JP2019036835A - アクティブ光ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】２つの外部機器に接続される際に、これら２つの外部機器のうち一方から十分な電力が供給されない場合であっても、安定した双方向通信が可能なＡＯＣを実現する。【解決手段】ＡＯＣ（１００）は、光ファイバ（１３１〜１３２）と、光ファイバ（１３１〜１３２）を介して結合された第１の光モジュール（１１０）及び第２の光モジュール（１２０）と、を備えている。第１の光モジュール（１１０）は、第１のタイムスロット（ＴＳ１）に第１のデータ信号（ＤＳ１）が重畳された第１の光信号（ＬＳ１）を生成する変調光源（１１３）を含み、第２の光モジュール（１２０）は、第１の光信号（ＬＳ１）を分岐することにより得られた分岐光信号（ＬＳ１−２）を、第２のタイムスロット（ＴＳ２）に第２のデータ信号（ＤＳ２）が重畳された第２の光信号（ＬＳ２）に変換する光変調器（１２７）を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、アクティブ光ケーブルに関する。

メタルケーブルに代わる伝送媒体としてアクティブ光ケーブル（AOC：Active Optical Cable）が注目を集めている。光信号を用いて双方向通信可能なＡＯＣは、特許文献１の図１に記載されているように、光ファイバを収容したケーブルと、ケーブルの両端にそれぞれ設けられた第１の光モジュール及び第２の光モジュールとを備えている。第１の光モジュール及び第２の光モジュールは、それぞれ、発光素子を含む送信モジュールと、受光素子を含む受信モジュールとを備えている。発光素子の例としては、面発光レーザ（VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）及び端面発光レーザが挙げられる。また、受光素子の例としては、ＰＩＮ（P-Intrinsic-N）−フォトダイオード及びアバランシェフォトダイオードが挙げられる。

第１の光モジュールの送信モジュールは、光ファイバを介して第２の光モジュールの受信モジュールに対して結合されている。送信モジュールは、電気／光（Ｅ／Ｏ）変換を実行し、光ファイバは、送信モジュールによってＥ／Ｏ変換された光信号を伝送し、受信モジュールは、光ファイバによって伝送された光信号を光／電気（Ｏ／Ｅ）変換する。このように、第１の光モジュールの送信モジュールと、第２の光モジュールの受信モジュールと、光ファイバとは、第１の送受信モジュールを構成する。

第２の光モジュールの送信モジュールは、光ファイバを介して第１の光モジュールの受信モジュールに対して結合されている。第１の送受信モジュールと同様に、第２の光モジュールの送信モジュールと、第１の光モジュールの受信モジュールと、光ファイバとは、第２の送受信モジュールを構成する。

このように構成された第１の送受信モジュール及び第２の送受信モジュールが互いに逆向きに配置されていることによって、ＡＯＣは、第１の光モジュールが接続された第１の外部機器と、第２の光モジュールが接続された第２の外部機器との間における双方向の光通信を実現する。

特開２０１５−８３８０号公報（２０１５年１月１５日公開）

従来のＡＯＣにおいて、第２の光モジュールから第１の光モジュールへと送信される光信号は、第２の光モジュールに内蔵された発光素子からの光を変調することにより生成される。このため、第２の外部機器から第２の光モジュールに十分な電力が供給されない場合、第２の光モジュールに内蔵された発光素子の発光が不安定になり、その結果、第２の光モジュールから第１の光モジュールへの光信号の送信が不可能又は不安定になる。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＡＯＣが２つの外部機器に接続される際に、その接続される２つの外部機器のうち一方の機器から十分な電力が供給されない場合であっても、安定した双方向通信が可能なＡＯＣを実現することを目的とする。

本発明に係るアクティブ光ケーブルは、複数の光ファイバと、当該複数の光ファイバを介して結合された第１の光モジュール及び第２の光モジュールと、を備えた双方向通信可能なアクティブ光ケーブルにおいて、上記第１の光モジュールは、第１のタイムスロットに第１のデータ信号が重畳された第１の光信号を生成する変調光源を含み、上記第２の光モジュールは、上記第１の光モジュールから送信された上記第１の光信号を分岐することにより得られた分岐光信号を、第２のタイムスロットに第２のデータ信号が重畳された光信号に変換する光変調器を含む、ことを特徴とする。

また、本発明に係るアクティブ光ケーブルにおいて、上記第２の光モジュールには、上記第２の光信号を生成するための光源が含まれていない、ことが好ましい。

また、本発明に係るアクティブ光ケーブルにおいて、上記第１の光信号は、上記第２のタイムスロットにおけるパワーが上記第１のタイムスロットにおいて上記第１のデータ信号がハイレベルのときのパワーよりも大きい光信号である、ことが好ましい。

また、本発明に係るアクティブ光ケーブルにおいて、上記光変調器は、（１）上記第１のタイムスロットにおいて、上記分岐光信号を遮断し、（２）上記第２のタイムスロットにおいて、上記第２のデータ信号がハイレベルのときに上記分岐光信号を透過し、上記第２のデータ信号がローレベルのときに上記分岐光信号を遮断するオンオフ変調器である、ことが好ましい。

また、本発明に係るアクティブ光ケーブルにおいて、上記変調光源は、直接変調によって上記第１の光信号を生成する、ことが好ましい。

また、本発明に係るアクティブ光ケーブルにおいて、上記第２の光モジュールは、上記第１の光信号を上記分岐光信号と他の分岐光信号とに分岐する光分岐部と、上記他の分岐光信号を電流信号に変換する受光素子と、を更に備えており、上記光分岐部、上記光変調器、及び上記受光素子は、単一のＳＯＩ基板上に集積されている、ことが好ましい。

本発明の一態様によれば、ＡＯＣを用いて接続する２つの外部機器のうち一方の外部機器から発光素子を駆動するために十分な電力が供給されない場合であっても、安定した双方向通信を実現することができる。

本発明の一実施形態であるアクティブ光ケーブルの構成を示すブロック図である。 （ａ）は、図１のアクティブ光ケーブルが備える変調光源の構成例を示す回路図である。（ｂ）は、その変調光源の特性を示すグラフである。 （ａ）は、図１に示すアクティブ光ケーブルが備える第１の光モジュールにおいて、バイアス電流源から変調光源に供給されるバイアス電流の波形図である。（ｂ）は、図１に示すアクティブ光ケーブルが備える第１の光モジュールにおいて、送信回路から変調光源に供給される電流信号の波形図である。（ｃ）は、図１に示すアクティブ光ケーブルが備える第１の光モジュールにおいて、変調光源にて生成される光信号の波形図である。 （ａ）は、図１に示すアクティブ光ケーブルが備える第２の光モジュールにおいて、光分岐部から受光素子に供給される光信号の波形図である。（ｂ）は、図１に示すアクティブ光ケーブルが備える第２の光モジュールにおいて、光分岐部から光変調器に供給される光信号の波形図である。（ｃ）は、図１に示すアクティブ光ケーブルが備える第２の光モジュールにおいて、光変調器に供給される電流信号の波形図である。（ｄ）は、図１に示すアクティブ光ケーブルが備える第２の光モジュールにおいて、光変調器にて生成される光信号の波形図である。

（アクティブ光ケーブルの概要）
光ファイバを用いて２つの光モジュールを光学的に結合したアクティブ光ケーブル（ＡＯＣ：Active Optical Cable）は、光信号を用いて２つの外部機器間における双方向通信を実現するケーブルであり、大容量のデータを高速に伝送することができる。そのため、ＡＯＣは、従来から用いられてきたメタルケーブルを代替することができる。

また、光ファイバによって伝送される光信号は、メタルケーブルによって伝送される電気信号と比較して、伝送損失が著しく小さい。そのため、２つの外部機器間の距離が長距離（例えば１０ｍ以上１０００ｍ以下）である場合であっても、ＡＯＣは、２つの外部機器間における双方向通信を実現することができる。このような長距離における双方向通信は、メタルケーブルを用いた接続では実現が困難である。

ＡＯＣは、例えば、InfiniBand（登録商標）タイプのケーブル、カメラリンク規格に準拠したケーブル、ＨＤＭＩ（High-definition Digital Media Interface、登録商標）規格に準拠したケーブル、及び、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）インターフェース規格に準拠したケーブルとして好適に用いることができる。

カメラリンク規格に準拠したＡＯＣ及びＵＳＢインターフェース規格に準拠したＡＯＣは、例えば、パソコンとカメラとの間、あるいは、パソコンと光学ドライブ（例えばBlu-ray（登録商標）ディスクドライブ）との間を接続することを想定している。この場合、パソコンは、十分な給電能力を有しているものの、カメラあるいは光学ドライブは、十分な給電能力を有していない場合が考えられる。

以下に説明する実施形態に係るＡＯＣは、このように、ＡＯＣが２つの外部機器に接続される際に、その接続される２つの外部機器のうち一方の外部機器から発光素子を駆動するために十分な電力が供給されない場合であっても、安定した双方向通信を実現することを目的とする。以下では、電力の供給能力が高い方の外部機器を第１の外部機器とし、電力の供給能力が低い方の外部機器を第２の外部機器として説明する。

（ＡＯＣの構成）
本発明の一実施形態に係るＡＯＣ１００の構成について、図１を参照して説明する。図１は、ＡＯＣ１００の構成を示すブロック図である。

ＡＯＣ１００は、図１に示すように、２本の光ファイバ１３１〜１３２が収容されたケーブル１３０と、ケーブル１３０の一端に設けられた第１の光モジュール１１０と、ケーブル１３０の他端に設けられた第２の光モジュール１２０とを備えている。ＡＯＣ１００を用いることにより、第１の光モジュール１１０に接続された第１の外部機器（不図示）と第２の光モジュール１２０に接続された第２の外部機器（不図示）との間の双方向通信を実現することができる。なお、第１の光ファイバ１３１及び第２の光ファイバ１３２としては、例えば、汎用シングルモードファイバを用いることができる。

第１の光モジュール１１０は、（１）電気信号として第１の外部機器から入力されたデータ信号ＤＳ１（本発明における「第１のデータ信号」の一例）を、光信号ＬＳ１（本発明における「第１の光信号」の一例）として第２の光モジュール１２０に送信する機能と、（２）光信号ＬＳ２（本発明における「第２の光信号」の一例）として第２の光モジュール１２０から受信したデータ信号ＤＳ２（本発明における「第２のデータ信号」の一例）を、電気信号として第１の外部機器に出力する機能を担う。

第２の光モジュール１２０は、（１）電気信号として第２の外部機器から入力されたデータ信号ＤＳ２を、光信号ＬＳ２として第１の光モジュール１１０に送信する機能と、（２）光信号ＬＳ１として第１の光モジュール１１０から受信したデータ信号ＤＳ１を、電気信号として第１の外部機器に出力する機能を担う。

第１の光ファイバ１３１は、第１の光モジュール１１０と第２の光モジュール１２０とを結合し、第１の光モジュール１１０から第２の光モジュール１２０へと送信される光信号ＬＳ１の伝送媒体として機能する。また、第２の光ファイバ１３２は、第１の光モジュール１１０と第２の光モジュール１２０とを結合し、第２の光モジュール１２０から第１の光モジュール１１０へと送信される光信号ＬＳ２の伝送媒体として機能する。

ＡＯＣ１００において、光信号ＬＳ１，ＬＳ２は、時分割送受信される。より具体的に言うと、第１の光モジュール１１０から第２の光モジュール１２０へと送信され光信号ＬＳ１にデータ信号ＤＳ１が重畳されるタイムスロットと、第２の光モジュール１２０から第１の光モジュール１１０へと送信される光信号ＬＳ２にデータ信号ＤＳ２が重畳されるタイムスロットとが、交互に繰り返される。

第１の光モジュール１１０から第２の光モジュール１２０へと送信される光信号ＬＳ１にデータ信号ＤＳ１が重畳されるタイムスロットのことを、以下、タイムスロットＴＳ１（本発明における「第１のタイムスロット」の一例）と記載する。繰り返されるタイムスロットＴＳ１を互いに識別する必要がある場合には、時間順にタイムスロットＴＳ１−１、タイムスロットＴＳ１−２、タイムスロットＴＳ１−３、・・・と記載する。

また、第２の光モジュール１２０から第１の光モジュール１１０へと送信される光信号にデータ信号ＤＳ２が重畳されるタイムスロットのことを、以下、タイムスロットＴＳ２（本発明における「第２のタイムスロット」の一例）と記載する。繰り返されるタイムスロットＴＳ２を互いに識別する必要がある場合には、時間順にタイムスロットＴＳ２−１、タイムスロットＴＳ２−２、タイムスロットＴＳ２−３、・・・と記載する。

なお、本実施形態においては、タイムスロットＴＳ１及びタイムスロットＴＳ２が、タイムスロットＴＳ１−１、タイムスロットＴＳ２−１、タイムスロットＴＳ１−２、タイムスロットＴＳ２−２、・・・の順で並んでいるものとする。ただし、本発明はこれに限定されない。すなわち、タイムスロットＴＳ１及びタイムスロットＴＳ２は、タイムスロットＴＳ２−１、タイムスロットＴＳ１−１、タイムスロットＴＳ２−２、タイムスロットＴＳ１−２、・・・の順で並んでいてもよい。

また、本実施形態においては、タイムスロットＴＳ１の長さとタイムスロットＴＳ２の長さとが同じであるものとする。ただし、本発明はこれに限定されない。すなわち、タイムスロットＴＳ１の長さとタイムスロットＴＳ２の長さとは、異なっていてもよい。例えば、第１の光モジュール１１０から第２の光モジュール１２０へのデータ伝送量が第２の光モジュール１２０から第１の光モジュール１１０へのデータ伝送量よりも多いことが想定される場合は、タイムスロットＴＳ１をタイムスロットＴＳ２よりも長くする形態を採用するとよい。逆に、第２の光モジュール１２０から第１の光モジュール１１０へのデータ伝送量が第１の光モジュール１１０から第２の光モジュール１２０へのデータ伝送量よりも多いことが想定される場合は、タイムスロットＴＳ２をタイムスロットＴＳ１よりも長くする形態を採用するとよい。

（第１の光モジュールの構成）
ＡＯＣ１００が備える第１の光モジュール１１０の構成について、再び図１を参照して説明する。

第１の光モジュール１１０は、図１に示すように、送信回路１１１、送信バッファ１１２、変調光源１１３、バイアス電流源１１４、受光素子１１５、受信回路１１６、受信バッファ１１７、及び制御部１１８を備えている。

送信回路１１１、送信バッファ１１２、及び変調光源１１３は、電気信号（電圧信号であってもよいし、電流信号であってもよい）として第１の外部機器から入力されたデータ信号ＤＳ１を、光信号ＬＳ１として第２の光モジュール１２０に送信するための構成である。送信回路１１１、送信バッファ１１２、及び変調光源１１３は、それぞれ、以下のように動作する。

すなわち、各タイムスロットＴＳ１（先頭のタイムスロットＴＳ１−１を除く）、及び、そのタイムスロットＴＳ１の直前のタイムスロットＴＳ２において、送信回路１１１は、電気信号として第１の外部機器から入力されたデータ信号ＤＳ１を送信バッファ１１２に書き込む。そして、そのタイムスロットＴＳ１において、送信回路１１１は、送信バッファ１１２に書き込まれたデータ信号ＤＳ１を書き込み速度の約２倍の読み出し速度で読み出し、読み出したデータ信号ＤＳ１を電流信号ＩＳ１としてとして変調光源１１３に供給する（この動作を、以下、送信動作とも記載する）。また、そのタイムスロットＴＳ１において、変調光源１１３は、バイアス電流源１１４からレーザダイオード（後述）に供給されるバイアス電流ＩＢを、送信回路１１１から供給された電流信号ＩＳ１で変調する。すなわち、変調光源１１３は、タイムスロットＴＳ１にデータ信号ＤＳ１が重畳された光信号ＬＳ１を生成する。タイムスロットＴＳ２における光信号ＬＳ１は、何らのデータ信号も重畳されていない連続光となる。このようにして変調光源１１３にて生成された光信号ＬＳ１は、第１の光ファイバ１３１を介して第２の光モジュール１２０に送信される。

なお、送信回路１１１は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）又はＢｉＣＭＯＳ（Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のドライバにより構成することができる。また、送信バッファ１１２は、例えば、一般的なＩＣ（Integrated Circuit）により構成することができる。変調光源１１３の具体的な構成例については、参照する図面を代えて後述する。

受光素子１１５、受信回路１１６、及び受信バッファ１１７は、第２の光モジュール１２０から受信した光信号ＬＳ２を電気信号（電圧信号であってもよいし、電流信号であってもよい）としてデータ信号ＤＳ２に変換して第１の外部機器に出力するための構成である。受光素子１１５、受信回路１１６、及び受信バッファ１１７は、それぞれ、以下の機能を担う。

すなわち、各タイムスロットＴＳ２において、受光素子１１５は、第２の光ファイバ１３２を介して第２の光モジュール１２０から受信した光信号ＬＳ２を電流信号に変換し、得られた電流信号を受信回路１１６に供給する。また、そのタイムスロットＴＳ２において、受信回路１１６は、受光素子１１５から供給された電流信号を、データ信号ＤＳ２として受信バッファ１１７に書き込む。そして、そのタイムスロットＴＳ２、及び、そのタイムスロットＴＳ２の直後のタイムスロットＴＳ１において、受信回路１１６は、受信バッファ１１７に書き込まれたデータ信号ＤＳ２を書き込み速度の約１／２倍の読み出し速度で読み出し、読み出したデータ信号ＤＳ２を電気信号として第１の外部機器に出力する（この動作を、以下、受信動作とも記載する）。

なお、受光素子１１５としては、例えば、ＰＩＮ（P-Intrinsic-N）フォトダイオードやアバランシェフォトダイオードなどのフォトダイオードを用いることができる。また、受信回路１１６は、例えば、トランスインピーダンスとリミッティングアンプとにより構成することができる。この場合、受光素子１１５にて得られた電流信号は、トランスインピーダンスアンプとリミッティングアンプとにより増幅され、第１の外部機器に出力される。また、受信バッファ１１７は、例えば、一般的なＩＣ（Integrated Circuit）により構成することができる。

制御部１１８は、送信回路１１１及び受信回路１１６を制御するための構成である。制御部１１８は、例えば、タイムスロットＴＳ１の始点において送信回路１１１に上述した送信動作を開始させ、タイムスロットＴＳ１の終点において送信回路１１１に上述した送信動作を終了させる。また、制御部１１８は、例えば、タイムスロットＴＳ２の始点において受信回路１１６に上述した受信動作を開始させ、タイムスロットＴＳ２の終点において上述した受信動作を終了させる。なお、制御部１１８としては、例えば、マイクロコントローラを用いることができる。

（変調光源の構成例）
第１の光モジュール１１０が備える変調光源１１３の構成例について、図２を参照して説明する。図２において、（ａ）は、本構成例に係る変調光源１１３の回路図であり、変調光源１１３の特性を示すグラフである。

変調光源１１３は、直接変調により光信号ＬＳ１を生成する変調光源であり、図２の（ａ）に示すように、レーザダイオード（以下、ＬＤと記載する）１１３ａと、コイル１１３ｂと、コンデンサ１１３ｃとにより構成することができる。ＬＤ１１３ａとしては、例えば、分布帰還型半導体レーザ（Distributed-Feedback Laser Diode：ＤＦＢ−ＬＤ）又はファブリペロー型半導体レーザ（Fabry-Perot Laser Diode：ＦＰ−ＬＤ）を用いることができる。本実施形態では、ＬＤ１１３ａとして、発振波長が１５５０ｎｍのＤＦＢ−ＬＤを用いる。

ＬＤ１１３ａのアノードには、コイル１１３ｂとコンデンサ１１３ｃとが並列に接続されている。コイル１１３ｂのＬＤ１１３ａ側と逆側の端子であるバイアス端子Ｔｂには、前述したバイアス電流源１１４からバイアス電流ＩＢが供給される。コンデンサ１１３ｃのＬＤ１１３ａ側と逆側の端子である信号端子Ｔｓには、前述した送信回路１１１から電流信号ＩＳ１が供給される。したがって、ＬＤ１１３ａのアノードには、バイアス電流ＩＢと電流信号ＩＳ１の交流成分とを足し合わせた駆動電流が供給される。なお、ＬＤ１１３ａのカソードは、接地されている。

ＬＤ１１３ａは、駆動電流の大きさが閾値電流Ｉｔｈを上回っている場合、図２の（ｂ）に示すように、駆動電流に応じたパワーの光信号ＬＳ１を生成する。したがって、バイアス電流ＩＢの大きさがＩＢ１であり、電流信号ＩＳ１の振幅がＩｍである場合、パワーがＰ１を中心としＰ１±Ｐｍ／２の範囲内で振動する光信号ＬＳ１を生成する。

なお、本構成例に係る変調光源１１３は、直接変調によって光信号ＬＳ１を生成するものである。しかしながら、本発明は、これに限定されない。すなわち、変調光源１１３は、光源と外部変調器とにより構成されていてもよい。この場合、光源としては、例えば、面発光レーザ（VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting LASER）又は端面発光レーザを用いることができる。また、外部変調器としては、例えば、電界吸収型変調器、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ_３）変調器等のＭＺ（Mach-Zehnder）変調器、シリコン変調器などの光変調器を用いることができる。

以上のように、本実施形態に係るＡＯＣ１においては、第１の光モジュール１１０の変調光源１１３として、直接変調によって光信号ＬＳ１を生成する変調光源を用いることができる。この場合、第１の光モジュール１１０が間接変調によって光信号ＬＳ１を生成する変調光源である場合と比べて、外部変調器を要さない分、第１の光モジュール１１０の構成が簡素化されたＡＯＣ１を実現することができる。

（第１の光モジュールにて生成される光信号）
ここで、第１の光モジュール１１０にて生成される光信号ＬＳ１について、図３を参照して説明する。

第１の光モジュール１１０のバイアス電流源１１４は、例えば、タイムスロットＴＳ１において電流値がＩＢ１となり、タイムスロットＴＳ２において電流値がＩＢ１よりも大きいＩＢ２となるバイアス電流ＩＢを変調光源１１３に供給する。図３の（ａ）は、この場合にバイアス電流源１１４から変調光源１１３に供給されるバイアス電流ＩＢの波形図である。

また、第１の光モジュール１１０の送信回路１１１は、例えば、タイムスロットＴＳ１において、データ信号ＤＳ１がハイレベルのとき電流値が＋Ｉｍ／２となり、データ信号ＤＳ１がローレベルのとき電流値が−Ｉｍ／２となる電流信号ＩＳ１を変調光源１１３に供給する。ここで、Ｉｍは、電流信号ＩＳ１の振幅であり、Ｉｍ／２＜ＩＢ２−ＩＢ１となるように設定されている。タイムスロットＴＳ２における電流信号ＩＳ１の電流値は、例えば、０である。図３の（ｂ）は、この場合に送信回路１１１から変調光源１１３に供給される電流信号ＩＳ１の波形図である。

また、第１の光モジュール１１０の変調光源１１３は、例えば、パワーがバイアス電流ＩＢと電流信号ＩＳ１との和に比例する光信号ＬＳ１を生成する。この場合、変調光源１１３にて生成される光信号ＬＳ１は、データ信号ＤＳ１がタイムスロットＴＳ１に重畳された光信号となる。図３の（ｃ）は、この場合に変調光源１１３にて生成される光信号ＬＳ１の波形図である。電流信号ＩＳ１の振幅ＩｍがＩｍ／２＜ＩＢ２−ＩＢ１となるように設定されているので、タイムスロットＴＳ２における光信号ＬＳ１のパワーＰ２は、タイムスロットＴＳ１に光信号ＬＳ１のパワーＰ１、Ｐ１＋Ｐｍ／２、又はＰ１−Ｐｍ／２よりも大きくなる。ここで、Ｐｍは、光信号ＬＳ１の振幅である。

光信号ＬＳ１において注目すべき点は、図３の（ｃ）に示すように、タイムスロットＴＳ２におけるパワーＰ２がタイムスロットＴＳ１のハイレベル時におけるパワーＰ１＋Ｐｍ／２よりも大きい点である。このため、タイムスロットＴＳ２におけるパワーＰ２とタイムスロットＴＳ１のハイレベル時におけるパワーＰ１＋Ｐｍ／２との間に設定された閾値を用いることによって、第２の光モジュール１２０においてタイムスロットＴＳ１とタイムスロットＴＳ２を比較的容易に識別することが可能なＡＯＣ１００を実現することができる。ここで、タイムスロットＴＳ１のハイレベル時とは、タイムスロットＴＳ１においてデータ信号ＤＳ１がハイレベルとなり、少なくとも光信号ＬＳ１のパワーが最大値Ｐ１＋Ｐｍ／２を取り得る期間のことを指す。

なお、バイアス電流ＩＢの電流値がＩＢ１からＩＢ２へと変化する時点は、タイムスロットＴＳ２の始点（図３における時点ｔ２、ｔ４）であってもよいし、タイムスロットＴＳ２の始点よりも時間Δｔだけ前もしくは後の時点であってもよい。なお、図３の（ａ）においては、バイアス電流ＩＢの電流値がＩＢ１からＩＢ２へと変化する時点がタイムスロットＴＳ２の始点よりも時間Δｔだけ後の時点である場合を例示している。また、バイアス電流ＩＢの電流値がＩＢ２からＩＢ１へと変化する時点は、タイムスロットＴＳ２の終点（図３における時点ｔ３）であってもよいし、タイムスロットＴＳ２の終点よりも時間Δｔだけ前もしくは後の時点であってもよい。なお、図３の（ａ）においては、バイアス電流ＩＢの電流値がＩＢ２からＩＢ１へと変化する時点がタイムスロットＴＳ２の始点よりも時間Δｔだけ前の時点である場合を例示している。

また、光信号ＬＳ１にデータ信号ＤＳ１が重畳される期間の始点は、タイムスロットＴＳ１の始点（図３における時点ｔ１、ｔ３）であってもよいし、図３の（ｂ）及び（ｃ）に示すように、タイムスロットＴＳ１の始点よりも時間Δｔだけ後の時点であってもよい。また、光信号ＬＳ１にデータ信号ＤＳ１が重畳される期間の終点は、タイムスロットＴＳ１の終点（図３における時点ｔ２、ｔ４）であってもよいし、図３の（ｃ）及び（ｄ）に示すように、タイムスロットＴＳ１の終点よりも時間Δｔだけ前の時点であってもよい。

（第２の光モジュールの構成）
ＡＯＣ１００が備える第２の光モジュール１２０の構成について、再び図１を参照して説明する。

第２の光モジュール１２０は、図１に示すように、光分岐部１２１、受光素子１２２、受信回路１２３、受信バッファ１２４、送信回路１２５、送信バッファ１２６、光変調器１２７、及び制御部１２８を備えている。

光分岐部１２１は、第１の光モジュール１１０から受信した光信号ＬＳ１を、光信号ＬＳ１−１（本発明における「他の分岐光信号」の一例）と光信号ＬＳ１−２（本発明における「分岐光信号」の一例）とに分岐するための構成である。得られた光信号ＬＳ１−１及び光信号ＬＳ１−２は、それぞれ、受光素子１２２及び光変調器１２７に供給される。なお、光分岐部１２１としては、例えば、ハーフミラーを用いることができる。

受光素子１２２、受信回路１２３、及び受信バッファ１２４は、光分岐部１２１から受信した光信号ＬＳ１−１を、電気信号（電流信号であってもよいし、電圧信号であってもよい）としてデータ信号ＤＳ１に変換して第１の外部機器に出力するための構成である。受光素子１２２、受信回路１２３、及び受信バッファ１２４は、それぞれ、以下のように動作する。

すなわち、各タイムスロットＴＳ１において、受光素子１２２は、光分岐部１２１から供給された光信号ＬＳ１−１を電流信号に変換し、得られた電流信号を受信回路１２３に供給する。また、そのタイムスロットＴＳ１において、受信回路１２３は、受光素子１２２から供給された電流信号を、データ信号ＤＳ１として受信バッファ１２４に書き込む。そして、そのタイムスロットＴＳ１、及び、そのタイムスロットＴＳ１の直後のタイムスロットＴＳ２において、受信回路１２３は、受信バッファ１２４に書き込まれたデータ信号ＤＳ１を書き込み速度の約１／２倍の読み出し速度で読み出し、読み出したデータ信号ＤＳ１を電気信号として第２の外部機器に出力する（この動作、以下、受信動作とも記載する）。

なお、受光素子１２２としては、例えば、ＰＩＮ（P-Intrinsic-N）フォトダイオードやアバランシェフォトダイオードなどのフォトダイオードを用いることができる。また、受信回路１２３は、例えば、トランスインピーダンスとリミッティングアンプとにより構成することができる。この場合、受光素子１２２にて得られた電流信号は、トランスインピーダンスアンプとリミッティングアンプとにより増幅され、第２の外部機器に出力される。また、受信バッファ１２４は、例えば、一般的なＩＣ（Integrated Circuit）により構成することができる。

送信回路１２５、送信バッファ１２６、及び光変調器１２７は、電気信号（電圧信号であってもよいし、電流信号であってもよい）として第２の外部機器から入力されたデータ信号ＤＳ２を、光信号ＬＳ２として第１の光モジュール１１０に送信するための構成である。送信回路１２５、送信バッファ１２６、及び光変調器１２７は、それぞれ、以下のように動作する。

すなわち、各タイムスロットＴＳ２、及び、そのタイムスロットＴＳ２の直前のタイムスロットＴＳ１において、送信回路１２５は、電気信号として第２の外部機器から入力されたデータ信号ＤＳ２を送信バッファ１２６に書き込む。そして、そのタイムスロットＴＳ２において、送信回路１２５は、送信バッファ１２６に書き込まれたデータ信号ＤＳ２を書き込み速度の約２倍の読み出し速度で読み出し、読み出したデータ信号ＤＳ２を電流信号ＩＳ２としてとして光変調器１２７に供給する（この動作を、以下、送信動作とも記載する）。また、そのタイムスロットＴＳ２において、光変調器１２７は、光分岐部１２１から供給された光信号ＬＳ１−２を、送信回路１２５から供給された電流信号ＩＳ２で変調する。すなわち、光変調器１２７は、光信号ＬＳ１−２を、タイムスロットＴＳ２にデータ信号ＤＳ２が重畳された光信号ＬＳ２に変換する。光変調器１２７にて生成された光信号ＬＳ２は、第２の光ファイバ１３２を介して第１の光モジュール１１０に送信される。

なお、送信回路１２５は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）又はＢｉＣＭＯＳ（Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor）等のドライバにより構成することができる。また、送信バッファ１２６は、例えば、一般的なＩＣ（Integrated Circuit）により構成することができる。また、光変調器１２７としては、例えば、電界吸収型変調器、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ_３）変調器又はシリコン変調器等のＭＺ（Mach-Zehnder）変調器を用いることができる。

なお、本実施形態において、第２の光モジュール１２０の各部、特に、光分岐部１２１、受光素子１２２、及び光変調器１２７は、単一のＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板上に集積されている。光分岐部１２１と受光素子１２２とを繋ぐ光導波路、及び、光分岐部１２１と光変調器１２７とを繋ぐ光導波路も、同一のＳＯＩ基板上に集積してもよい。この場合、光分岐部１２１、受光素子１２２、及び光変調器１２７がディスクリートな光部品として組み合わせられている場合と比べて、第２の光モジュール１２０のサイズを小型化することができる。また、上記の構成によれば、製造コストを抑制可能なＡＯＣ１００を実現することができる。

制御部１２８は、送信回路１２５及び受信回路１２３を制御するための構成である。制御部１２８は、例えば、タイムスロットＴＳ２の始点において送信回路１２５に上述した送信動作を開始させ、タイムスロットＴＳ２の終点において送信回路１２５に上述した送信動作を終了させる。また、制御部１２８は、例えば、タイムスロットＴＳ１の始点において受信回路１２３に上述した受信動作を開始させ、タイムスロットＴＳ１の終点において上述した受信動作を終了させる。なお、制御部１２８としては、例えば、マイクロコントローラを用いることができる。

（第２の光モジュールにて生成される光信号）
ここで、第２の光モジュール１２０にて生成される光信号ＬＳ２について、図４を参照して説明する。

第２の光モジュール１２０の光分岐部１２１は、例えば、第１の光モジュール１１０から受信した光信号ＬＳ１を予め定められた分岐比で光信号ＬＳ１−１と光信号ＬＳ１−２とに分岐するための構成である。図４の（ａ）は、この場合に光分岐部１２１から受光素子１２２に供給される光信号ＬＳ１−１の波形図である。図４の（ｂ）は、この場合に光分岐部１２１から光変調器１２７に供給される光信号ＬＳ１−２の波形図である。タイムスロットＴＳ１において、光信号ＬＳ１−１の平均パワーＰ３と光信号ＬＳ１−２の平均パワーＰ５との和は、光信号ＬＳ１のパワーＰ１（図３の（ｃ）参照）から、光ファイバ１３１及び光分岐部１２１における損失を差し引いたものになる。また、タイムスロットＴＳ２において、光信号ＬＳ１−１のパワーＰ４と光信号ＬＳ１−２のパワーＰ６との和は、光信号ＬＳ１のパワーＰ２（図３の（ｃ）参照）から、光ファイバ１３１及び光分岐部１２１における損失を差し引いたものになる。

また、第２の光モジュール１２０の送信回路１２５は、例えば、タイムスロットＴＳ２において、データ信号ＤＳ２がハイレベルのとき電流値がＩｍとなり、データ信号ＤＳ２がローレベルのとき電流値が０となる電流信号ＩＳ２を光変調器１２７に供給する。ここで、Ｉｍは、電流信号ＩＳ２の振幅である。タイムスロットＴＳ１における電流信号ＩＳ２の電流値は、例えば、０である。図４の（ｃ）は、この場合に送信回路１２５から光変調器１２７に供給される電流信号ＩＳ２の波形図である。

また、第２の光モジュール１２０の光変調器１２７は、例えば、光分岐部１２１から供給された光信号ＬＳ１−２をオンオフ変調するオンオフ変調器により構成することができる。この場合、光変調器１２７は、電流信号ＩＳ２の電流値がＩｍのとき、光分岐部１２１から供給された光信号ＬＳ１−２を透過し、電流信号ＩＳ２の電流値が０のとき、光分岐部１２１から供給された光信号ＬＳ１−２を遮断する。ここで、電流信号ＩＳ２の電流値は、タイムスロットＴＳ１において、常に０になる。また、電流信号ＩＳ２の電流値は、タイムスロットＴＳ２において、データ信号ＤＳ２がハイレベルのときにＩｍとなり、データ信号ＤＳ２がローレベルのときに０となる。したがって、光変調器１２７は、（１）タイムスロットＴＳ１において、光信号ＬＳ１−２を遮断し、（２）タイムスロットＴＳ２において、データ信号ＤＳ２がハイレベルのときに光信号ＬＳ１−２を透過し、データ信号ＤＳ２がローレベルのときに光信号ＬＳ１−２を遮断する。図４の（ｄ）は、この場合に光変調器１２７にて生成される光信号ＬＳ２の波形図である。タイムスロットＴＳ１において、光信号ＬＳ２の平均パワーＰ７は、電流信号ＩＳ２の電流値が０なので、光信号ＬＳ１−２の平均パワーＰ５から光変調器１２７の遮断時損失を差し引いたものになる。また、タイムスロットＴＳ２において、データ信号ＤＳ２がローレベルのときのパワーＰ８は、電流信号ＩＳ２の電流値が０なので、光信号ＬＳ１−２のパワーＰ６から光変調器１２７の遮断時損失を差し引いたものになる。また、タイムスロットＴＳ２において、データ信号ＤＳ２がハイレベルのときのパワーＰ９は、電流信号ＩＳ２の電流値がＩｍなので、光信号ＬＳ１−２のパワーＰ６から光変調器１２７の透過時損失を差し引いたものになる。なお、光変調器１２７の遮断時損失は、光変調器１２７の透過時損失よりも大きい。なぜなら、透過時においては、光変調器１２７に入力された光の大部分が光変調器１２７を透過して損失にならないのに対して、遮断時においては、光変調器１２７に入力された光の大部分が光変調器１２７を透過せず損失となるからである。

光信号ＬＳ２において注目すべき点は、図４の（ｄ）に示すように、タイムスロットＴＳ１のハイレベル時のパワーがタイムスロットＴＳ２のローレベル時のパワーよりも小さくなる点である。このため、タイムスロットＴＳ１のハイレベル時のパワーとタイムスロットＴＳ２のローレベル時のパワーＰ８との間に設定された閾値を用いることによって、第１の光モジュール１１０においてタイムスロットＴＳ１とタイムスロットＴＳ２とを比較的容易に識別することが可能なＡＯＣ１００を実現することができる。ここで、タイムスロットＴＳ１のハイレベル時とは、タイムスロットＴＳ１においてデータ信号ＤＳ１がハイレベルとなり、少なくとも光信号ＬＳ２のパワーが最大値を取り得る期間のことを指し、タイムスロットＴＳ２のローレベル時とは、タイムスロットＴＳ２においてデータ信号ＤＳ２がローレベルとなり、少なくとも光信号ＬＳ２のパワーが最小値Ｐ８を取り得る期間のことを指す。

なお、光信号ＬＳ２にデータ信号ＤＳ２が重畳される期間の始点は、タイムスロットＴＳ２の始点（図４におけるｔ２、ｔ４）であってもよいし、図４の（ｃ）及び（ｄ）に示すように、タイムスロットＴＳ２の始点よりも時間Δｔだけ後の時点であってもよい。また、光信号ＬＳ２にデータ信号ＤＳ２が重畳される期間の終点は、タイムスロットＴＳ２の終点（図４における時点ｔ３）であってもよいし、図４の（ｃ）及び（ｄ）に示すように、タイムスロットＴＳ２の終点よりも時間Δｔだけ前の時点であってもよい。

（本実施形態の効果）
従来のＡＯＣにおいて、第２の光モジュールから第１の光モジュールへと送信される光信号は、第２の光モジュールに内蔵された発光素子からの光を変調することにより生成される。このため、第２の外部機器から第２の光モジュールに十分な電力が供給されない場合、第２の光モジュールに内蔵された発光素子の発光が不安定になり、その結果、第２の光モジュールから第１の光モジュールへの光信号の送信が不可能又は不安定になる。したがって、第２の外部機器から第２の光モジュールに十分な電力が供給されない場合、安定した双方向通信を実現することが困難になる。

これに対して、本実施形態に係るＡＯＣ１においては、第１の光モジュール１１０が、タイムスロットＴＳ１にデータ信号ＤＳ１が重畳された光信号ＬＳ１を生成する変調光源１１３を備えており、第２の光モジュール１２０が、第１の光モジュール１１０から送信された光信号ＬＳ１を分岐することにより得られた光信号ＬＳ１−２を、タイムスロットＴＳ２にデータ信号ＤＳ２が重畳された光信号ＬＳ２に変換する光変調器１２７を備えている。すなわち、本実施形態に係るＡＯＣ１において、第２の光モジュール１２０から第１の光モジュール１１０へと送信される光信号ＬＳ２は、第２の光モジュール１２０に内蔵された発光素子からの光ではなく、第１の光モジュール１１０から送信された光信号ＬＳ１を分岐することにより得られた光信号ＬＳ１−２を変調することによって生成される。このため、本実施形態に係るＡＯＣ１においては、第２の光モジュール１２０から第１の光モジュール１１０への光信号ＬＳ２を生成するための光源を、第２の光モジュール１２０に設ける必要もなければ、第２の光モジュール１２０から第１の光モジュール１１０への光信号ＬＳ２を生成するための電力を、第２の外部機器から第２の光モジュール１２０に供給する必要もない。実際、本実施形態に係るＡＯＣ１においては、第２の光モジュール１２０から第１の光モジュール１１０への光信号ＬＳ２を生成するための光源が第２の光モジュール１２０に設けられておらず、第２の光モジュール１２０から第１の光モジュール１１０への光信号ＬＳ２を生成するための電力が第２の光モジュール１２０に供給されていない。このため、ＡＯＣ１が２つの外部機器に接続される際に、第２の外部機器から第２の光モジュール１２０に十分な電力が供給されない場合であっても、第２の光モジュール１２０から第１の光モジュール１１０への光信号ＬＳ２の送信を安定して行うことが可能になる。したがって、ＡＯＣ１が２つの外部機器に接続される際に、第２の外部機器から第２の光モジュール１２０に十分な電力が供給されない場合であっても、安定した双方向通信が可能なＡＯＣ１を実現することができる。

なお、本実施形態に係るＡＯＣ１においては、第２の光モジュール１２０から第１の光モジュール１１０への光信号ＬＳ２を生成するための光源の全部が第１の光モジュール１１０に含まれ、当該光源が第２の光モジュール１２０に含まれない構成を採用しているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、第２の光モジュール１２０から第１の光モジュール１１０への光信号ＬＳ２を生成するための光源の一部が第１の光モジュール１１０に含まれ、当該光源の残りの部分が第２の光モジュール１２０に含まれる構成を採用してもよい。この場合、第２の光モジュール１２０から第１の光モジュール１１０への光信号ＬＳ２を生成するための光源の全部が第２の光モジュール１２０に含まれる場合と比べて、当該電力を削減することができる。したがって、ＡＯＣ１が２つの外部機器に接続される際に、第２の外部機器から第２の光モジュール１２０に十分な電力が供給されない場合であっても、従来のＡＯＣと比べて安定した双方向通信が可能なＡＯＣ１を実現することができる。

（付記事項）
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１００ ＡＯＣ（アクティブ光ケーブル）
１１０ 第１の光モジュール
１１１ 送信回路
１１２ 送信バッファ
１１３ 変調光源
１１４ バイアス電流源
１１５ 受光素子
１１６ 受信回路
１１７ 受信バッファ
１１８ 制御部
１２０ 第２の光モジュール
１２１ 光分岐部
１２２ 受光素子
１２３ 受信回路
１２４ 受信バッファ
１２５ 送信回路
１２６ 送信バッファ
１２７ 光変調器
１２８ 制御部
１３１ 光ファイバ
１３２ 光ファイバ

Claims (6)

1. 複数の光ファイバと、当該複数の光ファイバを介して結合された第１の光モジュール及び第２の光モジュールと、を備えた双方向通信可能なアクティブ光ケーブルにおいて、
   上記第１の光モジュールは、第１のタイムスロットに第１のデータ信号が重畳された第１の光信号を生成する変調光源を含み、
   上記第２の光モジュールは、上記第１の光モジュールから送信された上記第１の光信号を分岐することにより得られた分岐光信号を、第２のタイムスロットに第２のデータ信号が重畳された第２の光信号に変換する光変調器を含む、
   ことを特徴とするアクティブ光ケーブル。
2. 上記第２の光モジュールには、上記第２の光信号を生成するための発光素子が含まれていない、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアクティブ光ケーブル。
3. 上記第１の光信号は、上記第２のタイムスロットにおけるパワーが上記第１のタイムスロットにおいて上記第１のデータ信号がハイレベルのときのパワーよりも大きい光信号である、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアクティブ光ケーブル。
4. 上記光変調器は、（１）上記第１のタイムスロットにおいて、上記分岐光信号を遮断し、（２）上記第２のタイムスロットにおいて、上記第２のデータ信号がハイレベルのときに上記分岐光信号を透過し、上記第２のデータ信号がローレベルのときに上記分岐光信号を遮断するオンオフ変調器である、
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のアクティブ光ケーブル。
5. 上記変調光源は、直接変調によって上記第１の光信号を生成する、
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のアクティブ光ケーブル。
6. 上記第２の光モジュールは、上記第１の光信号を上記分岐光信号と他の分岐光信号とに分岐する光分岐部と、上記他の分岐光信号を電流信号に変換する受光素子と、を更に備えており、
   上記光分岐部、上記光変調器、及び上記受光素子は、単一のＳＯＩ基板上に集積されている、
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のアクティブ光ケーブル。

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