JP2560528B2 - 双方向光伝送用送信受信方法 - Google Patents

双方向光伝送用送信受信方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光通信システム等に用いられる双方向光伝
送用送信受信方法に関する。
(従来の技術) 現在、光ファイバを用いて局から加入者宅までの通信
を行うFiber−to−the−homeの検討が進められている。
光ファイバ通信によるFiber−to−the−homeを実現する
には、経済性が重要であり、特に発行素子を同時に受光
素子として使用する時分割双方向伝送方式が経済性、光
反射特性等で有利と考えられている。このにような例と
しては、加島らによる“1.3μm帯半導体レーザを用い
た時分割双方向伝送の一検討”(1990年、電子情報通信
学会春季全国大会、予稿集、B−949)の報告がある。
この例では、時分割動作により、1,3μm帯半導体レー
ザを発行素子及び受光素子として動作させ、半導体レー
ザを用いた時分割双方向光伝送の可能性を示している。
(発明が解決しようとする課題) 前述の時分割双方向光伝送装置は、半導体レーザ発行
素子及び受光素子として用いており、経済性、光反射特
性等での有効性を有している。しかしながら、半導体レ
ーザを受光素子として動作させた場合には、従来のフォ
トダイオードを用いた光受信系に比較して光受信感度が
大きく劣化し、システム構築上の伝送マージンの低下を
もたらすといった欠点を有する。この光受信感度の劣化
の原因は、半導体レーザの受光状態での量子効率の低
下、及び半導体レーザの寄生容量が大きいために電気系
のプリアンプの受光帯域を狭め、実効的に受信回路の雑
音を増加させるからである。
そこで本発明の目的は、低コスト化が期待できる簡単
な構成で、しかも高い光受信感度が実現できる双方向光
伝送用送信受信方法を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明に係る第1の双方向光伝送用送信受信方法は、
半導体光源と、この半導体光源に光学的に結合し印加さ
れる電圧に応じて入力光に対する光吸収率を変化させる
ことにより前記電圧に応じて強度が変調された強度変調
光を出力して該強度変調光を光伝送路に結合させる半導
体光変調器とを備えることにより、前記光伝送路を介し
て光信号の送信および受信をする双方向光伝送用送信受
信方法であって、 前記半導体光源と半導体光変調器とは、該半導体光源
の発光と前記半導体光変調器への外部信号電圧の印加に
より、前記半導体光変調器から強度変調された光送信信
号を前記光伝送路に送信するとともに、 前記光伝送路から光受信信号が前記半導体光変調器に
入力される場合には、前記半導体光変調器に逆バイアス
を印加し、前記半導体光変調器に入力された光受信信号
を光吸収により電気信号に変換して、前記半導体光変調
器に於いて前記光受信信号の受信を行う ことを特徴とする。
本発明に係る第2の双方向光伝送用送信受信方法は、
半導体光源と、この半導体光源に光学的に結合し印加さ
れる電圧に応じて入力光に対する光吸収率を変化させる
事により前記電圧に応じて強度が変調された強度変調光
を出力して該強度変調光を光伝送路に結合させる半導体
光変調器とを備えることにより、前記光伝送路を介して
光信号の送信および受信をする双方向光伝送用送信受信
方法であって、 前記半導体光源と半導体光変調器とは、該半導体光源
への外部信号電流の注入により、前記半導体光源から強
度変調された光送信信号を出力し、前記半導体光変調器
では当該半導体光変調器のバイアス電圧の調整により、
光吸収を小さくして該半導体光変調器を介して前記半導
体光源からの光送信信号を前記光伝送路に送信するとと
もに、 前記光伝送路から光受信信号が前記半導体光変調器に
入力される場合には、前記半導体光変調器に逆バイアス
を印加し、前記半導体光変調器に入力された光受信信号
を光吸収により電気信号に変換して、前記半導体光変調
器に於いて光受信信号の受信を行う ことを特徴とする。
(作用) 本発明の双方向光伝送用送信受信方法は、印加される
電圧に応じて入力光に対する光吸収率が変化する半導体
光変調器を、光スイッチング素子あるいは受光素子とし
て利用している。
本発明は、前記半導体光変調器と、該半導体光変調器
と光学的に結合した半導体レーザ等の半導体光源とで構
成される。この構成で、光の受信を行う場合には、半導
体光変調器に逆バイアス電圧を印加させて半導体光変調
器に光受信信号を入力すれば良い。この場合、前述の光
受信信号は半導体光変調器内で光吸収され、吸収された
光信号は電流に変換される。この電流信号を電気増幅器
で増幅する事により光信号の受信が可能となる。
一方、光信号の送信に関しては2つの方法が可能であ
る。その一つの方法は半導体光変調器に光学的に結合し
た半導体レーザを時間的に連続に発振(CW発振)させ、
このCW発振光を半導体光変調器内に導き、半導体光変調
器に送信信号に対応した電圧を印加する事により、半導
体光変調器より強度変調された光信号を取り出すことが
できる。
もう一方の方法は、半導体光変調器に光学的に結合し
た半導体レーザに、送信信号に対応した電流を注入する
事により半導体レーザより強度変調された光信号を得
る。この光信号は半導体光変調器に入力されるが、半導
体光変調器の印加電圧をほぼ零としておけば入力された
光信号は殆んど損失を受けずに半導体光変調器より出力
され、半導体光変調器より光信号を取り出すことができ
る。
以上に述べた様に、半導体光変調器と、この半導体光
変調器と光学的に結合した半導体レーザ等の半導体光源
を用いることにより、光送信、光受信の2つの動作が可
能な双方向光伝送用送信受信方法を実現することができ
る。
(実施例) 次に、図面を参照して本発明を詳しく説明する。
第1図は本発明の第1の実施例を示すブロック図であ
る。本実施例では、半導体光変調器1と、半導体レーザ
2が光学的に結合し、同一基板上に形成された集積型半
導体光変調器を、送信および受信用の基本素子として用
いている。ここで半導体レーザ2には波長1.55μmで発
振する分布帰還型レーザ(DFB−LD)を用い、半導体光
変調器1には波長1.55μmの光信号に対して、フランツ
クルティッシュ効果により光の強度変調が可能なものを
用いた。
まず最初に、第1図の構成に於ける光の送信について
説明する。光の送信を行う場合には、送信信号9が変調
器ドライバ5に入力され、半導体光変調器1に0V〜逆バ
イアスの変調器入力信号13を印加するとともに、LDドラ
イバ6を駆動して半導体レーザ2に直流のLD入力信号14
を注入して半導体レーザ2を発振させる。この場合、レ
ンズ4を介して光ファイバ3に入力した光送信信号11
は、送信信号9により強度変調された光信号となる。
次に光の受信について説明する。光の受信を行う場合
には、光ファイバ3から光受信信号12が半導体光変調器
1に入力される。この時、変調器入力信号13を半導体光
変調器1に対して逆バイアス電圧となる様に設定する
と、光受信信号12は、半導体光変調器1内で殆ど吸収さ
れ、電流に変換される。またこの際LD入力信号14を零と
して、半導体レーザ2の発振を止めることにより、消光
比劣化の無い受信信号電流を半導体光変調器1から取り
出すことができる。この受信信号電流は抵抗RLで電圧に
変換された後、受信アンプ7で増幅され、コンパレータ
8で波形整形されて2値の受信信号10となる。
以上の構成に於いて、伝送速度150Mb/sで光の送信、
受信の動作を行った。まず、半導体レーザ2を発振さ
せ、半導体光変調器1で光の変調を行った。その結果、
光ファイバ3には平均出力+3dBmと光送信パワーとして
は、十分なパワーが入力されるとともに、光パルスの立
ち上り、立ち下り時間は100psと非常に高速で応答する
良好な光送信波形が得られた。
また、本実施例の受信感度特性は、以下の通りであっ
た。光の受信時には半導体レーザ2は発振を止め、半導
体光変調器1から得られる受信信号の符号誤り率を測定
した。その結果、半導体光変調器1の受信状態での量子
効率は80%と高効率であり、しかも逆バイアス電圧を印
加して使う半導体光変調器1では入力容量が1pFと極め
て小さくでき、符号誤り率10-9に於いて−33dBmと言う
良好な受信感度が実現できた。
従って、本発明による双方向光伝送用送信受信方法で
は、30dB以上の伝送マージンが取れるから、実用システ
ムに十分適用できる。
第2図は本発明の第2の実施例を示すブロック図であ
る。本実施例は、第1の実施例とほぼ同様な構成である
が、光の送信の変調を波長1.55μmのファブリペロー型
の半導体レーザ2の直接変調により行う点、さらには半
導体光変調器1と半導体レーザ2にそれぞれディスクリ
ートの素子を用い、半導体光変調器1と半導体レーザ2
との光学結合はレンズ15を介して行う点が第1の実施例
と異なっている。以下に第2の実施例の双方向光伝送用
送信受信方法の動作を説明する。
本実施例で光の送信を行う場合には、半導体光変調器
1への印加電圧を0Vとし、半導体光変調器1での光の吸
収損失を最小とする。この状態でLDドライバ6を動作さ
せて半導体レーザ2に送信信号9に対応したLD入力信号
14を注入して半導体レーザ2を駆動する。半導体レーザ
2から出力される強度変調されたLD光出力信号16は半導
体光変調器1、レンズ4を介して光ファイバ3に入射す
る。一方、光信号の受信を行う際には、半導体レーザ2
の発振を止め、半導体光変調器1に逆バイアスを印加し
て、半導体光変調器1で光ファイバ3より入射される光
受信信号12を吸収する。ここで吸収された光信号は電流
に変換され、受信アンプ7、コンパレータ8により、2
値の受信信号10を得ることができる。
以上の構成で、伝送速度150Mb/sの2値の信号に対す
る光送信波形、光の受信特性について測定した。その結
果、光ファイバ3に入射する光送信信号のパワーは平均
値で0dBwと送信パワーとして十分なパワーを得るととも
に、パルスの応答速度も早く、伝送に十分なアイ開口を
有した光送信波形が実現された。また、波長1.55μm、
伝送速度150Mb/sの光信号に対する受信感度特性を測定
した結果、受信感度−34dBwと良好な受信感度が実現さ
れた。
以上、2つの実施例を用いて本発明の双方向光伝送用
送信受信方法について説明したが、本発明は上述の実施
例以外の様々な態様にも利用できる。たとえば、半導体
光源としては、分布帰還型レーザ、ファブリーペローレ
ーザに限らず、分布反射型レーザ(DBR−LD)、面発光
レーザ、LED等を用いてもよい。また第1図および第2
図の実施例では波長1.55μmの光信号を示したが、使用
する光信号の波長は13μmまたはほかの波長帯であって
も良い。
(発明の効果) 以上に詳しく説明したように、本発明によれば、半導
体光変調器と半導体レーザ等の半導体光源を組み合わせ
た簡単な構成で、光の送信および受信が共用できる双方
向光伝送用送信受信方法を実現することができる。さら
に、本発明で光検出に用いる半導体光変調器は、従来の
双方向光伝送の光検出に用いた半導体レーザに比べ、入
力容量が約1/10〜1/100と小さいから、10dB以上の光受
信感度の向上が可能となる。その結果、本発明の双方向
光伝送用送信受信方法を用いることにより、30dB以上の
伝送マージンが得られるから、伝送ロスに対して余裕の
あるシシテム構築が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示すブロック図、第2
図は本発明の第2の実施例を示すブロック図である。 1……半導体光変調器、2……半導体レーザ、3……光
ファイバ、4,15……レンズ、5……変調器ドライバ、6
……LDドライバ、7……受信アンプ、8……コンパレー
タ、9……送信信号、10……受信信号、11……光送信信
号、12……光受信信号、13……変調器入力信号、14……
LD入力信号、16……LD光出力信号。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体光源と、この半導体光源に光学的に
    結合し印加される電圧に応じて入力光に対する光吸収率
    を変化させることにより前記電圧に応じて強度が変調さ
    れた強度変調光を出力して該強度変調光を光伝送路に結
    合させる半導体光変調器とを備えることにより、前記光
    伝送路を介して光信号の送信および受信をする双方向光
    伝送用送信受信方法において、 前記半導体光源と半導体光変調器とは、該半導体光源の
    発光と前記半導体光変調器への外部信号電圧の印加によ
    り、前記半導体光変調器から強度変調された光送信信号
    を前記光伝送路に送信するとともに、 前記光伝送路から光受信信号が前記半導体光変調器に入
    力される場合には、前記半導体光変調器に逆バイアスを
    印加し、前記半導体光変調器に入力された光受信信号を
    光吸収により電気信号に変換して、前記半導体光変調器
    に於いて前記光受信信号の受信を行う ことを特徴とする双方向光伝送用送信受信方法。
  2. 【請求項2】半導体光源と、この半導体光源に光学的に
    結合し印加される電圧に応じて入力光に対する光吸収率
    を変化させる事により前記電圧に応じて強度が変調され
    た強度変調光を出力して該強度変調光を光伝送路に結合
    させる半導体光変調器とを備えることにより、前記光伝
    送路を介して光信号の送信および受信をする双方向光伝
    送用送信受信方法において、 前記半導体光源と半導体光変調器とは、該半導体光源へ
    の外部信号電流の注入により、前記半導体光源から強度
    変調された光送信信号を出力し、前記半導体光変調器で
    は当該半導体光変調器のバイアス電圧の調整により、光
    吸収を小さくして該半導体光変調器を介して前記半導体
    光源からの光送信信号を前記光伝送路に送信するととも
    に、 前記光伝送路から光受信信号が前記半導体光変調器に入
    力される場合には、前記半導体光変調器に逆バイアスを
    印加し、前記半導体光変調器に入力された光受信信号を
    光吸収により電気信号に変換して、前記半導体光変調器
    に於いて光受信信号の受信を行う ことを特徴とする双方向光伝送用送信受信方法。
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