JP6988266B2

JP6988266B2 - 光送信器

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Publication number: JP6988266B2
Application number: JP2017163170A
Authority: JP
Inventors: 哲村山
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2017-08-28
Filing date: 2017-08-28
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2037-08-28
Also published as: JP2019041317A

Description

本発明は、光通信用の光送信器に関するものである。

光通信の分野では、高速大容量の情報伝送を行うために、ＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）方式が広く用いられる。ＷＤＭ方式は、互いに異なる波長を有する複数の光信号を多重化して伝送する方式である。たとえば、ＷＤＭ方式を採用した光トランシーバ（光送受信器）は、複数の半導体レーザダイオード（以下、「ＬＤ」ともいう。）とそれら複数のＬＤから出力された光信号を合波する光合波器とを内蔵する。複数のＬＤは、互いに異なる波長を有する光信号をそれぞれ出力する。光合波器は、異なる波長を持つ光信号を多重化して多重化光信号を生成する。このような光トランシーバにおいては、光合波器によって光信号を合波する際に光強度の減衰が生じるため、このような光強度の減衰（挿入損失）が大きい場合には光信号の光強度を増幅する手段が必要とされる。光トランシーバにおける光信号を増幅する手段としては、例えば、半導体光増幅器（ＳＯＡ：Semiconductor Optical Amplifier）が用いられる（下記特許文献１参照）。

特表２０１０−５０７２４０号公報

ここで、近年では、多重化される光信号の数を増やすために、複数の光合波器が階層的に接続されて、ＬＤから出力された光信号が複数の光合波器を通過して多重化される方式の光トランシーバが検討されている。このような方式の光トランシーバには、複数の光合波器を通過した後の光信号の減衰が大きいために、減衰した光信号を増幅するための半導体光増幅器が複数個必要とされる場合がある。それにより、光トランシーバの消費電力が増大する傾向にあった。

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、消費電力を低減することが可能な光送信器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一側面に係る光送信器は、それぞれ互いに異なる波長を有する複数の光信号の一部が多重化された第１の多重化光信号を生成する第１の光送信モジュールと、それぞれ互いに異なる波長を有する複数の光信号から一部を除いた残余が多重化された第２の多重化光信号を生成する第２の光送信モジュールと、第１の電圧に設定される第１の電源線と、第１の電源線に接続され、駆動電流を生成する第１の給電回路と、第１の給電回路から出力された駆動電流の供給を受けて、第１の多重化光信号を増幅する第１の半導体光増幅器と、第１の半導体光増幅器から出力された駆動電流を受けて、第２の多重化光信号を増幅する第２の半導体光増幅器と、第１の電圧より低い第２の電圧に設定され、第２の半導体光増幅器から出力された駆動電流を受ける第２の電源線と、第１の半導体光増幅器によって増幅された第１の多重化光信号と、第２の半導体光増幅器によって増幅された第２の多重化光信号とを合波して出力する光合波器と、を備える。

本発明によれば、消費電力を低減することが可能な光送信器を提供することができる。

本発明の好適な一実施形態にかかる光トランシーバ１の概略構成を示す図である。図１の半導体光増幅器９Ａ，９Ｂと給電回路１３との接続構成を示す図である。図１の給電回路１３の構成の一例を示す回路図である。図１の半導体光増幅器９Ａ，９Ｂを駆動する際の印加電圧Ｖｆと駆動電流Ｉ_ＳＯＡとの関係を示すグラフである。変形例にかかる給電回路１１３の構成を示す回路図である。図１の光トランシーバ１内における半導体光増幅器９Ａ，９Ｂ用の給電回路の構成の第１の変形例を示す図である。第１の変形例にかかる給電回路４３の構成を示す回路図である。第１の変形例において、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ５１のゲート電圧の変化に対する駆動電流Ｉ_ＳＯＡ１，Ｉ_ＳＯＡ２の変化を示すグラフである。図１の光トランシーバ１内における半導体光増幅器９Ａ，９Ｂ用の給電回路の構成の第２の変形例を示す図である。第１の比較例にかかる光トランシーバ９０１Ａの概略構成を示す図である。第２の比較例にかかる光トランシーバ９０１Ｂの概略構成を示す図である。第２の比較例における半導体光増幅器９Ａと給電回路１３Ａとの接続構成を示す図である。

本発明の一側面に係る光送信器は、それぞれ互いに異なる波長を有する複数の光信号の一部が多重化された第１の多重化光信号を生成する第１の光送信モジュールと、それぞれ互いに異なる波長を有する複数の光信号から一部を除いた残余が多重化された第２の多重化光信号を生成する第２の光送信モジュールと、第１の電圧に設定される第１の電源線と、第１の電源線に接続され、駆動電流を生成する第１の給電回路と、第１の給電回路から出力された駆動電流を受けて、第１の多重化光信号を増幅する第１の半導体光増幅器と、第１の半導体光増幅器から出力された駆動電流を受けて、第２の多重化光信号を増幅する第２の半導体光増幅器と、第１の電圧より低い第２の電圧に設定され、第２の半導体光増幅器から出力された駆動電流を受ける第２の電源線と、第１の半導体光増幅器によって増幅された第１の多重化光信号と、第２の半導体光増幅器によって増幅された第２の多重化光信号とを合波して出力する光合波器と、を備える。

かかる構成の光送信器によれば、第１の光送信モジュールから出力された第１の多重化光信号が第１の半導体光増幅器によって増幅され、第２の光送信モジュールから出力された第２の多重化光信号が第２の半導体光増幅器によって増幅され、第１の半導体光増幅器によって増幅された第１の多重化光信号と第２の半導体光増幅器によって増幅された第２の多重化光信号とが、光合波器によって合波されて出力される。ここで、第１の半導体光増幅器は、第１の電源線に接続された第１の給電回路から駆動電流を受け、第２の半導体光増幅器は、第１の半導体光増幅器からその駆動電流を受けて第２の電源線に出力する。このような接続構成によって、第１の半導体光増幅器及び第２の半導体光増幅器に駆動電流を供給するための電流源回路を一本化することができる。その結果、光送信器全体の消費電力を低減することができる。

上記光送信器においては、第３の電圧に設定される第３の電源線と、第３の電源線に接続され、第３の電圧に応じて第２の電源線に流入する分流電流を生成し、第１の半導体光増幅器から出力された駆動電流から分流電流を分流させる第２の給電回路と、をさらに備え、第２の半導体光増幅器は、第１の半導体光増幅器から出力された駆動電流から分流電流が差し引かれた電流を受け、第２の多重化光信号を増幅する、ことが好適である。かかる構成においては、第２の給電回路により、第３の電圧によって制御された分流電流を、第１の半導体光増幅器から第２の半導体光増幅器に向けて流れ込む駆動電流から分流させることができる。これにより、第１の半導体光増幅器に供給する駆動電流と第２の半導体光増幅器に供給する駆動電流との差分を調整することができる。その結果、第１の半導体光増幅器の増幅率と第２の半導体光増幅器の増幅率とを独立に制御することができる。

また、第４の電圧に設定される第４の電源線と、第４の電源線に接続され、第２の半導体光増幅器を駆動するための付加駆動電流を生成する第３の給電回路と、をさらに備え、第２の半導体光増幅器は、第１の半導体光増幅器から出力された駆動電流と、第３の給電回路から出力された付加駆動電流とを受けて、第２の多重化光信号を増幅する、ことも好適である。この場合、第３の給電回路により、第４の電圧によって制御された付加駆動電流を、第１の半導体光増幅器から第２の半導体光増幅器に向けて流れ込む駆動電流に付加することができる。これにより、第１の半導体光増幅器に供給する駆動電流と第２の半導体光増幅器に供給する駆動電流との差分を調整することができる。その結果、第１の半導体光増幅器の増幅率と第２の半導体光増幅器の増幅率とを独立に制御することができる。

また、第１の多重化光信号に含まれる複数の光信号のピーク波長の最小値は、第２の多重化光信号に含まれる複数の光信号のピーク波長の最大値よりも大きく設定されており、第１の半導体光増幅器に供給される電流は、第２の半導体光増幅器に供給される電流よりも大きくなるように構成されている、ことも好適である。一般に、半導体光増幅器において特定の増幅率の範囲で同一の増幅率を得るために必要な駆動電流は増幅対象の光信号のピーク波長が大きくなるほど大きくなるという性質を有する。従って、第１の半導体光増幅器に供給される電流を第２の半導体光増幅器に供給される電流よりも大きく設定することで、第１の半導体光増幅器の増幅率と第２の半導体光増幅器の増幅率との間でバランスを取ることが可能となる。

さらに、第１の多重化光信号に含まれる複数の光信号のピーク波長の最大値は、第２の多重化光信号に含まれる複数の光信号のピーク波長の最小値よりも小さく設定されており、第１の半導体光増幅器に供給される電流は、第２の半導体光増幅器に供給される電流よりも小さくなるように構成されている、ことも好適である。一般に、半導体光増幅器において特定の増幅率の範囲で同一の増幅率を得るために必要な駆動電流は増幅対象の光信号のピーク波長が小さくなるほど小さくなるという性質を有する。従って、第１の半導体光増幅器に供給される電流を第２の半導体光増幅器に供給される電流よりも小さく設定することで、第１の半導体光増幅器の増幅率と第２の半導体光増幅器の増幅率との間でバランスを取ることが可能となる。

以下、添付図面を参照しながら本発明による光送信器の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
［光トランシーバの構成］

最初に、本発明の実施形態にかかる光送信器である光トランシーバの構成について説明する。

図１は、本発明の好適な一実施形態にかかる光トランシーバ１の構成を示すブロック図である。光トランシーバ１は、光送信モジュールであるＴＯＳＡ（TOSA: Transmitter Optical Sub-Assembly）と、光受信モジュールであるＲＯＳＡ（ROSA: ReceiverOptical Sub-Assembly）とを備える。図１には、ＲＯＳＡの図示は省略している。光トランシーバ１には、２つのＴＯＳＡ３Ａ，３Ｂと、ＴＯＳＡ（第１の光送信モジュール）３Ａの出力に光学的に接続された半導体光増幅器（ＳＯＡ、第１の半導体光増幅器）９Ａと、ＴＯＳＡ（第２の光送信モジュール）３Ｂの出力に光学的に接続された半導体光増幅器（第２の半導体光増幅器）９Ｂと、半導体光増幅器９Ａ，９Ｂの出力に光学的に接続された光合波器（Ｏ−ＭＵＸ：Optical Multiplexer）１１と、半導体光増幅器９Ａ，９Ｂに電気的に接続されており、半導体光増幅器９Ａ，９Ｂを駆動する給電回路（第１の給電回路）１３とが内蔵されている。図１においては、光学的な接続が実線で図示されており、電気的な接続が点線で図示されている。

ＴＯＳＡ３Ａは、４つのＬＤ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄと光合波器（Ｏ−ＭＵＸ）７Ａとを含んでおり、ＴＯＳＡ３Ｂは、４つのＬＤ５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈと光合波器（Ｏ−ＭＵＸ）７Ｂとを含んでいる。ＬＤ５ａ〜５ｈは、それぞれ互いに異なる波長（ピーク波長）の光信号を生成して出力する。ＬＤ５ａ〜５ｈは、例えばそれぞれが出力する光信号の周波数（光信号の伝搬する速さをピーク波長で割ったもの）が互いに独立な周波数範囲内に収まるように動作条件が設定される。

光合波器７Ａは、４つの入力端子と１つの出力端子を有し、４つの入力端子のそれぞれが光ファイバ等の光伝送線１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄを介してＬＤ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの出力に光学的に接続（結合）されている。このような接続構成の光合波器７Ａは、ＬＤ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄから出力された複数の波長の光信号を多重化（合波）して多重化光信号（第１の多重化光信号）を生成し、生成した多重化光信号を出力端子から出力する。なお、ＬＤ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは、例えばそれぞれの出力する光信号が光学レンズによってコリメート光に変換されて、光ファイバではなく空間を伝播して光合波器７Ａに入力されるように光学的に結合されていてもよい。その場合、光合波器７Ａは、誘電体多層膜フィルタやミラー等を使用して、入力されたコリメート光を合波してもよい。

光合波器７Ｂは、４つの入力端子と１つの出力端子を有し、４つの入力端子のそれぞれが光ファイバ等の光伝送線１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈを介してＬＤ５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈの出力に光学的に接続されている。このような接続構成の光合波器７Ｂは、ＬＤ５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈから出力された複数の波長の光信号を多重化（合波）して多重化光信号（第２の多重化光信号）を生成し、生成した多重化光信号を出力端子から出力する。なお、ＬＤ５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈは、例えばそれぞれの出力する信号光が光学レンズによってコリメート光に変換されて、光ファイバではなく空間を伝播して光合波器７Ｂに入力されるように光学的に結合されていてもよい。その場合、光合波器７Ｂは、誘電体多層膜フィルタやミラー等を使用して、入力されたコリメート光を合波してもよい。

これらの光合波器７Ａ，７Ｂのそれぞれの出力端子がＴＯＳＡ３Ａ，３Ｂの出力に光学的に接続されており、ＴＯＳＡ３Ａ，３Ｂは、それぞれ、互いに異なる４つの波長（ピーク波長）を有する光信号が多重化された多重化光信号（第１及び第２の多重化光信号）を出力する。すなわち、ＴＯＳＡ３Ａは、光トランシーバ１が最終的に出力する多重化光信号に多重化された複数の光信号の一部を多重化し、ＴＯＳＡ３Ｂは、光トランシーバ１が最終的に出力する多重化光信号に多重化された複数の光信号から一部を除いた残余を多重化する。

半導体光増幅器９Ａは、光入力端子１７Ａ、光出力端子１９Ａ、電流入力端子２１Ａ、及び電流出力端子２３Ａを有し、給電回路１３から、電流入力端子２１Ａより電流出力端子２３Ａに向けて流れる電流の供給を受けて、ＴＯＳＡ３Ａから光入力端子１７Ａに入力される多重化光信号（ＬＤ５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄから出力される光信号が４：１（「光合波器の入力の数：光合波器の出力の数」を表す）に多重化された光信号）を増幅して光出力端子１９Ａから出力する半導体素子である。この半導体光増幅器９Ａの光入力端子１７Ａは、ＴＯＳＡ３Ａの光合波器７Ａの出力端子に光学的に接続（結合）される。

半導体光増幅器９Ｂは、光入力端子１７Ｂ、光出力端子１９Ｂ、電流入力端子２１Ｂ、及び電流出力端子２３Ｂを有し、給電回路１３から、電流入力端子２１Ｂより電流出力端子２３Ｂに向けて流れる電流の供給を受けて、ＴＯＳＡ３Ｂから光入力端子１７Ｂに入力される多重化光信号（ＬＤ５ｅ，５ｆ，５ｇ，５ｈから出力される光信号が４：１に多重化された光信号）を増幅して光出力端子１９Ｂから出力する半導体素子である。この半導体光増幅器９Ｂの光入力端子１７Ｂは、ＴＯＳＡ３Ｂの光合波器７Ｂの出力端子に光学的に接続（結合）される。

光合波器１１は、２つの入力端子と１つの出力端子を有し、２つの入力端子のそれぞれが光ファイバ等の光伝送線２５Ａ，２５Ｂを介して半導体光増幅器９Ａ，９Ｂの光出力端子１９Ａ，１９Ｂに光学的に接続され、出力端子が光ファイバ等の光伝送線２７に光学的に接続されている。この光伝送線２７が光トランシーバ１の出力に光学的に接続されている。この光合波器１１は、半導体光増幅器９Ａによって増幅された多重化光信号と、半導体光増幅器９Ｂによって増幅された多重化光信号とを２：１に多重化（合波）して多重化光信号を生成し、その多重化光信号を光トランシーバ１の出力信号として出力する。このように、光トランシーバ１は、光合波器７Ａ、７Ｂによってそれぞれ４：１に多重化された２つの光信号を、さらに光合波器１１によって２：１に多重化することで最終的に８：１に多重化された多重化光信号を生成する。

次に、図２を参照して、光トランシーバ１内における半導体光増幅器９Ａ，９Ｂと給電回路（第１の給電回路）１３との接続構成について説明する。

図２を参照して、給電回路１３は、入力端子２９及び出力端子３１を有し、入力端子２９には電圧Ｖ１（例えば、３．３Ｖ）に設定される電源線Ｌ１が電気的に接続され、出力端子３１には半導体光増幅器９Ａの電流入力端子２１Ａが電気的に接続されている。給電回路１３は、半導体光増幅器９Ａを駆動するための駆動電流Ｉ_ＳＯＡを生成して出力端子３１から出力する。さらに、半導体光増幅器９Ａの電流出力端子２３Ａは半導体光増幅器９Ｂの電流入力端子２１Ｂに電気的に接続され、半導体光増幅器９Ｂの電流出力端子２３Ｂは、電圧Ｖ１より低い電圧Ｖ２（例えば、グラウンド電圧）に設定される電源線Ｌ２が電気的に接続されている。すなわち、給電回路１３には、２つの半導体光増幅器９Ａ，９Ｂが直列に接続されている。

このような接続構成により、給電回路１３によって生成された駆動電流Ｉ_ＳＯＡは、２つの半導体光増幅器９Ａ，９Ｂによって、それらの半導体光増幅器９Ａ，９Ｂを駆動する駆動電流として共通に使用される。すなわち、半導体光増幅器９Ａは、給電回路１３から出力された駆動電流Ｉ_ＳＯＡを受けて入力された光信号の増幅を行い、光信号の増幅に使用した駆動電流Ｉ_ＳＯＡを出力する。また、半導体光増幅器９Ｂは、半導体光増幅器９Ａから出力された駆動電流Ｉ_ＳＯＡを受けて光信号の増幅を行い、光信号の増幅に使用した駆動電流Ｉ_ＳＯＡを出力する。ここで、半導体光増幅器９Ａ，９Ｂに入力される光信号は、上述したように多重化光信号となっている。半導体光増幅器９Ａ，９Ｂの利得（光信号の増幅率）は、駆動電流Ｉ_ＳＯＡの大きさによって変化する。従って、例えば、半導体光増幅器９Ａ，９Ｂのぞれぞれに入力される多重化光信号の強度と、それぞれから出力される多重化光信号の強度と、光合波器１１の挿入損失と、光トランシーバ１が出力すべき多重化光信号の強度等に応じて、半導体光増幅器９Ａ，９Ｂの利得が設定され、それらの利得が得られるように駆動電流Ｉ_ＳＯＡの大きさが設定される。

図３には、給電回路１３の回路構成の一例を示している。給電回路１３は、抵抗素子３３ａ，３３ｂ，３３ｃと、演算増幅器（Op Amp： Operational Amplifier）３５と、スイッチング素子であるｐチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect-Transistor）３７とを含んで構成される。抵抗素子３３ａの一端が入力端子２９に電気的に接続され、抵抗素子３３ａの他端が抵抗素子３３ｂの一端に電気的に接続され、抵抗素子３３ｂの他端は接地されている。抵抗素子３３ｃの一端は入力端子２９に電気的に接続され、抵抗素子３３ｃの他端はｐチャネルＭＯＳＦＥＴ３７のソース端子に電気的に接続されている。ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ３７のドレイン端子は出力端子３１に電気的に接続され、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ３７のゲート端子は演算増幅器３５の出力に電気的に接続されている。そして、演算増幅器３５の反転入力は抵抗素子３３ｃの他端及びｐチャネルＭＯＳＦＥＴ３７のソース端子に電気的に接続され、演算増幅器３５の非反転入力は抵抗素子３３ａの他端及び抵抗素子３３ｂの一端に電気的に接続されている。

このような構成の給電回路１３においては、分圧回路を構成する抵抗素子３３ａ，３３ｂの抵抗値とによって設定される分圧比と電圧Ｖ１の値とで決まる電圧が演算増幅器３５の非反転入力に印加され、演算増幅器３５により反転入力に印加される電圧が非反転入力の電圧に等しくなるようにｐチャネルＭＯＳＦＥＴ３７のゲート電圧が帰還制御される。例えば、電圧Ｖ１＝３．３Ｖ、抵抗素子３３ａ，３３ｂ，３３ｃのそれぞれの抵抗値が１０ｋΩ、３２０ｋΩ、１Ωに設定されている場合には、演算増幅器３５の非反転入力に印加される電圧は３．２Ｖとなるため、演算増幅器３５の反転入力の電圧が３．２Ｖとなるように帰還制御される結果、入力端子２９から抵抗素子３３ｃを経由してｐチャネルＭＯＳＦＥＴ３７のソース端子とドレイン端子との間に流れる電流値が１００ｍＡとなるように、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ３７のゲート電圧が設定される。ここで、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ３７は、電流源として働く。その結果、給電回路１３の出力端子３１から、電圧値Ｖ１及び抵抗素子３３ａ〜３３ｃの抵抗値で決まる所定値（例えば、１００ｍＡ）の駆動電流が出力される。
［光トランシーバの作用効果］

上述した構成の光トランシーバ１によれば、ＴＯＳＡ３Ａから出力された多重化光信号が半導体光増幅器９Ａによって増幅され、ＴＯＳＡ３Ｂから出力された多重化光信号が半導体光増幅器９Ｂによって増幅され、半導体光増幅器９Ａによって増幅された多重化光信号と半導体光増幅器９Ｂによって増幅された多重化光信号とが、光合波器１１によって合波されて出力される。ここで、給電回路１３には、その入力端子２９に電圧Ｖ１が印加され、その出力端子３１に半導体光増幅器９Ａと半導体光増幅器９Ｂとがこの順で直列に接続され、半導体光増幅器９Ｂの電流出力端子２３Ｂに電圧Ｖ１より低い電圧Ｖ２が印加されている。これにより、半導体光増幅器９Ａは給電回路１３から駆動電流を受け、半導体光増幅器９Ｂは半導体光増幅器９Ａからその駆動電流を受けて電源線Ｌ２に出力することとなる。このような接続構成によって、半導体光増幅器９Ａ及び半導体光増幅器９Ｂに駆動電流を供給するための電流源回路を一本化することができる。その結果、光トランシーバ全体の消費電力を低減することができる。

ここで、本実施形態の光トランシーバ１の作用効果を、比較例と比較しつつ具体的に説明する。

図１０は、第１の比較例にかかる光トランシーバ９０１Ａの概略構成を示している。光トランシーバ９０１Ａには、１つのＴＯＳＡ９０３が内蔵されている。ＴＯＳＡ９０３は、８つのＬＤ９０５ａ〜９０５ｈと光合波器９０７とを含んでいる。ＬＤ９０５ａ〜９０５ｈは、それぞれ異なる波長を有する光信号を生成して出力する。光合波器９０７は、８つの入力端子と１つの出力端子を有し、８つの入力端子のそれぞれがＬＤ９０５ａ〜９０５ｈの出力に光学的に接続され、出力端子が光トランシーバ９０１Ａの出力に光学的に接続されている。このような接続構成の光トランシーバ９０１Ａは、ＬＤ９０５ａ〜９０５ｈから出力された複数の波長（ピーク波長）の光信号を多重化（合波）して多重化光信号を生成し、生成した多重化光信号を出力端子から出力する。

上記構成の光トランシーバ９０１Ａは、より多くの光信号を１つの光合波器で合波する必要があるために、例えば光合波器内の波長フィルタ（誘電体膜多層フィルタ）あるいはミラー等によって構成される光学系の構造が複雑となり、光トランシーバ１に比較して製造コストが高くなる傾向にある。また、光合波器９０７によって光強度の減衰が生じるため、出力される多重化光信号に含まれる各波長の光信号はＬＤ９０５ａ〜９０５ｈから出力される光信号よりも強度が弱くなる。

図１１は、第２の比較例にかかる光トランシーバ９０１Ｂの概略構成を示している。この光トランシーバ９０１Ｂの構成は、本実施形態の光トランシーバ１と比較して、半導体光増幅器９Ａ，９Ｂを個別に駆動する２つの給電回路１３Ａ，１３Ｂを備える点で異なっている。これらの給電回路１３Ａ，１３Ｂは、給電回路１３と同一の回路構成であってもよい。給電回路１３Ａの出力端子が半導体光増幅器９Ａの電流入力端子２１Ａに電気的に接続され、半導体光増幅器９Ａの電流出力端子２３Ａに電圧Ｖ２（例えば、グラウンド電圧）が印加されるように構成される。同様に、給電回路１３Ｂの出力端子が半導体光増幅器９Ｂの電流入力端子２１Ｂに電気的に接続され、半導体光増幅器９Ｂの電流出力端子２３Ｂに電圧Ｖ２（例えば、グラウンド電圧）が印加されるように構成される。

図１２には、光トランシーバ９０１Ｂ内における半導体光増幅器９Ａと給電回路１３Ａとの接続構成を示している。給電回路１３Ａは、入力端子２９Ａ及び出力端子３１Ａを有し、入力端子２９Ａには電圧Ｖ１に設定される電源線Ｌ１が電気的に接続され、出力端子３１Ａには半導体光増幅器９Ａの電流入力端子２１Ａが電気的に接続されている。半導体光増幅器９Ａの電流出力端子２３Ａは、電圧Ｖ１より低い電圧Ｖ２（例えば、グラウンド電圧）に設定される電源線Ｌ２が電気的に接続されている。半導体光増幅器９Ｂと給電回路１３Ｂとの接続構成も同様である。このような接続構成により、給電回路１３Ａ，１３Ｂのそれぞれによって生成された駆動電流Ｉ_ＳＯＡは、２つの半導体光増幅器９Ａ，９Ｂに駆動電流として個別に供給される。

上記構成の光トランシーバ９０１Ｂは、１個の光合波器における多重化する光信号の数が少なくなるため光トランシーバ９０１Ａに比較して製造コストが低くなる一方で、２段階で光合波器による光信号の多重化を行う方式を採用しているため最終的な出力における各波長の光信号の減衰が大きくなり、光信号を増幅する半導体光増幅器９Ａ，９Ｂを備える必要がある。ここで、図４には、半導体光増幅器９Ａ，９Ｂを駆動する際の印加電圧Ｖｆと駆動電流Ｉ_ＳＯＡとの関係の一例を示す。このような印加電圧Ｖｆ−駆動電流Ｉ_ＳＯＡ特性を有する半導体光増幅器９Ａ，９Ｂを駆動電流Ｉ_ＳＯＡ＝１００ｍＡで駆動する場合は印加電圧Ｖｆ＝１．４５Ｖが必要となる。そのため、それぞれの半導体光増幅器９Ａ，９Ｂの消費電力は１００ｍＡ×１．４５Ｖ＝０．１４５Ｗであるが、給電回路１３Ａと半導体光増幅器９Ａとを含む回路全体の消費電力は、電圧Ｖ１＝３．３Ｖ、電圧Ｖ２＝０Ｖ（グラウンド電圧）の場合に、１００ｍＡ×３．３Ｖ＝０．３３Ｗとなり、全体としての２つの半導体光増幅器９Ａ，９Ｂの駆動のための消費電力は０．３３Ｗ×２＝０．６６Ｗとなる。これに対して、本実施形態の光トランシーバ１では、給電回路１３が２つの半導体光増幅器９Ａ，９Ｂの駆動用として共用されているため、全体としての２つの半導体光増幅器９Ａ，９Ｂの駆動のための回路の消費電力は０．３３Ｗとなり半減される。これに関連して、第２の比較例における半導体光増幅器９Ａ，９Ｂを駆動する回路の電力効率は、０．２９Ｗ／０．６６Ｗ＝４４％であるのに対し、本実施形態における半導体光増幅器９Ａ，９Ｂを駆動する回路の電力効率は、０．２９Ｗ／０．３３Ｗ＝８８％となり倍増する。
［変形例の構成及び動作］

以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

例えば、上述した実施形態における給電回路１３の回路構成は、様々な変形例を採用することができる。給電回路の回路構成は、図５に示す給電回路１１３のような構成であってもよい。給電回路１１３は、給電回路１３に比較して、抵抗素子３３ｄ，３３ｅ及びスイッチング素子としてのｎチャネルＭＯＳＦＥＴ３９をさらに備える点で相違する。抵抗素子３３ｄは、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ３７のソース端子と演算増幅器３５の反転入力との間に電気的に接続され、抵抗素子３３ｅは、演算増幅器３５の反転入力とｎチャネルＭＯＳＦＥＴ３９のドレイン端子との間に電気的に接続されている。ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ３９のソース端子は接地され、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ３９のゲート端子は外部からの制御信号（ＴｘＤｉｓａｂｌｅ信号）の入力用の入力端子４１に電気的に接続されている。

このような変形例によれば、入力端子４１にハイの電圧レベルのＴｘＤｉｓａｂｌｅ信号が入力されると、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ３９がオン（ドレイン端子とソース端子とが導通状態）となり、これに応じて演算増幅器３５の反転入力は、抵抗素子３３ｄ，３３ｅの抵抗比によって決まる電圧に設定される。例えば、Ｖ１＝３．３Ｖ、抵抗素子３３ｄ，３３ｅの抵抗値が１０ｋΩ、２００ｋΩの場合には、演算増幅器３５の反転入力は、抵抗素子３３ｃ（抵抗値１Ω）の影響を無視すると３．３Ｖ×｛２００ｋΩ／（１０ｋΩ＋２００ｋΩ）｝≒３．１４Ｖとなり、入力端子４１がローの電圧レベルに設定された場合に比較して、非反転入力に設定されている電圧（３．２Ｖ）よりも電圧が低下する。その結果、演算増幅器３５の出力はハイの電圧レベル（例えば、演算増幅器３５の高位側の電源電圧３．３Ｖにほぼ等しい）となり、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴ３７がオフ（ドレイン端子とソース端子とが非導通状態）となって駆動電流はシャットダウン（遮断）される。このように、本変形例によれば、外部からのＴｘＤｉｓａｂｌｅ信号の入力に応じて半導体光増幅器９Ａ，９Ｂの増幅動作をシャットダウン（停止）することができる。

その他、光トランシーバ１内における半導体光増幅器９Ａ，９Ｂ用の給電回路の構成は様々な変形形態を採用することができる。

図６には、光トランシーバ１内における半導体光増幅器９Ａ，９Ｂ用の給電回路の構成の第１の変形例を示す。この第１の変形例は、光トランシーバ１においてＴＯＳＡ３Ａ内のＬＤ５ａ〜５ｄの生成する光信号の複数の波長（ピーク波長）の最小値が、ＴＯＳＡ３Ｂ内のＬＤ５ｅ〜５ｈの生成する光信号の複数の波長（ピーク波長）の最大値よりも大きく設定されている場合に適用される。すなわち、第１の変形例では、給電回路４３をさらに備えている。この給電回路４３は、入力端子４５及び出力端子４７を有し、入力端子４５には半導体光増幅器９Ａの電流出力端子２３Ａと半導体光増幅器９Ｂの電流入力端子２１Ｂとが電気的に接続され、出力端子４７には抵抗素子４９を介して電圧Ｖ１より低い電圧Ｖ３（例えば、グラウンド電圧）に設定される電源線Ｌ３が電気的に接続されている。この給電回路４３は、電源線Ｌ３に分流する分流電流Ｉ_ＢＲを生成し、半導体光増幅器９Ａから出力された駆動電流Ｉ_ＳＯＡから分流電流Ｉ_ＢＲを分流させる。図７には、給電回路４３の回路構成の一例を示している。この給電回路４３は、スイッチング素子であるｎチャネルＭＯＳＦＥＴ５１を含んで構成され、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ５１のゲート端子に制御端子５３が電気的に接続され、制御端子５３には電圧（第３の電圧）Ｖ４に設定される電源線（第３の電源線）Ｌ４が電気的に接続される。また、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ５１のドレイン端子が入力端子４５に電気的に接続され、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ５１のソース端子が出力端子４７に電気的に接続される。このような構成の給電回路４３は、入力端子４５から電圧Ｖ４に応じた分流電流Ｉ_ＢＲを引き込みその分流電流Ｉ_ＢＲを出力端子４７から電源線Ｌ３に向けて出力する。

上記構成の第１の変形例においては、給電回路１３，４３の働きにより、半導体光増幅器９Ａには駆動電流Ｉ_ＳＯＡ１が供給され、半導体光増幅器９Ｂには、半導体光増幅器９Ａから出力された駆動電流Ｉ_ＳＯＡ１から分流電流Ｉ_ＢＲが差し引かれた駆動電流Ｉ_ＳＯＡ２＝Ｉ_ＳＯＡ１−Ｉ_ＢＲが供給される。一般に、半導体光増幅器において所定利得以上の利得特性を得るためには、増幅対象の光信号の波長が大きくなるほど大きな駆動電流を供給する必要がある。一例を挙げると、１５ｄＢ以上の利得を得るためには、１３１０．１ｎｍの波長の光信号に対しては駆動電流が約８０ｍＡ必要であるのに対して、１２９４．６ｎｍの波長の光信号に対しては駆動電流が約７０ｍＡで済むことになる。このことから、より長い波長の光信号を含む多重化光信号を増幅する半導体光増幅器９Ａに対しては、より短い波長の光信号を含む多重化光信号を増幅する半導体光増幅器９Ｂに比較して、より大きな駆動電流を供給することが望ましい。本変形例によれば、半導体光増幅器９Ａに供給する駆動電流Ｉ_ＳＯＡ１と半導体光増幅器９Ｂに供給する駆動電流Ｉ_ＳＯＡ２とを、駆動電流Ｉ_ＳＯＡ１のほうを大きくしながらそれらの差分を調整することができる。その結果、半導体光増幅器９Ａの増幅率と半導体光増幅器９Ｂの増幅率とを独立に制御することができる。その結果、半導体光増幅器９Ａの増幅率と半導体光増幅器９Ｂの増幅率との間で容易にバランスを取ることが可能となる。

図８は、第１の変形例において、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴ５１のゲート電圧の変化に対する駆動電流Ｉ_ＳＯＡ１，Ｉ_ＳＯＡ２の変化を示すグラフである。ここでは、給電回路１３によってＩ_ＳＯＡ１＝１００ｍＡに設定され、抵抗素子４９の抵抗値が１０Ωに設定された場合の駆動電流の変化を示している。このように、給電回路４３におけるゲート電圧を約１Ｖ〜約１．８Ｖの間で設定することにより、駆動電流Ｉ_ＳＯＡ２の値を１００ｍＡ〜約２６ｍＡの範囲で駆動電流Ｉ_ＳＯＡ１と独立に調整することができる。

図９には、光トランシーバ１内における半導体光増幅器９Ａ，９Ｂ用の給電回路の構成の第２の変形例を示す。この第２の変形例は、光トランシーバ１においてＴＯＳＡ３Ａ内のＬＤ５ａ〜５ｄの生成する光信号の複数の波長（ピーク波長）の最大値が、ＴＯＳＡ３Ｂ内のＬＤ５ｅ〜５ｈの生成する光信号の複数の波長（ピーク波長）の最小値よりも小さく設定されている場合に適用される。すなわち、第２の変形例では、給電回路５５をさらに備えている。この給電回路５５は、給電回路１３と同様な構成を有している。すなわち、給電回路５５は、入力端子５７及び出力端子５９を有し、入力端子５７には電圧（第４の電圧）Ｖ５に設定される電源線（第４の電源線）Ｌ５が電気的に接続され、出力端子５９には半導体光増幅器９Ａの電流出力端子２３Ａと半導体光増幅器９Ｂの電流入力端子２１Ｂとが電気的に接続されている。この給電回路５５は、半導体光増幅器９Ｂを駆動する駆動電流Ｉ_ＳＯＡ２に付加する付加駆動電流Ｉ_ＡＤを生成する。この給電回路５５は、電圧Ｖ５に応じた付加駆動電流Ｉ_ＡＤを生成し、その付加駆動電流Ｉ_ＡＤを出力端子５９から半導体光増幅器９Ｂの電流入力端子２１Ｂに向けて出力する。これにより、半導体光増幅器９Ｂは、駆動電流Ｉ_ＳＯＡ２と付加駆動電流Ｉ_ＡＤの両方の供給を受ける。

上記構成の第２の変形例においては、給電回路１３，５５の働きにより、半導体光増幅器９Ａには駆動電流Ｉ_ＳＯＡ１が供給され、半導体光増幅器９Ｂには、駆動電流Ｉ_ＳＯＡ１に付加駆動電流Ｉ_ＡＤが付加された駆動電流Ｉ_ＳＯＡ２＝Ｉ_ＳＯＡ１＋Ｉ_ＡＤが供給される。一般に、半導体光増幅器において所定利得以上の利得の特性を得るためには、増幅対象の光信号の波長が大きくなるほど大きな駆動電流を供給する必要がある。このことから、より短い波長の光信号を含む多重化光信号を増幅する半導体光増幅器９Ａに対しては、より長い波長の光信号を含む多重化光信号を増幅する半導体光増幅器９Ｂに比較して、より小さな駆動電流を供給することが望ましい。本変形例によれば、半導体光増幅器９Ａに供給する駆動電流Ｉ_ＳＯＡ１と半導体光増幅器９Ｂに供給する駆動電流Ｉ_ＳＯＡ２とを、駆動電流Ｉ_ＳＯＡ１のほうを小さくしながらそれらの差分を調整することができる。その結果、半導体光増幅器９Ａの増幅率と半導体光増幅器９Ｂの増幅率とを独立に制御することができる。その結果、半導体光増幅器９Ａの増幅率と半導体光増幅器９Ｂの増幅率との間で容易にバランスを取ることが可能となる。

１…光トランシーバ（光送信器）、９Ａ…（第１の）半導体光増幅器、９Ｂ…（第２の）半導体光増幅器、１１…光合波器、１３，１１３…（第１の）給電回路、１７Ａ，１７Ｂ…光入力端子、１９Ａ，１９Ｂ…光出力端子、２１Ａ，２１Ｂ…電流入力端子、２３Ａ，２３Ｂ…電流出力端子、２９…入力端子、３１…出力端子、４３…（第２の）給電回路、４５…入力端子、４７…出力端子、５３…制御端子、５５…（第３の）給電回路、５７…入力端子、５９…出力端子、Ｌ１…（第１の）電源線、Ｌ２…（第２の）電源線、Ｌ４…（第３の）電源線、Ｌ５…（第４の）電源線、Ｖ１…（第１の）電圧、Ｖ２…（第２の）電圧、Ｖ４…（第３の）電圧、Ｖ５…（第４の）電圧。

Claims

それぞれ互いに異なる波長を有する複数の光信号の一部が多重化された第１の多重化光信号を生成する第１の光送信モジュールと、
前記それぞれ互いに異なる波長を有する複数の光信号から前記一部を除いた残余が多重化された第２の多重化光信号を生成する第２の光送信モジュールと、
第１の電圧に設定される第１の電源線と、
前記第１の電源線に接続され、駆動電流を生成する第１の給電回路と、
前記第１の給電回路から出力された前記駆動電流を受けて、前記第１の多重化光信号を増幅する第１の半導体光増幅器と、
前記第１の半導体光増幅器から出力された前記駆動電流を受けて、前記第２の多重化光信号を増幅する第２の半導体光増幅器と、
前記第１の電圧より低い第２の電圧に設定され、前記第２の半導体光増幅器から出力された前記駆動電流を受ける第２の電源線と、
前記第１の半導体光増幅器によって増幅された前記第１の多重化光信号と、前記第２の半導体光増幅器によって増幅された前記第２の多重化光信号とを合波して出力する光合波器と、
を備える光送信器。
第３の電圧に設定される第３の電源線と、
前記第３の電源線に接続され、前記第３の電圧に応じて前記第３の電源線に流入する分流電流を生成し、前記第１の半導体光増幅器から出力された前記駆動電流から前記分流電流を分流させる第２の給電回路と、
をさらに備え、
前記第２の半導体光増幅器は、前記第１の半導体光増幅器から出力された前記駆動電流から前記分流電流が差し引かれた電流を受け、前記第２の多重化光信号を増幅する、
請求項１記載の光送信器。
第４の電圧に設定される第４の電源線と、
前記第４の電源線に接続され、前記第２の半導体光増幅器を駆動するための付加駆動電流を生成する第３の給電回路と、
をさらに備え、
前記第２の半導体光増幅器は、前記第１の半導体光増幅器から出力された前記駆動電流と、前記第３の給電回路から出力された前記付加駆動電流とを受けて、前記第２の多重化光信号を増幅する、
請求項１記載の光送信器。
前記第１の多重化光信号に含まれる複数の光信号のピーク波長の最小値は、前記第２の多重化光信号に含まれる複数の光信号のピーク波長の最大値よりも大きく設定されており、
前記第１の半導体光増幅器に供給される電流は、前記第２の半導体光増幅器に供給される電流よりも大きくなるように構成されている、
請求項２に記載の光送信器。
前記第１の多重化光信号に含まれる複数の光信号のピーク波長の最大値は、前記第２の多重化光信号に含まれる複数の光信号のピーク波長の最小値よりも小さく設定されており、
前記第１の半導体光増幅器に供給される電流は、前記第２の半導体光増幅器に供給される電流よりも小さくなるように構成されている、
請求項３に記載の光送信器。