JP3014580B2

JP3014580B2 - 光伝送方法

Info

Publication number: JP3014580B2
Application number: JP6043113A
Authority: JP
Inventors: 望松尾; 英之大村; 武志川口; 雪久篠田
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.; Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 1994-02-17
Filing date: 1994-02-17
Publication date: 2000-02-28
Anticipated expiration: 2015-02-28
Also published as: JPH07231298A; US5541758A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光ＣＡＴＶ、光ＩＴＶ、
光伝送監視システム等における光伝送に利用される光伝
送方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】前記のような分野で利用される光伝送方
法には従来から各種あり、その一つとして図３（ａ）に
示す光伝送システムを利用する方法がある。図３（ａ）
の光伝送システムは複数（ｎ箇所）の送信局１_１、１_２
・・・が数百ｍから数ｋｍの距離で配置され、送信局１
が設置された各地点の映像を一つの受信局２で一括監視
できるようにした光伝送システムである。図３（ａ）の
各送信局１_１、１_２・・・には映像撮影用のカメラ１
１、変調器１２、半導体レーザ３、光合波器１４が設置
され、各送信局からの光信号は光ファイバ伝送路１５に
より受信局２へ送られる。受信局２には受光器１６、復
調器１７、モニタテレビ１８が設置されてなる。

【０００３】図３（ａ）の各送信局１_１、１_２・・・の
映像信号は同図（ａ）の変調器１２により特定の周波数
ｆ_１〜ｆ_ｎの搬送波に乗せられ、この信号により半導体
レーザ３から発生される光信号が変調を受ける。搬送波
の周波数帯域は光伝送システムによって異なるが図３
（ａ）の光伝送システムでは０．４から２ＧＨｚの範囲
としている。図３（ａ）の各送信局１からの光信号は光
合波器１４を通して光ファイバ伝送路１５に導かれ、図
３（ｆ）｛図３（ａ）のＦ点の波形｝のように多重化さ
れて一括して受信局２の受光器１６で受光される。そし
て受光器１６からの電気信号は復調器１７において前記
搬送周波数によって選別され、送信局別にモニタテレビ
１８により映像の監視が行なわれる。なお、図３（ａ）
における実線の矢印は同軸ケーブルで伝送される電気信
号の流れを示し、破線の矢印は光ファイバで伝送される
光信号の流れを示す。

【０００４】図３（ａ）のように複数の送信局１_１、１
_２・・・から送信される映像信号、即ち、二以上の光信
号を合波して多重伝送し、一つの受信局２で同時に受信
する光伝送システムにおいては、各送信局１_１、１_２・
・・から受信局２の受光器１６へ到達する光のレベルを
ほぼ同一に揃える必要がある。これは、受信局２から遠
く離れた送信局からの光信号ほど光ファイバ伝送路１５
や光合波器１４での通過損失が大きく、受信局２への到
達時に光レベルが減衰するので、それを均等化すると共
に、受信局２での各チャンネルに加わる雑音の影響を均
等化する必要があるためである。

【０００５】そのため、従来の光伝送システムでは図３
（ｂ）〜（ｅ）に示すように光レベルの調整を行なって
いた。即ち、受信局２から遠く離れた送信局１ほど半導
体レーザ３のバイアス電流を高く設定して光出力を高く
保持し、受信局２に近い送信局１_１、１_２・・・ほど半
導体レーザ３のバイアス電流を低く設定して光出力を低
く保持して、受信局２の受光器１６に到達する光レベル
が一定になるように調整していた。図３（ｂ）〜（ｅ）
はこのバイアス電流と光出力との関係を示すものであ
り、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ点の説明図、（ｃ）は
図３（ａ）のＣ点の説明図、（ｄ）は図３（ａ）のＤ点
の説明図、（ｎ）は図３（ａ）のＮ点の説明図である。

【０００６】また、図３（ａ）のように二以上の光信号
を合波して多重伝送し、それを受光器１６で検波する場
合、夫々の光信号間の波長の差に応じた周波数位置にビ
ートが生じる。しかもこのビート発生の周波数位置が搬
送波の周波数帯域と一致した場合は、そのビートが光信
号の品質を損なう原因になる。従って、この場合は各半
導体レーザ３の光波長を光信号の品質が所定以上に確保
される様に設定しなければならない。

【０００７】ビートの中心周波数は光波長が１．５５μ
ｍ帯では、光波長差１ｎｍあたり約１２５ＧＨｚである
ため、例えば０．０１ｎｍの波長差のレーザ光の組合わ
せがある場合は１．２５ＧＨｚ付近にビートが発生し、
搬送波の周波数帯域と一致することが知られている。従
って、ビートの問題を解決するためには合波されるレー
ザ光の波長間隔を十分にとり、搬送波の周波数帯域にビ
ートが発生しないような設計を行なう必要がある。

【０００８】ビート雑音は波長間隔を十分広くとること
で解決されるが、波長間隔を必要以上に広げると他方に
おいて実用上いくつかの問題が生じる。例えば、５０波
の光信号を合波する光伝送システムで波長間隔を２ｎｍ
に設定した場合は、１００ｎｍの幅で半導体レーザの波
長を制御する必要が生じる。しかし、半導体レーザの製
造工程上、この様な広い幅で波長の異なる半導体レーザ
を作製するためには著しくコストが高くなる。従って、
上記の波長間隔はむやみに広くするのではなく、ビート
が光信号の品質を劣化させない程度にできるだけ狭く設
計する必要がある。

【０００９】本件発明者等がビート雑音について種々研
究を重ねる中で、波長間隔を狭くするためには半導体レ
ーザから発生する光の線幅の管理が重要であることが判
明した。個々の半導体レーザから出力される光の波長は
中心波長の前後に幅を有するので、波長間隔を設定する
際にはこの波長幅を考慮する必要がある。即ち、光のス
ペクトラムが広い波長範囲に亘る場合には、それに応じ
て上記の波長間隔を大きくとる必要がある。

【００１０】図４に示すものは半導体レーザのバイアス
電流と光出力および光スペクトラムの関係を測定した例
である。ここでは波長帯１．５５μｍの分布帰還型レー
ザダイオードを使用しており、そのしきい値電流Ｉｔｈ
は約１５ｍＡである。この場合、図４（ａ）のＡ点のよ
うにバイアス電流の低い状態では図４（ｄ）のようにス
ペクトラムの両脇に肩が生じる。これは半導体中の電子
濃度の揺らぎ等に起因するものである。このため光スペ
クトラムは広い波長範囲に亘る結果となる。半導体レー
ザのバイアス電流を図４（ａ）のＢ点、Ｃ点、Ｄ点のよ
うに増加することにより、Ｂ点では図４（ｃ）のように
肩は大きく減少し、Ｃ点では図４（ｂ）のように線幅が
一層狭くなる。

【００１１】このような傾向は他の半導体レーザでも共
通に観測され、図３の従来の光伝送システムにおいて、
特に、図４（ａ）のＡ点のようにバイアス電流の低い条
件下で半導体レーザを使用した場合は、図４（ａ）のＢ
点、Ｃ点の電流条件で使用した場合に比べて雑音レベル
が上昇する。上の例では波長間隔を０．２ｎｍに設定し
た場合、図４（ａ）のＡ点で使用した場合の雑音レベル
は図４（ａ）のＢ点、Ｃ点で使用した場合の雑音レベル
に対して１０〜１５ｄＢ程度大きくなった。このため波
長間隔をより大きくとる必要があった。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように半導体レー
ザのバイアス電流の調整により受信局２での光信号レベ
ルの均一化を行なう従来の光伝送方法では、半導体レー
ザから発生される光スペクトラム形状の変化を伴うため
波長間隔を狭めるのに限界があり、特に、送信局１の数
が増加するにつれて波長数が多くなるため問題は深刻化
する。また、図４（ｂ）〜（ｄ）で明らかなように電流
の調整は波長の変化を伴うので、前述の波長間隔の設計
が一層複雑になるという問題もあった。

【００１３】本発明の目的は、半導体レーザから発生す
る光の線幅を狭く保ちながら光信号レベルの調整を行な
うことを容易にする方法を提供することにより、波長間
隔を狭く設定した場合にもビートによる光信号の品質劣
化が少なく、かつ、受信部での光レベルを一定に揃える
ことを可能とし、一つの光伝送システムで伝送できる光
波数（送信局の数）を多くでき、大規模な光伝送システ
ムを構築可能とする光伝送方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のうち請求項１の
光伝送方法は図１（ａ）に示す様に、複数の送信局
１_１、１_２・・・における夫々の半導体レーザから被伝
送信号によって変調された光信号を発生し、この光信号
を一つの受信局において同時に受光して復調するように
した光伝送方法において、前記夫々の半導体レーザの光
出力端において同半導体レーザから出力される光信号の
レベルを調整して、受信局からの距離が異なる複数の送
信局１_１、１_２・・・の夫々から送信された光信号の光
レベルが受信局への到達時にほぼ均等化されるようにし
たものである。

【００１５】本発明のうち請求項２の光伝送方法は各半
導体レーザから出力される光信号のレベルを光減衰用機
器により調整するものである。

【００１６】本発明のうち請求項３の光伝送方法は送信
局１_１、１_２・・・の夫々の送信機器を可搬、取り外し
可能としたものである。

【００１７】

【作用】本発明のうち請求項１の光伝送方法では、二以
上の半導体レーザ３から出力される光信号のレベルを半
導体レーザ３の光出力端において調整するので、各送信
局１の半導体レーザ３のバイアス電流はほぼ同一に設定
することができる。従って、二以上の半導体レーザ３の
バイアス電流を最適値、例えば同半導体レーザ３のしき
い値電流の１．５倍以上、５倍以下に設定すれば、線幅
５０ＭＨｚ以下の良好な光スペクトラムが得られる。ま
た、電流−光出力特性の直線性が損なわれることがな
く、ひいては信号の歪み成分が増大するとか、半導体レ
ーザの長期信頼性が損なわれるといったこともない。

【００１８】さらに、線幅５０ＭＨｚ以下の良好な光ス
ペクトラムが得られるので、半導体レーザ３から出力さ
れる光信号の波長間隔を狭く（例えば０．２ｎｍ程度）
することもできる。

【００１９】また、半導体レーザ３のバイアス電流はほ
ぼ同一に設定することができるので、半導体レーザから
発生される光スペクトラム形状が変化せず安定するの
で、半導体レーザ３から出力される光信号の波長間隔を
狭くすることができ、狭くしてもＣ／Ｎ比が劣化しな
い。

【００２１】本発明のうち請求項２の光伝送方法では、
半導体レーザ３から出力される光信号のレベルを光減衰
用機器４により調整するので、同可変光減衰用機器４の
減衰量を調整するだけで手軽にレベル調整することがで
きる。特に、送信局１の数が増大した場合にも波長間隔
や信号レベルの設計、調整が簡略化されると同時に、良
好な光信号伝送品質が保持される。

【００２２】

【実施例１】本発明の光伝送方法に使用される光伝送シ
ステムの一例を図１に基づいて説明する。図１に示すも
のは複数（ｎ箇所）の送信局１が数百ｍから数ｋｍの距
離で配置され、送信局１_１、１_２・・・が設置された各
地点の映像を一つの受信局２で一括監視できるようにし
た光伝送システムである。そして、図１の各送信局
１_１、１_２・・・には映像撮影用のカメラ１１、変調器
１２、半導体レーザ３、光合波器１４が設置され、各送
信局１_１、１_２・・・からの光信号は、光ファイバ伝送
路１５により受信局２へ送られる。また、受信局２には
受光器２１、復調器２２、モニタテレビ２３が設置され
てなる。

【００２３】図１の光伝送システムにより光伝送を行う
には、各送信局１の映像信号を変調器により特定の周波
数ｆｎの搬送波に乗せ、この信号により半導体レーザ３
から発生される光信号を変調する。搬送波の周波数帯域
は光伝送システムによって異なるが、図１の光伝送シス
テムでは０．４から２ＧＨｚの範囲としてある。図１の
各送信局１からの光信号は光合波器１４により光ファイ
バ幹線（光伝送路）１５に導かれ、多重化されて一括し
て受信局２の受光器１６で受光される。受光器１６から
の電気信号は復調器１７において前記搬送周波数によっ
て選別され、送信局１ごとにモニタテレビ１８により映
像の監視が行なわれる。

【００２４】

【表１】

【００２５】図１では送信局１から受信局２に至る光伝
送路１５の光損失が表１の様に送信局１の位置（受信局
２までの距離）によって異なるため、その損失の大きさ
に応じて異なる減衰量（例えば表１の減衰量）が得られ
る光減衰用機器４を各送信局１の半導体レーザ３の光出
力端に設置し、この光減衰用機器４により各送信局１の
半導体レーザ３の光出力がほぼ同等であっても、受信局
２での受光レベルが表１の様に均一化されるようにして
ある。図１では光減衰用機器４として汎用の光減衰器を
使用したが、この光減衰用機器４は汎用の光減衰器に限
られるものでは無く、例えば、光カプラのように減衰器
として使用可能なものであれば、他の機器でも使用でき
る。

【００２６】図１の半導体レーザ３には、例えば１．５
５μｍ帯のＤＦＢ（分布帰還型レーザ）が使用され、そ
の半導体レーザ３のしきい値電流Ｉｔｈは約１５ｍＡで
ある。半導体レーザのバイアス電流は表１に示すように
４カ所の送信局１とも４７ｍＡ程度としてある。

【００２７】そして図１の光伝送システムを利用して本
発明の光伝送方法を実施する場合、図４に示すようにバ
イアス電流を半導体レーザ３のしきい値電流Ｉｔｈの２
倍以上とすることにより線幅５０ＭＨｚ以下の良好な光
スペクトラムが得られることが判明した。バイアス電流
をしきい値電流Ｉｔｈの４倍以上とすると図４に示すよ
うに電流−光出力特性の直線性が多少損なわれ、信号の
歪み成分が増大すると共に半導体レーザの長期信頼性に
も問題が生じることが見出された。そこで、この実施例
ではバイアス電流をＩｔｈの約３倍として用いた。な
お、バイアス電流は半導体レーザ３のしきい値電流Ｉｔ
ｈの１．５倍以上、５倍以下の範囲でも２倍以上、４倍
以下よりは多少劣るが、従来のバイアス電流を変える光
伝送方法よりは優れた電流−光出力特性の直線性、半導
体レーザの長期信頼性等が得られた。

【００２８】また、本実施例では合波される４つの光の
波長間隔を約０．２ｎｍとした。この場合、受信局２で
のＣ／Ｎ比（キャリア対ノイズ比）は２０ｄＢ以上と極
めて良好であり、ビート雑音等の悪影響は観測されなか
った。

【００２９】

【実施例２】本発明の光伝送方法に利用される光伝送シ
ステムの構成は必ずしも図１に示すものに限られるもの
ではなく、図２に示されるようなツリー状の光伝送シス
テムであってもよい。図２に示す光伝送システムは二以
上の送信局１_１、１_２・・・と一つの受信局２を備える
のは図１の場合と同じであるが、光伝送路１５に至る光
信号多重の経路が図１と異なる。本発明の光伝送方法に
利用できる光伝送システムはその形態に拘らず、要は送
信局１の半導体レーザ３のバイアス電流を半導体レーザ
３のしきい値の１．５倍から５倍、好ましくは２〜４倍
の範囲に設定し、且つ、半導体レーザ３の出力側におい
てその光出力のレベル調整を行なうことによりビート雑
音を低減でき、また、光出力のレベル調整を容易に行う
ことができることが重要である。

【００３０】本発明の光伝送方法は送信局１の入れ替え
が行なわれる可能性のある光伝送システムにも利用でき
る。例えば図１の第１の送信局１_１における映像撮影用
のカメラ１１、変調器１２、半導体レーザ３を、第３の
送信局１_３の映像撮影用のカメラ１１、変調器１２、半
導体レーザ３と入替えた場合にも、第１の送信局１_１と
第３の送信局１_３の半導体レーザ３の出力がほぼ同一に
調整されてあれば、入れ替え後に新たにレベル調整を行
う必要がなく、短時間で送信局の入れ替えを行なうこと
ができる。このように送信局の位置に応じて可変光減衰
用機器４の減衰量を設定しておきさえすれば、送信機器
はどの送信局でも使用できる。従って、本発明の光伝送
方法は送信機器を可搬、取外し式とした光伝送システム
において実現することもできる。

【００３１】実施例１、２では半導体レーザ３としてＤ
ＦＢレーザを用いたが、光伝送システムの要求によって
は、それよりも安価なファブリペロレーザ等の他のレー
ザを用いることもできる。

【００３２】

【発明の効果】本発明のうち請求項１の光伝送方法は、
二以上の半導体レーザ３から出力される光信号のレベル
を半導体レーザ３の光出力端において調整するものであ
って、半導体レーザ３のバイアス電流によって調整する
ものではないため、次の様な効果がある。．バイアス
電流を最適値に設定することができるので、線幅５０Ｍ
Ｈｚ以下の良好な光スペクトラムが得られる。．線幅
５０ＭＨｚ以下の良好な光スペクトラムが得られるの
で、線幅が広い場合よりも半導体レーザ３から出力され
る光信号の波長間隔を狭くすることができる。ちなみ
に、光波長の間隔を０．２ｎｍにまで近づけることが可
能となった。．光波長の間隔を狭くできる分だけ送信
局１の数を増やすこともできる。ちなみに、送信局３０
カ所の光伝送システムで本発明の光伝送方法を実施した
ところ、波長間隔０．２ｎｍでＣ／Ｎ比１５ｄＢ以上が
確認された。．電流−光出力特性の直線性が損なわれ
ることがなく、ひいては信号の歪み成分が増大すると
か、半導体レーザの長期信頼性が損なわれることがな
い。．各送信局１の半導体レーザ３のバイアス電流は
変える必要が無く、ほぼ同一に設定することができる。
この結果、二以上の半導体レーザ３から発生される光ス
ペクトラム形状が変化せず安定する。この面からも半導
体レーザ３から出力される光信号の波長間隔を狭くする
ことができ、狭くしてもビート雑音の影響が大幅に軽減
され、Ｃ／Ｎ比が劣化せず、伝送される光信号の品質が
向上する。．各送信局１_１、１_２・・・の半導体レー
ザ３のバイアス電流はほぼ同一に設定し、各半導体レー
ザ３から出力される光信号のレベル調整は光減衰用機器
４の光減衰量の調整のみで実現できるため、機器の敷設
工事におけるバイアス電流を調整するための工程が大幅
に軽減される。

【００３４】本発明のうち請求項２の光伝送方法では、
半導体レーザ３から出力される光信号のレベルを光減衰
用機器４により調整するので、レベル調整が容易にな
り、送信局１の数が多い場合でも波長間隔や信号レベル
の設計、調整が簡略化され、特に送信局数が多い光伝送
システム構築においては調整の工程が大幅に簡略化され
る。

【００３５】本発明のうち請求項３の光伝送方法では、
送信機器を可搬、取り外し可能としたので、夫々の送信
局において当該送信局と受信局の距離に応じて減衰量が
設定されていれば、出力レベルがほぼ同一に調整された
半導体レーザ３を含む１つの送信機器を複数の送信局の
間で入れ替えてそのまま使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の光伝送方法の一実施例を示す
説明図、（ｂ）は図１（ａ）のＢ点におけるバイアス電
流と光出力との関係を示す説明図、（ｃ）は図１（ａ）
のＣ点におけるバイアス電流と光出力との関係を示す説
明図、（ｄ）は図１（ａ）のＤ点におけるバイアス電流
と光出力との関係を示す説明図、（ｅ）は図１（ａ）の
Ｅ点におけるバイアス電流と光出刀との関係を示す説明
図、（ｆ）は図１（ａ）のＦ点における多重化光信号の
説明図。

【図２】本発明の本発明の光伝送方法の他の実施例を示
す説明図。

【図３】（ａ）は従来の光伝送方法の一実施例を示す説
明図、（ｂ）は図３（ａ）のＢ点におけるバイアス電流
と光出力との関係を示す説明図、（ｃ）は図３（ａ）の
Ｃ点におけるバイアス電流と光出力との関係を示す説明
図、（ｄ）は図３（ａ）のＤ点におけるバイアス電流と
光出力との関係を示す説明図、（ｅ）は図３（ａ）のＮ
点におけるバイアス電流と光出力との関係を示す説明
図、（ｆ）は図３（ａ）のＦ点における多重化光信号の
説明図。

【図４】（ａ）はバイアス電流と光出力としき値電流と
の関係を示す説明図、（ｂ）は図４（ａ）のＣ点におけ
る波長と光レベルと線幅との関係を示す説明図、（ｃ）
は図４（ａ）のＢ点における波長と光レベルと線幅との
関係を示す説明図、（ｄ）は図４（ａ）のＡ点における
波長と光レベルと線幅との関係を示す説明図。

【符号の説明】

１送信局２受信局３半導体レーザ４光減衰用機器

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＨ０４Ｊ 14/00 14/02 (72)発明者川口武志東京都千代田区丸の内２丁目６番１号古河電気工業株式会社内 (72)発明者篠田雪久東京都千代田区内幸町１丁目１番３号東京電力株式会社内 (56)参考文献特開昭62−188391（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−312732（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−99829（ＪＰ，Ａ) 特開平５−235863（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 10/00 - 10/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の送信局１_１、１_２・・・における
夫々の半導体レーザから被伝送信号によって変調された
光信号を発生し、この光信号を一つの受信局において同
時に受光して復調するようにした光伝送方法において、
前記夫々の半導体レーザの光出力端において同半導体レ
ーザから出力される光信号のレベルを調整して、受信局
からの距離が異なる複数の送信局１_１、１_２・・・の夫
々から送信された光信号の光レベルが受信局への到達時
にほぼ均等化されるようにしたことを特徴とする光伝送
方法。
【請求項２】各半導体レーザから出力される光信号の
レベルを光減衰用機器により調整することを特徴とする
請求項１記載の光伝送方法。
【請求項３】送信局１_１、１_２・・・の夫々の送信機
器は可搬、取り外し可能であることを特徴とする請求項
１又は請求項２記載の光伝送方法。