JP3008677B2 - 光送信装置 - Google Patents

光送信装置

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JP3008677B2
JP3008677B2 JP4175418A JP17541892A JP3008677B2 JP 3008677 B2 JP3008677 B2 JP 3008677B2 JP 4175418 A JP4175418 A JP 4175418A JP 17541892 A JP17541892 A JP 17541892A JP 3008677 B2 JP3008677 B2 JP 3008677B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、入力電気信号により
光信号を強度変調して送信し、光ファイバケーブルを通
じて通信を行う光通信システムの光送信装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の光送信装置として図4に
示すようなものがあった。この図4のブロック構成図
は、1989年テレビジョン学会技術報告vol.13
の56頁に示されたもので、1は光強度変調回路であ
り、ドライバアンプ2、ブロッキングコンデンサ3、整
合抵抗4、APC回路5、チョークコイル6で構成され
ている。また、7はレーザダイオード(LD)、8はモ
ニタPD、9はATC回路、10は光コネクタ、11は
光ファイバ伝送路である。
【0003】次に動作について図4を用いて説明する。
入力された電気信号はまず、光強度変調回路1へ入力さ
れる。光強度変調回路1において、入力電気信号はま
ず、ドライバアンプ2に入力され、光信号が所望の変調
度で変調されるよう増幅または減衰される。LDドライ
バアンプ2の出力は、ブロッキングコンデンサ3によっ
て直流成分を取り除かれ、整合抵抗4によってインピー
ダンス整合が取られた後にAPC回路5からのLDバイ
アス電流に重畳され、LD7を強度変調する。なお、信
号成分は、チョークコイル6によってAPC回路5側へ
の流れ込みが阻止されている。LD7出力光はモニタP
D8で背面光強度がモニタされ、平均光出力が一定とな
るようAPC回路5からのLDバイアス電流が変化す
る。この時、温度変化によるLD7の特性変化を防ぐた
め、ATC回路9を用いた温度制御が成される。以上の
ように安定化された光出力は、光コネクタ10を経て、
光ファイバ伝送路11へ出力される。
【0004】以上のように光信号は強度変調されるが、
一般にLD7は駆動電流を変化させて光強度変調を行う
ため、駆動電流の変化によって光信号は強度変調と同時
に周波数も変調される(以後、チャーピングと呼ぶ)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにチャーピ
ングを起こすLD7を用いて光送信装置を構成した場
合、光ファイバ伝送路11内の複数の反射点によって光
信号が多重反射を起こすと、雑音および歪が劣化するこ
とが一般に知られている。
【0006】以下では、チャーピングを有するLDを1
波の正弦波で強度変調し、コネクタ間の反射のある伝送
路を伝送させた場合に発生するRIN劣化及び高調波歪
について理論的に検討する。
【0007】LDが周波数f1 で強度変調され、周波数
1 で発生するチャーピングの0−ピーク値をΔf1
すると、LD出力光の電界eo (t)は、数1で示され
る。
【0008】
【数1】
【0009】一般に光変調度は小さい領域で使用するの
で、1>>γ1 cos2πf1 tが成り立つ。この場
合、コネクタ間の反射を受けた光ファイバからの出力光
の電界eT (t)、並びに光強度IT は、数2、3で示
される。
【0010】
【数2】
【0011】
【数3】
【0012】数1〜3より、数4、5が導びかれる。
【0013】
【数4】
【0014】
【数5】
【0015】数5は光出力のビート雑音成分に相当し、
ビート雑音の雑音スペクトルRIN(f)はQ(t,
τ)の自己相関関数をフーリエ変換することにより、数
6のように求められる。
【0016】
【数6】
【0017】ここで、f1 近傍における雑音及び歪につ
いて議論する。B及びCはΔντを大きくすることによ
り、B→Δν/{(f−f12 +Δν2 }、C→(2
π)2 となり、RINは、数7で示される。
【0018】
【数7】
【0019】Δντを大きくすることは、コネクタ間隔
をLDの線幅で決まるコヒーレンス長よりも十分長くす
ることにより達成できる。これ以上のRINの低減に
は、R12 を小さくするかチャーピング量Δf1 を小
さくしない限り困難である。
【0020】従来の光送信装置は上記のように構成され
ており、チャーピングに対する考慮が何等成されていな
いため、チャーピングのあるLDを用いて光送信装置を
構成した場合、伝送路中に光コネクタが複数個ある場合
には光コネクタによる多重反射とLDのチャーピングが
伝送路特性の劣化を引き起こし、システム構築に制限を
及ぼすという問題点があった。
【0021】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、光強度変調に起因するチャー
ピングに対して、これを打ち消すような光周波数変調を
かけ、チャーピングの無い光送信装置を提供し、光ファ
イバ伝送路におけるRINの劣化を緩和し、伝送路特性
の劣化を抑圧することを目的としたものである。
【0022】
【課題を解決するための手段】請求項1の光送信装置
は、レーザダイオードを直接変調する方式であって、
力電気信号により光信号を強度変調して送信するデジタ
ル伝送の光送信装置において、前記入力電気信号により
前記光信号を強度変調する光強度変調回路と、前記入力
電気信号を時間積分する積分回路と、この積分回路の出
力によって光の位相を変調し、前記光強度変調回路と縦
続接続された光位相変調回路とを備えたものである。
【0023】請求項2の光送信装置は、レーザダイオー
ドを直接変調する方式であって、入力電気信号により光
信号を強度変調して送信するデジタル伝送の光送信装置
において、前記入力電気信号により前記光信号を強度変
調する光強度変調回路と、前記入力電気信号を反転して
前記光信号を周波数変調し、複数に分割された電極を備
えたレーザダイオードを有する光周波数変調回路とを備
え、前記光強度変調回路は前記光周波数変調回路と縦続
接続されたものである。
【0024】
【作用】請求項1の光送信装置は、出力光信号は光強度
変調と光位相変調により、光コネクタによる多重反射に
起因するRIN及び高調波歪の劣化を大幅に緩和するこ
とができる。
【0025】請求項2の光送信装置は、出力光信号は光
強度変調と光周波数変調を行うことにより、光コネクタ
による多重反射に起因するRIN及び高調波歪の劣化を
大幅に緩和することができる。
【0026】
【実施例】実施例1.以下、この発明の実施例1を図1
に基づいて説明する。図1においては、図4と対応する
部分には同一符号を付して説明を省略する。図1は、本
発明の実施例1を示したものであり、図1において、1
2は光信号入力を電気信号入力に応じて光位相変調する
光位相変調回路であり、例えばLiNbO3 等の電気光
学結晶が用いられる。また、13は入力電気信号を時間
積分及び極性反転し、かつ振幅を増減する機能を有する
積分回路である。14は直流電圧源である。
【0027】次に動作について説明する。入力された電
気信号は2分岐され、その一方は光強度変調回路1へ入
力され、LD7を強度変調する。このときの強度変調出
力は、数8で示される。
【0028】
【数8】
【0029】LD7の出力は光位相変調回路12へ入力
される。一方、2分岐された入力電気信号の他方は積分
回路13へ入力されて、時間積分及び極性反転された後
に光位相変調回路12へ入力される。光位相変調回路1
2では、積分回路13出力に従って入力の光信号を光位
相変調する。光位相変調された光信号は、数9で示され
る。
【0030】
【数9】
【0031】このときの瞬時周波数f(t)は、瞬時位
相を数10のφ(t)とすると、数11で示される。
【0032】
【数10】
【0033】
【数11】
【0034】従って、積分回路13においてゲインを調
整し、光位相変調指数を数12のように設定することに
よってチャーピングのない強度変調光出力が得られる。
【0035】
【数12】
【0036】ここで、f1 =1.5GHzの正弦波によ
っって強度変調する場合を考える。一般的なLDを考え
ると、LD7の周波数変調効率を500MHz/mAで
ある。また、光位相変調回路12として進行波型のLi
NbO3 位相変調器を用いた場合、その光位相変調効率
はπ/2 rad/V程度である。強度変調の変調電流
を5mAとした場合のチャーピング量はΔf1 =2.5
GHzとなり、この時の光周波数変調指数はm=1.6
7となる。一方、光位相変調回路12においてm=1.
67を得るために必要な位相変調電圧は、(2×1.6
7)/(π/2)=2.12VP-P となり、容易に実現
できる。また、位相変調指数を負値とするためにπra
dの定常位相を必要とするが、これは、光位相変調回路
12に直流電圧源14より2Vのバイアスを与えれるこ
とで実現できる。
【0037】以上のように容易に実現可能な値でチャー
ピングの低減を実現できるが、光位相変調回路12への
入力光信号と電気信号に時間差がある場合、これを解消
する必要がある。これは、2分岐した入力電気信号のい
ずれかに遅延回路を設け、片側の電気信号を遅延させる
ことで容易に実現できる。
【0038】実施例2.次に、この発明の実施例2を図
2、図3を用いて説明する。図2において、15は複数
に分割された電極を有するLDであり、本実施例では例
えば2電極のDFB−LDについて模式的に示したもの
である。また、16は光信号を周波数変調する光周波数
変調回路であり、逆相出力を備えたドライバアンプ17
と直流電流源18とから構成されている。19はビーム
スプリッタ(BS)である。図3は2電極DFB−LD
15について、概略構造を示したものである。
【0039】次に動作について図2、図3を用いて説明
する。入力電気信号は2分岐され、その一方は光強度変
調回路1へ入力されて光信号が所望の変調度となるよう
レベルを調整される。光強度変調回路1の出力は強度変
調のための駆動電流として図3に示すようにDFB−L
D15の片側の電極に加えられ、光出力を強度変調す
る。このときの光出力は数7で示される。
【0040】一方、2分岐された他方の入力電気信号は
光周波数変調回路16へ入力される。光周波数変調回路
16では、ドライバアンプ17によって入力電気信号を
反転増幅し、直流電流源18からのバイアス電流に重畳
して光周波数変調のための駆動電流を発生する。光周波
数変調回路16からの光周波数変調用駆動電流は、図3
に示すようにDFB−LDの他方の電極に加えられる。
これによって光出力は周波数変調され、強度変調と合わ
せた光信号出力は、光周波数変調指数をm3 とすると、
数13で示される。
【0041】
【数13】
【0042】以上より、光周波数変調回路16における
ドライバアンプ17のゲインと、直流電流源18からの
バイアス電流を調整し、DFB−LD15における光周
波数変調指数を数14のように設定することでチャーピ
ングのない強度変調光出力が得られる。
【0043】
【数14】
【0044】この時、APC回路5を動作させるための
光出力モニタは、背面光がモニタできないため、前面光
(出力光)をビームスプリッタ19によって一部を分岐
し、これをモニタPD5で受光することで行い、これを
APC回路5へフィードバックする。
【0045】ここで、実施例1と同様にf1 =1.5G
Hzで強度変調する場合について考える。ここでは一般
的な2電極DFB−LDを考え、DFB−LDの周波数
変調効率を強度変調側で50MHz/mA、周波数変調
側で500MHz/mAとする。強度変調の変調電流を
10mAとすると、チャーピング量はΔf=500MH
zとなる。従って位相変調指数はm=0.33となる。
これに対し、光周波数変調の変調指数を0.33とする
には、変調電流は1mAとなり、ドライバアンプ17の
逆相出力を用いて変調指数を負値とすることによってチ
ャーピングを緩和することが可能である。
【0046】以上のように容易に実現可能な値でチャー
ピングの低減を実現できるが、DFB−LD15の2電
極にかかる電気信号に時間差がある場合、この差を解消
する必要がある。これは、2分岐した入力電気信号のい
ずれかに遅延回路を設け、片側の電気信号を遅延させる
こと実現できる。
【0047】以上、本発明に係わる実施例を説明してき
たが、実施例1では積分回路13と光位相変調回路12
を組み合わせ、光信号に対して光強度変調回路1と光位
相変調回路12を縦続接続することで、また、実施例2
では光強度変調回路1と光周波数変調回路16を発光素
子に対して縦続接続し、さらに光周波数変調を行うデバ
イスとして複数に分割された電極を持つLD15を用い
ることでLD7の強度変調に起因するチャーピングを打
ち消すように構成したので、不要な光周波数変調成分が
大幅に減少することが可能である。従って、チャーピン
グのない光送信装置を提供することができ、光コネクタ
10間で多重反射が発生した場合においてもRINの劣
化を抑圧した状態でのデータ伝送が可能となる。
【0048】実施例3.なお、上記実施例1において、
入力電気信号をLDのバイアス電流に重畳して強度変調
を行っているが、これは外部変調回路によって行うこと
が可能である。また、光位相変調指数を負値とするため
に直流バイアスを与えているが、光強度変調回路のLD
ドライバアンプとして正相、逆相の両出力を備えたアン
プを用い、積分回路入力として入力電気信号の分岐信号
の代わりにLDドライバアンプの逆相出力を用いること
によって直流バイアスを省略することが可能であること
は言うまでもない。
【0049】実施例4.一方、上記実施例2において、
2電極DFB−LDの代わりにDBR−LD等、他の多
電極LDを用いることが可能である。また、光強度変調
回路と光周波数変調回路を独立に設けているが、光強度
変調回路のLDドライバアンプとして、正相、逆相の両
出力を有するアンプを用い、光周波数変調回路入力とし
て、入力電気信号の分岐信号の代わりにLDドライバア
ンプの逆相出力を用いることで、光周波数変調回路のド
ライバアンプを単純な減衰回路とすることが可能であ
る。また、光周波数変調回路の直流電流源を光強度変調
回路のAPC回路からのバイアス電流を分割することで
代用し、さらに回路を簡略化することが可能であること
は言うまでもない。
【0050】
【発明の効果】この発明は、次に記載する効果を奏す
る。請求項1の光送信装置は、レーザダイオードを直接
変調する方式であって、入力電気信号により光信号を強
度変調して送信するデジタル伝送の光送信装置におい
て、前記入力電気信号により前記光信号を強度変調する
光強度変調回路と、前記入力電気信号を時間積分する積
分回路と、この積分回路の出力によって光の位相を変調
し、前記光強度変調回路と縦続接続された光位相変調回
路とを備えた構成にしたので、出力光信号は光強度変調
と光位相変調により、光コネクタによる多重反射に起因
するRIN及び高調波歪の劣化を大幅に緩和することが
できる。
【0051】請求項2の光送信装置は、レーザダイオー
ドを直接変調する方式であって、入力電気信号により光
信号を強度変調して送信するデジタル伝送の光送信装置
において、前記入力電気信号により前記光信号を強度変
調する光強度変調回路と、前記入力電気信号を反転して
前記光信号を周波数変調し、複数に分割された電極を備
えたレーザダイオードを有する光周波数変調回路とを備
え、前記光強度変調回路は前記光周波数変調回路と縦続
接続された構成にしたので、出力光信号は光強度変調と
光周波数変調を行うことにより、光コネクタによる多重
反射に起因するRIN及び高調波歪の劣化を大幅に緩和
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例1を示す光送信装置のブロッ
ク構成図である。
【図2】この発明の実施例2を示す光送信装置のブロッ
ク構成図である。
【図3】この発明の実施例2による光送信装置の2電極
DFB−LDの概略構造を示した図である。
【図4】従来の光送信装置を示すブロック構成図であ
る。
【符号の説明】
1 光強度変調回路 2 ドライバアンプ 3 ブロッキングコンデンサ 4 整合抵抗 5 APC回路 6 チョークコイル 7 LD 8 モニタPD 9 ATC回路 10 光コネクタ 11 光ファイバ伝送路 12 光位相変調器 13 積分回路 14 直流電圧源 15 2電極DFB−LD 16 光周波数変調回路 17 ドライバアンプ 18 直流電流源 19 BS
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H04B 10/06 10/142 (56)参考文献 特開 平4−14010(JP,A) 特開 昭60−17409(JP,A) 特開 平4−117036(JP,A) 特開 平4−188686(JP,A) 特開 平5−183511(JP,A) 特開 平2−36581(JP,A) 特開 平5−291694(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04B 10/00 - 10/28 G02F 1/00 - 1/35 H01S 3/10 - 3/133

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 レーザダイオードを直接変調する方式で
    あって、入力電気信号により光信号を強度変調して送信
    するデジタル伝送の光送信装置において、前記入力電気
    信号により前記光信号を強度変調する光強度変調回路
    と、前記入力電気信号を時間積分する積分回路と、この
    積分回路の出力によって光の位相を変調し、前記光強度
    変調回路と縦続接続された光位相変調回路とを備えた光
    送信装置。
  2. 【請求項2】 レーザダイオードを直接変調する方式で
    あって、入力電気信号により光信号を強度変調して送信
    するデジタル伝送の光送信装置において、前記入力電気
    信号により前記光信号を強度変調する光強度変調回路
    と、前記入力電気信号を反転して前記光信号を周波数変
    調し、複数に分割された電極を備えたレーザダイオード
    を有する光周波数変調回路とを備え、前記光強度変調回
    路は前記光周波数変調回路と縦続接続されたことを特徴
    とする光送信装置。
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