JP5785589B2

JP5785589B2 - バースト光信号送信装置及びバースト光信号送信装置の制御方法

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Publication number: JP5785589B2
Application number: JP2013135450A
Authority: JP
Inventors: 浅香　航太; 航太浅香; 浩崇中村; 勝久田口
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2015-09-30
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Description

本発明は、バースト光信号を送信するバースト光信号送信装置及びその制御方法に関するものである。

近年、急速なインターネットの普及に伴い、光アクセスシステムの大容量化、高度化、経済化が求められている。そのようなシステムを実現する手法としてＰＯＮ（ＰａｓｓｉｖｅＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋ）の研究が進められている。ＰＯＮは、光パワースプリッタなどの光受動素子により複数ユーザからの複数伝送路を単一伝送路に集線することで、センタ装置と光受動素子との間の伝送路を複数ユーザで共有することのできる経済化に有利な光アクセス通信システムである。現在日本では、１Ｇｂ／ｓ級の回線容量を最大３２ユーザで時分割多重（ＴＤＭ：ＴｉｍｅＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）によって共有する経済的な光アクセス通信システムＧＥ−ＰＯＮ（ＧｉｇａｂｉｔＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）−ＰＯＮ）が導入されている。さらなる大容量化のニーズに対応可能な次世代光アクセスシステムとして、１０Ｇｂ／ｓ級の１０Ｇ−ＥＰＯＮの研究が進められており、この方式では光送受信器のビットレート増大により、伝送路部分は既存のＧＥ−ＰＯＮと同一のものを利用しつつも大容量化が可能なシステムである。

図１は従来のＰＯＮ用バースト光信号送信装置の構成であり、ＯＮＵに搭載されるトランシーバ１の送信部のみに着目して示している（受信器部及び他の周辺回路は省略した）。図２に、図１に示した従来のＰＯＮ用バースト光信号送信装置のバースト信号制御方法におけるタイムチャートを示す。図１において、従来の当該光送信器は主に、ファブリペロー型ＬＤ（ＦＰ−ＬＤ；ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ）または分布帰還型ＬＤ（ＤＦＢ−ＬＤ）等の直接変調ＬＤ３（ＤＭＬ）を内包するＤＭＬ光送信器サブアセンブリ２（ＤＭＬ−ＴＯＳＡ）と、バースト対応ＬＤ駆動回路４により構成される。トランシーバ１より送出されるバースト信号光０は、以下のようにして生成される。トランシーバ１の上位層（図示せず）から送出された送信信号データ５は、アイドル信号５２とデータ信号５１とにより構成される（図２参照）。また、同じく上位層（図示せず）より送出されたバースト制御信号６は、当該ＯＮＵに割り当てられた送信許容時間に応じてバースト対応ＬＤ駆動回路４のＯｎ／Ｏｆｆを制御することにより、バースト信号光を生成する。バースト対応ＬＤ駆動回路４から、ＤＭＬ−ＴＯＳＡ２にＬＤ信号線７を介して供給されるバイアス電流（Ｉ_ｂ）６１及び変調電流振幅（Ｉ_ｐｐ）６２の値は、バースト制御信号６のＯｎ／Ｏｆｆに応じて設定される。なお、バイアス電流６１は定電流値であり、図２に示した従来の例ではＯｎ／Ｏｆｆ時はそれぞれ３０ｍＡ／０ｍＡである。また、変調電流振幅６２は、図２に示した従来の例では１Ｇｂ／ｓの高速強度変調された電流振幅値であり、Ｏｎ／Ｏｆｆ時はそれぞれ４０ｍＡ／０ｍＡである。すなわち、バースト制御信号６がＯｆｆ時は、ＬＤ駆動電流（バイアス電流６１及び変調電流振幅６２）は０ｍＡであり、光信号は送出されない。また、バースト制御信号６がＯｎ時は、３０ｍＡのバイアス電流６１を中心としてデータ信号５１に応じて１０ｍＡ〜５０ｍＡの範囲で１Ｇｂ／ｓで強度変調された信号光が送出される。このように、従来のＰＯＮ用バースト光信号送信装置では、ＬＤ駆動電流のみを制御するだけでバースト信号光を送出できることができた。また、ＰＯＮの規定では、送信許容時間以外においては、ＯＮＵは光信号を送出しないか、もしくはある基準値以下の光強度であることが求められる。この基準値は、例えばＩＴＵ−Ｔ標準のＧ−ＰＯＮ、ＸＧ−ＰＯＮ１では「（ＯＬＴ受信器の最小受信感−１０ｄＢ）未満」（約−４０ｄＢｍ未満）で規定され、ＩＥＥＥ標準のＧＥ−ＰＯＮ、１０Ｇ−ＥＰＯＮでは−４５ｄＢｍ未満であることが規定されている。従来のＰＯＮ用バースト光信号送信装置では、送信許容時間以外においてはＬＤ駆動電流を０ｍＡに設定することができるため、規定を十分に満たすことが可能となる。

一方、高精細映像サービスなどサービスによっては１０Ｇｂ／ｓ級を超える大容量化が求められることも考えられるが、送受信器のビットレートさらなる高速化（４０または１００Ｇｂ／ｓ級）は、送受信器の大幅なコスト増を招き、実用的なシステムとならないことが課題であった。経済的な大容量化を実現する手段として、帯域要求量に応じて局側装置内の光送受信器を段階的に増設することができるように、光送受信器に波長可変性を付与し、ＴＤＭと波長多重（ＷＤＭ：ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）を組み合わせた波長可変型ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮが報告されている（例えば、非特許文献１を参照。）。

Ｓ．Ｋｉｍｕｒａ，"ＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒＦｕｔｕｒｅＦｌｅｘｉｂｌｅＯｐｔｉｃａｌＡｃｃｅｓｓＮｅｔｗｏｋｓ"，１５ｔｈＯＥＣＣ２０１０，６Ａ１−１．

このようなシステムは、現在ＩＴＵ−Ｔ／ＦＳＡＮにおいて４０Ｇｂ／ｓ級ＮＧ−ＰＯＮ２（ＩＴＵ−ＴＧ．９８９シリーズ化の予定）として標準化が進められており、波長の異なる１０Ｇｂ／ｓ級の装置を４波長でＷＤＭ化することにより、経済的に４０Ｇｂ／ｓ級を実現するシステムである。現時点では上り信号用波長帯として既存システムとの共存等の要求条件を考慮し、１５２０−１５４０ｎｍが有力な候補として議論されている。一方、ＧＥ−ＰＯＮなどの従来のＰＯＮや１０Ｇ−ＥＰＯＮでは、上り信号用波長帯として１３００ｎｍ帯を用いており、上り信号用光源としては安価な無温調ＤＭＬを適用可能であった。ＤＭＬは、光ファイバの波長分散が存在する波長帯で伝送を行うと、波長分散に起因する波形歪みが顕著であり問題となるが、１３００ｎｍ帯は光ファイバの波長分散がほぼゼロであるため、２０ｋｍ以上の伝送距離を実現できる点で有利である。さらには、ＤＭＬはＬＤ駆動電流の制御のみでバースト信号生成を行うことができるという特徴も有している。ところが、ＮＧ−ＰＯＮ２では上り波長帯として１５２０−１５４０ｎｍを用いることが有力視されているため、ＤＭＬでは分散の影響を受けて１０ｋｍ程度の伝送距離しか期待できない。さらには、ＮＧ−ＰＯＮ２においては、従来のＴＤＭに加え、波長数４、光周波数間隔２００ＧＨｚ（１．６ｎｍ）程度のＷＤＭ技術を用いる。ところが、温度調節用素子（ＴＥＣ）を搭載しない直接変調ＬＤは、トランシーバのケース温度の変化に応じて発振波長が約０．１ｎｍ／℃の割合で変化するため、大きな波長チャネル間クロストークが発生する。よって、ＮＧ−ＰＯＮ２にＴＥＣを搭載しないＤＭＬを適用することはできない。

そのためＮＧ−ＰＯＮ２には、分散の影響を受けにくい外部変調方式で、かつ発振波長がケース温度によらず一定である上り信号送信器に導入する必要がある。外部変調方式の光源としては、電界吸収型半導体変調器（ＥＡＭ）とＤＦＢ−ＬＤをワンチップ化したＥＡ−ＤＦＢ−ＬＤ（ＥＭＬ）が、小型・低コスト化の観点で有望である。ＥＭＬを内包したＴＯＳＡ（ＥＭＬ−ＴＯＳＡ）は、ＷＤＭネットワーク用に開発されたため、一般にＥＭＬ素子、温度調節用のＴＥＣ及びその他部品により構成されるため、トランシーバのケース温度が変化しても、温度調整機構により温度が一定化（例えば４５℃）されているため、発振波長のシフトは発生しない。

しかしながら、このようなＥＭＬ−ＴＯＳＡをバースト駆動しようとすると、以下のような２つの課題が生じる。１の課題は、ＬＤ光強度揺らぎ及び発振波長揺らぎである。ＥＭＬに限らず、ＬＤのバイアス電流をバースト駆動した際には、バースト信号立ち上がり時に光出力及び波長に過渡応答的な揺らぎが観測されることが知られている。このような揺らぎは、ＷＤＭ技術が導入されていない従来のＰＯＮにおいては問題とならなかったが、ＮＧ−ＰＯＮ２においては波長チャネル間クロストークの要因となるため、ＮＧ−ＰＯＮ２において受信器の受信感度劣化をもたらすことになる。このように、ＥＭＬ−ＴＯＳＡのバースト駆動には実用上の課題が存在している。

他の課題は、ＴＥＣ制御回路の不安定動作である。ＥＭＬ−ＴＯＳＡは通常ＴＥＣと温度モニタ用素子（サーミスタ）を内蔵し、当該ＴＥＣはモニタされた温度情報に基づきトランシーバに内蔵された自動温度制御（ＡＴＣ）回路により常にフィードバック制御されている。ところで、バースト駆動信号がＥＭＬのＬＤ部に印加される前は、ＬＤ部のバイアス電流が０ｍＡであるためＬＤ部の発熱量は０ｍＷである。一方で、バースト駆動信号がＬＤ部に印加されると、バイアス電流は５０ｍＡ程度となり、発熱量としては７５〜１００ｍＷ程度と急激に熱量が加わるため、ＡＴＣ回路のフィードバック制御が不安定となりＥＭＬの温度が揺らぐ。その結果、ＬＤ光強度及び発振波長が揺らぐことになる。このため、１の課題と同様にＥＭＬ−ＴＯＳＡのバースト駆動には実用上の課題が存在している。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、ＥＭＬ−ＴＯＳＡのバースト駆動で生ずる、バースト信号立ち上がり時の波長や光量の過渡的なゆらぎの発生、及び、バースト信号立ち上がり時の光源の発熱による温度制御の不安定さを解消できるバースト光信号送信装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、バースト光信号送信装置において、外部変調手段のバイアス点をバースト制御信号のオン及びオフに応じて異なる値に設定することとした。

具体的には、本発明に係るバースト光信号送信装置は、
連続光を出力する光源と、
送信信号データ及びバースト信号光の出力又は停止を指示するバースト制御信号に基づいて前記光源からの連続光を変調してバースト信号光を出力する外部変調器と、
前記バースト制御信号に基づきバースト信号光の出力時とバースト信号光の停止時とで前記外部変調器のバイアスレベルを切替える外部変調器駆動回路と、
を備える。

また、本発明に係るバースト光信号送信装置の制御方法は、連続光を出力する光源と、送信信号データ及びバースト信号光の出力又は停止を指示するバースト制御信号に基づいて前記光源からの連続光を変調してバースト信号光を出力する外部変調器と、を備えるバースト光信号送信装置の制御方法であって、
前記バースト制御信号に基づきバースト信号光の出力時とバースト信号光の停止時とで前記外部変調器のバイアスレベルを切替えることを特徴とする。

本発明は、外部変調器で光源からの光を遮断又は透過させることができる。このため、光源を連続駆動させることができ、バースト信号立ち上がり時の波長や光量の過渡的なゆらぎの発生を防止できる。また、本発明は、光源を連続駆動させることで光源の発熱量が定常化して温度制御の不安定さを解消できる。

本発明は、ＥＭＬ−ＴＯＳＡのバースト駆動で生ずる、バースト信号立ち上がり時の波長や光量の過渡的なゆらぎの発生、及び、バースト信号立ち上がり時の光源の発熱による温度制御の不安定さを解消できるバースト光信号送信装置及びその制御方法を提供することができる。

本発明に係るバースト光信号送信装置の前記光源は、同一強度の連続光を連続して出力することを特徴とする。

本発明に係るバースト光信号送信装置は、前記バースト制御信号に基づきバースト信号光の出力時とバースト信号光の停止時とで前記光源から出力する連続光の強度を切替える光源駆動回路をさらに備える。

また、本発明に係るバースト光信号送信装置の制御方法は、前記バースト制御信号に基づきバースト信号光の出力時とバースト信号光の停止時とで前記光源から出力する連続光の強度を切替えることを特徴とする。

光源の光強度を一定とせず、バースト信号停止時に低下させることで消費電力を低減できる。

本発明に係るバースト光信号送信装置の前記外部変調器は、電界吸収型半導体変調器、半導体マッハツェンダー変調器、もしくはリチウムナイオベート変調器であり、前記光源は、分布帰還型半導体レーザ、もしくは波長可変レーザであることを特徴とする。

本発明に係るバースト光信号送信装置の前記外部変調器は、電界吸収型半導体変調器であり、
前記外部変調器駆動回路は、バースト制御信号がバースト信号光停止時の前記電界吸収型光半導体変調器の逆バイアス電圧を、バースト制御信号がバースト信号光出力時の前記電界吸収型光半導体変調器の逆バイアス電圧よりも、大きな値に設定することを特徴とする。

本発明に係るバースト光信号送信装置の
前記光源駆動回路は、バースト制御信号がバースト信号光停止時の前記光源からの連続光の強度を、バースト制御信号がバースト信号光出力時の前記光源からの連続光の強度よりも、小さな値に設定し、
前記外部変調器は、電界吸収型半導体変調器であり、
前記外部変調器駆動回路は、バースト制御信号がバースト信号光停止時の前記電界吸収型光半導体変調器の逆バイアス電圧を、バースト制御信号がバースト信号光出力時の前記電界吸収型光半導体変調器の逆バイアス電圧よりも、大きな値に設定することを特徴とする。

ＰＯＮ用バースト光信号送信装置を説明する図である。ＰＯＮ用バースト光信号送信装置のバースト信号制御方法を説明するタイムチャートである。本発明に係るバースト信号光送信装置を説明する図である。本発明に係るバースト信号光送信装置の制御方法を説明するタイムチャートである。本発明に係るバースト信号光送信装置のＥＭＬ光出力強度のバイアス電流依存性を説明する図である。本発明に係るバースト信号光送信装置のＥＡＭ透過強度比のバイアス電圧依存性を説明する図である。本発明に係るバースト信号光送信装置が出力するバースト信号光を説明する図である。本発明に係るバースト信号光送信装置を説明する図である。本発明に係るバースト信号光送信装置の制御方法を説明するタイムチャートである。本発明に係るバースト信号光送信装置が出力するバースト信号光を説明する図である。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（実施形態１）
本実施形態のバースト光信号送信装置は、連続光を出力する光源と、
送信信号データ及びバースト信号光の出力又は停止を指示するバースト制御信号に基づいて前記光源からの連続光を変調してバースト信号光を出力する外部変調器と、
前記バースト制御信号に基づきバースト信号光の出力時とバースト信号光の停止時とで前記外部変調器のバイアスレベルを切替える外部変調器駆動回路と、
を備える。
そして、前記光源は、同一強度の連続光を連続して出力することを特徴とする。

以下、図３〜図７に基づいて本実施形態のＯＮＵ用１０Ｇｂ／ｓ級外部変調器型バースト光信号送信装置の制御方法について詳細に説明する。図３は、本実施形態のＰＯＮ用バースト光信号送信装置の構成であり、ＯＮＵに搭載されるトランシーバ１の送信機能のみに着目して示している（受信機能及び他の周辺回路は省略した）。また、図４に本実施形態の１０Ｇｂ／ｓ級外部変調器型バースト光信号送信装置の制御方法におけるタイムチャートを示す。

図３において、当該バースト光信号送信装置は主に、ＥＭＬ２６（ＤＦＢ−ＬＤ１３及びＥＡＭ２３）を内包するＥＭＬ−ＴＯＳＡ２２と、ＬＤ駆動回路２１及びバースト対応ＥＡＭ駆動回路２４により構成される。ＥＭＬ−ＴＯＳＡ２２は、自動温度制御回路（ＡＴＣ）２８及び温度調節用素子（ＴＥＣ）２９でＤＦＢ−ＬＤ１３の温度を管理する。前記光源はＤＦＢ−ＬＤ１３、外部変調器はＥＡＭ２３、外部変調器駆動回路はＥＡＭ駆動回路２４に相当する。

トランシーバ１より送出されるバースト信号光０は、以下のようにして生成される。トランシーバ１には、上位層（図示せず）から送出された１０Ｇｂ／ｓ級の信号速度を有する送信信号データ５が入力される。送信信号データ５は、アイドル信号５１とデータ信号５２とにより構成され、データ信号５２が当該ＯＮＵ用トランシーバ１がＯＬＴに向けて送信すべき上り信号である。さらに、トランシーバ１には、バースト制御信号６が入力される。バースト制御信号６は、データ信号５１の送信タイミングをＯｎ／Ｏｆｆを表す制御信号で示している。上位層は、バースト制御信号６を用いて、当該ＯＮＵに割り当てられた送信許容時間に応じて制御している（図４参照。）。

ＤＦＢ−ＬＤ１３は、バイアス電流（Ｉ_ｂ）６１として定電流値５０ｍＡがＬＤ駆動回路２１からＬＤバイアス線２５を介して印加され、常に連続光をレーザ発振している状態であり、レーザ光は後段のＥＡＭ２３に入射する。また、同じく上位層（図示せず）より送出されたバースト制御信号６は、バースト対応ＥＡＭ駆動回路２４からＥＡＭ信号線２７を介してＥＡＭ２３に印加される。ＥＡＭ２３は、バースト制御信号６のＯｎ／Ｏｆｆに応じてＥＡＭバイアス電圧（Ｖ_ｂ）７２及びＥＡＭ変調電圧振幅（Ｖ_ｐｐ）７３を制御することにより、ＥＡＭ２３に入射したレーザ光を強度変調してバースト信号光０に変換し、トランシーバ１より出射させる。

ＥＡＭ駆動回路２４は、バースト制御信号６がＯｆｆのとき、図４に示したように、ＥＡＭバイアス電圧７２の値を−４Ｖ、ＥＡＭ変調電圧振幅７３の値を０Ｖに設定した。このときのＥＭＬ光出力強度について、図５及び図６を用いて詳細に説明する。図５は、本実施形態におけるＥＭＬ光出力強度のバイアス電流依存性を示している。具体的には、図５は、ＥＭＬ２６のＥＡＭバイアス電圧７２及びＥＡＭ変調電圧振幅７３の値を共に０Ｖにおいてバイアス電流６１を０ｍＡから５０ｍＡに変化させたときの、ＥＭＬ光出力強度の測定結果である。また、図６は、本実施形態におけるＥＡＭ透過強度比のバイアス電圧依存性を示している。図６に示すように、ＥＡＭバイアス電圧７２及びＥＡＭ変調電圧振幅７３の値を共に０Ｖとしたときは、ＥＡＭにおける透過強度比は０ｄＢである。このため、ＥＡＭ２３には電界吸収効果による消光現象が発生せず、ＥＡＭ２３から出力される光信号は、図５に示したようにバイアス電流６１が５０ｍＡ（ＬＤバイアス点９１）において＋９ｄＢｍの光強度であった。

一方、ＥＡＭ駆動回路２４は、バースト制御信号６がＯｆｆのとき、バイアス電流６１は同じく５０ｍＡ（ＬＤバイアス点９１）に、ＥＡＭバイアス電圧７２の値を−４Ｖ（図６におけるＥＡＭバイアス点８２）、ＥＡＭ変調電圧振幅７３の値を０Ｖに設定している。このため、ＥＡＭ２３には図６に示した消光特性より−４０ｄＢの消光現象が発生し、ＥＭＬ−ＴＯＳＡ２２の光出力強度、すなわちバースト信号光０におけるアイドル光信号１０２の強度は−３２ｄＢｍとなる（図７参照。）。この値は、受信器として用いる１０Ｇｂ／ｓ級アヴァランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）の最小受光感度約−３０ｄＢｍを十分に下回る値であるため、実用上は十分な消光レベルである。

また、ＥＡＭ駆動回路２４は、バースト制御信号６がＯｎのとき、バイアス電流６１を５０ｍＡ（図５におけるＬＤバイアス点９１）に、ＥＡＭバイアス電圧７２の値を−１Ｖ（図６におけるＥＡＭバイアス点８１）、ＥＡＭ変調電圧振幅７３の値を２Ｖに設定している。このため、ＥＭＬ−ＴＯＳＡ２２は、ＥＡＭ２３に入射されるレーザ光を強度変調し、バースト信号光０としてデータ光信号１０１を生成する。このときの、光出力強度はＥＡＭの変調損失約３ｄＢの影響により＋６ｄＢｍである。バースト光信号０のデータ光信号１０１とアイドル信号１０２の光強度の比較を図７に示した。なお、図７は、図４におけるバースト光信号０の光強度比較を分かりやすく明示しており、同一のバースト光信号０である。

本実施形態における制御方法の最大の特徴は、ＤＦＢ−ＬＤ１３のバイアス電流６１をバースト制御信号６に依らず一定値で連続発振状態で駆動し、ＥＡＭ２３のＥＡＭバイアス電圧７２を、バースト制御信号６に応じて−１Ｖ（バースト制御信号６Ｏｎ時）から−４Ｖ（バースト制御信号６Ｏｆｆ時）に変化させることによりバースト光信号を発生させ、かつ当該ＯＮＵの送信許容時間以外における光出力強度をＯＬＴ受信器の最小受信感度以下にすることにある。

また、ＤＦＢ−ＬＤ１３のバイアス電流６１のバースト駆動を行わずに５０ｍＡ一定で駆動することにより、簡略な回路構成のＬＤ駆動回路を適用でき、さらにバースト光信号立ち上がり時の光出力及び波長に過渡応答的な揺らぎを抑制でき、かつＡＴＣ回路の安定的なフィードバック制御を実現できることを特徴としている。

その結果、本実施形態における制御方法を用いれば、Ｃ帯でＷＤＭ化されたＰＯＮにおいても、分散の影響を受けずに２０ｋｍ以上の伝送距離を確保でき、かつ波長間チャネルクロストークを抑制し他ＯＮＵとの混信を回避できるという効果がある。

なお、本実施形態に於いては１０Ｇ／ｂｓ級の変調速度としたが、本実施形態における制御方法は変調速度に１０Ｇｂ／ｓ以外（たとえば１Ｇｂ／ｓあるいは２５Ｇｂ／ｓまたは４０Ｇｂ／ｓなど）の変調速度でも適用できる。また、本実施形態においてはＥＭＬ型の外部変調集積型光源を用いたが、半導体ＭＺＭ（マッハツェンダー変調器）とＤＦＢ−ＬＤを集積した形態の外部変調集積型光源を用いても同様の効果が得られることは明らかである。また、光源としてはＤＦＢ−ＬＤに限らず、波長可変レーザを用いても同様の効果が得られるのは明らかである。さらに、ＥＡＭもしくはＭＺＭ型外部変調器モジュール（半導体ＭＺＭまたはＬＮ変調器）と、ＤＦＢ−ＬＤモジュールとがそれぞれ個別のモジュールとなっており、それらが光ファイバ等の光学的接続手段により接続されている形態の外部変調器型光源にも適用できるのは明らかである。

（実施形態２）
本実施形態のバースト光信号送信装置は、前記バースト制御信号に基づきバースト信号光の出力時とバースト信号光の停止時とで前記光源から出力する連続光の強度を切替える光源駆動回路をさらに備える。

以下、図８〜図１０に基づいて本実施形態のＯＮＵ用１０Ｇｂ／ｓ級外部変調器型バースト光信号送信装置の制御方法について詳細に説明する。図８は、本実施形態のＰＯＮ用バースト光信号送信装置の構成であり、ＯＮＵに搭載されるトランシーバ１の送信機能のみに着目して示している（受信機能及び他の周辺回路は省略した。）。また、図９に本実施形態の１０Ｇｂ／ｓ級外部変調器型バースト光信号送信装置の制御方法におけるタイムチャートを示す。

図８において、当該バースト光信号送信装置は主に、ＥＭＬ（ＤＦＢ−ＬＤ１３及びＥＡＭ２３）を内包するＥＭＬ−ＴＯＳＡ２２と、バースト対応ＬＤ駆動回路３１及びバースト対応ＥＡＭ駆動回路２４により構成される。図３に示した実施形態１のＰＯＮ用バースト光信号送信装置の構成と、図８に示した本実施形態の構成とでは、ＬＤ駆動回路がバースト対応ＬＤ駆動回路３１の存否の違いだけで、その他構成は同じである。

トランシーバ１より送出されるバースト信号光０は、以下のようにして生成される。トランシーバ１には、実施形態１と同様に上位層（図示せず）から送信信号データ５及びバースト制御信号６が入力される（図９参照）。

ＤＦＢ−ＬＤ１３は、バースト制御信号６のＯｎ／Ｏｆｆに応じて、異なったバイアス電流（Ｉ_ｂ）６１の値がバースト対応ＬＤ駆動回路３１からＬＤバイアス線２５を介して印加される。実施形態１では、ＤＦＢ−ＬＤ１３のバイアス電流６１の値が、バースト制御信号のＯｎ／Ｏｆｆに依らず一定であり、本実施形態と実施形態１と異なる点である。ＤＦＢ−ＬＤ１３より出射されたレーザ光は、後段のＥＡＭ２３に入射する。ＥＡＭ２３は、バースト制御信号６のＯｎ／Ｏｆｆに応じてＥＡＭバイアス電圧（Ｖ_ｂ）７２及びＥＡＭ変調振幅電圧（Ｖ_ｐｐ）７３を制御することにより、ＥＡＭ２３に入射したレーザ光を強度変調してバースト信号光０に変換し、トランシーバ１より出射させる。

ＥＡＭ駆動回路２４は、バースト制御信号６がＯｆｆのとき、図９に示したように、ＥＭＬ２６のバイアス電流６１の値を発振閾値電流値である１０ｍＡ、ＥＡＭバイアス電圧７２の値を−４Ｖ、及びＥＡＭ変調電圧振幅７３の値を０Ｖに設定した。このとき図５のように、ＥＡＭ駆動回路２４は、ＤＦＢ−ＬＤ１３の光出力強度はバイアス電流６１が１０ｍＡ（バイアス点９３）のときにおいて−１０ｄＢｍであった。また、図６のように、ＥＡＭ駆動回路２４は、ＥＡＭバイアス電圧７２の値を−４Ｖ（ＥＡＭバイアス点８２）、ＥＡＭ変調電圧振幅７３の値を０Ｖに設定しているため、ＥＡＭ２３には−４０ｄＢの消光が発生する。そのため、ＥＭＬ２６が出力する光強度、すなわちバースト信号光０におけるアイドル光信号１０２の強度は−５０ｄＢｍとなる（図７参照）。この値は、受信器として用いるＡＰＤの最小受光感度約−３０ｄＢｍを大幅に下回る値であり、かつＩＴＵ−Ｔ及びＩＥＥＥ規定（−４０ｄＢｍ及び−４５ｄＢｍ）よりも十分に小さく、仮にＮＧ−ＰＯＮ２が既存の同規定をそのまま採用する場合は、同規定を満たすことになる。

一方、ＥＡＭ駆動回路２４は、バースト制御信号６がＯｎのとき、バイアス電流６１を５０ｍＡ（図５におけるＬＤバイアス点９１）に、ＥＡＭバイアス電圧７２の値を−１Ｖ（図６におけるＥＡＭバイアス点８１）、ＥＡＭ変調電圧振幅７３の値を２Ｖに設定している。このため、ＥＭＬ−ＴＯＳＡ２２は、ＥＡＭ２３に入射されるレーザ光を強度変調し、バースト信号光０としてデータ光信号１０１を生成する。このときの、光出力強度はＥＡＭの変調損失約３ｄＢの影響により＋６ｄＢｍである。バースト光信号０のデータ光信号１０１とアイドル信号１０２の光強度の比較を図１０に示した。なお、図１０は、図９におけるバースト光信号０の光強度比較を分かりやすく明示しており、同一のバースト光信号０である。

本実施形態における制御方法の最大の特徴は、ＥＭＬ２６のバイアス電流６１及びＥＡＭバイアス電圧７２を、バースト制御信号６に応じて、それぞれ５０ｍＡ及び−１Ｖ（バースト制御信号６Ｏｎ時）から１０ｍＡ及び−４Ｖ（バースト制御信号６Ｏｆｆ時）に変化させることによりバースト光信号を発生させ、かつ当該ＯＮＵの送信許容時間以外における光出力強度を既存のＰＯＮ規定値以下にすることにある。実施形態１の制御方法と比較すると、バイアス電流６１の値を、バースト制御信号６に応じて異なる値に設定することが大きく異なる。

バースト制御信号６がＯｆｆのとき、バイアス電流値６１を１０ｍＡまでに下げＤＦＢ−ＬＤ１３の光出力強度を−１０ｄＢｍにまで低減することにより、当該ＯＮＵの送信許容時間以外での光出力強度を−５０ｄＢｍにまで小さくすることを実現した（実施形態１においては−３２ｄＢｍ）。

一方で、実施形態１の構成と比較すると、バースト対応ＬＤ駆動回路３１を導入する必要があるため、回路構成としてはやや複雑化する。また、バーストＯｎ時にはバイアス電流値６１を１０ｍＡから５０ｍＡまで急激に変化させるため、光出力及び波長に過渡応答的な揺らぎを抑制する効果とＡＴＣ回路の安定的なフィードバック制御を実現する効果は、バースト制御信号６のＯｎ／Ｏｆｆに依らずに５０ｍＡ一定で駆動する実施例１よりは小さい。しかしながら、バーストＯｆｆ時も、完全にＤＦＢ−ＬＤ１３をＯｆｆにする（バイアス電流６１をゼロにする）ことを避けられる。このため、本実施形態は、図１のＤＭＬ３をバースト駆動する場合と比較して、光出力及び波長に過渡応答的な揺らぎを抑制する効果が大きいという特徴を有している。

以上より、本実施形態における制御方法を用いれば、Ｃ帯でＷＤＭ化されたＰＯＮにおいても、分散の影響を受けずに２０ｋｍ以上の伝送距離を確保でき、かつ波長間チャネルクロストークを抑制し他ＯＮＵとの混信を回避できるという効果がある。

なお、本実施形態に於いては１０Ｇ／ｂｓ級の変調速度としたが、本実施形態における制御方法は変調速度に１０Ｇｂ／ｓ以外（たとえば１Ｇｂ／ｓあるいは２５Ｇｂ／ｓまたは４０Ｇｂ／ｓなど）の変調速度でも適用できる。また、本実施形態においてはＥＭＬ型の外部変調集積型光源を用いたが、半導体ＭＺＭ（マッハツェンダー変調器）とＤＦＢ−ＬＤを集積した形態の外部変調集積型光源を用いても同様の効果が得られることは明らかである。また、光源としてはＤＦＢ−ＬＤに限らず、波長可変レーザを用いても同様の効果が得られるのは明らかである。さらに、ＥＡＭもしくはＭＺＭ型外部変調器モジュール（半導体ＭＺＭまたはＬＮ変調器）と、ＤＦＢ−ＬＤモジュールとかそれぞれ個別のモジュールとなっており、それらが光ファイバ等の光学的接続手段により接続されている形態の外部変調器型光源にも適用できるのは明らかである。

［付記］
以下は、本発明に係る外部変調器型バースト光信号送信装置の制御方法を説明したものである。
（課題）
従来、ＥＭＬ−ＴＯＳＡは通常ＴＥＣとサーミスタを内蔵し、当該ＴＥＣはモニタされた温度情報に基づきトランシーバに内蔵されたＡＴＣ回路により常にフィードバック制御されている。しかしながら、ＥＭＬ−ＴＯＳＡをＷＤＭ／ＴＤＭ−ＰＯＮシステムの上り通信に適用した場合、バースト駆動信号によってＡＴＣ回路のフィードバック制御が不安定となりＥＭＬの温度が揺らぐため、結果ＬＤ光強度及び発振波長が揺らいでしまうといった課題があった。

（１）：
外部変調手段及びレーザ光発振手段を具備するバースト光信号送信装置において、前記外部変調手段のバイアス制御レベルを、バースト制御信号のオン及びオフに応じて異なる値に設定する機構を備えることを特徴とするバースト光信号送信装置の制御方法。
（２）：
上記（１）に記載の前記バースト光信号送信装置の制御方法において、前記レーザ光発振手段の出力光強度を、バースト制御信号のオン及びオフに応じて異なる値に設定する機構を備えることを特徴とするバースト光信号送信装置の制御方法。
（３）：
上記（１）乃至（２）に記載の前記バースト光信号送信装置の制御方法において、前記外部変調手段として電界吸収型半導体変調器もしくは半導体マッハツェンダー変調器もしくはリチウムナイオベート変調器を用い、かつ前記レーザ光発振手段として分布帰還型半導体レーザもしくは波長可変レーザを用いることを特徴とするバースト光信号送信装置の制御方法。
（４）：
上記（１）乃至（３）に記載の前記バースト光信号送信装置の制御方法において、前記電界吸収型光半導体変調器の逆バイアス電圧を、バースト制御信号がオフのときは、バースト制御信号がオンのときよりも、大きな値に設定する機構を備えることを特徴とするバースト光信号送信装置の制御方法。
（５）：
上記（２）乃至（３）に記載の前記バースト光信号送信装置の制御方法において、前記レーザ光発信手段の光出力光強度を、バースト制御信号がオフのときは、バースト制御信号がオンのときよりも、小さな値に設定する機構を備え、
かつ前記電界吸収型光半導体変調器の逆バイアス電圧を、バースト制御信号がオフのときは、バースト制御信号がオンのときよりも、大きな値に設定する機構を備えることを特徴とするバースト光信号送信装置の制御方法。

（本発明の効果）
本発明の技術を用いることにより、Ｃ帯においても波長分散による光信号波形の歪みが少なく２０ｋｍ以上の長距離伝送が可能で、かつＯＮＵの上り信号送信許容時間以外で十分な消光レベルな外部変調器型バースト光信号送信装置の制御方法を提供することができる。

０：バースト信号光
１：トランシーバ
２：ＤＭＬＴＯＳＡ
３：ＤＭＬ
４：バースト対応ＬＤ駆動回路
５：送信信号データ
６：バースト制御信号
７：ＬＤ信号線
１３：ＤＦＢ−ＬＤ
２１：ＬＤ駆動回路
２２：ＥＭＬＴＯＳＡ
２３：ＥＡＭ
２４：バースト対応ＥＡＭ駆動回路
２５：ＬＤバイアス線
２６：ＥＭＬ（ＤＦＢ−ＬＤ１３及びＥＡＭ２３）
２７：ＥＡＭ信号線
２８：ＡＴＣ
２９：ＴＥＣ
３１：バースト対応ＬＤ駆動回路
５１：データ信号
５２：アイドル信号
６１：バイアス電流
６２：変調電流振幅
７２：ＥＡＭバイアス電圧
７３：ＥＡＭ変調電圧振幅
８１：ＥＡＭバイアス点Ａ（バースト制御信号Ｏｎ時）
８２：ＥＡＭバイアス点Ｂ（バースト制御信号Ｏｆｆ時）
９１：ＬＤバイアス点Ａ
９３：ＬＤバイアス点Ｃ
１０１：データ光信号
１０２：アイドル光信号

Claims

連続光を出力する光源と、
送信信号データ及びバースト信号光の出力又は停止を指示するバースト制御信号に基づいて前記光源からの連続光を変調してバースト信号光を出力する外部変調器と、
前記バースト制御信号のバースト信号光出力指示時に、前記光源からの連続光を変調してバースト信号光を出力できるバイアス電圧及び変調電圧振幅を前記外部変調器に入力し、前記バースト制御信号のバースト信号光停止指示時に、前記外部変調器を透過する前記光源からの連続光の光強度を前記バースト制御信号のバースト信号光出力指示時に前記外部変調器から出力されるバースト信号光の光強度より低減するバイアス電圧及び変調電圧振幅を前記外部変調器に入力する外部変調器駆動回路と、
を備え、
前記外部変調器は、電界吸収型半導体変調器であり、
前記外部変調器駆動回路は、
バースト制御信号がバースト信号光停止時の前記電界吸収型光半導体変調器の逆バイアス電圧を、バースト制御信号がバースト信号光出力時の前記電界吸収型光半導体変調器の逆バイアス電圧よりも、大きな値に設定すること
を特徴とするバースト光信号送信装置。
前記光源は、同一強度の連続光を連続して出力することを特徴とする請求項１に記載のバースト光信号送信装置。
前記バースト制御信号に基づきバースト信号光の出力時とバースト信号光の停止時とで前記光源から出力する連続光の強度を切替える光源駆動回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のバースト光信号送信装置。
前記光源は、分布帰還型半導体レーザ、もしくは波長可変レーザであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のバースト光信号送信装置。
前記光源駆動回路は、
バースト制御信号がバースト信号光停止時の前記光源からの連続光の強度を、バースト制御信号がバースト信号光出力時の前記光源からの連続光の強度よりも、小さな値に設定することを特徴とする請求項３に記載するバースト光信号送信装置。
連続光を出力する光源と、
送信信号データ及びバースト信号光の出力又は停止を指示するバースト制御信号に基づいて前記光源からの連続光を変調してバースト信号光を出力する外部変調器と、
を備え、前記外部変調器が電界吸収型半導体変調器であるバースト光信号送信装置の制御方法であって、
前記バースト制御信号のバースト信号光出力指示時に、前記光源からの連続光を変調してバースト信号光を出力できるバイアス電圧及び変調電圧振幅を前記外部変調器に入力し
、前記バースト制御信号のバースト信号光停止指示時に、前記外部変調器を透過する前記光源からの連続光の光強度を前記バースト制御信号のバースト信号光出力指示時に前記外部変調器から出力されるバースト信号光の光強度より低減するバイアス電圧及び変調電圧振幅を前記外部変調器に入力するとともに、
バースト制御信号がバースト信号光停止時の前記電界吸収型光半導体変調器の逆バイアス電圧を、バースト制御信号がバースト信号光出力時の前記電界吸収型光半導体変調器の逆バイアス電圧よりも、大きな値に設定すること
を特徴とするバースト光信号送信装置の制御方法。
前記バースト制御信号に基づきバースト信号光の出力時とバースト信号光の停止時とで前記光源から出力する連続光の強度を切替えることを特徴とする請求項６に記載のバースト光信号送信装置の制御方法。