JP5329687B2 - Isolator-less optical transmitter - Google Patents

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本発明は、光送受信システムにおいて変調レーザ光を出射するアイソレータレス光送信機に関する。   The present invention relates to an isolator-less optical transmitter that emits modulated laser light in an optical transmission / reception system.

従来、光送受信システムにおいて光アイソレータは必須部品であった（非特許文献１参照）。光アイソレータは一方向の光のみを透過し、逆方向の光を遮断する（アイソレーション）機能を有するデバイスであって、偏光素子やファラデー効果を利用した回転子などの光学部品により構成される。 Conventionally, an optical isolator has been an essential component in an optical transmission and reception system (see Non-Patent Document 1). An optical isolator is a device having a function of transmitting only light in one direction and blocking light in the opposite direction (isolation), and is configured by an optical component such as a polarizing element or a rotor utilizing the Faraday effect.

通常、レーザ光源から出射された光はその光路上にある光コネクタ、レンズ、光ファイバ端面、光カプラ、受光器などの光学部品表面で僅かに反射して戻ってくる。この僅かな反射戻り光は、出力変動やノイズなどの要因となり、レーザ光源の不安定化につながるため遮断する必要がある。そこで、従来の光送受信システムにおいては、光アイソレータを用いてレーザ光源に反射戻り光が入射するのを防止していた。   Usually, light emitted from a laser light source is slightly reflected on the surface of an optical component such as an optical connector, a lens, an optical fiber end face, an optical coupler, or a light receiver on the optical path and returns. This slight reflected return light causes fluctuations in output, noise, and the like, leading to instability of the laser light source, and thus needs to be blocked. Therefore, in the conventional optical transmission / reception system, an optical isolator is used to prevent reflected return light from entering the laser light source.

図３に、従来の光送受信システムの第１の例を示す。図３に示す光送受信システムは、光送信機２０２０と、光送信機２０２０から出射される変調レーザ光（以下、変調出力光）を伝搬する光ファイバ２０１５と、光ファイバ２０１５によって伝搬された変調出力光を受光する光受信機２０１７とを備えている。   FIG. 3 shows a first example of a conventional optical transmission / reception system. The optical transmission / reception system shown in FIG. 3 includes an optical transmitter 2020, an optical fiber 2015 that propagates modulated laser light (hereinafter referred to as modulated output light) emitted from the optical transmitter 2020, and a modulated output propagated by the optical fiber 2015. And an optical receiver 2017 that receives light.

光送信機２０２０は、ＥＡ（Electroabsorbtion：電界吸収型）変調器集積半導体レーザ２００１、第１レンズ２００９、光アイソレータ２０１１、及び第２レンズ２０１０を備えている。ＥＡ変調器集積半導体レーザ２００１は、レーザ発振光を出射する半導体レーザ２００２と、半導体レーザ２００２から出射されたレーザ発振光を変調出力光に変換するＥＡ変調器２００３とから構成されている。 The optical transmitter 2020 includes an EA (Electroabsorbtion) modulator integrated semiconductor laser 2001, a first lens 2009, an optical isolator 2011, and a second lens 2010 . The EA modulator integrated semiconductor laser 2001 includes a semiconductor laser 2002 that emits laser oscillation light, and an EA modulator 2003 that converts the laser oscillation light emitted from the semiconductor laser 2002 into modulated output light.

半導体レーザ２００２は直流電流２００４を印加されることによってレーザ発振光を出射する。ＥＡ変調器２００３はＥＡドライバー２００５によって増幅された電気変調信号２００６に基づいてレーザ発振光を変調出力光に変換する。ＥＡドライバー２００５は直流電圧２００７により駆動する。尚、半導体レーザ２００２は接地され、ＥＡ変調器２００３には終端抵抗が接続されている。   The semiconductor laser 2002 emits laser oscillation light when a direct current 2004 is applied thereto. The EA modulator 2003 converts laser oscillation light into modulated output light based on the electric modulation signal 2006 amplified by the EA driver 2005. The EA driver 2005 is driven by a DC voltage 2007. The semiconductor laser 2002 is grounded, and a termination resistor is connected to the EA modulator 2003.

ここで、通常、半導体レーザ２００２に印加される直流電流２００４は８０ｍＡ〜１５０ｍＡ程度、ＥＡ変調器２００３に印加される変調電圧（電気変調信号）２００６は電界吸収オフ時−０．５Ｖ、電界吸収オン時−３Ｖ程度、信号速度としては例えば１０Ｇｂ／ｓ程度、もしくは２８Ｇｂ／ｓ程度、あるいは４０Ｇｂ／ｓ程度となる。   Here, normally, the direct current 2004 applied to the semiconductor laser 2002 is about 80 mA to 150 mA, the modulation voltage (electric modulation signal) 2006 applied to the EA modulator 2003 is −0.5 V when the electroabsorption is off, and the electroabsorption is on. At about -3V, the signal speed is, for example, about 10 Gb / s, about 28 Gb / s, or about 40 Gb / s.

図３に示す従来の光送受信システムにおいては、ＥＡ変調器集積半導体レーザ２００１から出射された変調出力光２００８は、第１レンズ２００９によって平行光に変換され、光アイソレータ２０１１を通過した後、第２レンズ２０１０によって集光され、光ファイバ２０１５の端面２０１４に入射される。そして、変調出力光２００８は光ファイバ２０１５を伝搬し、光受信機２０１７によって受光・受信される。 In the conventional optical transmission / reception system shown in FIG. 3, the modulated output light 2008 emitted from the EA modulator integrated semiconductor laser 2001 is converted into parallel light by the first lens 2009, passes through the optical isolator 2011, The light is condensed by the lens 2010 and is incident on the end surface 2014 of the optical fiber 2015. The modulated output light 2008 propagates through the optical fiber 2015 and is received and received by the optical receiver 2017.

このような光送受信システムにおいて、変調出力光２００８は主に第２レンズ２０１０の入射端面、光ファイバ２０１５の入射端面２０１４、光受信機２０１７の入射端面で僅かに反射される（第１レンズ２００９の入射端面では光が拡散するように反射するので第１レンズ２００９で反射してＥＡ変調器集積半導体レーザ２００１に戻る反射光は無視できる程度に少ない）。反射戻り光のレベルは変調出力光２００８の例えば−３０ｄＢ程度のレベルであるが、場合によっては−１３ｄＢ程度（ファイバ接続を外した場合のフレネル反射）、最大で−８ｄＢ程度の場合もあり得る。 In such an optical transmission / reception system, the modulated output light 2008 is slightly reflected mainly at the incident end face of the second lens 2010, the incident end face 2014 of the optical fiber 2015, and the incident end face of the optical receiver 2017 (of the first lens 2009). Since the light is reflected so as to diffuse at the incident end face, the reflected light reflected by the first lens 2009 and returning to the EA modulator integrated semiconductor laser 2001 is negligibly small). Although the level of the reflected return light is the level of, for example, about -30dB of the modulated output light 2008, in some cases about -13 dB (Fresnel reflection when removing the fiber connection), there may be a case of approximately -8dB at maximum.

図４に、光アイソレータ２０１１を設けない場合（図３に示す光送受信システムにおいて光アイソレータ２０１１を廃止した場合）の光送受信システムの伝送特性（符号誤り率評価）を示す。図４中、横軸は光受信機２０１７の最小受光感度（ｄＢｍ）、縦軸は符号誤り率である。信号速度は１０Ｇｂ／ｓ、光受信機２０１７の受信器としてはＳｉフォトダイオードを使用した。   FIG. 4 shows transmission characteristics (code error rate evaluation) of the optical transmission / reception system when the optical isolator 2011 is not provided (when the optical isolator 2011 is abolished in the optical transmission / reception system shown in FIG. 3). In FIG. 4, the horizontal axis represents the minimum light receiving sensitivity (dBm) of the optical receiver 2017, and the vertical axis represents the code error rate. The signal speed was 10 Gb / s, and a Si photodiode was used as the receiver of the optical receiver 2017.

図４中、二点鎖線は反射戻り光レベル−８ｄＢにおける符号誤り率、一点鎖線は反射戻り光レベル−１３ｄＢ における符号誤り率、破線は反射戻り光レベル−３０ｄＢにおける符号誤り率、実線は反射戻り光レベル−∞（反射無し）における符号誤り率となっている。尚、反射戻り光レベル−４０ｄＢ以下の場合は光送受信システムに与える影響は無視できるので、−∞は−４０ｄＢ以下と考えてよい。   In FIG. 4, the two-dot chain line is the code error rate at the reflected return light level of -8 dB, the one-dot chain line is the code error rate at the reflected return light level of -13 dB, the broken line is the code error rate at the reflected return light level of -30 dB, and the solid line is the reflected return. It is a code error rate at an optical level −∞ (no reflection). Since the influence on the optical transmission / reception system is negligible when the reflected return light level is −40 dB or less, −∞ may be considered to be −40 dB or less.

図４から、反射戻り光レベルが増えるに従って伝送特性が劣化することが分かる。この結果、光受信機２０１７へ入力される光強度を上げても符号誤り率が下がらず、光受信機２０１７において符号誤り率を無視できる状態で受信することが困難になる。 FIG. 4 shows that the transmission characteristics deteriorate as the reflected return light level increases. As a result, even if the light intensity input to the optical receiver 2017 is increased, the code error rate does not decrease, and it becomes difficult for the optical receiver 2017 to receive in a state where the code error rate can be ignored.

尚、反射戻り光によって伝送特性が劣化するのは、基本的には半導体レーザ２００２から出射されるレーザ発振光が、反射戻り光によって外部から擾乱されることによる。この乱れは、現象としては低周波振動（low frequency fluctuation：ＬＦＦ）もしくはコヒーレントコラプス、あるいは何らかのカオス現象として説明される。   The reason why the transmission characteristics are degraded by the reflected return light is basically that the laser oscillation light emitted from the semiconductor laser 2002 is disturbed from the outside by the reflected return light. This disturbance is explained as a low frequency fluctuation (LFF) or coherent collapse, or some kind of chaotic phenomenon.

このようなことから、従来の光送受信システムにおいては、光送信機２０２０に光アイソレータ２０１１を設け、この光アイソレータ２０１１によって反射戻り光レベルを抑制する構成としている。光アイソレータ２０１１は例えば３５ｄＢのアイソレーション機能を有し、順方向に対する光損失が１ｄＢ程度であるのに対し、逆方向に対する光損失が３５ｄＢとなっている。よって、最大で−８ｄＢの反射戻り光が生じた場合でもＥＡ変調器集積半導体レーザ２００３に入射される反射戻り光の光強度は−４３ｄＢとなり、レーザ発振光への反射戻り光の影響を無視できることが分かる。   For this reason, in the conventional optical transmission / reception system, the optical transmitter 2020 is provided with the optical isolator 2011 and the optical isolator 2011 is configured to suppress the reflected return light level. The optical isolator 2011 has an isolation function of, for example, 35 dB. The optical loss in the forward direction is about 1 dB, whereas the optical loss in the reverse direction is 35 dB. Therefore, even when a maximum of -8 dB of reflected return light is generated, the intensity of the reflected return light incident on the EA modulator integrated semiconductor laser 2003 is -43 dB, and the influence of the reflected return light on the laser oscillation light can be ignored. I understand.

図５に、図３に示し上述した光アイソレータ２０１１を有する従来の光送受信システムによる伝送特性（符号誤り率評価）を示す。図５に示す符号誤り率は実際には完全に重なって区別がつかないが、分かりやすくするためにあえて少しずらしている。   FIG. 5 shows transmission characteristics (code error rate evaluation) by a conventional optical transmission / reception system having the optical isolator 2011 shown in FIG. 3 and described above. The code error rates shown in FIG. 5 are actually completely overlapped and cannot be distinguished from each other, but are slightly shifted for the sake of clarity.

図５から、光アイソレータ２０１１を設けることにより、反射戻り光の影響を受けない安定した光送受信システムを得ることができることが分かる。   From FIG. 5, it can be seen that by providing the optical isolator 2011, it is possible to obtain a stable optical transmission / reception system that is not affected by reflected return light.

図６に、従来の光送受信システムの第２の例を示す。図６に示す光送受信システムは、図３からアイソレータ２０１１とレンズ２０１０を取り除く代わりに、符号誤り訂正回路２０２１を設けている。符号誤り訂正回路２０２１としては、例えばリードソロモン符号化回路（６４Ｂ／６６Ｂ）を使う。この符号誤り訂正回路２０２１は、例えば１０Ｇ−ＥＰＯＮで使用されるもので、２５５バイトの信号のうち、１７バイトに符号誤りが生じた場合でも受信側でその誤りを訂正することができる。   FIG. 6 shows a second example of a conventional optical transmission / reception system. The optical transmission / reception system shown in FIG. 6 includes a code error correction circuit 2021 instead of removing the isolator 2011 and the lens 2010 from FIG. As the code error correction circuit 2021, for example, a Reed-Solomon encoding circuit (64B / 66B) is used. This code error correction circuit 2021 is used in, for example, 10G-EPON, and even when a code error occurs in 17 bytes of a 255-byte signal, the reception side can correct the error.

図７に、図６に示し上述した符号誤り訂正回路２０２１を有する従来の光送受信システムによる伝送特性（符号誤り率評価）を示す。符号誤り訂正回路２０２１を使用しないと図４のように符号誤りが出てしまう場合でも、符号誤り訂正回路２０２１を使用することで、図７のような特性まで改善できる。尚、図７は半導体レーザの発振光と戻り光の位相や偏波面が一致させた場合である。同図には４本の実線が記されているが、右から反射戻り光レベル−８ｄＢ、−１３ｄＢ、−３０ｄＢ、−∞（反射無し）であるが、反射戻り光が−３０ｄＢ〜−∞までは理想的な特性（アイソレータが入っているのと同じ特性）に戻すことができる。−１３ｄＢの場合も、いくぶん符号誤り率が増加するが、良好な特性を得ることができる。−８ｄＢの場合には必ずしも良好な結果ではない。   FIG. 7 shows transmission characteristics (code error rate evaluation) by a conventional optical transmission / reception system having the code error correction circuit 2021 shown in FIG. 6 and described above. Even if a code error occurs as shown in FIG. 4 if the code error correction circuit 2021 is not used, the use of the code error correction circuit 2021 can improve the characteristics as shown in FIG. FIG. 7 shows the case where the phase and polarization plane of the oscillation light and return light of the semiconductor laser are matched. The figure shows four solid lines, but the reflected return light levels from the right are −8 dB, −13 dB, −30 dB, and −∞ (no reflection), but the reflected return light is from −30 dB to −∞. Can return to the ideal characteristics (same characteristics as the isolator is included). Even in the case of −13 dB, the code error rate is somewhat increased, but good characteristics can be obtained. In the case of -8 dB, it is not necessarily a good result.

図８に、従来の光送受信システムの第３の例を示す。図８に示す光送信機２０２０は、直接変調型の半導体レーザ２００２、レーザドライバー２００５、第１レンズ２００９、光アイソレータ２０１１、及び第２レンズ２０１０を備えている。電気変調信号２００６は、直流電圧２００７で駆動されたレーザドライバー２００５によって増幅されて半導体レーザ２００２に入力される。通常、半導体レーザに注入される直流電流は８０ｍＡ〜１００ｍＡ程度、電気変調信号はｐｅａｋ ｔｏ ｐｅａｋで５０ｍＡ程度、信号速度としては例えば１０Ｇｂ／ｓ程度、もしくは２５Ｇｂ／ｓ程度となる。 FIG. 8 shows a third example of a conventional optical transmission / reception system. The optical transmitter 2020 illustrated in FIG. 8 includes a direct modulation type semiconductor laser 2002, a laser driver 2005, a first lens 2009, an optical isolator 2011, and a second lens 2010 . The electric modulation signal 2006 is amplified by a laser driver 2005 driven by a DC voltage 2007 and input to the semiconductor laser 2002. Usually, the direct current injected into the semiconductor laser is about 80 mA to 100 mA, the electrical modulation signal is about 50 mA peak to peak, and the signal speed is about 10 Gb / s or about 25 Gb / s, for example.

半導体レーザ２００２より生じるレーザ発振光は、レーザドライバー２００５によって変調され、変調出力光２００８となる。変調出力光２００８はレンズ２００９によって平行光に直され、光アイソレータ２０１１を通過後、レンズ２０１０で集光し、光ファイバ２０１５の端面２０１４に入射される。変調出力光はそのまま光ファイバ２０１５を伝搬し、光受信機２０１７によって受光・受信される。   Laser oscillation light generated from the semiconductor laser 2002 is modulated by a laser driver 2005 to become modulated output light 2008. The modulated output light 2008 is converted into parallel light by the lens 2009, passes through the optical isolator 2011, is collected by the lens 2010, and is incident on the end surface 2014 of the optical fiber 2015. The modulated output light propagates through the optical fiber 2015 as it is, and is received and received by the optical receiver 2017.

光アイソレータ２０１１を抜いた場合、入れた場合の特性は、図３に示す光送受信システムと同様に、それぞれ図４、および図５のようになる。   When the optical isolator 2011 is removed, the characteristics when the optical isolator 2011 is inserted are as shown in FIGS. 4 and 5, respectively, similarly to the optical transmission / reception system shown in FIG.

図９に、従来の光送受信システムの第４の例を示す。図９に示す光送受信システムは、図８からアイソレータ２０１１とレンズ２０１０を取り除く代わりに、図６に示す光送受信システムにおいて用いた符号誤り訂正回路２０２１を設けている。符号誤り訂正回路２０２１を使用しないと図４のように符号誤りが出てしまう場合でも、符号誤り訂正回路２０２１を使用することで、図７のような特性まで改善できる。   FIG. 9 shows a fourth example of a conventional optical transmission / reception system. The optical transmission / reception system shown in FIG. 9 includes a code error correction circuit 2021 used in the optical transmission / reception system shown in FIG. 6 instead of removing the isolator 2011 and the lens 2010 from FIG. Even if a code error occurs as shown in FIG. 4 if the code error correction circuit 2021 is not used, the use of the code error correction circuit 2021 can improve the characteristics as shown in FIG.

F. Grillot, B. Thedrez, J. Py, O. Gauthier-Lafaye, V. Voiriot, and J. L. Lafragette, “2.5-Gb/s transmission characteristics of 1.3-mm DFB lasers with external optical feedback”, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, 2002, Vol. 14, p101-103F. Grillot, B. Thedrez, J. Py, O. Gauthier-Lafaye, V. Voiriot, and JL Lafragette, “2.5-Gb / s transmission characteristics of 1.3-mm DFB lasers with external optical feedback”, IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS , 2002, Vol. 14, p101-103

図３、図８に示したように、光送受信システムにおける反射戻り光の影響は、光アイソレータを用いれば解決する。しかしながら、光アイソレータが高価であるという課題があった。光アイソレータは通常、ファラデー回転子となるガーネット単結晶、それを磁化する磁石、そして２つの偏光子からなり、光部品としては一番高価である。そのため、光アイソレータをなくした安価な光送信機が求められてきた。   As shown in FIGS. 3 and 8, the influence of the reflected return light in the optical transmission / reception system can be solved by using an optical isolator. However, there is a problem that the optical isolator is expensive. An optical isolator is usually composed of a garnet single crystal serving as a Faraday rotator, a magnet that magnetizes the garnet single crystal, and two polarizers, and is the most expensive optical component. Therefore, an inexpensive optical transmitter that eliminates the optical isolator has been demanded.

また図６、図９に示したように、高価な光アイソレータを省く代わりに符号誤り訂正回路を用いることで、劣化した信号をある程度まで補正することができる。しかしながら、戻り光が強くなるに従って補正が困難になる傾向があり、補正に限界があるという課題があった。そのため、戻り光が強くなっても完全に補正できる光送信機が求められてきた。   Further, as shown in FIGS. 6 and 9, the degraded signal can be corrected to some extent by using a code error correction circuit instead of omitting an expensive optical isolator. However, the correction tends to become difficult as the return light becomes stronger, and there is a problem that the correction is limited. Therefore, there has been a demand for an optical transmitter that can completely correct even if the return light becomes strong.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光アイソレータを用いること無く、反射戻り光に起因する伝送特性の劣化を抑制するアイソレータレス光送信機を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an isolator-less optical transmitter that suppresses deterioration of transmission characteristics caused by reflected return light without using an optical isolator. There is to do.

上記の課題を解決するために、本発明は、アイソレータレス光送信機であって、半導体レーザと、電気信号によって駆動され、前記半導体レーザから出力されるレーザ光を変調する変調器と、前記変調器から出力された変調光を印加電流に応じて増幅する光増幅器とを備え、前記光増幅器は、前記印加電流を減少させることによって前記光増幅器中のキャリア密度が減少され、前記変調光のＯＮ・ＯＦＦとともに、前記光増幅器から出力される増幅光の位相を変化させることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an isolator-less optical transmitter, which is a semiconductor laser, a modulator that is driven by an electric signal and modulates laser light output from the semiconductor laser, and the modulation An optical amplifier that amplifies the modulated light output from the amplifier according to the applied current, and the optical amplifier reduces the applied current to reduce the carrier density in the optical amplifier, thereby turning on the modulated light. The phase of the amplified light output from the optical amplifier is changed together with OFF.

請求項２に記載の発明は、アイソレータレス光送信機であって、電気信号によって直接変調される半導体レーザと、前記半導体レーザから出力された変調光を印加電流に応じて増幅する光増幅器とを備え、前記光増幅器は、前記印加電流を減少させることによって前記光増幅器中のキャリア密度が減少され、前記変調光のＯＮ・ＯＦＦとともに、前記光増幅器から出力される増幅光の位相を変化させることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is an isolator-less optical transmitter comprising: a semiconductor laser that is directly modulated by an electrical signal; and an optical amplifier that amplifies the modulated light output from the semiconductor laser in accordance with an applied current. The optical amplifier reduces the applied current to reduce the carrier density in the optical amplifier, and changes the phase of the amplified light output from the optical amplifier along with ON / OFF of the modulated light. It is characterized by.

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のアイソレータレス光送信機において、前記電気信号の一部を前記光増幅器に入力する、もしくは電気信号の一部がクロストークとして光増幅器に漏れ込むことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the isolator-less optical transmitter according to the first or second aspect, a part of the electric signal is input to the optical amplifier, or a part of the electric signal is crosstalk. It is characterized by leaking into.

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のアイソレータレス光送信機において、前記電気信号に符号誤り訂正信号を付加する符号誤り訂正回路をさらに備えたことを特徴とする。   The invention according to claim 4 is the isolator-less optical transmitter according to any one of claims 1 to 3, further comprising a code error correction circuit for adding a code error correction signal to the electrical signal. To do.

本発明は、光アイソレータを用いること無く、反射戻り光に起因する伝送特性の劣化を抑制する効果を奏する。   The present invention has an effect of suppressing deterioration in transmission characteristics caused by reflected return light without using an optical isolator.

本発明の第１の実施形態に係る光送受信システムを示す図である。It is a figure which shows the optical transmission / reception system which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態に係る光送受信システムを示す図である。It is a figure which shows the optical transmission / reception system which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 従来の光送受信システムの第１の例を示す図である。It is a figure which shows the 1st example of the conventional optical transmission / reception system. 光アイソレータ２０１１を設けない場合の光送受信システムの伝送特性（符号誤り率評価）を示す図である。It is a figure which shows the transmission characteristic (code error rate evaluation) of the optical transmission / reception system when the optical isolator 2011 is not provided. 図３に示した光アイソレータ２０１１を有する従来の光送受信システムによる伝送特性（符号誤り率評価）を示す図である。It is a figure which shows the transmission characteristic (code error rate evaluation) by the conventional optical transmission / reception system which has the optical isolator 2011 shown in FIG. 従来の光送受信システムの第２の例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd example of the conventional optical transmission / reception system. 図６に示した符号誤り訂正回路２０２１を有する従来の光送受信システムによる伝送特性（符号誤り率評価）を示す図である。It is a figure which shows the transmission characteristic (code error rate evaluation) by the conventional optical transmission / reception system which has the code error correction circuit 2021 shown in FIG. 従来の光送受信システムの第３の例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd example of the conventional optical transmission / reception system. 従来の光送受信システムの第４の例を示す図である。It is a figure which shows the 4th example of the conventional optical transmission / reception system.

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

（実施形態１）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る光送受信システムを示す。図１に示す光送受信システムは、光送信機１０２０と、光送信機１０２０から出射される変調レーザ光（以下、変調出力光）を伝搬する光ファイバ１０１５と、光ファイバ１０１５によって伝搬された変調出力光を受光する光受信機１０１７とを備えている。 (Embodiment 1)
FIG. 1 shows an optical transmission / reception system according to the first embodiment of the present invention. The optical transmission / reception system shown in FIG. 1 includes an optical transmitter 1020, an optical fiber 1015 that propagates modulated laser light (hereinafter, modulated output light) emitted from the optical transmitter 1020, and a modulated output that is propagated by the optical fiber 1015. And an optical receiver 1017 for receiving light.

光送信機１０２０は、ＥＡ（Electroabsorbtion：電界吸収型）変調器集積半導体レーザ１００１、符号誤り訂正回路１０２１、半導体光増幅器１０２２、レンズ１００９を備えている。ＥＡ変調器集積半導体レーザ１００１は、レーザ発振光を出射する半導体レーザ１００２と、半導体レーザ１００２から出射されたレーザ発振光を変調出力光に変換するＥＡ変調器１００３とから構成されている。   The optical transmitter 1020 includes an EA (Electroabsorbtion) modulator integrated semiconductor laser 1001, a code error correction circuit 1021, a semiconductor optical amplifier 1022, and a lens 1009. The EA modulator integrated semiconductor laser 1001 includes a semiconductor laser 1002 that emits laser oscillation light, and an EA modulator 1003 that converts the laser oscillation light emitted from the semiconductor laser 1002 into modulated output light.

図１に示す光送信機は、図６に示す従来の光送信機１０２０の構成に加えて、半導体光増幅器１０２２と半導体光増幅器１０２２に印加する電流１０２３を有することを特徴とする。   The optical transmitter shown in FIG. 1 has a semiconductor optical amplifier 1022 and a current 1023 applied to the semiconductor optical amplifier 1022 in addition to the configuration of the conventional optical transmitter 1020 shown in FIG.

半導体レーザ１００２は直流電流１００４を印加されることによってレーザ発振光を出射する。ＥＡ変調器１００３はＥＡドライバー１００５によって増幅された電気変調信号１００６に基づいてレーザ発振光を変調出力光に変換する。ＥＡドライバー１００５は直流電圧１００７により駆動する。尚、半導体レーザ１００２は接地され、ＥＡ変調器１００３には終端抵抗が接続されている。   The semiconductor laser 1002 emits laser oscillation light when a direct current 1004 is applied. The EA modulator 1003 converts the laser oscillation light into modulated output light based on the electric modulation signal 1006 amplified by the EA driver 1005. The EA driver 1005 is driven by a DC voltage 1007. The semiconductor laser 1002 is grounded, and a termination resistor is connected to the EA modulator 1003.

通常、半導体レーザ１００２に印加される直流電流１００４は８０ｍＡ〜１５０ｍＡ程度、ＥＡ変調器１００３に印加される変調電圧（電気変調信号）１００６は電界吸収オフ時−０．５Ｖ、電界吸収オン時−３Ｖ程度、信号速度としては例えば１０Ｇｂ／ｓ程度、もしくは２８Ｇｂ／ｓ程度、あるいは４０Ｇｂ／ｓ程度となる。   Usually, the direct current 1004 applied to the semiconductor laser 1002 is about 80 mA to 150 mA, and the modulation voltage (electric modulation signal) 1006 applied to the EA modulator 1003 is −0.5 V when electroabsorption is off, and −3 V when electroabsorption is on. For example, the signal speed is about 10 Gb / s, about 28 Gb / s, or about 40 Gb / s.

符号誤り訂正回路１０２１としては、例えばリードソロモン符号化回路（６４Ｂ／６６Ｂ）を使う。この符号誤り訂正回路１０２１は、例えば１０Ｇ−ＥＰＯＮで使用されるもので、２５５バイトの信号のうち、１７バイトに符号誤りが生じた場合でも受信側でその誤りを訂正することができる。   As the code error correction circuit 1021, for example, a Reed-Solomon encoding circuit (64B / 66B) is used. This code error correction circuit 1021 is used in, for example, 10G-EPON, and even when a code error occurs in 17 bytes of a 255-byte signal, the reception side can correct the error.

ＥＡ変調器集積半導体レーザ１００１から出射されて半導体光増幅器１０２２で増幅された変調出力光１００８は、レンズ１００９によって集光され、光ファイバ１０１５の端面１０１４に入射される。そして、変調出力光１００８は光ファイバ１０１５を伝搬し、光受信機１０１７によって受光・受信される。   The modulated output light 1008 emitted from the EA modulator integrated semiconductor laser 1001 and amplified by the semiconductor optical amplifier 1022 is collected by the lens 1009 and is incident on the end face 1014 of the optical fiber 1015. The modulated output light 1008 propagates through the optical fiber 1015 and is received and received by the optical receiver 1017.

ここで、半導体光増幅器１０２２に印加される電流１０２３は、例えば５０ｍＡ程度であり、半導体光増幅器１０２２の光増幅度は例えば３ｄＢとする。半導体光増幅器１０２２は、１００ｍＡ以上の電流を注入すれば、例えば１０ｄＢ以上の光増幅度を取ることができる。しかし本発明では、半導体光増幅器１０２２は、電流を５０ｍＡ程度と少なくすることで光増幅度を下げるとともに、半導体光増幅器１０２２の中のキャリア密度を減少させるように動作させる。これには以下の２つの理由がある。
１）光増幅度を上げ過ぎることで、半導体レーザへの戻り光強度が強くなることを防ぐ。
２）キャリア密度を不足させると、光信号のＯＮ・ＯＦＦとともに、半導体光増幅器のキャリア密度が増減し、これに伴って信号の位相をわずかに変化させる。 Here, the current 1023 applied to the semiconductor optical amplifier 1022 is, for example, about 50 mA, and the optical amplification degree of the semiconductor optical amplifier 1022 is, for example, 3 dB. The semiconductor optical amplifier 1022 can obtain an optical amplification degree of, for example, 10 dB or more by injecting a current of 100 mA or more. However, in the present invention, the semiconductor optical amplifier 1022 is operated so as to lower the optical amplification degree by reducing the current to about 50 mA and reduce the carrier density in the semiconductor optical amplifier 1022. There are two reasons for this.
1) To prevent the return light intensity to the semiconductor laser from increasing by increasing the optical amplification degree too much.
2) When the carrier density is insufficient, the carrier density of the semiconductor optical amplifier increases and decreases with the ON / OFF of the optical signal, and the phase of the signal slightly changes accordingly.

この位相変化は１ＧＨｚ程度の速度で、例えば１０Ｇｂ／ｓ〜４０Ｇｂ／ｓの信号速度に完全に追従するものではない。そのため、半導体光増幅器１０２２に入力される信号の位相と出力される信号の位相が異なることになる。結果として、戻り光のレーザ発振光の位相が揃って図４のように伝送特性を悪化させることが無くなる。   This phase change does not completely follow a signal speed of, for example, 10 Gb / s to 40 Gb / s at a speed of about 1 GHz. Therefore, the phase of the signal input to the semiconductor optical amplifier 1022 is different from the phase of the output signal. As a result, the phase of the laser oscillation light of the return light is aligned and the transmission characteristics are not deteriorated as shown in FIG.

このように、本発明では、半導体光増幅器を利用してＥＡ変調器集積半導体レーザ１００１の発振光と戻り光の位相を一致させないことにより、光アイソレータがなくとも図５のような特性を得ることができる。   As described above, in the present invention, the characteristics as shown in FIG. 5 can be obtained without an optical isolator by making the phase of the oscillation light and the return light of the EA modulator integrated semiconductor laser 1001 not match using a semiconductor optical amplifier. Can do.

尚、戻り光のレベルが低い場合には符号誤り訂正回路１０２１を省くことができる。   If the return light level is low, the code error correction circuit 1021 can be omitted.

（実施形態２）
図２に、本発明の第２の実施形態に係る光送受信システムを示す。図２に示す光送信機１０２０は、直接変調型の半導体レーザ１００２、レーザドライバー１００５、符号誤り訂正回路１０２１、半導体光増幅器１０２２、レンズ１００９を備えている。 (Embodiment 2)
FIG. 2 shows an optical transmission / reception system according to the second embodiment of the present invention. An optical transmitter 1020 shown in FIG. 2 includes a direct modulation type semiconductor laser 1002, a laser driver 1005, a code error correction circuit 1021, a semiconductor optical amplifier 1022, and a lens 1009.

電気変調信号１００６は、符号誤り訂正回路１０２１を介してレーザドライバー１００５に入力され、直流電圧１００７によって駆動されたレーザドライバー１００５によって増幅されて半導体レーザ１００２に入力される。通常、半導体レーザに注入される直流電流は８０ｍＡ〜１００ｍＡ程度、電気変調信号はｐｅａｋ ｔｏ ｐｅａｋで５０ｍＡ程度、信号速度としては例えば１０Ｇｂ／ｓ程度、もしくは２５Ｇｂ／ｓ程度となる。   The electrical modulation signal 1006 is input to the laser driver 1005 via the code error correction circuit 1021, amplified by the laser driver 1005 driven by the DC voltage 1007, and input to the semiconductor laser 1002. Usually, the direct current injected into the semiconductor laser is about 80 mA to 100 mA, the electrical modulation signal is about 50 mA peak to peak, and the signal speed is about 10 Gb / s or about 25 Gb / s, for example.

符号誤り訂正回路１０２１としては、例えばリードソロモン符号化回路（６４Ｂ／６６Ｂ）を使う。この符号誤り訂正回路１０２１は、例えば１０Ｇ−ＥＰＯＮで使用されるもので、２５５バイトの信号のうち、１７バイトに符号誤りが生じた場合でも受信側でその誤りを訂正することができる。   As the code error correction circuit 1021, for example, a Reed-Solomon encoding circuit (64B / 66B) is used. This code error correction circuit 1021 is used in, for example, 10G-EPON, and even when a code error occurs in 17 bytes of a 255-byte signal, the reception side can correct the error.

図１に示す光送信機は、図６に示す従来の光送信機２０２０の構成に加えて、半導体光増幅器１０２２と半導体光増幅器１０２２に印加する電流１０２３を有することを特徴とする。   The optical transmitter shown in FIG. 1 has a semiconductor optical amplifier 1022 and a current 1023 applied to the semiconductor optical amplifier 1022 in addition to the configuration of the conventional optical transmitter 2020 shown in FIG.

半導体レーザ１００２より生じるレーザ発振光は、レーザドライバー１００５によって変調され、変調出力光１００８となる。変調出力光１００８はレンズ１００９で集光し、光ファイバ１０１５の端面１０１４に入射される。変調出力光はそのまま光ファイバ１０１５を伝搬し、光受信機１０１７によって受光・受信される。   Laser oscillation light generated from the semiconductor laser 1002 is modulated by a laser driver 1005 to become modulated output light 1008. The modulated output light 1008 is collected by the lens 1009 and is incident on the end face 1014 of the optical fiber 1015. The modulated output light propagates through the optical fiber 1015 as it is and is received and received by the optical receiver 1017.

ここで、半導体光増幅器１０２２に印加される電流１０２３は、例えば５０ｍＡ程度であり、半導体光増幅器１０２２の光増幅度は例えば３ｄＢとする。半導体光増幅器１０２２は、１００ｍＡ以上の電流を注入すれば、例えば１０ｄＢ以上の光増幅度を取ることができる。しかし本発明では、半導体光増幅器１０２２は、電流を５０ｍＡ程度と少なくすることで光増幅度を下げるとともに、半導体光増幅器１０２２の中のキャリア密度を減少させるように動作させる。これには以下の２つの理由がある。
１）光増幅度を上げ過ぎることで、半導体レーザへの戻り光強度が強くなることを防ぐ。
２）キャリア密度を不足させると、光信号のＯＮ・ＯＦＦとともに、半導体光増幅器のキャリア密度が増減し、これに伴って信号の位相をわずかに変化させる。 Here, the current 1023 applied to the semiconductor optical amplifier 1022 is, for example, about 50 mA, and the optical amplification degree of the semiconductor optical amplifier 1022 is, for example, 3 dB. The semiconductor optical amplifier 1022 can obtain an optical amplification degree of, for example, 10 dB or more by injecting a current of 100 mA or more. However, in the present invention, the semiconductor optical amplifier 1022 is operated so as to lower the optical amplification degree by reducing the current to about 50 mA and reduce the carrier density in the semiconductor optical amplifier 1022. There are two reasons for this.
1) To prevent the return light intensity to the semiconductor laser from increasing by increasing the optical amplification degree too much.
2) When the carrier density is insufficient, the carrier density of the semiconductor optical amplifier increases and decreases with the ON / OFF of the optical signal, and the phase of the signal slightly changes accordingly.

この位相変化は１ＧＨｚ程度の速度で、例えば１０Ｇｂ／ｓ〜４０Ｇｂ／ｓの信号速度に完全に追従するものではない。そのため、半導体光増幅器１０２２に入力される信号の位相と出力される信号の位相が異なることになる。結果として、戻り光のレーザ発振光の位相が揃って図４のように伝送特性を悪化させることが無くなる。   This phase change does not completely follow a signal speed of, for example, 10 Gb / s to 40 Gb / s at a speed of about 1 GHz. Therefore, the phase of the signal input to the semiconductor optical amplifier 1022 is different from the phase of the output signal. As a result, the phase of the laser oscillation light of the return light is aligned and the transmission characteristics are not deteriorated as shown in FIG.

このように、本発明では、半導体光増幅器を利用して半導体レーザの発振光と戻り光の位相を一致させないことにより、光アイソレータがなくとも図５のような特性を得ることができる。   Thus, in the present invention, the characteristics as shown in FIG. 5 can be obtained without an optical isolator by making the phase of the oscillation light and the return light of the semiconductor laser not coincide with each other using a semiconductor optical amplifier.

尚、戻り光のレベルが低い場合には符号誤り訂正回路１０２１を省くことができる。   If the return light level is low, the code error correction circuit 1021 can be omitted.

（実施形態３）
図１、図２において、信号１００６の一部を、電気配線によって電流１０２３に印加することでさら伝送特性を改善することができる。すなわち、信号１００６の一部を半導体光増幅器のキャリア密度に摂動を与えるために使用する。摂動の量としては例えば１ｍＡ程度である。これにより光信号の位相をさらに乱すことができ、半導体レーザの発振光と戻り光の位相が揃うことがなくなる。尚、信号１００６は符号誤り訂正回路１０２１によって追加ビットを追加されるので、変調信号の位相と、半導体光増幅器の位相が揃うことはないので、特に大きな伝送特性の改善が可能になる。 (Embodiment 3)
In FIG. 1 and FIG. 2, the transmission characteristics can be further improved by applying a part of the signal 1006 to the current 1023 by electric wiring. That is, a part of the signal 1006 is used to perturb the carrier density of the semiconductor optical amplifier. The amount of perturbation is, for example, about 1 mA. As a result, the phase of the optical signal can be further disturbed, so that the phases of the oscillation light and the return light of the semiconductor laser are not aligned. Since the signal 1006 is added with additional bits by the code error correction circuit 1021, the phase of the modulation signal and the phase of the semiconductor optical amplifier do not match, so that particularly large transmission characteristics can be improved.

尚、戻り光のレベルが低い場合には符号誤り訂正回路１０２１を省くことができる。   If the return light level is low, the code error correction circuit 1021 can be omitted.

また、信号１００６の一部をわざわざ電流１０２３に印加しなくとも、電気的なクロストーク（漏れ信号）によって、等価的に一部の信号が電流１０２３に漏れ込むようにすることもできる。つまり、電気配線によって信号１００６の一部を電流１０２３に印加しなくても、信号１００３と電流１０２３の配線間の絶縁抵抗をあまり高くしない、もしくは信号１００６と電流１０２３の配線を近接することにより、電気クロストークが発生することによって信号１００６の信号の一部が電流１０２３に漏れ込むようにすることもできる。   In addition, even if a part of the signal 1006 is not applied to the current 1023, a part of the signal can be equivalently leaked into the current 1023 by electrical crosstalk (leakage signal). That is, even if a part of the signal 1006 is not applied to the current 1023 by the electrical wiring, the insulation resistance between the signal 1003 and the current 1023 wiring is not so high, or the signal 1006 and the current 1023 wiring are close to each other, A part of the signal 1006 can leak into the current 1023 due to the occurrence of electrical crosstalk.

１００１、２００１ ＥＡ変調器集積半導体レーザ
１００２、２００２ 半導体レーザ
１００３、２００３ ＥＡ変調器
１００４、１０２３、２００４ 直流電流
１００５、２００５ ＥＡドライバー
１００６、２００６ 電気変調信号
１００７、２００７ 直流電圧
１００８、１０１３ 変調出力光
１００９、２００９、２０１０ レンズ
２０１１ 光アイソレータ
１０１４、２０１４ 光ファイバの端面
１０１５、２０１５ 光ファイバ
１０１７、２０１７ 光受信機
１０２０、２０２０ 光送信機
１０２１、２０２１ 符号誤り訂正回路
１０２２ 半導体光増幅器 1001, 2001 EA modulator integrated semiconductor laser 1002, 2002 semiconductor laser 1003, 2003 EA modulator 1004, 1023, 2004 DC current 1005, 2005 EA driver 1006, 2006 electrical modulation signal 1007, 2007 DC voltage 1008, 1013 modulation output light 1009 , 2009, 2010 Lens 2011 Optical isolator 1014, 2014 End face of optical fiber 1015, 2015 Optical fiber 1017, 2017 Optical receiver 1020, 2020 Optical transmitter 1021, 2021 Code error correction circuit 1022 Semiconductor optical amplifier

Claims (4)

半導体レーザと、
電気信号によって駆動され、前記半導体レーザから出力されるレーザ光を変調する変調器と、
前記変調器から出力された変調光を印加電流に応じて増幅する光増幅器と
を備え、前記光増幅器は、前記印加電流を減少させることによって前記光増幅器中のキャリア密度が減少され、前記変調光のＯＮ・ＯＦＦとともに、前記光増幅器から出力される増幅光の位相を変化させることを特徴とするアイソレータレス光送信機。 A semiconductor laser;
A modulator that is driven by an electrical signal and modulates laser light output from the semiconductor laser;
An optical amplifier that amplifies the modulated light output from the modulator in accordance with an applied current, and the optical amplifier reduces a carrier density in the optical amplifier by reducing the applied current, and the modulated light An isolator-less optical transmitter that changes the phase of the amplified light output from the optical amplifier together with ON / OFF of the optical amplifier. 電気信号によって直接変調される半導体レーザと、
前記半導体レーザから出力された変調光を印加電流に応じて増幅する光増幅器と
を備え、前記光増幅器は、前記印加電流を減少させることによって前記光増幅器中のキャリア密度が減少され、前記変調光のＯＮ・ＯＦＦとともに、前記光増幅器から出力される増幅光の位相を変化させることを特徴とするアイソレータレス光送信機。 A semiconductor laser directly modulated by an electrical signal;
An optical amplifier that amplifies the modulated light output from the semiconductor laser in accordance with an applied current, and the optical amplifier reduces a carrier density in the optical amplifier by reducing the applied current, and the modulated light. An isolator-less optical transmitter that changes the phase of the amplified light output from the optical amplifier together with ON / OFF of the optical amplifier. 前記電気信号の一部を前記光増幅器に入力する、もしくは電気信号の一部がクロストークとして光増幅器に漏れ込むことを特徴とする請求項１又は２に記載のアイソレータレス光送信機。   3. The isolator-less optical transmitter according to claim 1, wherein a part of the electric signal is input to the optical amplifier, or a part of the electric signal leaks into the optical amplifier as crosstalk. 前記電気信号に符号誤り訂正信号を付加する符号誤り訂正回路をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のアイソレータレス光送信機。   The isolator-less optical transmitter according to claim 1, further comprising a code error correction circuit that adds a code error correction signal to the electrical signal.
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