JPH05203844A - 光ファイバによるデータ伝送 - Google Patents
光ファイバによるデータ伝送Info
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- JPH05203844A JPH05203844A JP4214079A JP21407992A JPH05203844A JP H05203844 A JPH05203844 A JP H05203844A JP 4214079 A JP4214079 A JP 4214079A JP 21407992 A JP21407992 A JP 21407992A JP H05203844 A JPH05203844 A JP H05203844A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、レーザ・ダイオードの消光
比を増大させることによって、信号対雑音比が増大し
た、光ファイバ・データ伝送システムを提供することで
ある。 【構成】 レーザ・ダイオード１６、減衰及び合焦レン
ズ２２、及び光ファイバ３４を含む光ファイバ・データ
伝送システム及び方法が提供される。このシステムは、
レーザ・ダイオードの消光比を増大させるように入力駆
動電流をレーザ・ダイオードに印加することによって動
作する。レーザ・ダイオード消光比が増大すると、シス
テムの信号対雑音比が著しく増大し、それによって、光
ファイバを介して伝送されるデータ伝送に伴うビット・
エラー率が低下し、同時にレーザ・ダイオード出力を減
衰させることによって所定の安全限界内での動作が可能
になる。
比を増大させることによって、信号対雑音比が増大し
た、光ファイバ・データ伝送システムを提供することで
ある。 【構成】 レーザ・ダイオード１６、減衰及び合焦レン
ズ２２、及び光ファイバ３４を含む光ファイバ・データ
伝送システム及び方法が提供される。このシステムは、
レーザ・ダイオードの消光比を増大させるように入力駆
動電流をレーザ・ダイオードに印加することによって動
作する。レーザ・ダイオード消光比が増大すると、シス
テムの信号対雑音比が著しく増大し、それによって、光
ファイバを介して伝送されるデータ伝送に伴うビット・
エラー率が低下し、同時にレーザ・ダイオード出力を減
衰させることによって所定の安全限界内での動作が可能
になる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的には、光ファイ
バを介してデータを伝送するための装置及び方法に関
し、より具体的には、光ファイバを介して半導体レーザ
の出力を伝送するための装置及び方法に関する。この装
置は、レーザ・ダイオードと、レーザ・ダイオードの出
力を光学的に合焦させ減衰させるための手段と、光ファ
イバ伝送手段とを含む。この方法は、動作中のレーザ・
ダイオードの信号対雑音比及び消光比を増大させると同
時に、その結果得られる増大された出力を安全な動作レ
ベルにまで減衰させる。
バを介してデータを伝送するための装置及び方法に関
し、より具体的には、光ファイバを介して半導体レーザ
の出力を伝送するための装置及び方法に関する。この装
置は、レーザ・ダイオードと、レーザ・ダイオードの出
力を光学的に合焦させ減衰させるための手段と、光ファ
イバ伝送手段とを含む。この方法は、動作中のレーザ・
ダイオードの信号対雑音比及び消光比を増大させると同
時に、その結果得られる増大された出力を安全な動作レ
ベルにまで減衰させる。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ・データ伝送システムまたは
リンクは、ある種の遠隔通信ネットワークで光ファイバ
を介してディジタル電子装置間でデータを伝送するため
に使用されている。光ファイバ・リンクは、従来の電気
ケーブルによるデータ伝送より優れた多くの利点を提供
する。そのような利点としては、伝送速度がより高速な
こと、情報搬送能力が大きいこと、リンク距離がより長
いこと、コストがより低いことが含まれる。通常、これ
らのデータ伝送システムは、ソリッド・ステート発光デ
バイスなどの光ファイバ送信器と、光ファイバ送信器の
ディジタル出力を搬送する光ファイバとを含む。
リンクは、ある種の遠隔通信ネットワークで光ファイバ
を介してディジタル電子装置間でデータを伝送するため
に使用されている。光ファイバ・リンクは、従来の電気
ケーブルによるデータ伝送より優れた多くの利点を提供
する。そのような利点としては、伝送速度がより高速な
こと、情報搬送能力が大きいこと、リンク距離がより長
いこと、コストがより低いことが含まれる。通常、これ
らのデータ伝送システムは、ソリッド・ステート発光デ
バイスなどの光ファイバ送信器と、光ファイバ送信器の
ディジタル出力を搬送する光ファイバとを含む。
【０００３】光ファイバ・データ伝送システムで普通に
使用されるソリッド・ステート発光デバイスには、発光
ダイオード（ＬＥＤ）及びレーザ・ダイオードがある。
ＬＥＤは、そのスペクトル出力が高速データ伝送に適さ
ないためにレーザ・ダイオードより低いデータ伝送速度
で動作する、比較的低出力の光源である。高速データ伝
送を必要とする、または長距離をカバーする応用例で
は、光送信器としてレーザ・ダイオードが好ましい。通
常、レーザ・ダイオードの全出力が、直接にまたは合焦
レンズを介して光ファイバに加えられる。
使用されるソリッド・ステート発光デバイスには、発光
ダイオード（ＬＥＤ）及びレーザ・ダイオードがある。
ＬＥＤは、そのスペクトル出力が高速データ伝送に適さ
ないためにレーザ・ダイオードより低いデータ伝送速度
で動作する、比較的低出力の光源である。高速データ伝
送を必要とする、または長距離をカバーする応用例で
は、光送信器としてレーザ・ダイオードが好ましい。通
常、レーザ・ダイオードの全出力が、直接にまたは合焦
レンズを介して光ファイバに加えられる。
【０００４】しかし、レーザ・ダイオードを光ファイバ
と併用すると、いくつかの問題が生ずる。第１に、レー
ザ・ダイオード出力の一部分が、レーザ・ダイオードと
光ファイバの接続部から反射されてレーザに戻る。この
後方反射が、レーザ出力発振の周波数及び振幅と干渉
し、したがってそれらを変化させることによって、レー
ザの動作に影響を与える。第２に、光源としてレーザ・
ダイオードを使用することに伴って出力が増加し、デー
タ伝送システムの安全な動作にとって問題を生ずる。こ
うした問題としては、特に光ファイバが送信器から着脱
可能な場合にレーザ出力に目がさらされる可能性、及び
所定の出力仕様の範囲内でのシステムの動作が含まれ
る。
と併用すると、いくつかの問題が生ずる。第１に、レー
ザ・ダイオード出力の一部分が、レーザ・ダイオードと
光ファイバの接続部から反射されてレーザに戻る。この
後方反射が、レーザ出力発振の周波数及び振幅と干渉
し、したがってそれらを変化させることによって、レー
ザの動作に影響を与える。第２に、光源としてレーザ・
ダイオードを使用することに伴って出力が増加し、デー
タ伝送システムの安全な動作にとって問題を生ずる。こ
うした問題としては、特に光ファイバが送信器から着脱
可能な場合にレーザ出力に目がさらされる可能性、及び
所定の出力仕様の範囲内でのシステムの動作が含まれ
る。
【０００５】レーザ・ダイオード出力によって引き起こ
されるレーザ・ダイオードの後方反射を最小にする方法
は周知である。レーザ・ダイオード−光ファイバ伝送シ
ステムにおけるレーザ出力発振の後方反射を最小にする
周知の方法は、レーザ・ダイオードと伝送ファイバの中
間に要素を挿入することを含むものである。そのような
システムの例は、米国特許第４３７２６４４号、及び第
４８０７９５４号に示されている。前者の米国特許第４
３７２６４４号は、レーザ出力における直線偏光波を光
ファイバ入力における円偏光波に変換するための、レー
ザ・ダイオードと光ファイバの中間の偏光要素を開示し
ている。実際に、偏光要素は、反射時に偏光状態が保存
される光の後方反射を抑えるためのアイソレータとして
働く。後者の米国特許第４８０７９５４号は、後方反射
光の逆方向結合効率を低下させ、それによって光ファイ
バからレーザへの光ビームの後方反射を実質的に防止す
るための、レーザ・ダイオードと光ファイバの間のレン
ズ要素を開示している。しかしながら、どちらの装置も
レーザ・ダイオードの出力を著しく減衰させる手段を示
していないので、どちらの特許も、出力の問題に対処し
ていない。さらに、どちらの特許も、レーザ・ダイオー
ドに供給される駆動電流を増大させることによってレー
ザ・ダイオードの信号対雑音比を高めることができると
示唆していない。
されるレーザ・ダイオードの後方反射を最小にする方法
は周知である。レーザ・ダイオード−光ファイバ伝送シ
ステムにおけるレーザ出力発振の後方反射を最小にする
周知の方法は、レーザ・ダイオードと伝送ファイバの中
間に要素を挿入することを含むものである。そのような
システムの例は、米国特許第４３７２６４４号、及び第
４８０７９５４号に示されている。前者の米国特許第４
３７２６４４号は、レーザ出力における直線偏光波を光
ファイバ入力における円偏光波に変換するための、レー
ザ・ダイオードと光ファイバの中間の偏光要素を開示し
ている。実際に、偏光要素は、反射時に偏光状態が保存
される光の後方反射を抑えるためのアイソレータとして
働く。後者の米国特許第４８０７９５４号は、後方反射
光の逆方向結合効率を低下させ、それによって光ファイ
バからレーザへの光ビームの後方反射を実質的に防止す
るための、レーザ・ダイオードと光ファイバの間のレン
ズ要素を開示している。しかしながら、どちらの装置も
レーザ・ダイオードの出力を著しく減衰させる手段を示
していないので、どちらの特許も、出力の問題に対処し
ていない。さらに、どちらの特許も、レーザ・ダイオー
ドに供給される駆動電流を増大させることによってレー
ザ・ダイオードの信号対雑音比を高めることができると
示唆していない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、レー
ザ・ダイオード送信器及び光ファイバを含み、より高い
駆動電流でレーザ・ダイオードを動作させて消光比を増
大させることによって、信号対雑音比が増大した、光フ
ァイバ・データ伝送システムを提供することである。
ザ・ダイオード送信器及び光ファイバを含み、より高い
駆動電流でレーザ・ダイオードを動作させて消光比を増
大させることによって、信号対雑音比が増大した、光フ
ァイバ・データ伝送システムを提供することである。
【０００７】本発明の別の目的は、そこから放射される
出力が所定の安全限界内にある、光ファイバ・データ伝
送システムで使用するための、レーザ・ダイオード送信
器を提供することである。
出力が所定の安全限界内にある、光ファイバ・データ伝
送システムで使用するための、レーザ・ダイオード送信
器を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】光ファイバを介して電子
装置間でデータを伝送するための光ファイバ・データ伝
送システム及び方法が提供される。このシステムは、レ
ーザ・ダイオードと、レーザ・ダイオードの出力を減衰
させ合焦させるためのレンズと、データを伝送するため
の光ファイバとを含む。データが伝送される速度は、毎
秒１００〜１０００メガビット程度またはそれ以上であ
る。データの駆動源は、レーザ・ダイオードであり、光
ファイバに沿って通信される２進データのストリームを
発生する。
装置間でデータを伝送するための光ファイバ・データ伝
送システム及び方法が提供される。このシステムは、レ
ーザ・ダイオードと、レーザ・ダイオードの出力を減衰
させ合焦させるためのレンズと、データを伝送するため
の光ファイバとを含む。データが伝送される速度は、毎
秒１００〜１０００メガビット程度またはそれ以上であ
る。データの駆動源は、レーザ・ダイオードであり、光
ファイバに沿って通信される２進データのストリームを
発生する。
【０００９】この伝送システムは、光送信器サブアセン
ブリと光ファイバ・ケーブル・アセンブリを含む。光送
信器サブアセンブリは、レーザ・ダイオードとレンズを
含む。光ファイバ・ケーブル・アセンブリは、フェルー
ルをはめた光ファイバと、ケーブル・アセンブリを光フ
ァイバ送信器サブアセンブリに着脱可能に取り付ける手
段を含む。完全なデータ伝送システムは、光ファイバ・
ケーブル・アセンブリを光送信器サブアセンブリに結合
することによって形成される。
ブリと光ファイバ・ケーブル・アセンブリを含む。光送
信器サブアセンブリは、レーザ・ダイオードとレンズを
含む。光ファイバ・ケーブル・アセンブリは、フェルー
ルをはめた光ファイバと、ケーブル・アセンブリを光フ
ァイバ送信器サブアセンブリに着脱可能に取り付ける手
段を含む。完全なデータ伝送システムは、光ファイバ・
ケーブル・アセンブリを光送信器サブアセンブリに結合
することによって形成される。
【００１０】光送信器サブアセンブリは、外部電源から
の電流をレーザ・ダイオードに運ぶ手段を提供する。レ
ーザ・ダイオード及びレンズは、光送信器サブアセンブ
リ内に格納され、レーザ・ダイオード出力をレンズを介
して光ファイバの端面まで運べるように位置合わされて
いる。レンズは、レーザ・ダイオードの出力を安全な動
作レベルにまで減衰できる部分吸光性材料でできてい
る。レンズの減衰能力は、レンズの片端または両端を部
分吸光性材料でコートすることによって高めることがで
きる。
の電流をレーザ・ダイオードに運ぶ手段を提供する。レ
ーザ・ダイオード及びレンズは、光送信器サブアセンブ
リ内に格納され、レーザ・ダイオード出力をレンズを介
して光ファイバの端面まで運べるように位置合わされて
いる。レンズは、レーザ・ダイオードの出力を安全な動
作レベルにまで減衰できる部分吸光性材料でできてい
る。レンズの減衰能力は、レンズの片端または両端を部
分吸光性材料でコートすることによって高めることがで
きる。
【００１１】レンズは、レーザ・ダイオードの出力を合
焦させ、かつ減衰させることができる能力をもつ。レン
ズの材料である部分吸光性材料は、その内部で不純物に
よって屈折率勾配が生じている。この屈折率勾配によっ
て、レンズはレーザ・ダイオードの出力を光ファイバの
端面上に合焦させることができる。レーザ・ダイオード
に面するレンズの端部の形状は、レンズの合焦能力を向
上させるために凸形にすることができる。
焦させ、かつ減衰させることができる能力をもつ。レン
ズの材料である部分吸光性材料は、その内部で不純物に
よって屈折率勾配が生じている。この屈折率勾配によっ
て、レンズはレーザ・ダイオードの出力を光ファイバの
端面上に合焦させることができる。レーザ・ダイオード
に面するレンズの端部の形状は、レンズの合焦能力を向
上させるために凸形にすることができる。
【００１２】光ファイバ・ケーブル・アセンブリは、そ
のアセンブリを光送信器サブアセンブリに着脱可能に取
り付けるための手段を含む。光ファイバとレンズの位置
合せは、光ファイバにはめたフェルールの外径と、光送
信器サブアセンブリ内の光ファイバ・フェルールを挿入
する穴との間の精密な機械ばめによって達成される。こ
のようにして、光ファイバは、光送信器サブアセンブリ
と位置合せされ、それに着脱可能に取り付けることがで
きる。
のアセンブリを光送信器サブアセンブリに着脱可能に取
り付けるための手段を含む。光ファイバとレンズの位置
合せは、光ファイバにはめたフェルールの外径と、光送
信器サブアセンブリ内の光ファイバ・フェルールを挿入
する穴との間の精密な機械ばめによって達成される。こ
のようにして、光ファイバは、光送信器サブアセンブリ
と位置合せされ、それに着脱可能に取り付けることがで
きる。
【００１３】光データ伝送システムの動作中、レーザ・
ダイオードに駆動電流が供給され、それがレーザの出力
の量を決定する。レーザ・ダイオード出力は、十分に高
い駆動電流が供給される場合にのみコヒーレントであ
る。高速での長距離データ伝送はコヒーレントなレーザ
出力を必要とするので、コヒーレンスを達成するのに十
分なレベルの電流をレーザ・ダイオードに供給すること
が必要である。さらに、この電流レベルを超えてレーザ
・ダイオードを動作させて、レーザ・ダイオード出力を
増加させることが望ましい。というのは、そうすると、
データ伝送システムの信号対雑音比が向上するからであ
る。
ダイオードに駆動電流が供給され、それがレーザの出力
の量を決定する。レーザ・ダイオード出力は、十分に高
い駆動電流が供給される場合にのみコヒーレントであ
る。高速での長距離データ伝送はコヒーレントなレーザ
出力を必要とするので、コヒーレンスを達成するのに十
分なレベルの電流をレーザ・ダイオードに供給すること
が必要である。さらに、この電流レベルを超えてレーザ
・ダイオードを動作させて、レーザ・ダイオード出力を
増加させることが望ましい。というのは、そうすると、
データ伝送システムの信号対雑音比が向上するからであ
る。
【００１４】しかしながら、レーザ・ダイオードを、そ
の出力レベルを高めるためにより高い駆動電流で動作さ
せると、出力が光ファイバに直接供給される場合、シス
テムが安全でないレベルで動作することになる。光ファ
イバは送信器から着脱可能なので、未減衰のレーザ・ダ
イオード出力が目にさらされる可能性がある。さらに、
通常の安全規制法では、送信器の出力は１ミリワットの
オーダのレベルに制限されているが、レーザ・ダイオー
ドの未減衰の出力は約１〜５ミリワットの範囲である。
の出力レベルを高めるためにより高い駆動電流で動作さ
せると、出力が光ファイバに直接供給される場合、シス
テムが安全でないレベルで動作することになる。光ファ
イバは送信器から着脱可能なので、未減衰のレーザ・ダ
イオード出力が目にさらされる可能性がある。さらに、
通常の安全規制法では、送信器の出力は１ミリワットの
オーダのレベルに制限されているが、レーザ・ダイオー
ドの未減衰の出力は約１〜５ミリワットの範囲である。
【００１５】本発明のレーザは、高い駆動電流で動作す
るが、減衰レンズの使用によって送信器サブアセンブリ
の出力を任意の、ただし指定された限度に制限する。レ
ーザに高い入力電流を供給することによって、レーザは
より低い光雑音レベルで動作し、レーザ出力の信号対雑
音比が増大する。その結果増加したレーザ・ダイオード
出力を減衰させることによって、減衰レンズを介して光
ファイバに供給される平均出力は安全限界内になる。
るが、減衰レンズの使用によって送信器サブアセンブリ
の出力を任意の、ただし指定された限度に制限する。レ
ーザに高い入力電流を供給することによって、レーザは
より低い光雑音レベルで動作し、レーザ出力の信号対雑
音比が増大する。その結果増加したレーザ・ダイオード
出力を減衰させることによって、減衰レンズを介して光
ファイバに供給される平均出力は安全限界内になる。
【００１６】
【実施例】図面を参照すると、図１は、本発明に従って
構成した光データ伝送システム１０を示す。このシステ
ムは、光送信器サブアセンブリ１２と光ファイバ・ケー
ブル・アセンブリ１４を含む。光送信器サブアセンブリ
１２はさらに、ウィンドウ２０をもつコンテナ１８に収
容されたレーザ・ダイオード１６と、レーザ・ダイオー
ド出力を合焦させ減衰させるためのレンズ２２を含む。
レーザ・ダイオード１６、コンテナ１８、及びレンズ２
２はすべて、円筒形の送信器ハウジング２４の内部に配
置される。光送信器サブアセンブリはさらに、送信器ハ
ウジング２４に固定された円筒形のハウジング延長部２
６を含み、この延長部２６には、円筒形のフェルール・
ストップ２８と、内穴３２をもつ円筒形のケーブル・ガ
イド３０とが収納される。光ファイバ・ケーブル・アセ
ンブリ１４は、フェルール３６の内部に配置された光フ
ァイバ３４と、光ファイバ３４の一端をハウジング延長
部２６に固定するための手段とを含む。好ましい実施例
では、この手段は、ねじ付きカラー３８と、送信器ハウ
ジング２４と向き合った円筒形ハウジング延長部２６の
一端上のそれに対応するねじからなる。ねじ付きカラー
３８は、円筒形ハウジング延長部２６に着脱可能に取り
付けることができ、それによって光送信器サブアセンブ
リ１２が光ファイバ・ケーブル・アセンブリ１４に結合
され、光データ伝送システム１０の形成が完了する。
構成した光データ伝送システム１０を示す。このシステ
ムは、光送信器サブアセンブリ１２と光ファイバ・ケー
ブル・アセンブリ１４を含む。光送信器サブアセンブリ
１２はさらに、ウィンドウ２０をもつコンテナ１８に収
容されたレーザ・ダイオード１６と、レーザ・ダイオー
ド出力を合焦させ減衰させるためのレンズ２２を含む。
レーザ・ダイオード１６、コンテナ１８、及びレンズ２
２はすべて、円筒形の送信器ハウジング２４の内部に配
置される。光送信器サブアセンブリはさらに、送信器ハ
ウジング２４に固定された円筒形のハウジング延長部２
６を含み、この延長部２６には、円筒形のフェルール・
ストップ２８と、内穴３２をもつ円筒形のケーブル・ガ
イド３０とが収納される。光ファイバ・ケーブル・アセ
ンブリ１４は、フェルール３６の内部に配置された光フ
ァイバ３４と、光ファイバ３４の一端をハウジング延長
部２６に固定するための手段とを含む。好ましい実施例
では、この手段は、ねじ付きカラー３８と、送信器ハウ
ジング２４と向き合った円筒形ハウジング延長部２６の
一端上のそれに対応するねじからなる。ねじ付きカラー
３８は、円筒形ハウジング延長部２６に着脱可能に取り
付けることができ、それによって光送信器サブアセンブ
リ１２が光ファイバ・ケーブル・アセンブリ１４に結合
され、光データ伝送システム１０の形成が完了する。
【００１７】レーザ・ダイオード１６は、コンテナ１８
内でサブマウント４２によってコンテナ・ベース４０に
装着される。ベース４０を貫通するワイヤ４４が、外部
の電源からレーザ・ダイオード１６に電流を運ぶための
手段となる。コンテナ１８は、ウィンドウ２０を差し込
むためのアパーチャをもつカバー４６によって完成す
る。ウィンドウ２０は、光学的に透明でもよいし、また
部分吸光性材料で構成してもよい。ウィンドウ２０によ
って、レーザ・ダイオード出力の少なくとも一部分がそ
こを通ってレンズ２２に達することができる。レーザ・
ダイオード送信器はいくつかのメーカーから市販されて
いる。そのような１つの送信器は、ＢＴ＆Ｄ Ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｉｅｓのモデルＮｏ．ＬＳＴ０７０５−ＦＣ
−Ａである。市販の送信器は、レーザ・ダイオード出力
を合焦させるためのレンズを含むことも、含まないこと
もある。
内でサブマウント４２によってコンテナ・ベース４０に
装着される。ベース４０を貫通するワイヤ４４が、外部
の電源からレーザ・ダイオード１６に電流を運ぶための
手段となる。コンテナ１８は、ウィンドウ２０を差し込
むためのアパーチャをもつカバー４６によって完成す
る。ウィンドウ２０は、光学的に透明でもよいし、また
部分吸光性材料で構成してもよい。ウィンドウ２０によ
って、レーザ・ダイオード出力の少なくとも一部分がそ
こを通ってレンズ２２に達することができる。レーザ・
ダイオード送信器はいくつかのメーカーから市販されて
いる。そのような１つの送信器は、ＢＴ＆Ｄ Ｔｅｃｈ
ｎｏｌｏｇｉｅｓのモデルＮｏ．ＬＳＴ０７０５−ＦＣ
−Ａである。市販の送信器は、レーザ・ダイオード出力
を合焦させるためのレンズを含むことも、含まないこと
もある。
【００１８】本発明の好ましい実施例では、レンズ２２
は、水平軸をもち、一般に水平軸の周りで円筒形の形状
である。レンズ２２は、完成した光送信器サブアセンブ
リ１２内のウィンドウ２０に面する第１の端面４８と、
完成したデータ伝送システム内の光ファイバ３４の端面
５２に面する第２の端面５０をもつ。本発明の好ましい
実施例では、レンズ２２は、レーザ・ダイオード１６か
らの出力を減衰させ、かつ合焦させるために使用され
る。図１に示されている実施例の場合は、レンズ２２は
合焦だけを行い、減衰は、レンズ２２の水平軸上に、ウ
ィンドウ２０とレンズ２２の間、またはレンズ２２と光
ファイバの端面５２の間に配置された減衰要素５４によ
って行われる。減衰要素５４は、ドーパントの導入によ
って部分吸光性にさせた材料でできている。レーザ・ダ
イオード出力の減衰の度合いは、減衰要素５４の厚さ、
その中のドーパントの量、またはその両方によって制御
できる。
は、水平軸をもち、一般に水平軸の周りで円筒形の形状
である。レンズ２２は、完成した光送信器サブアセンブ
リ１２内のウィンドウ２０に面する第１の端面４８と、
完成したデータ伝送システム内の光ファイバ３４の端面
５２に面する第２の端面５０をもつ。本発明の好ましい
実施例では、レンズ２２は、レーザ・ダイオード１６か
らの出力を減衰させ、かつ合焦させるために使用され
る。図１に示されている実施例の場合は、レンズ２２は
合焦だけを行い、減衰は、レンズ２２の水平軸上に、ウ
ィンドウ２０とレンズ２２の間、またはレンズ２２と光
ファイバの端面５２の間に配置された減衰要素５４によ
って行われる。減衰要素５４は、ドーパントの導入によ
って部分吸光性にさせた材料でできている。レーザ・ダ
イオード出力の減衰の度合いは、減衰要素５４の厚さ、
その中のドーパントの量、またはその両方によって制御
できる。
【００１９】レンズ２２は、部分吸光性であり、材料の
特性が均一でなく、ガラスの材料組成の変動を制御する
ことによってその内部で屈折率勾配が生じた、ガラスの
単一片で作成することが好ましい。この屈折率勾配のた
めに、レンズ２２は、レーザ・ダイオード出力を光ファ
イバ３４の端面５２上に合焦させることができる。本発
明の好ましい実施例では、レンズ２２の第１の端面４８
は凸形であり、レンズの合焦能力を高める。
特性が均一でなく、ガラスの材料組成の変動を制御する
ことによってその内部で屈折率勾配が生じた、ガラスの
単一片で作成することが好ましい。この屈折率勾配のた
めに、レンズ２２は、レーザ・ダイオード出力を光ファ
イバ３４の端面５２上に合焦させることができる。本発
明の好ましい実施例では、レンズ２２の第１の端面４８
は凸形であり、レンズの合焦能力を高める。
【００２０】好ましい実施例では、レンズ２２は、レー
ザ・ダイオード出力を減衰させると同時に合焦させる。
レンズの減衰能力は、レンズの製造中にレンズ材料中に
導入されるドーパントの量によって制御される。レンズ
は、ドーパント導入の結果、部分吸光性になり、したが
ってレーザ・ダイオード１６の出力を減衰させると同時
に、合焦させることができる。代替実施例では、レンズ
２２の第１または第２の端面または両方の端面を薄いプ
ラスチック膜などの部分吸光性材料でコートして、レン
ズ２２の減衰能力を高めることができる。
ザ・ダイオード出力を減衰させると同時に合焦させる。
レンズの減衰能力は、レンズの製造中にレンズ材料中に
導入されるドーパントの量によって制御される。レンズ
は、ドーパント導入の結果、部分吸光性になり、したが
ってレーザ・ダイオード１６の出力を減衰させると同時
に、合焦させることができる。代替実施例では、レンズ
２２の第１または第２の端面または両方の端面を薄いプ
ラスチック膜などの部分吸光性材料でコートして、レン
ズ２２の減衰能力を高めることができる。
【００２１】減衰レンズ２２は、円筒形の送信器ハウジ
ング２４の内部に接着、またはその他の手段で固定され
る。ハウジング２４の内径は、レンズ２２の直径よりわ
ずかだけ大きい。減衰要素５４を使用する場合、それを
同様の方法で送信器ハウジング２４の内部に固定する。
レーザ・ダイオード・コンテナ１８は、円筒形カラー５
６によって送信器ハウジング２４に接続される。カラー
５６の一部分はハウジング２４の一部分の内径よりわず
かだけ小さい外径をもつ。コンテナ１８のベース４０
は、カラー５６に固定でき、カラー５６は溶接継手また
はその他の接着手段によってハウジング２４に固定でき
る。レーザのレンズに対する軸方向及び半径方向の位置
合せは、ベース４０とカラー５６の間の界面での半径方
向の遊び、及びハウジング２４とカラー５６の間の半径
方向及び軸方向の遊びによって提供される。
ング２４の内部に接着、またはその他の手段で固定され
る。ハウジング２４の内径は、レンズ２２の直径よりわ
ずかだけ大きい。減衰要素５４を使用する場合、それを
同様の方法で送信器ハウジング２４の内部に固定する。
レーザ・ダイオード・コンテナ１８は、円筒形カラー５
６によって送信器ハウジング２４に接続される。カラー
５６の一部分はハウジング２４の一部分の内径よりわず
かだけ小さい外径をもつ。コンテナ１８のベース４０
は、カラー５６に固定でき、カラー５６は溶接継手また
はその他の接着手段によってハウジング２４に固定でき
る。レーザのレンズに対する軸方向及び半径方向の位置
合せは、ベース４０とカラー５６の間の界面での半径方
向の遊び、及びハウジング２４とカラー５６の間の半径
方向及び軸方向の遊びによって提供される。
【００２２】円筒形ハウジング延長部２６は、ねじ付き
の端部５８をもち、溶接継手またはその他の接着手段に
よってハウジング２４に固定される。ハウジング２４と
ハウジング延長部２６の間の界面での半径方向の遊びに
よって、光ファイバ端面５２のレンズ２２に対する半径
方向の位置合せが可能になる。円筒形フェルール・スト
ップ２８は、円筒形ハウジング延長部２６の内径よりわ
ずかに小さい外径をもち、延長部２６の内部にプレスば
めできる。やはりハウジング延長部２６の内径よりわず
かに小さい外径をもつケーブル・ガイド３０も同様に延
長部２６の内部にプレスばめされる。ケーブル・ガイド
３０は、延長部２６のねじ付き端部５８の近くにフレア
式開口を有し、光ファイバ・フェルール３６の挿入を容
易にする。
の端部５８をもち、溶接継手またはその他の接着手段に
よってハウジング２４に固定される。ハウジング２４と
ハウジング延長部２６の間の界面での半径方向の遊びに
よって、光ファイバ端面５２のレンズ２２に対する半径
方向の位置合せが可能になる。円筒形フェルール・スト
ップ２８は、円筒形ハウジング延長部２６の内径よりわ
ずかに小さい外径をもち、延長部２６の内部にプレスば
めできる。やはりハウジング延長部２６の内径よりわず
かに小さい外径をもつケーブル・ガイド３０も同様に延
長部２６の内部にプレスばめされる。ケーブル・ガイド
３０は、延長部２６のねじ付き端部５８の近くにフレア
式開口を有し、光ファイバ・フェルール３６の挿入を容
易にする。
【００２３】光ファイバ３４は、接着剤でフェルール３
６中に固定される。カラー６０は、フェルールに固定さ
れる。カラー３８は、フェルールに対して緩く取り付け
られ、フェルール軸の周りで自由に回転して、円筒形ハ
ウジング延長部２６のねじ付き端部５８上のねじと係合
することができる。ばね手段６２は、フェルール３６を
フェルール・ストップ２８に接して定座させて、光ファ
イバ端面５２をレンズ２２に対して適切な軸方向位置に
位置決めするための圧力を提供する。
６中に固定される。カラー６０は、フェルールに固定さ
れる。カラー３８は、フェルールに対して緩く取り付け
られ、フェルール軸の周りで自由に回転して、円筒形ハ
ウジング延長部２６のねじ付き端部５８上のねじと係合
することができる。ばね手段６２は、フェルール３６を
フェルール・ストップ２８に接して定座させて、光ファ
イバ端面５２をレンズ２２に対して適切な軸方向位置に
位置決めするための圧力を提供する。
【００２４】光データ伝送システム１０の形成は、光フ
ァイバ・ケーブル・アセンブリ１４のカラー３８を光送
信器サブアセンブリ１２の円筒形ハウジング延長部２６
のねじ付き端面にねじ込むことによって完成する。もち
ろん、ばね付きクリップ及びバヨネット型ねじりばめ接
続を含めて、光ファイバ３４を光送信器サブアセンブリ
１２に取り付けるその他の手段も、本発明によって企図
されている。これによって、光ファイバ３４は、光送信
器サブアセンブリ１２から取り外しできる。
ァイバ・ケーブル・アセンブリ１４のカラー３８を光送
信器サブアセンブリ１２の円筒形ハウジング延長部２６
のねじ付き端面にねじ込むことによって完成する。もち
ろん、ばね付きクリップ及びバヨネット型ねじりばめ接
続を含めて、光ファイバ３４を光送信器サブアセンブリ
１２に取り付けるその他の手段も、本発明によって企図
されている。これによって、光ファイバ３４は、光送信
器サブアセンブリ１２から取り外しできる。
【００２５】光データ伝送システム１０の動作中、外部
電源を使ってレーザ・ダイオード１６に駆動電流を供給
する。レーザ・ダイオード１６の出力は、レーザ・ダイ
オード１６に供給される駆動電流の量に依存する。出力
と駆動電流の関係を示すグラフを、図２に示す。このグ
ラフの特徴は、２つの別々の領域が「屈曲部」で合体す
ることである。出力ゼロから屈曲部まで延びる第１の領
域では、駆動電流の増加に伴うレーザ出力の増加は比較
的小さい。屈曲部より下のこの第１の領域では、レーザ
出力はコヒーレントではなく、ＬＥＤのそれに類似して
いる。屈曲部から最大駆動電流にまで延びる第２の領域
では、駆動電流の増加に伴うレーザ出力の増加は比較的
大きい。屈曲部より上のこの第２の領域では、出力は幅
広い領域にわたって駆動電流に対してほぼ直線的に増加
する。この第２の領域ではレーザ出力はコヒーレントな
ので、屈曲部より上のこの領域でレーザを動作させるこ
とが望ましい。
電源を使ってレーザ・ダイオード１６に駆動電流を供給
する。レーザ・ダイオード１６の出力は、レーザ・ダイ
オード１６に供給される駆動電流の量に依存する。出力
と駆動電流の関係を示すグラフを、図２に示す。このグ
ラフの特徴は、２つの別々の領域が「屈曲部」で合体す
ることである。出力ゼロから屈曲部まで延びる第１の領
域では、駆動電流の増加に伴うレーザ出力の増加は比較
的小さい。屈曲部より下のこの第１の領域では、レーザ
出力はコヒーレントではなく、ＬＥＤのそれに類似して
いる。屈曲部から最大駆動電流にまで延びる第２の領域
では、駆動電流の増加に伴うレーザ出力の増加は比較的
大きい。屈曲部より上のこの第２の領域では、出力は幅
広い領域にわたって駆動電流に対してほぼ直線的に増加
する。この第２の領域ではレーザ出力はコヒーレントな
ので、屈曲部より上のこの領域でレーザを動作させるこ
とが望ましい。
【００２６】屈曲部より上の領域で連続的にレーザ・ダ
イオードを動作させるには、レーザ・ダイオード駆動電
流が、屈曲部に達するのに必要な最小電流より常に大き
くなければならない。本発明では、ダイオードを通る電
流（ｉB）がこの最小電流を超えるように、一定な直流
電圧がダイオードの両端間に印加される。直流成分だけ
が供給されるときのレーザの光出力が平均出力Ｐavgで
ある。伝送されるデータを含む交流電圧信号は、レーザ
出力レベルを変化させるために一定な直流電圧に重ねら
れる。交流成分は、レーザ・ダイオード出力をＰavgよ
り上及び下にスイングさせる。この動作方法は、オンま
たはオフである出力論理レベルとは異なり、明から暗に
変化するレーザ出力論理レベルをもたらす。
イオードを動作させるには、レーザ・ダイオード駆動電
流が、屈曲部に達するのに必要な最小電流より常に大き
くなければならない。本発明では、ダイオードを通る電
流（ｉB）がこの最小電流を超えるように、一定な直流
電圧がダイオードの両端間に印加される。直流成分だけ
が供給されるときのレーザの光出力が平均出力Ｐavgで
ある。伝送されるデータを含む交流電圧信号は、レーザ
出力レベルを変化させるために一定な直流電圧に重ねら
れる。交流成分は、レーザ・ダイオード出力をＰavgよ
り上及び下にスイングさせる。この動作方法は、オンま
たはオフである出力論理レベルとは異なり、明から暗に
変化するレーザ出力論理レベルをもたらす。
【００２７】図２でそれぞれＰ1及びＰ0で表される最大
レーザ出力レベルと最小レーザ出力レベルの比は、レー
ザ・ダイオードの入力駆動電流に対応するもので、消光
比と呼ばれる。たとえば、Ｐ1がＰ0より５倍大きいシス
テムでは、消光比は５：１となる。通常、Ｐ1はＰ0より
３〜１０倍大きいので、消光比は３：１〜１０：１とな
る。これらの消光比に対応する平均出力は、１〜５ミリ
ワットである。１ミリワットを超える平均出力は、確定
された安全限界を超える可能性がある。したがって、減
衰レンズによってレーザ・ダイオード出力を最大で８０
％減衰させなければならない。
レーザ出力レベルと最小レーザ出力レベルの比は、レー
ザ・ダイオードの入力駆動電流に対応するもので、消光
比と呼ばれる。たとえば、Ｐ1がＰ0より５倍大きいシス
テムでは、消光比は５：１となる。通常、Ｐ1はＰ0より
３〜１０倍大きいので、消光比は３：１〜１０：１とな
る。これらの消光比に対応する平均出力は、１〜５ミリ
ワットである。１ミリワットを超える平均出力は、確定
された安全限界を超える可能性がある。したがって、減
衰レンズによってレーザ・ダイオード出力を最大で８０
％減衰させなければならない。
【００２８】より大きな消光比でレーザ・ダイオードを
動作させると、データ伝送システムの信号対雑音比が増
大し、したがってデータ伝送に関連するビット・エラー
率が減少する。したがって、このようなより高い消光比
でレーザ・ダイオードを動作させることが好ましい。し
かしながら、レーザ・ダイオードが安全でないレベルで
動作するレベルにまで消光比を増大させることはできな
い。本発明の好ましい実施例では、レーザ・ダイオード
は、減衰レンズが存在するために通常の駆動電流より高
い電流で動作させることができる。減衰レンズは、駆動
電流が増大したときにレーザ・ダイオードによって発生
される追加の出力を吸収するので、正味出力を所定の安
全限界内に制限することができる。
動作させると、データ伝送システムの信号対雑音比が増
大し、したがってデータ伝送に関連するビット・エラー
率が減少する。したがって、このようなより高い消光比
でレーザ・ダイオードを動作させることが好ましい。し
かしながら、レーザ・ダイオードが安全でないレベルで
動作するレベルにまで消光比を増大させることはできな
い。本発明の好ましい実施例では、レーザ・ダイオード
は、減衰レンズが存在するために通常の駆動電流より高
い電流で動作させることができる。減衰レンズは、駆動
電流が増大したときにレーザ・ダイオードによって発生
される追加の出力を吸収するので、正味出力を所定の安
全限界内に制限することができる。
【００２９】レーザ・ダイオードの出力の大きさを２つ
の対応する異なる出力レベルＰ0とＰ1の間で変化させる
ために、レーザ・ダイオードへの入力駆動電流の振幅
を、２つの異なる入力レベルの間で変調させる。出力レ
ベルＰ0とＰ1は、その結果生じるデータ伝送システムの
ビット・エラー率が、その値を超えるとビット・エラー
率が許容されないようになる値までに制限されるように
選択する。次に、増大されたレーザ・ダイオード出力
が、レンズによって安全な動作レベルにまで減衰され
る。
の対応する異なる出力レベルＰ0とＰ1の間で変化させる
ために、レーザ・ダイオードへの入力駆動電流の振幅
を、２つの異なる入力レベルの間で変調させる。出力レ
ベルＰ0とＰ1は、その結果生じるデータ伝送システムの
ビット・エラー率が、その値を超えるとビット・エラー
率が許容されないようになる値までに制限されるように
選択する。次に、増大されたレーザ・ダイオード出力
が、レンズによって安全な動作レベルにまで減衰され
る。
【００３０】図３は、本発明の別の実施例を示す。この
実施例では、ウィンドウ２０は部分的光反射性材料でで
きている。この反射性材料は、レンズ２２の働きを増進
し、レーザ出力の一部分をレーザ・ダイオードに向かっ
て後方反射することによって、光ファイバ３４に沿って
伝送されるレーザ出力の量をさらに制限する。レーザ・
ダイオードへの後方反射がレーザ・ダイオード動作と干
渉しないようにするために、ウィンドウ２０はレンズ２
２の縦軸と垂直でない角度で配置される。レーザ・ダイ
オード出力のレンズ２２を通過しない部分は、レーザ・
ダイオード１６に向かって直接に後方反射されることを
妨げられる。代替実施例では、ウィンドウ２０は、部分
的光反射性材料でできていず、プラスチック膜などの部
分的光反射性コーティングでコートされた透明材料製で
ある。
実施例では、ウィンドウ２０は部分的光反射性材料でで
きている。この反射性材料は、レンズ２２の働きを増進
し、レーザ出力の一部分をレーザ・ダイオードに向かっ
て後方反射することによって、光ファイバ３４に沿って
伝送されるレーザ出力の量をさらに制限する。レーザ・
ダイオードへの後方反射がレーザ・ダイオード動作と干
渉しないようにするために、ウィンドウ２０はレンズ２
２の縦軸と垂直でない角度で配置される。レーザ・ダイ
オード出力のレンズ２２を通過しない部分は、レーザ・
ダイオード１６に向かって直接に後方反射されることを
妨げられる。代替実施例では、ウィンドウ２０は、部分
的光反射性材料でできていず、プラスチック膜などの部
分的光反射性コーティングでコートされた透明材料製で
ある。
【００３１】実際問題として、部分的光反射性材料、ま
たは部分的光反射性コーティングをもつ材料は、レンズ
２２の縦軸に沿ってレーザ・ダイオード１６と光ファイ
バ端面５２の間の任意の位置に配置することができる。
そのような材料からなる要素は、レーザ・ダイオードに
向かって光が後方反射しないように、レンズの水平軸に
対して垂直でない角度で配置すべきである。
たは部分的光反射性コーティングをもつ材料は、レンズ
２２の縦軸に沿ってレーザ・ダイオード１６と光ファイ
バ端面５２の間の任意の位置に配置することができる。
そのような材料からなる要素は、レーザ・ダイオードに
向かって光が後方反射しないように、レンズの水平軸に
対して垂直でない角度で配置すべきである。
【００３２】
【発明の効果】以上、データ伝送中に受けるレーザ・ダ
イオード出力の雑音及びビット・エラー率を低下させる
光ファイバ・データ伝送システムについて記述した。さ
らに、レーザ・ダイオードの消光比を増加させ、同時に
レーザ・ダイオードの増大された出力を減衰させるデー
タ伝送システムを動作させる方法について記述した。光
ファイバ・データ伝送システムのレーザ・ダイオード送
信器を動作させるこのような方法は、このシステムの信
号対雑音比を増加させる。上記の概念は、アナログ伝送
システムにも適用でき、そのようなシステムの信号対雑
音比を改善することができることを理解されたい。しか
しながら、本開示を念頭に置けば、他の光データ伝送シ
ステムにおいて匹敵する利益を達成するために、好まし
い実施例に対する明白な代替法が、当業者には明らかで
あろうと思われる。
イオード出力の雑音及びビット・エラー率を低下させる
光ファイバ・データ伝送システムについて記述した。さ
らに、レーザ・ダイオードの消光比を増加させ、同時に
レーザ・ダイオードの増大された出力を減衰させるデー
タ伝送システムを動作させる方法について記述した。光
ファイバ・データ伝送システムのレーザ・ダイオード送
信器を動作させるこのような方法は、このシステムの信
号対雑音比を増加させる。上記の概念は、アナログ伝送
システムにも適用でき、そのようなシステムの信号対雑
音比を改善することができることを理解されたい。しか
しながら、本開示を念頭に置けば、他の光データ伝送シ
ステムにおいて匹敵する利益を達成するために、好まし
い実施例に対する明白な代替法が、当業者には明らかで
あろうと思われる。
【図１】本発明の原理に従って構成した光ファイバ・デ
ータ伝送システムの縦断面図である。
ータ伝送システムの縦断面図である。
【図２】本発明のレーザ・ダイオードの入力電流と出力
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
【図３】本発明の別の実施例の縦断面図である。
１０ 光データ伝送システム １２ 光送信器サブアセンブリ １４ 光ファイバ・ケーブル・アセンブリ １６ レーザ・ダイオード １８ コンテナ ２０ ウィンドウ ２２ レンズ ２４ 送信器ハウジング ２６ ハウジング延長部 ２８ フェルール・ストップ ３０ ケーブル・ガイド ３４ 光ファイバ ３６ フェルール ３８ カラー ５４ 減衰要素
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 キシェン・ナライン・カプル アメリカ合衆国13850、ニューヨーク州ヴ ェスタル、インペリアル・ウッズ・ドライ ブ 709番地 (72)発明者 ダグラス・ハワード・ストロープ アメリカ合衆国13732、ニューヨーク州ア パラチン、ペンシルヴァニア・アベニュ ー、ボックス 129号 (72)発明者 ロバート・シー・スーアード アメリカ合衆国
Claims (7)
- 【請求項１】駆動電流入力及び光信号出力を有する発光
デバイスと、 前記発光デバイスの前記光信号出力を部分的に透過し、
部分的に吸収する光減衰手段と、 前記発光デバイスの前記光信号出力を合焦させるための
合焦手段と、 前記の減衰され合焦された光信号出力を伝送するための
光ファイバとを含む光データ伝送システム。 - 【請求項２】前記光減衰手段が発光デバイスの光信号出
力の実質的な部分を吸収することを特徴とする、請求項
１に記載の装置。 - 【請求項３】前記発光デバイスが、実質的にコヒーレン
トな光信号出力を有するレーザ・ダイオードを含み、 前記光ファイバ・ケーブルが、前記の減衰され合焦され
た光信号出力を受け取るための端面を有する、光伝搬を
支援するための光ファイバを含むことを特徴とする、請
求項２に記載の装置。 - 【請求項４】前記光減衰手段及び前記合焦手段があいま
って、前記レーザ・ダイオードの前記出力を前記光ファ
イバの前記端面上に合焦させ、かつ収束させるためのレ
ンズを構成し、前記レンズが、水平軸と前記レーザ・ダ
イオードに面する第１の端面と前記光ファイバの前記端
面に面する第２の端面とを有することを特徴とする、請
求項３に記載の装置。 - 【請求項５】前記合焦手段が、屈折率勾配を有するレン
ズを含み、前記光減衰手段が２つの端面を有し、その少
なくとも１つが部分吸光性材料でコートされていること
を特徴とする、請求項３に記載の装置。 - 【請求項６】入力駆動電流をレーザ・ダイオード送信器
に印加する手段を提供する段階と、 前記レーザ・ダイオード送信器の出力の大きさを変える
ために、前記のレーザ・ダイオード送信器への前記入力
駆動電流の振幅を変調する段階と、 レーザ・ダイオード送信器の出力の大きさより小さい、
光データ伝送システムによって出力される所望の出力レ
ベルを選択する段階と、 前記レーザ・ダイオード送信器出力を減衰させる手段を
提供する段階と、 前記レーザ・ダイオード送信器出力をシステム出力の選
択されたレベルにまで減衰させる段階とを含む、システ
ムの信号対雑音比が増大するように光データ伝送システ
ム内のレーザ・ダイオード送信器を動作させる方法。 - 【請求項７】入力駆動電流をレーザ・ダイオード送信器
に印加する手段を提供する段階と、 前記レーザ・ダイオード送信器の出力の大きさを２つの
異なる出力レベルの間で変えるために、前記レーザ・ダ
イオード送信器への前記入力駆動電流の振幅を２つの対
応する異なる入力レベルの間で変調する段階と、 前記レーザ・ダイオード送信器の前記の異なる出力レベ
ルに対応する、前記システムによって出力される出力の
最小レベル及び最大レベルを選択する段階と、 前記レーザ・ダイオード送信器出力を減衰させる手段を
提供する段階と、 前記レーザ・ダイオード送信器の異なる出力レベルを、
システム出力の前記の選択された対応する最小レベル及
び最大レベルにまで減衰させる段階とを含む、システム
の信号対雑音比が増大するように光データ伝送システム
内のレーザ・ダイオード送信器を動作させる方法。
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|---|---|---|---|
| US07/764,569 US5309542A (en) | 1991-09-18 | 1991-09-18 | Fiber optic transmitter modification for improved extinction ratio |
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