JP2723113B2

JP2723113B2 - 半導体レーザの良否判別装置

Info

Publication number: JP2723113B2
Application number: JP63264096A
Authority: JP
Inventors: 元今井; 央西本
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1987-10-23
Filing date: 1988-10-21
Publication date: 1998-03-09
Anticipated expiration: 2013-03-09
Also published as: JPH08304507A

Description

【発明の詳細な説明】〔概要〕光伝送システムの送信系に用いられる半導体レーザの
良否を判別する装置に関し、半導体レーザを光伝送システムに搭載した状態で煩雑
な手間をかけることなく簡単に且つ確実に該半導体レー
ザの良否を判別することを目的とし、複数ビットのパルスパターンを所定の時間間隔で発生
し、前記半導体レーザに供給するパルスパターン発生回
路と、所定の分散を有し、該半導体レーザから出力され
た光パルス信号を通過させる媒体と、該媒体を介して伝
送される光パルス信号から前記パルスパターンを再生す
る回路を含む受信装置とを具備し、該受信装置におい
て再生したパルスパターン内の送信データのビットレー
トを有するクロックパルスを分周して所定の位相差だけ
シフトさせ、このシフトされたパルスパターンと上述の
再生パルスパターンとを適宜処理することにより、ある
いは、パルスパターンの発生態様を、位相的に順次遅
れるように、あるいは進むように変化させることによ
り、予め設定された数のパルスが該パルスパターン発生
回路より発生される間に前記カウンタにおいてカウント
動作が行われたか否かに基づき前記半導体レーザの良否
を判別するように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、半導体レーザの良否判別装置に関し、特
に、光伝送システムの送信系に用いられる半導体レーザ
の良否を判別する装置に関する。

〔従来の技術、および発明が解決しようとする課題〕

光伝送システムの送信系に用いられる半導体レーザ
は、2Gb/s等の高速の電流パルスにより変調されて発光
（発振）する。この場合、半導体レーザは単一波長で発
振するが、例えば温度の変化、電流パルスのレベルの変
化（立ち上がり時）等が生じると、発光スペクトルの波
長が主モードから少し変位した次のモードにジャンプ
（いわゆるモードジャンプ）することは知られている。

第５図は光伝送システムの構成を概略的に示すもの
で、送信系Ｓには半導体レーザ（図示せず）が用いられ
ている。ここで今仮に、半導体レーザを駆動する電流パ
ルスとして例えば「10000000」の８ビット構成を考える
と、本来ならば光伝送システムの受信系Ｒにおいて該電
流パルスと同じビット構成のパルス信号が再生されなけ
ればならないが、前述したモードジャンプが生じると、
本来「０」の符号であるべき位置（図示の例では３番目
のパルスの位置）に擬似的なパルス、すなわち「１」の
符号が現れるというエラーが発生する。この擬似パルス
の発生する位置は、媒体、例えば光ファイバＦの分散ｍ
およびその長さＬと、半導体レーザのモードジャンプに
起因する主モードからの波長の変化分Δλとにより決ま
る。

このようなエラーは不確定的に発生するものである
が、そのエラーの発生する割合すなわちエラーレートが
あまり高くなると、光伝送システムとしては良好な伝送
特性が実現しているとは言い難くなる。最近では光伝送
システムは高ビットレート化が進み、高品質の伝送特性
を保証する観点から、大体10^-11程度のエラーレート（1
0¹¹個の電流パルスにより半導体レーザを駆動した時に
１回エラーが生じるという意味）において「エラーフリ
ー」になることが要望されている。しかしながら、10
^-10程度のエラーレートでエラーが生じることも多々あ
り、その原因については解明が困難である。

従来、半導体レーザにモードジャンプが発生してもそ
れが10^-10程度のエラーレートで発生する場合には該半
導体レーザの性能上の問題からその測定は難しく、まし
て予め何らかの手段で半導体レーザを選別することはな
おさら困難であり、結局、半導体レーザを光伝送システ
ムに搭載した形でエラーレートの測定を行わざるを得な
かった。しかしながらこの測定方法では、仮に受信系に
おいてエラーが検出されても、果たしてそのエラーが、
半導体レーザに起因するエラーなのか、送信系もしくは
受信系に起因するエラーなのか、あるいは伝送路（光フ
ァイバ）に起因するエラーなのかを確実に判別すること
は不可能であり、上述したようにエラーの発生原因につ
いての解明は困難であった。

それ故、従来の光伝送システムでは10^-10程度のエラ
ーレートでエラーが発生した場合、送信系においては半
導体レーザのレーザダイオード（LD）の交換およびその
バイアス電流の調整を行い、受信系においては受光器、
例えばアバランシェフォトダイオード（APD）のバイア
ス電圧の調整および前述したモードジャンプに起因する
擬似パルスを検出するためのしきい値レベルの変更を行
い、結局、伝送特性の品質を一定レベルに維持するため
に主な素子の全てについて調整を行う必要があった。そ
して、全てをチェックした後でもエラーがある場合、レ
ーザ側にエラーがあるものと予測していた。これは、作
業が極めて煩雑であり、好ましいことではない。また、
レーザのエラーを完全に確認することもできない。

本発明は、上述した従来技術における問題点に鑑み創
作されたもので、半導体レーザを光伝送システムに搭載
した状態で煩雑な手間をかけることなく簡単に且つ確実
に該半導体レーザの良否を判別することができる装置を
提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段、および作用〕

上述した従来技術における問題点を解決するための１
つの手段として、本発明の１つの形態によれば、光伝送
システムの送信系に用いられる半導体レーザの良否を判
別する装置であって、複数ビットのパルスパターンを所
定の時間間隔で発生し、前記半導体レーザに供給するパ
ルスパターン発生回路と、所定の分散を有し、該半導体
レーザから出力された光パルス信号を通過させる媒体
と、該媒体を介して伝送される光パルス信号から前記パ
ルスパターンを再生する回路を含む受信装置とを具備
し、該受信装置は更に、前記再生されたパルスパターン
に応答し、該再生されたパルスパターンより前記複数ビ
ットのパルスパターンのビットレートと同じ周波数のク
ロックパルスを出力するタイミング検出回路と、該クロ
ックパルスを前記パルスパターンの構成ビット数で分周
する回路と、該分周されたクロックパルスを所定の位相
差だけシフトする位相シフト回路と、該位相シフトされ
たクロックパルスと前記再生されたパルスパターンとに
応答し、両者を比較し、該再生されたパルスパターン内
に前記半導体レーザのモードホッピングに起因する擬似
パルスが現れるか否かを識別する回路とを有し、該擬似
パルスの数が所定値以上か否かに基づき前記半導体レー
ザの良否を判別するようにしたことを特徴とする半導体
レーザの良否判別装置が提供される。

さらに、本発明の他の形態によれば、光伝送システム
の送信系に用いられる半導体レーザの良否を判別する装
置であって、複数ビットのパルスパターンを所定の時間
間隔で発生し、前記半導体レーザに供給するパルスパタ
ーン発生回路と、所定の分散を有し、該半導体レーザか
ら出力された光パルス信号を通過させる媒体と、該媒体
を介して伝送される光パルス信号から前記パルスパター
ンを再生する回路を含む受信装置とを具備し、該受信装
置は更に、前記再生されたパルスパターンのレベルを所
定のしきい値レベルと比較し、該比較結果に基づき該パ
ルスパターンにおける基準となる「１」の符号の位置か
ら所定時間だけずれた特定位置に「１」の符号が現れる
か否かを識別する回路と、該特定位置に「１」の符号が
現れたことが識別された時にカウントを行うカウンタと
を有し、前記パルスパターン発生回路は、隣接する
「１」の符号の間に「０」の符号を順次０から所定値ま
で１ずつ増加させながら前記複数ビットのパルスパター
ンを形成し、予め設定された数のパルスが該パルスパタ
ーン発生回路より発生される間に前記カウンタにおいて
カウント動作が行われたか否かに基づき前記半導体レー
ザの良否を判別するようにしたことを特徴とする半導体
レーザの良否判別装置が提供される。

なお、本発明の他の構成上の特徴および作用の詳細に
ついては、添付図面を参照しつつ以下に記述する実施例
を用いて説明する。

〔実施例〕

第１図には本発明の一実施例としての半導体レーザの
良否判別装置の構成がブロック的に示される。第１図の
例示は半導体レーザを送信系に用いた光伝送システムの
形態を有し、該システムは、送信装置１、該送信装置に
対応する受信装置２、および両装置を接続する光ファイ
バ３から構成されている。この光ファイバ３は既知の分
散ｍ（ps/km/nm）および所定の長さＬ（km）を有してい
る。

送信装置１において、11はパルスパターン発生回路で
あって、本実施例では2Gb/sの８ビット構成のパルスパ
ターンP1を繰り返し発生する。このパルスパターンP1
は、RZ方式で、１ビットの「１」の符号とそれに続く７
ビットの「０」の符号とからなっている。この発生され
たパルスパターンP1は増幅器12に入力され、そこで次段
の半導体レーザ13の発振に必要なレベルまで増幅され
る。半導体レーザ13は、例えば分布型フィードバック
（DFB）レーザで構成され、レーザダイオードLDを有
し、増幅器12を介して送られてくる電流パルスによりRZ
変調されて単一波長のレーザ光、すなわち光パルス信号
を発振する。この光パルス信号は光ファイバ３を通して
受信装置２側に伝送される。

受信装置２において、21はアバランシェフォトダイオ
ードAPDを有する受光回路であって、光ファイバ３を介
して伝送されてきた光パルス信号から前述のパルスパタ
ーンP1を再生する機能を有している（この再生されたパ
ルスパターンをP2とする）。22は等化器であって、伝送
路における減衰特性を補償し、伝送系で生じた直線ひず
みを補正するために設けられている。23はタイミング検
出回路であって、上述の再生パルスパターンP2に対して
所定のタイミングを検出するためのものである。このタ
イミング検出回路23は、送信データP1のビットレートと
同じ周波数のみを通過させるバンドパスフィルタ（図示
せず）を有している。そのため、タイミング検出回路23
は、該送信データのビットレートと同じ周波数のクロッ
クパルスP5を出力する。24は1/N分周回路であって、本
実施例では上述のタイミング検出回路により検出された
クロックパルスP5の周波数を1/8に分周している（この
分周されたクロックパルスをP3とする）。

25は位相シフト回路であって、分周クロックパルスP3
の位相を上述の「１」の符号の位置から所定の位相差φ
だけシフトする機能を有している。この位相シフトされ
たクロックパルスをP4とする。本実施例ではこの所定の
位相差は、再生パルスパターンP2の各ビット幅に相当す
る時間と同じか、もしくはそれ以上に設定されている。
この位相シフトクロックパルスP4は、受光回路21からの
再生パルスパターンP2と共に、識別回路26に入力され
る。この識別回路26については後述する。27は識別回路
26からの識別信号S3に基づきカウントを行うカウンタで
ある。

第２図には識別回路26の一構成例が示される。この識
別回路は主たる構成要素として、演算増幅器（オペアン
プ）31とインバータ32とアンドゲート33とから構成され
る。オペアンプ31は、再生パルスパターンP2のレベルを
所定のしきい値レベルVthと比較し、前者が後者より高
いレベルにある時は“L"レベル（電圧0V）の信号S1を出
力し、逆に、前者が後者より低いレベルにある時は“H"
レベル（電圧Vc）の信号S1を出力する。この場合、所定
のしきい値レベルVthは、後述するように半導体レーザ
のモードジャンプに起因して現れる擬似的なパルスのレ
ベルより低くなるように設定されている。演算増幅器31
の出力S1は、インバータ32を介して（出力をS2とする）
アンドゲート33の一方の入力端に入力され、該アンドゲ
ートの他方の入力端には位相シフトクロックパルスP4が
入力される。このアンドゲート33の出力は識別信号S3と
してカウンタ27に入力される。

次に、第１図装置の動作について第２図および第３図
（ａ）〜（ｇ）のタイミング図を参照しながら説明す
る。

まず、半導体レーザの主モードの光の一部が波長Δλ
分だけモードジャンプしたものとする。これは光ファイ
バ３を通すと、第３図（ａ）に示されるように、該光フ
ァイバの分散ｍと長さＬに応じて、再生パルスパターン
P2において「１」の符号の位置（タイムスロットT1の部
分）からmLΔλの時間分だけ遅れた位置（タイムスロッ
トT3の部分）に擬似パルスとして生じる。

再生パルスパターンP2より、タイミング検出回路23を
介し、クロックパルスP5が検出される（第３図（ｇ）参
照）。このパルスP5は、1/N分周回路24において1/8に分
周され（第３図（ｂ）参照）、さらに位相シフト回路25
において上述の「１」の符号の位置から所定の位相差φ
だけシフトされる（第３図（ｃ）参照）。この時、この
パルス幅は、元のパルス幅より広くしても良いしあるい
は狭くしても良い。ただし、該パルス幅は、予め定めた
Ｎビット（本実施例では８ビット）分の周期から１ビッ
ト分減じた長さよりは短いものとする。そして、位相差
φは、１ビットから８ビットまで変化させる。つまり、
クロックパルスP4の「１」の位置をT2からT8までスキャ
ンさせ、それぞれの位置でエラーレートをカウントす
る。

この位相シフトされたクロックパルスP4は識別回路26
内のアンドゲート33の一方の入力端に入力される。他
方、再生パルスパターンP2は、等化器22を介し、識別回
路26内のオペアンプ31に入力され、そこで所定のしきい
値レベルVthと比較される（第３図（ｄ）参照）。この
比較に基づく信号S1はインバータ32を介して（第３図
（ｅ）参照）、アンドゲート33の他方の入力端に入力さ
れる。

従って、第３図（ａ）〜（ｅ）のタイミング関係から
明らかなように、アンドゲート33の出力すなわち識別回
路26の出力S3は、擬似パルスの発生位置に対応する時点
で“H"レベルを呈する。これによってカウンタ27はカウ
ントを行う。この場合、予め設定された数のパルス（例
えば10¹¹個のパルス）がパルスパターン発生回路11より
発生される間に、カウント動作が行われたか否かを測定
すれば、半導体レーザが10^-11のエラーレートでモード
ジャンプを生じたか否かを検出することができる。つま
り、半導体レーザの良否を判別することが可能となる。

また、この場合に分周されたパルス幅を元のパルス幅
より狭くし、その分周されたパルスの位相差φを少しず
つ変化させてカウント数とφとの関係を調べることによ
り、逆に、前述の式φ/mLからモードジャンプ（Δλ）
が求められる。

上述した実施例では光伝送システムの受信側において
クロックパルスの位相シフトを行うことにより、半導体
レーザにモードジャンプが生じたか否かを検出するよう
にしたが、これは、送信側において対処することも可能
である。

第４図には、送信側において対処する場合のパルスパ
ターンPnの発生態様が示される。

この実施例の装置構成は第１図実施例の場合とほぼ同
じであるが、受信装置側においてタイミング検出回路2
3、1/N分周回路24および位相シフト回路25は不要とな
る。ただし、識別回路26に入力されるパルスパターンP4
には元のパルスパターンP1を用い、出力ゲートには、
“1"と“0"の組合せの入力が入った時に“H"レベルの信
号が出力されるようなゲートを用いる。また、パルスパ
ターン発生回路11から発生されるパルスパターンは、第
１図実施例のように複数ビット長単位の同じパターンが
繰り返されるのではなく、第４図（ａ）〜（ｅ）に示さ
れるように、隣接する「１」の符号の間に入る「０」の
符号の数が順次０から所定値（図示の例では４）まで１
ずつ増加するようになっているパルスパターンとなって
いる。このように位相的に変化するパターンを用いるこ
とにより、以下の作用上の特徴が生じる。

半導体レーザの主モードの光の一部が波長Δλ分だけ
モードジャンプすると、それはモード分配雑音を形成す
るが、これが光ファイバを通って受信装置に入力される
と、受信側では再生パルスパターンの「１」の符号の位
置からmLΔλの時間分だけ離れた位置にパルスが擬似的
に発生したように感じることになる。この擬似的なパル
スが丁度、第４図（ａ）〜（ｅ）の各パルスパターンに
おいて「１」の符号となる位置に発生したものとする
と、本当はエラーであるにもかかわらず、受信装置にお
いては「１」のデータとして扱われることになる。つま
り、「エラーフリー」となる。

本実施例は、半導体レーザに印加するパルスパターン
の位相を変化させ、受信側において「エラー」の状態と
「エラーフラー」の状態が混在することを利用して、エ
ラーの発生が送信側（主としてLDのモードジャンプ）に
起因するのか、あるいは受信側（主としてAPDの雑音）
に起因するのかを確実に判別可能とするものである。

例えば、第４図の例示においてタイムスロットt1を基
準とし、３番目のタイムスロットt3において擬似パルス
が発生したものとすると、（ａ）のパルスパターンは「エラーフリー」、（ｂ）のパルスパターンは「エラーフリー」、（ｃ）のパルスパターンは「エラー」、（ｄ）のパルスパターンは「エラー」、（ｅ）のパルスパターンは「エラー」、と分類される。これによって、送信側（主としてLD）で
エラーが生じていることが分かる。もし受信側において
エラーが生じているならば、（ａ）〜（ｅ）の全てのパ
ターンが「エラー」状態となる。言い換えると、受信側
において「エラー」の状態と「エラーフリー」の状態が
混在することが検出された場合に、半導体レーザが「不
良」であるものと判別することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の半導体レーザの良否判別
装置によれば、半導体レーザを光伝送システムに搭載し
た状態で煩雑な手間をかけることなく簡単に且つ確実に
該半導体レーザの良否を判別することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての半導体レーザの良否
判別装置の構成を示すブロック図、第２図は第１図における識別回路の一構成例を示す回路
図、第３図は第１図装置の動作を説明するためのタイミング
図、第４図は本発明の他の実施例におけるパルスパターンPn
の発生態様を説明するためのタイミング図、第５図は送信系に半導体レーザを用いた光伝送システム
における問題点を説明するための図、である。（符号の説明）２……受信装置、３……媒体（光ファイバ）、11……パ
ルスパターン発生回路、13……半導体レーザ、21……受
光回路、24……1/N分周回路、25……位相シフト回路、2
6……識別回路、27……カウンタ、P1〜P4,Pn……パル
ス、Vth……しきい値レベル、．……光ファイバの分
散。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】光伝送システムの送信系に用いられる半導
体レーザの良否を判別する装置であって、複数ビットのパルスパターンを所定の時間間隔で発生
し、前記半導体レーザに供給するパルスパターン発生回
路と、所定の分散を有し、該半導体レーザから出力された光パ
ルス信号を通過させる媒体と、該媒体を介して伝送される光パルス信号から前記パルス
パターンを再生する回路を含む受信装置とを具備し、該受信装置は更に、前記再生されたパルスパターンに応答し、該再生された
パルスパターンより前記複数ビットのパルスパターンの
ビットレートと同じ周波数のクロックパルスを出力する
タイミング検出回路と、該クロックパルスを前記パルスパターンの構成ビット数
で分周する回路と、該分周されたクロックパルスを所定の位相差だけシフト
する位相シフト回路と、該位相シフトされたクロックパルスと前記再生されたパ
ルスパターンとに応答し、両者を比較し、該再生された
パルスパターン内に前記半導体レーザのモードホッピン
グに起因する擬似パルスが現れるか否かを識別する回路
とを有し、該擬似パルスの数が所定値以上か否かに基づき前記半導
体レーザの良否を判別するようにしたことを特徴とする
半導体レーザの良否判別装置。
【請求項２】光伝送システムの送信系に用いられる半導
体レーザの良否を判別する装置であって、複数ビットのパルスパターンを所定の時間間隔で発生
し、前記半導体レーザに供給するパルスパターン発生回
路と、所定の分散を有し、該半導体レーザから出力された光パ
ルス信号を通過させる媒体と、該媒体を介して伝送される光パルス信号から前記パルス
パターンを再生する回路を含む受信装置とを具備し、該受信装置は更に、前記再生されたパルスパターンのレ
ベルを所定のしきい値レベルと比較し、該比較結果に基
づき該パルスパターンにおける基準となる「１」の符号
の位置から所定時間だけずれた特定位置に「１」の符号
が現れるか否かを識別する回路と、該特定位置に「１」
の符号が現れたことが識別された時にカウントを行うカ
ウンタとを有し、前記パルスパターン発生回路は、隣接する「１」の符号
の間に「０」の符号を順次０から所定値まで１ずつ増加
させながら前記複数ビットのパルスパターンを形成し、予め設定された数のパルスが該パルスパターン発生回路
より発生される間に前記カウンタにおいてカウント動作
が行われたか否かに基づき前記半導体レーザの良否を判
別するようにしたことを特徴とする半導体レーザの良否
判別装置。