JP5278765B2

JP5278765B2 - 光送信装置及び光送信方法

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Publication number: JP5278765B2
Application number: JP2009190473A
Authority: JP
Inventors: 宣行平方
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2009-08-19
Filing date: 2009-08-19
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2029-08-19
Also published as: JP2011044827A

Description

本発明は、半導体レーザを送信用光源とする光送信装置及び光送信方法に関するものである。

半導体レーザを光源とする光送信装置において、長時間連続して動作させ続けると、半導体レーザおよび周辺の駆動回路の電力消費によって、半導体レーザの温度が上昇し光出力が大きく低下する。
図９は、半導体レーザの光出力を温度に対してグラフ化した図である。この図から、半導体レーザの温度が上昇すれば、半導体レーザのしきい値電流が温度上昇に伴って増加するので、通信に必要な光出力（必要値）を確保するために半導体レーザに流す駆動電流を大きく増加させることが必要となることがわかる。このため、消費電力のますますの増大と、電流に対する光出力の割合を示す発光効率の低下を招く。

また、半導体レーザの温度上昇・駆動電流の増加は、半導体レーザに化学的・物理的ストレスを加え、特性を劣化させる。これにより半導体レーザ自身の寿命が短くなり、機器としての信頼性が低下する。

前述したような消費電力の増加は、最近要請の強い省電力に逆行するだけでなく機器やデバイスの寿命を短くし信頼性も損なうことになる。
そこで、この発明の目的は、半導体レーザが高温のときは稼働率を下げるようにして半導体レーザの温度を低下させ、発光効率が回復した後に送信を再開することにより、半導体レーザ自身の寿命を延ばし、機器としての信頼性を向上させ、省電力を達成することのできる光送信装置を提供することである。

前記の目的を達成するための本発明の光送信装置は、半導体レーザの温度を測定する温度測定手段と、送信するデータの優先度を判定し、その優先度に対応するデータの停滞量を測定する停滞量測定手段とを有し、
前記温度測定手段で測定された温度が所定の温度よりも高く、かつ、前記停滞量測定手段で測定された所定の優先度のデータの停滞量が当該優先度に応じて決められている所定量よりも少ないときに、前記半導体レーザに流す電流を抑制又は停止して、前記所定の優先度のデータの送信を停止し、当該優先度のデータの停滞量が前記所定量以上のときには、当該優先度のデータを送信する制御を行う送信制御手段とを備えるものである。

この発明によれば、半導体レーザの温度が所定の温度よりも高い場合に、データの優先度に応じて送信するデータを選別する。すなわち、当該優先度のデータの停滞量が当該優先度に応じて決められている所定量よりも少ないときには当該優先度のデータの送信を停止する。当該優先度のデータの停滞量が前記所定量以上のときには当該優先度のデータを送信する。この制御により、半導体レーザの発光効率が低下する高温での動作を避けることができる。ただし、リアルタイム性を必要とする優先度の高いデータの送信が停滞すればサービスに支障を来たすおそれがあるので、そのような優先度の高いデータは温度に関わらず送信を行う。

優先度が少なくとも２段階あり、停滞量測定手段は、優先度の最も高いデータの停滞量と、その他の優先度の低いデータの停滞量とを測定するものであり、送信制御手段は、温度測定手段で測定された温度が所定の温度よりも高く、優先度の最も高いデータの停滞量が当該優先度に応じて決められている第一の所定量Ｍ１より少なく、かつその他の優先度の低いデータの停滞量が当該優先度に応じて決められている第二の所定量Ｍ２よりも少ない場合に、半導体レーザに流す電流を抑制又は停止するようにしても良い。この構成により、優先度の高いデータのサービスを損なわないリアルタイム性（遅延時間）を維持するため、第一の所定量Ｍ１を基準にして送信制御を行う一方、その他の遅延時間があまり問題とされないデータは、第二の所定量Ｍ２を基準にして送信制御を行うことができる。

第一の所定量Ｍ１は優先度の高いデータの基準となるため、優先度の低いデータの停滞量の判定基準となる第二の所定量Ｍ２よりも小さな値とすることが好ましい。第一の所定量Ｍ１を、例えば通信速度で決まる量とし、第二の所定量Ｍ２は遅延時間があまり問題とされないデータの基準となるため、例えば機器の保持可能なデータ量（バッファメモリ量）で決まる量としてもよい。このように、優先度（許容遅延時間）の異なる信号について、遅延時間量あるいは機器で保持可能なデータバッファメモリ量に応じてきめ細かい設定が可能となり、サービスに支障を与えることなく高い電力効率での送信が可能となる。

所定の温度が少なくとも２つ（Ｔ１，Ｔ２；Ｔ２＜Ｔ１とする）あり、前記送信制御手段は、前記停滞量測定手段で測定された所定の優先度のデータの停滞量が当該優先度に応じて決められている所定量よりも少ない場合に、前記温度測定手段で測定された温度が所定の温度（Ｔ１）よりも高ければ、前記半導体レーザに流す電流を抑制又は停止するものであり、前記半導体レーザに流す電流を前記のように抑制又は停止した状態から、前記温度測定手段で測定される温度が所定の温度（Ｔ２）よりも低くなったときに、前記半導体レーザによる当該優先度のデータの送信を行うようにしてもよい。このようにデータの送信を停止する温度と、データの送信を再開する温度にヒステリシスを設けると、本発明の送信制御動作を安定して行わせることができる。

また本発明の光送信装置は、自動電力制御された半導体レーザを光源としてデータを送信する光送信装置において、半導体レーザの効率低下を温度ではなく、自動電力制御された半導体レーザの駆動電流の増加によって検出し、前述した本発明と同様の制御を行うこともできる。すなわち本発明のこの第二の態様によれば、光送信装置は、半導体レーザに流れる電流を測定する電流測定手段と、送信するデータの優先度を判定し、その優先度に対応するデータの停滞量を測定する停滞量測定手段とを有し、電流測定手段で測定された電流が所定の電流値よりも高く、かつ、停滞量測定手段で測定された所定の優先度のデータの停滞量が当該優先度に応じて決められている所定量よりも少ないときに、半導体レーザに流す電流を抑制又は停止して、データの送信を停止し、当該優先度のデータの停滞量が所定量以上のときには、当該優先度のデータを送信する制御を行う送信制御手段とを備えるものである。

この発明によれば、半導体レーザに流れる電流が所定の電流値よりも高い場合に、データの優先度に応じて送信するデータを選別する。すなわち当該優先度のデータの停滞量が所定量よりも少ないときには当該優先度のデータの送信を停止する。当該優先度のデータの停滞量が所定量以上のときには当該優先度のデータを送信する。この制御により、半導体レーザの発光効率が低下する大電流での動作を避けることができる。ただし、リアルタイム性を必要とする優先度の高いデータの送信が停滞すればサービスに支障を来たすおそれがあるので、そのような優先度の高いデータは電流に関わらず送信を行う。

優先度が少なくとも２段階あり、測定手段は、優先度の最も高いデータの停滞量と、その他の優先度の低いデータの停滞量とを測定するものであり、送信制御手段は、電流測定手段で測定された電流が所定の電流値よりも高く、優先度の最も高いデータの停滞量が当該優先度に応じて決められている第一の所定量Ｍ１より少なく、かつその他の優先度の低いデータの停滞量が当該優先度に応じて決められている第二の所定量Ｍ２よりも少ない場合に、半導体レーザに流す電流を抑制又は停止するようにしてもよい。この構成により、優先度の高いデータのサービスを損なわないリアルタイム性（遅延時間）を維持するため、第一の所定量Ｍ１を基準にして送信制御を行う一方、その他の遅延時間があまり問題とされないデータは、第二の所定量Ｍ２を基準にして送信制御を行うことができる。

第一の所定量Ｍ１は優先度の高いデータの基準となるため、優先度の低いデータの停滞量の判定基準となる第二の所定量Ｍ２よりも小さな値とすることが好ましい。第一の所定量Ｍ１を、例えば通信速度で決まる量とし、第二の所定量Ｍ２は遅延時間があまり問題とされないデータの基準となるため、例えば機器の保持可能なデータ量（バッファメモリ量）で決まる量としてもよい。

停止した送信を再開させるのは、半導体レーザを駆動する電流が十分下がったのを確認した後にするのが良いが、実際に半導体レーザに電流を流して光出力を出さないと計測できないため、このような制御は困難な面がある。そこで、時間の経過を計測するほうがよい。すなわち、前記半導体レーザに流す電流を抑制又は停止した後にタイマ動作開始し、所定の時間の経過後に前記半導体レーザによる当該優先度のデータの送信を再開すればよい。

本発明の光送信装置がパッシブオプティカルネットワーク(PON)における宅側装置ＯＮＵであり、半導体レーザに流す電流の抑制又は停止が、当該パッシブオプティカルネットワークの局側装置ＯＬＴからの指示によるものとすれば、次のような効果が得られる。ＰＯＮ光通信システムにおいて宅側装置ＯＮＵから局側装置ＯＬＴへの送信は、時分割によるバースト送信動作が基本となっており、この宅側装置ＯＮＵに、本発明の光送信装置を容易に適用することができる。そして宅側装置ＯＮＵから局側装置ＯＬＴに、温度状況、半導体レーザ駆動電流、データの停滞量などの情報を伝達することにより、局側装置ＯＬＴ側で、宅側装置ＯＮＵに指示することにより、宅側装置ＯＮＵの半導体レーザに流れる電流を制御することができる。この場合局側装置ＯＬＴは一元的に管理・制御することができ、送信を停止させた宅側装置ＯＮＵの代わりに別の宅側装置ＯＮＵに、上り送信時間を割り当てることができ、全体として通信効率の向上を図ることが可能となる。

また、本発明の光送信方法は、前述した光送信装置に係る発明と実質同一発明に係る光送信方法である。

以上のように本発明によれば、半導体レーザの温度を測定することにより発光効率が低下する高温状態では送信を停止し、半導体レーザの温度が低下して発光効率が回復した後に送信を開始するため、電力効率が向上するとともに、動作温度・駆動電流が低下するため半導体レーザなど部品の故障率が下がる、という種々の効果を奏する。
また、自動電力制御された半導体レーザの駆動電流を測定することにより発光効率が低下する高温状態では送信を停止し、半導体レーザの温度が低下して発光効率が回復した後に送信を開始するため、電力効率が向上するとともに動作温度・駆動電流が低下するため半導体レーザなど部品の故障率が下がる、という種々の効果を奏する。

局側装置ＯＬＴと複数の宅側装置ＯＮＵとの間を、光カプラを介して光ファイバで接続したＰＯＮ光通信システムの構成例を示す概略図である。ＰＯＮ光通信システムの宅側装置ＯＮＵに備えられ、半導体レーザＬＤを光源としてデータバッファメモリに蓄積されたデータを送信する光送信装置を示すブロック図である。半導体レーザＬＤのモジュール内の配置を示す一部切欠斜視図である。半導体レーザＬＤの駆動基板の概略を示す図である。半導体レーザＬＤの温度と送信するデータの停滞量とに応じて、データの送信／送信停止を行う手順を説明するためのフローチャートである。半導体レーザＬＤの温度と、データの送信／送信停止状態との履歴関係を示すグラフである。自動電力制御された半導体レーザＬＤに流れる電流と送信するデータの停滞量とに応じて、データの送信／送信停止を行う手順を説明するためのフローチャートである。ＰＯＮ光通信システムの宅側装置ＯＮＵの送信／送信停止を、局側装置ＯＬＴからの指示により行う手順を説明するためのフローチャートである。ＰＯＮ光通信システムの宅側装置ＯＮＵの送信／送信停止を、局側装置ＯＬＴからの指示により行う手順を説明するためのフローチャート（図８Ａの続き）である。半導体レーザＬＤの光出力と温度との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、ＰＯＮ光通信システムの構成例を示す概略図である。
ＰＯＮ光通信システムは、局舎に備えられる局側装置ＯＬＴと複数の加入者に備えられる宅側装置ＯＮＵとが、光ファイバＳＭＦ及び光カプラＯＣを介して接続されている。
宅側装置ＯＮＵは、加入者宅内に設置されるパーソナルコンピュータなどの光ネットワークサービスを享受するための端末を接続するネットワークインタフェースを備えている。

光カプラＯＣは、特に外部からの電源供給を必要とせず入力された信号から受動的に信号を分岐・多重するスターカプラで構成されている。
局側装置ＯＬＴ及び光カプラＯＣ、光カプラＯＣ及び宅側装置ＯＮＵに接続されている光ファイバは、それぞれ１本の光ファイバＳＭＦからなるシングルモードファイバを用いている。つまり、１台の局側装置ＯＬＴは、１本の幹線光ファイバＳＭＦを通して第１の光カプラＯＣに接続されている。そして、第１の光カプラＯＣは、必要であればＭ台の第２の光カプラＯＣ（Ｍは、この例では１の数）と光ファイバＳＭＦで接続している。そして、第１、第２の光カプラＯＣは、複数の宅側装置ＯＮＵと、支線光ファイバＳＭＦで接続されている。よって、１局の局側装置ＯＬＴが送受する信号は、２段の光カプラＯＣによって、複数台の宅側装置ＯＮＵに分配される。なお、光カプラＯＣや宅側装置ＯＮＵの台数は例示であるにすぎない。

本発明の実施形態の光通信システムは、ＰＯＮ光通信システムに、イーサネット（イーサネット（Ethernet）は、登録商標である）の技術を取り込み、Ｇｂｐｓ台のベースバンド速度で光ファイバのアクセス区間通信を実現するＧＥ−ＰＯＮ（Gigabit Ethernet-Passive Optical Network）方式を採用している。
ＧＥ−ＰＯＮ方式に従えば、局側装置ＯＬＴ及び宅側装置ＯＮＵの相互の通信は、可変長なフレームを単位として行われる。

まず、上位のネットワークから放送形態で各局側装置ＯＬＴに入ってくる下りフレームは、局側装置ＯＬＴにおいて所定の処理が行われ、中継されるべき論理リンク（MPCPリンクという）が特定される。そして、局側装置ＯＬＴを通して、光信号として光ファイバＳＭＦに送信される。光ファイバＳＭＦに送信させた光信号は、光カプラＯＣで分岐され、光カプラＯＣにつながる宅側装置ＯＮＵに送信されるが、当該MPCPリンクを構成する宅側装置ＯＮＵのみが所定の下りフレームを取り込み、フレームを宅内ネットワークインタフェースに中継する。

一方、上り光信号には、それぞれの宅側装置ＯＮＵからの上りフレームが含まれている。上り光信号は、それぞれの宅側装置ＯＮＵからの光信号どうしが互いに時間的に競合しないように送信される必要がある。そのために、局側装置ＯＬＴは、各宅側装置ＯＮＵに対して上り光信号を送信してもよい期間ウインドウ（以下、単に「ウインドウ」という）を割り当て、上り帯域割当用制御フレームとして通知する。ウインドウを割り当てられた宅側装置ＯＮＵは、その割り当てられたウインドウ期間に上り光信号を送信する。この上り光信号を「バースト光信号」という。バースト光信号は、各宅側装置ＯＮＵから送信され、ベースバンド信号で発光状態を変化させた、有限時間の光信号列である。

したがって、各宅側装置ＯＮＵ間の上り光信号の競合は回避される。各宅側装置ＯＮＵは、あるウインドウが与えられたとき、そのウインドウに収まる限りフレームを連続して送信してよい。そして、局側装置ＯＬＴは、各宅側装置ＯＮＵからの一連のフレーム信号を含んだバースト光信号を受信することができる。
図２は、本実施の形態における半導体レーザＬＤを用いた光送信装置１０の概略回路図である。この光送信装置１０は、宅側装置ＯＮＵに具備されるものである。

光送信装置１０は、半導体レーザＬＤを光源としてデータを光送信する光送信部１、送信データを保存するデータバッファ２、各優先度に対応する送信データの停滞量（送信されないでデータバッファ２に残っている量という。）を測定するとともに、半導体レーザＬＤの温度が所定の温度よりも高く、かつ、前記測定された所定の優先度の送信データの停滞量が当該優先度に応じて決められている所定量よりも少ないときに、前記半導体レーザＬＤに流す電流を抑制又は停止する制御を行うコントローラ３、及び送信データに基づいて送信信号を生成するＭＡＣ−ＩＣ送信信号生成部４を有している。

光送信部１は、変調電流源Ａｍ、バイアス電流源Ａｂ、ＡＰＣ／ＥＲ制御回路５、温度センサ７などを搭載した光リンク基板９、並びに半導体レーザＬＤ及びモニタ用のフォトダイオードＰＤを搭載したレーザモジュール６を有している。
光リンク基板９において、光信号を送出する半導体レーザＬＤに、バイアス電流Ｉbを供給するバイアス電流源Ａｂと、変調電流Ｉmを供給する変調電流源Ａｍとが接続されている。変調電流Ｉmを制御する信号ａとバイアス電流Ｉbを制御する信号ｂは、ＡＰＣ／ＥＲ制御回路５で作成される。半導体レーザＬＤの出力光は、その照射端から出射し光ファイバ（図示せず）に入力され、光ファイバを伝搬して相手方の局で受信される。

光リンク基板９は、さらに半導体レーザＬＤあるいはその近傍の温度を測定するための温度センサ７を備えている。この温度センサ７は、例えば次に説明するレーザモジュール６近辺に設置され、その温度を測定する熱電対又はサーミスタのようなものであっても良い。
図３は、レーザモジュール６の内部構造を示す一部切欠き斜視図である。

レーザモジュール６は、キャップ１７付きの底板１６にヒートシンク１４を備え、そこに半導体レーザＬＤを搭載している。キャップ１７の中には、半導体レーザＬＤの発光をモニタするフォトダイオードＰＤを収容している。フォトダイオードＰＤは、半導体レーザＬＤの出力光を検出できる位置（反対側の照射端など）に設置されている。例えば半導体レーザＬＤは、通信のための照射する光信号がフォトダイオードＰＤでモニタ可能なように、２つの出力窓から光が照射されるタイプのものを用いている。このような構造は、半導体レーザＬＤの前後のへき界面をそれぞれ半透過性にすることによって実現できる。

底板１６には、複数の電極端子１５が導入されている。キャップ１７の開口には、無反射コーティングガラス板１８が取り付けられ、半導体レーザＬＤの出力光は、このガラス板１８を通して、外部の光ファイバの端面に照射される。
また半導体レーザＬＤの発光は、フォトダイオードＰＤによって検出され、この検出信号が、レーザダイオードの駆動制御のために、光リンク基板９に供給される。

図４は、光リンク基板９に、レーザモジュール６を接続した状態を示す図である。レーザモジュール６の電極端子１５のうち、半導体レーザＬＤにつながる電極端子１５ａ、フォトダイオードＰＤにつながる電極端子１５ｂを示している。
光リンク基板９上の配線を通して、変調電流源Ａｍ、バイアス電流源Ａｂの出力端子は電極端子１５ａに接続され、フォトダイオードＰＤにつながる電極端子１５ｂはＡＰＣ／ＥＲ制御回路５の入力端子に接続される。

フォトダイオードＰＤの検出光電流は、電圧信号に変換され、図２に示すように、ＡＰＣ／ＥＲ制御回路５に入力される。検出光電流は、ＡＰＣ／ＥＲ制御回路５の信号処理機能によって、例えばその波高値が検出される。この波高値に基づいて、半導体レーザＬＤの送信実効光出力を目標値にするように、変調電流Ｉmの振幅が制御される。
一方、ＡＰＣ／ＥＲ制御回路５には、温度センサ７が接続されている。この温度センサ７の温度読取値に基づいて最適なバイアス電流を設定するためのテーブルが、ＡＰＣ／ＥＲ制御回路５のＲＯＭの中に用意されている。このテーブルには、温度に応じて、所望の消光比が得られるような、バイアス電流値が規定されている。このバイアス電流値が、バイアス電流源Ｉｂに設定される。

以上の自動電力制御により、目標値とする送信実効光出力が得られ、かつ所望の消光比が得られるので、半導体レーザＬＤの経年特性変化、電源電圧の変動などに対して、送信実効光出力を一定にできる。
また、変調電流源Ａｍと直列に、断続的なバースト送信信号を作り出すための高速スイッチング素子ＳＷが設けられている。このスイッチング素子ＳＷのオンオフ指令信号は、ＭＡＣ−ＩＣ送信信号生成回路４によって生成される。ＭＡＣ−ＩＣ送信信号生成回路４には、送信したいバースト送信信号を作るための送信データを一時的に記憶しているデータバッファ２が接続されている。

この光送信装置１０において、図２に示すように、変調電流源Ａｍを遮断するための常閉の接点Ｂ１が変調電流源Ａｍに直列に設けられている。またバイアス電流源Ａｂを遮断するための常閉の接点Ｂ２がバイアス電流源Ａｂに直列に設けられている。これらの接点Ｂ１，Ｂ２の開閉は、コントローラ３からの指令に基づいて行われる。
またコントローラ３には、データバッファ２に蓄積されている送信データの停滞量と、その送信データの優先度の情報とがデータバッファから得られるようになっている。

表１は、送信データのトラフィック種別、用途、要求品質に対応する優先度の例を掲げたものである。
送信データの中には電話の音声信号やテレビ電話の映像信号などリアルタイム性が求められる優先度の高い（許容遅延時間が短い）データがある。これらについては、停滞量が多いと、サービスの提供に支障を来たす。そこで、第一の所定量Ｍ１を設定し、第一の所定量Ｍ１以上の停滞量であることを確認すれば送信を行う。第一の所定量Ｍ１未満であるときのみ半導体レーザＬＤに流す電流をゼロ(OFF)とする。

また、リアルタイム性が求められる優先度の低い（許容遅延時間が長い）データがある。例えば、基幹業務に用いるデータ、重要データのような帯域保証型のデータ、あるいはウェブアクセス、ファイル転送、バックアップ処理のための帯域保証型でないデータがある。これらのデータには、第一の所定量Ｍ１よりも大きな第二の所定量Ｍ２を設定し、第二の所定量Ｍ２以上の停滞量であることを確認すれば送信を行う。第二の所定量Ｍ２未満であるときのみ半導体レーザＬＤに流す電流をゼロ(OFF)とする。

なお、データ保持用データバッファ２の許容量を越えた場合には、測定した温度に関わらず所定時間送信を行う。
以下、コントローラが、温度センサ７で測定された温度が所定の温度よりも高く、優先度の最も高いデータの停滞量が当該優先度に応じて決められている第一の所定量Ｍ１より少なく、かつ前記その他の優先度の低いデータの停滞量が当該優先度に応じて決められている第二の所定量Ｍ２よりも少ない場合に、前記半導体レーザに流す電流を抑制又は停止する処理の流れを説明する。

コントローラは、前述したように、データバッファから、送信するデータの優先度の情報と当該優先度のデータの停滞量の情報を得ているものとする。
コントローラは、この優先度の情報と停滞量の情報を用いて、温度センサ７で測定された温度が所定の温度よりも高く、かつ、所定の優先度のデータの停滞量が所定量よりも少ないときに、半導体レーザＬＤに流す電流を抑制又は停止し、当該優先度のデータの停滞量が所定量以上のときには、当該優先度のデータを送信する制御を行う。この手順を、フローチャート（図５）及びグラフ（図６）を用いて説明する。

まずデータ送信状態か停止状態かを意味するスタンバイ・フラグを０（送信状態）にセットする（ステップＳ１）。次に温度センサ７による半導体レーザＬＤの周辺の温度の測定値を取得し（ステップＳ２）、所定の温度Ｔ１より高いかどうか判別する（ステップＳ３）。この「所定の温度Ｔ１」は、半導体レーザＬＤでこれ以上連続発振を続けると、電流に対する光出力の割合を示す発光効率の低下が著しくなるような温度に設定される。

温度Ｔ１より高ければ、優先度の高い（許容遅延時間が短い）信号の停滞量を測定する（ステップＳ４）。優先度の高い信号の停滞量が所定量Ｍ１以上あれば（ステップＳ５）、ステップＳ１２へ進む。この所定量Ｍ１は、サービスに支障を来たす程度に優先度の高い信号が停滞している場合に、測定した温度に関わらずデータ送信を行うための、停滞判定の基準量である。例えば、優先度の高い信号の停滞は一切認めないという設計方針であれば、所定量Ｍ１を送信データの最小単位（例えば１バイト）に設定すればよい。

優先度の高い信号の停滞量が所定量Ｍ１未満であれば、ステップＳ６に移り、優先度の低い（許容遅延時間が長い）信号の停滞量を測定する（ステップＳ６）。優先度の低い信号の停滞量が所定量Ｍ２以上あれば（ステップＳ７）、ステップＳ１２へ進む。この所定量Ｍ２は、機器が有するデータ保持用データバッファ２の許容量としてもよい。この所定量Ｍ２を越えた場合には、測定した温度に関わらず所定時間送信を行う。所定量Ｍ１と所定量Ｍ２との関係は、Ｍ１＜Ｍ２である。

優先度の低い信号の停滞量が所定量Ｍ２未満であれば、コントローラは、変調電流源Ａｍとバイアス電流源Ａｂとを遮断するための接点Ｂ１，Ｂ２を開くように、指令信号を出す。これにより、半導体レーザＬＤのバイアス電流・変調電流がオフされ、半導体レーザＬＤからの光送信が停止される（ステップＳ８）。光送信の停止後、送信状態か停止状態かを意味するスタンバイ・フラグを１（停止状態）にセットし（ステップＳ９）、ステップＳ２に戻る。

なお、半導体レーザＬＤのバイアス電流・変調電流を完全にオフするのでなく、スタンバイのための小さな電流を流しておく、という設定も考えられる。このように電流を完全に停止する場合だけでなく、小さな電流を流すことも含めて、前記半導体レーザに流す電流を「抑制又は停止」するという用語を用いることとする。
次に、ステップＳ３で、温度センサ７によって測定された半導体レーザＬＤの周辺の温度が温度Ｔ１より低ければ、ステップＳ１０に移り、所定の温度Ｔ２より低いかどうか判別する。ここでＴ２＜Ｔ１である。

温度Ｔ２よりも高ければ、半導体レーザＬＤの周辺の温度は、Ｔ２とＴ１の間にある。この場合、スタンバイ・フラグの値に応じて挙動を異ならせる。スタンバイ・フラグが１（停止状態）の場合、ステップＳ４に進み、温度Ｔ１より高い場合と同じように扱う。すなわち図６を見れば分かるように、停止状態の場合、温度Ｔ２まで下がらなければ、送信を再開しないという手順となる。スタンバイ・フラグが０（送信状態）の場合、ステップＳ１２に進み、温度Ｔ２より低い場合と同じように扱う。すなわち図６に示すように、送信状態の場合、温度Ｔ１まで上がらなければ、停止しないという手順となる。このようにして、温度ヒステリシス動作を実現することができるので、送信・停止の切り替えが頻繁になるという弊害を防止することが出来る。

ステップＳ１０で半導体レーザＬＤの周辺の温度が温度Ｔ２よりも低ければ、ステップＳ１２へ進む。
ステップＳ１２では、コントローラは、変調電流源Ａｍとバイアス電流源Ａｂとを導通するため接点Ｂ１，Ｂ２を閉じるように指令信号を出す。これにより、半導体レーザＬＤの電流の抑制又は停止は解除され、半導体レーザＬＤからの光送信が再開される。この場合、送信の順序は、優先度の高い信号をまず送信し、優先度の低い信号を後で送信する。送信量の上限は一定量Ｍ３となる。この一定量Ｍ３は、１回で送信するデータ量の最大値に相当するデータである。例えば一定量Ｍ３はデータバッファ２の許容量に等しい値に設定してもよい。

そして光送信の再開後、送信状態か停止状態かを意味するスタンバイ・フラグを０（送信状態）にセットし（ステップＳ１３）、ステップＳ２に戻る。
以上のように、半導体レーザＬＤあるいはその周辺の温度を測定し、（１）温度Ｔ２以下のときは、半導体レーザＬＤを駆動して全データを送る。（２）温度Ｔ１以上のときは、半導体レーザＬＤに流す電流を抑制又は停止し、温度を低下させて発光効率を回復させる。ただし、優先度の高いデータが所定量Ｍ１以上停滞していればそのデータを送り、優先度の低いデータが所定量Ｍ２以上停滞していればそのデータを送るようにし、それらのデータの送信が完了すれば、半導体レーザＬＤに流す電流を抑制又は停止するようにする。そして、（３）温度Ｔ２＜Ｔ＜Ｔ１のときは、スタンバイ・フラグの値に応じて（１），（２）いずれかの動作をすることにより、温度ヒステリシス動作を実現することができる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。この実施形態は、半導体レーザＬＤあるいはその近傍の温度を測定する代わりに、APC制御された半導体レーザＬＤのバイアス電流、変調電流、あるいはその合計の電流を測定して、この測定値に基づいて半導体レーザＬＤの発光効率を間接的に推定しようとするものである。
この処理では、コントローラは、データバッファに格納された送信データの優先度の情報と停滞量の情報を用いて、測定されたバイアス電流、変調電流、あるいはその合計の電流（以下「駆動電流」という）が所定の電流値よりも高くかつ、所定の優先度のデータの停滞量が所定量よりも少ないときに、前記半導体レーザＬＤに流す駆動電流を抑制又は停止し、当該優先度のデータの停滞量が所定量以上のときには、当該優先度のデータを送信する制御を行う。この手順を、フローチャート（図７）を用いて説明する。

この手順では、駆動電流は温度と違って半導体レーザを発光させなければ計測ができないので、半導体レーザが十分に冷却し発光効率を回復するに足る時間をタイマで見極めることにより送信を再開する。
フローチャート（図７）を参照して、まず半導体レーザＬＤに流す駆動電流を抑制又は停止して温度を低下させて発光効率を回復させるのに必要な時間を計測するためのタイマをリセットする（ステップＴ１）。タイマを使用する理由は、半導体レーザＬＤを一度オフすると次にオンするまでは駆動電流を測定することができないため、オフと同時に動作を開始するタイマを備えて、一定時間が経過して半導体レーザＬＤの温度が下がって発光効率が回復すると予想される時刻を判定して半導体レーザＬＤの通電を開始するようにするためである。

次にＡＰＣ／ＥＲ制御回路５からの情報によって半導体レーザＬＤに流れる駆動電流を測定し（ステップＴ２）、所定の電流値より高いかどうか判別する（ステップＴ３）。所定の電流値より高ければタイマ動作を開始させ（ステップＴ４）、タイマが所定時間をカウントアップする時点まで（ステップＴ５）、優先度の高い（許容遅延時間が短い）信号の停滞量を測定する（ステップＴ６）。優先度の高い信号の停滞量が所定量Ｍ１以上あれば（ステップＴ７）、ステップＴ１１へ進む。この所定量Ｍ１は、サービスに支障を来たす程度に優先度の高い信号が停滞している場合には、測定した駆動電流に関わらず送信を行うための停滞判定の基準量である。例えば、優先度の高い信号の停滞は一切認めないという設計方針であれば、所定量Ｍ１はデータの最小単位（例えば１バイト）に設定すればよい。

優先度の高い信号の停滞量が所定量Ｍ１未満であれば、優先度の低い（許容遅延時間が長い）信号の停滞量を測定する（ステップＴ８）。優先度の低い信号の停滞量が所定量Ｍ２以上あれば（ステップＴ９）、ステップＴ１１へ進む。この所定量Ｍ２は、データバッファ２の許容量としてもよい。この所定量Ｍ２を越えた場合には、測定した電流値に関わらず所定量Ｍ３だけ送信を行う。

優先度の低い信号の停滞量が所定量Ｍ２未満であれば、コントローラは、変調電流源Ａｍとバイアス電流源Ａｂとを遮断するための接点Ｂ１，Ｂ２を開くように、指令信号を出し（ステップＴ１０）、これにより、半導体レーザＬＤのバイアス電流・変調電流がオフされ、半導体レーザＬＤからの光送信が停止される。光送信の停止後、ステップＴ５に戻る。

ステップＴ５では、タイマが所定時間をカウントアップしたかどうか判定する。タイマが所定時間をカウントアップすれば、ステップＴ１１へ進む。
ステップＴ１１では、コントローラは所定時間が経過したので半導体レーザＬＤの発光効率が回復したと推定し、変調電流源Ａｍとバイアス電流源Ａｂとを導通するため接点Ｂ１，Ｂ２を閉じるように指令信号を出す。これにより、半導体レーザＬＤの駆動、光送信が再開される。この場合、送信量は一定量Ｍ３とする。この一定量Ｍ３は、１回で送信する光信号の量の上限値に相当するデータとする。一定量Ｍ３は例えばデータバッファ２の許容量である。

そして光送信の再開後、タイマをリセットし、ステップＴ２に戻る。
以上のように、半導体レーザＬＤの駆動電流を測定し、（１）所定の電流値以下のときは、半導体レーザＬＤに電流を流しデータを送る。（２）所定の電流値以上のときは、半導体レーザＬＤに流す電流を抑制又は停止し、温度が低下して発光効率を回復させるのを、タイマによって所定時間だけ待つ。ただし、優先度の高いデータが所定量Ｍ１以上停滞していればそのデータを送り、優先度の低いデータが所定量Ｍ２以上停滞していればそのデータを送ることができる。

次に、本発明のさらに他の実施形態を説明する。この実施形態では、局側装置ＯＬＴと複数の宅側装置ＯＮＵとの間で光分岐器を介して光通信を行うＰＯＮ(Passive Optical Network)光通信システムにおいて、局側装置ＯＬＴが各宅側装置ＯＮＵに停滞データ量を問い合わせ、宅側装置ＯＮＵは、停滞量が所定量あるかないかを局側装置ＯＬＴに報告し、局側装置ＯＬＴはその報告内容に応じて、停滞量が所定量あれば宅側装置ＯＮＵに送信スロットを割り当て、停滞量が所定量なければ宅側装置ＯＮＵに送信スロットを割り当てない旨の通知をする。宅側装置ＯＮＵは、このスロットの割り当て又は通知を受けて、停滞しているデータを送信するか、あるいは半導体レーザＬＤの電流を抑制又は停止して、送信を停止する。

図８Ａ及び図８Ｂは、光通信システムにおける局側装置ＯＬＴと宅側装置ＯＮＵとの連携を示すフローチャートである。フローチャートでは、局側装置ＯＬＴの動作と宅側装置ＯＮＵの動作とを別々の流れで示すが、連携があるときは、破線でその連携を示している。各ブロックの内容が図５と同じ内容であれば、そのブロックには、図５に付けた符号“Ｓ数字”と同じ符号“Ｓ数字”を付している。

まず局側装置ＯＬＴは、通信開始前に各宅側装置ＯＮＵに最低補償帯域を設定する（ステップＵ１）。最低補償帯域とは、局側装置ＯＬＴと宅側装置ＯＮＵとの間で常時設定されている帯域のことであり、宅側装置ＯＮＵから最低限の情報（例えば通信開始要求コマンドなど）を送信することが出来るような帯域である。
局側装置ＯＬＴは、各宅側装置ＯＮＵに停滞データ量を問い合わせる（ステップＵ２）。この問い合わせに応じて、宅側装置ＯＮＵは、フローチャート（図５）を用いて説明したのと同様、温度センサ７によって半導体レーザＬＤの周辺の温度を測定し（ステップＳ２）、所定の温度Ｔ１より高ければ、優先度の高い信号の停滞量を測定し（ステップＳ４）、優先度の高い信号の停滞量が所定量Ｍ１以上あれば（ステップＳ５）、局側装置ＯＬＴに停滞量、優先度、帯域割当量及び半導体レーザＬＤの周辺の温度情報を報告する（ステップＳ１２ａ）。このように停滞量等を報告するのは、局側装置ＯＬＴから当該停滞しているデータを送信するためのスロット帯域割り当てを取得するためである。

優先度の高い信号の停滞量が所定量Ｍ１未満であれば、ステップＳ６に移り、優先度の低い（許容遅延時間が長い）信号の停滞量を測定し、優先度の低い信号の停滞量が所定量Ｍ２以上あれば（ステップＳ７）、局側装置ＯＬＴに停滞量、優先度、要求帯域割当量及び半導体レーザＬＤの周辺の温度情報を報告する（ステップＳ１２ａ）。このように要求帯域等を報告するのも、局側装置ＯＬＴから当該停滞しているデータを送信するためのスロット帯域割り当てを取得するためである。

優先度の低い信号の停滞量が所定量Ｍ２未満であれば、局側装置ＯＬＴに、停滞量がないことを報告する（ステップＳ８ａ）。
局側装置ＯＬＴは、宅側装置ＯＮＵからこれらの報告を受けた後、当該宅側装置ＯＮＵから局側装置ＯＬＴに向けたデータの送信を許容すべきかどうかを判断する（ステップＵ３）。また、当該宅側装置ＯＮＵから局側装置ＯＬＴに向けたデータの送信を許容する場合、当該宅側装置ＯＮＵから要求されている帯域割り当て量を判断する（ステップＵ５）。

帯域割り当て量が最低補償帯域よりも大きければ、各宅側装置ＯＮＵ向けの最低補償帯域を除いた余剰帯域を利用して、各宅側装置ＯＮＵの要求帯域の比に応じて最低補償帯域に相当するスロット帯域を割り当てる（ステップＵ６）。
帯域割り当て量が最低補償帯域よりも小さければ、最低補償帯域を使えばよいので、各宅側装置ＯＮＵ向けに追加のスロット帯域を割り当てることはない（ステップＵ７）。この後局側装置ＯＬＴの処理は、ステップＵ２に戻る。

そして、宅側装置ＯＮＵにスロット帯域を割り当てた場合、当該宅側装置ＯＮＵに対してスロット帯域を割り当てる旨又はスロット帯域を割り当てない旨を通知する（ステップＵ８）。
宅側装置ＯＮＵは、このスロット帯域を割り当てられた通知を受けた場合（ステップＳ１４）、スロット帯域が割り当てられたのであれば割り当てられたスロットに応じて停滞しているデータを送信する。スロット帯域を割り当てない通知を受けた場合は、変調電流源Ａｍとバイアス電流源Ａｂとを遮断することにより半導体レーザＬＤの電流を遮断する（ステップＳ１５）。

このように、ＰＯＮ光通信システムにおいて、宅側装置ＯＮＵが局側装置ＯＬＴに送信データの停滞量、優先度、要求帯域割当量及び半導体レーザＬＤの周辺の温度情報を報告して、停滞がないときに局側装置ＯＬＴから宅側装置ＯＮＵにスロット帯域を割り当てない旨の通知をし、この通知を受けて宅側装置ＯＮＵは半導体レーザＬＤに流れる電流を抑制又は停止する。したがって、半導体レーザＬＤの温度が低下して発光効率を回復させることができる。また局側装置ＯＬＴは、各宅側装置ＯＮＵの送信データの停滞量などの情報を知ることが出来るので、送信データの停滞している宅側装置ＯＮＵに対してスロット帯域を効率的に割り当てることができる。

以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１光送信部
２データバッファ
３コントローラ
４ＭＡＣ−ＩＣ送信信号生成部
５ＡＰＣ／ＥＲ制御回路
６レーザモジュール
７温度センサ
９光リンク基板
１０光送信装置

Claims

半導体レーザを光源としてデータを送信する光送信装置において、
前記半導体レーザの温度を測定する温度測定手段と、送信するデータの優先度を判定し、その優先度に対応するデータの停滞量を測定する停滞量測定手段とを有し、
前記温度測定手段で測定された温度が所定の温度よりも高く、かつ、前記停滞量測定手段で測定された所定の優先度のデータの停滞量が当該優先度に応じて決められている所定量よりも少ないときに、前記半導体レーザに流す電流を抑制又は停止して、前記所定の優先度のデータの送信を停止し、当該優先度のデータの停滞量が前記所定量以上のときには、当該優先度のデータを送信する制御を行う送信制御手段とを備えることを特徴とする光送信装置。
前記優先度が少なくとも２段階あり、
前記停滞量測定手段は、優先度の最も高いデータの停滞量と、その他の優先度の低いデータの停滞量とを測定するものであり、
前記送信制御手段は、前記温度測定手段で測定された温度が所定の温度よりも高く、前記優先度の最も高いデータの停滞量が当該優先度に応じて決められている第一の所定量（Ｍ１）より少なく、かつ前記その他の優先度の低いデータの停滞量が当該優先度に応じて決められている第二の所定量（Ｍ２）よりも少ない場合に、前記半導体レーザに流す電流を抑制又は停止するものである請求項１記載の光送信装置。
前記優先度の最も高いデータの停滞量の判定基準となる第一の所定量（Ｍ１）は、前記優先度の低いデータの停滞量の判定基準となる第二の所定量（Ｍ２）よりも小さな値である請求項２記載の光送信装置。
前記所定の温度が少なくとも２つ（Ｔ１，Ｔ２；Ｔ２＜Ｔ１とする）あり、
前記送信制御手段は、前記停滞量測定手段で測定された所定の優先度のデータの停滞量が当該優先度に応じて決められている所定量よりも少ない場合に、前記温度測定手段で測定された温度が所定の温度（Ｔ１）よりも高ければ、前記半導体レーザに流す電流を抑制又は停止するものであり、前記半導体レーザに流す電流を前記のように抑制又は停止した状態から、前記温度測定手段で測定される温度が所定の温度（Ｔ２）よりも低くなったときに、前記半導体レーザによる当該優先度のデータの送信を行う請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光送信装置。
自動電力制御された半導体レーザを光源としてデータを送信する光送信装置において、
前記半導体レーザに流れる電流を測定する電流測定手段と、送信するデータの優先度を判定し、その優先度に対応するデータの停滞量を測定する停滞量測定手段とを有し、
前記電流測定手段で測定された電流が所定の電流値よりも高く、かつ、前記停滞量測定手段で測定された所定の優先度のデータの停滞量が当該優先度に応じて決められている所定量よりも少ないときに、前記半導体レーザに流す電流を抑制又は停止して、前記所定の優先度のデータの送信を停止し、当該優先度のデータの停滞量が前記所定量以上のときには、当該優先度のデータを送信する制御を行う送信制御手段とを備えることを特徴とする光送信装置。
前記優先度が少なくとも２段階あり、
前記停滞量測定手段は、優先度の最も高いデータの停滞量と、その他の優先度の低いデータの停滞量とを測定するものであり、
前記送信制御手段は、前記電流測定手段で測定された電流が所定の電流値よりも高く、前記優先度の最も高いデータの停滞量が当該優先度に応じて決められている第一の所定量（Ｍ１）より少なく、かつ前記その他の優先度の低いデータの停滞量が当該優先度に応じて決められている第二の所定量（Ｍ２）よりも少ない場合に、前記半導体レーザに流す電流を抑制又は停止するものである請求項５記載の光送信装置。
前記優先度の最も高いデータの停滞量の判定基準となる第一の所定量（Ｍ１）は、前記優先度の低いデータの停滞量の判定基準となる第二の所定量（Ｍ２）よりも小さな値である請求項６記載の光送信装置。
前記送信制御手段は、前記停滞量測定手段で測定された所定の優先度のデータの停滞量が当該優先度に応じて決められている所定量よりも少ない場合に、前記半導体レーザに流す電流を抑制又は停止した後にタイマ動作開始し、所定の時間の経過後に前記半導体レーザによる当該優先度のデータの送信を行う請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の光送信装置。
前記光送信装置が、局側装置（ＯＬＴ）と複数の宅側装置（ＯＮＵ）との間で光分岐器を介して光通信を行うパッシブオプティカルネットワーク（ＰＯＮ；Passive Optical Network）光通信システムにおける宅側装置（ＯＮＵ）であり、前記半導体レーザに流す電流の抑制又は停止が、当該パッシブオプティカルネットワーク(ＰＯＮ)の局側装置（ＯＬＴ）からの指示によることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光送信装置。
半導体レーザを光源としてデータを送信する光送信方法であって、
前記半導体レーザの温度を測定し、送信するデータの優先度を判定し、その優先度に対応するデータの停滞量を測定し、
前記測定された温度が所定の温度よりも高く、かつ、前記測定された所定の優先度のデータの停滞量が当該優先度に応じて決められている所定量よりも少ないときに、前記半導体レーザに流す電流を抑制又は停止して、前記所定の優先度のデータの送信を停止し、当該優先度のデータの停滞量が前記所定量以上のときには、当該優先度のデータを送信する制御を行うことを特徴とする、光送信方法。
自動電力制御された半導体レーザを光源としてデータを送信する光送信方法であって、
前記半導体レーザに流れる電流を測定し、送信するデータの優先度を判定し、その優先度に対応するデータの停滞量を測定し、
前記測定された電流が所定の電流値よりも高く、かつ、前記測定された所定の優先度のデータの停滞量が当該優先度に応じて決められている所定量よりも少ないときに、前記半導体レーザに流す電流を抑制又は停止して、前記所定の優先度のデータの送信を停止し、当該優先度のデータの停滞量が前記所定量以上のときには、当該優先度のデータを送信する制御を行うことを特徴とする光送信方法。