殺電流の過渡応答を調整することを特徴とする請求項５又は６に記載の変調方法。

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