JPH07106699A - 光伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】意図せぬ戻り光があった場合でも、伝送する信
号の帯域幅内においては実質的にレーザ発振の不安定性
を起こさず、常に誤り無く信号を伝送できる光伝送装置
を提供する。 【構成】振幅変調される半導体レーザ１１は、この半導
体レーザ１１から出射したレーザ光が反射して戻ってく
る間に、レーザ発振波長がレーザ内に立ち得る個々の縦
モードのスペクトル広がり以上の変移を生じるチャープ
特性を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光伝送装置に係り、特
に光インターコネクションを構成するのに適した光伝送
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、最近では、電子回路で扱
う信号の周波数が極めて高くなっており、かつ配線数も
増大の一途をたどっている。このため、配線を純電気的
に行うことが困難になってきている。

【０００３】そこで、この問題を解決するために、光イ
ンターコネクション技術を応用することが考えられてい
る。すなわち、光通信と同様に、送信端と受信端とに電
気・光変換素子および光・電気変換素子を設け、両素子
間で電気信号の代わりに光信号を送受する方法である。
この方法であると、空間的に離れた位置にある装置間や
基板間を光ファイバ等の導波路や光学系を利用した光結
合系を介して簡単に接続でき、最終的に電気的な結合を
実現できる。

【０００４】このような光インターコネクションが電気
的結合に置き換えられて実用に供されるためには、複雑
な操作や調整を必要とせずに簡便に実装でき、かつ光の
持つ高速性と高密度性の特徴を失わずに低コストで実現
できることが必要となる。

【０００５】ところで、光の高速性を有効に利用し、数
百メガ・ボー以上のビットレートで信号伝送の行える光
伝送装置を構成する場合には、光源として半導体レーザ
の使用が不可欠となる。

【０００６】一般に、半導体レーザは、反射戻り光が入
射すると、レーザ発振が不安定となって振幅雑音が急激
に増大する性質を持っている。しかも、その雑音はレー
ザ固有の緩和振動付近に大きなスペクトル成分を持つた
め、伝送信号と帯域が一致して信号が雑音に埋もれてし
まい、正常な伝送ができなくなる原因となる。このた
め、戻り光によるレーザ発振の不安定性を抑え、雑音が
増大しないように工夫する必要がある。

【０００７】このようなことから、従来、高い光結合効
率の要求される場合には、図６に示するように、半導体
レーザ１と受光素子２との間に光アイソレータ３を介在
させ、この光アイソレータ３で戻り光４の強度を減衰さ
せる構成が採用されている。なお、図６中、５は半導体
レーザ１からの出射光を示し、６は集光あるいは平行光
に変換するためのレンズを示し、７は光ファイバを示
し、８は振幅変調信号を示し、９は伝送出力信号を示し
ている。

【０００８】また、上記とは別の手法として、光軸が曲
がる不具合を承知の上で、正反射が生じないように斜め
入射となる構造を導入して戻り光を光軸以外に逃がした
り、あるいは光結合効率を落とすことで戻り光の強度を
減衰させる手法なども採用されている。これらの手法
は、１対１の結合または少数の光結合を実現する場合に
は有効である。

【０００９】しかしながら、たとえば図７に示すよう
に、基板１０ａ，１０ｂにそれぞれ半導体レーザ１や受
光素子２を１次元または２次元のアレイ状に並べて高密
度な多数の光結合を実現しようとした場合に、上述した
従来技術を適用しようとしても、困難が伴うか、コスト
高またはサイズが大きくなって実用的ではなくなる問題
があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、反射戻り
光によるレーザ発振の不安定性を抑える従来の手法で
は、高価な部品を必要としたり、全体の複雑化を招いて
光学調整が困難であったりし、結果的に光インターコネ
クションの密度を上げることができず、同時にコスト高
を招く問題があった。

【００１１】そこで本発明は、光源として半導体レーザ
を用い、かつ意図せぬ任意の戻り光があった場合でも、
信号を伝送する帯域幅内においては実質的にレーザ発振
の不安定性を起こさず、常に誤りなく信号を伝送できる
構成の簡単な光伝送装置を提供することを目的としてい
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、半導体レーザを搭載した振幅変調型の光
伝送装置において、前記半導体レーザからの出射光が反
射戻り光として上記半導体レーザに戻ってくる間に、上
記半導体レーザの発振波長が上記半導体レーザ内に立ち
得る個々の縦モードのスペクトル広がり以上に変移する
特性を得るべく上記半導体レーザの駆動特性を設定して
いる。

【００１３】なお、上記駆動特性の設定は、所定の波長
チャープ特性を持った半導体レーザの使用や、振幅変調
信号とは別に周波数変調信号または位相変調信号を印加
可能な半導体レーザの使用が有効である。

【００１４】また、別の手法として、伝送信号の最高周
波数に比べて高い緩和振動周波数成分を持ち、かつ内部
に非線形感受率または非線形吸収などの非線形光学特性
を持つ半導体レーザを用い、この半導体レーザを伝送信
号のビットレートに比べて高速の、広い意味でのカオス
が生じるように注入電流を調節して動作させ、これによ
って上記半導体レーザの出力光のコヒーレンスを実効的
に低下させることも有効である。

【００１５】さらに別の手法として、伝送信号の最高周
波数に比べて高い緩和振動周波数成分を持つ半導体レー
ザを用い、かつこの半導体レーザのレーザ光出射端から
緩和振動周波数の逆数の約半分の伝搬位置に伝搬光の一
部を反射させる機構を設け、その反射光量を意図せずに
発生する反射戻り光以上の大きさに設定し、これによっ
て緩和周波数振動付近に周波数成分を持つ雑音を定常的
に発生させるようにしてレーザ出力光のコヒーレンスを
実効的に低下させることも有効である。

【００１６】

【作用】反射戻り光によるレーザ発振の不安定性は、レ
ーザ光自身が高い干渉性を持つために、戻り光と発振レ
ーザ光との干渉現象に依って生じる。本発明では、ある
瞬間に発振しているレーザ光と以前に出射したレーザ光
の反射戻り光の周波数をずらせて相互干渉が生じないよ
うにしている。したがって、戻り光があっても実質的に
レーザ発振の不安定性を抑圧することができ、伝送誤り
の要因である伝送帯域内での戻り光雑音を無視できるレ
ベルに抑えることができるので、誤りの生じない光伝送
が可能となる。また、出射するレーザ光自身の実効的な
コヒーレンスを下げた場合も、同様に誤りの生じない光
伝送が可能となる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１には本発明の第１の実施例に係る光伝送装置の
模式的構成図が示されている。

【００１８】図１中、１１は半導体レーザであり、この
半導体レーザ１からの出射光１２はレンズ１３を介して
フォトダイオード等の受光素子１４に送られる。ここ
で、半導体レーザ１１としては、振幅変調信号（電流）
１５に対して所定の大きさの波長チャープ特性を持つも
のが用いられている。すなわち、半導体レーザ１１は、
この半導体レーザ１１からの出射光１２が反射戻り光１
６として再び半導体レーザ１１に戻ってくる間にレーザ
発振波長が半導体レーザ１１内に立ち得る個々の縦モー
ドのスペクトル広がり以上の変移を生じるのに充分な大
きさ波長チャープ特性を備えている。

【００１９】図２(a),(b) には半導体レーザ１１への振
幅変調信号と波長チャープとの関係が示されている。こ
のように半導体レーザ１１自身で波長変移を行なってい
るので、反射戻り光１６の波長がレーザ発振モードと一
致する確率を著しく低くでき、干渉効果がレーザ発振過
程に影響を及ぼしてレーザ発振の不安定性を立ち上がら
せる虞がない。したがって、誤りの生じない光伝送が可
能となる。

【００２０】図３には本発明の第２の実施例に係る光伝
送装置の模式的構成図が示されている。この図では図１
と同一部分が同一符号で示されている。したがって、重
複する部分の説明は省略する。

【００２１】この実施例では次のような半導体レーザ２
１を用いている。この半導体レーザ２１は、発振するレ
ーザ光に周波数または位相変調をかけることが可能な構
造を有している。すなわち、振幅変調信号１５とは独立
に位相変調信号または周波数変調信号２２を印加できる
構造となっている。

【００２２】そして、この例では、半導体レーザ２１か
らの出射光１２が反射戻り光１６として半導体レーザ２
１に戻ってくる間に、周波数変調信号２２を使ってレー
ザー発振波長を半導体レーザ２１内に立ち得る個々の縦
モードのスペクトル広がり以上に変移させるようにして
いる。なお、変調信号２２の変調周波数は、上記必要量
のレーザ発振波長変移を生じさせる帯域を持てばよく、
最大伝送信号周波数より低い周波数でよい。この周波数
は伝送周波数より１桁以下低い周波数であることが望ま
しい。

【００２３】したがって、この実施例においても、反射
戻り光１６の波長がレーザ発振モードと一致する確率を
著しく低くでき、干渉効果がレーザー発振過程に影響を
及ぼしてレーザ発振の不安定性を立ち上がらせる虞はな
い。この結果、誤りの生じない光伝送が可能となる。

【００２４】図４には本発明の第３の実施例に係る光伝
送装置の模式的構成図が示されている。この図において
も図１と同一部分が同一符号で示されている。したがっ
て、重複する部分の説明は省略する。

【００２５】この実施例では次のような半導体レーザ３
１を用いている。すなわち、半導体レーザ３１は、振幅
変調信号１５の振幅が大のときに、伝送信号の最高周波
数に比べて高い緩和振動周波数成分を持ち、かつ内部に
非線形感受率または非線形吸収などの非線形光学特性を
持っている。

【００２６】非線形光学特性は、レーザ発振に広い意味
でのカオスを発生させることが可能であり、しかもその
主な繰り返し周期を伝送信号のビットレートに比べて高
速にすることができる性質のものである。

【００２７】振幅変調信号１５としての電流注入時に、
上述した高速なカオスが生じるように、信号入力３２に
対応する振幅大の振幅変調信号１５を振幅調整信号３３
で調節して動作させるようにしている。

【００２８】したがって、上記構成であると、レーザ発
振に高周波の定常的カオス信号が重畳されるので、出射
光１２のコヒーレンスが実効的に低下する。この結果、
反射戻り光１６とレーザ発振光とが干渉することはほと
んどなく、戻り光１６による発振の不安定性は生じな
い。しかも、内部で発生している高周波成分が受光素子
１４で受光されないように、受光素子の１４の受光帯域
を選んでおけば、伝送信号出力１７に影響を与えること
はない。

【００２９】図５(a) には本発明の第４の実施例に係る
光伝送装置の模式的構成図が示されている。この図にお
いても図１と同一部分が同一符号で示されている。した
がって、重複する部分の説明は省略する。

【００３０】この光伝送装置では、半導体レーザ４１と
して振幅変調信号１５の振幅大の入力に対して伝送信号
の最高周波数に比べて高い緩和振動周波数成分を持つも
のを用いている。そして、半導体レーザ４１のレーザ光
出射端面から緩和振動周波数の逆数の約半分の伝搬位置
に出射光１２の一部を半導体レーザ４の１側に向けて反
射させる半透鏡４２を設けている。なお、半透鏡４２で
の反射光量は、光伝送装置内で意図せずに発生する反射
戻り光１６以上の強度を持ち、かつ緩和振動周波数付近
に周波数成分を持つ雑音が定常的に発生するように設定
されている。

【００３１】このような構成であると、出射光１２のコ
ヒーレンスが実効的に低下するので、反射戻り光１６と
レーザ発振光とはほとんど干渉しない。したがって、戻
り光１６による発振の不安定性は生じない。しかも、内
部で発生している高周波成分が受光素子１４で受光され
ないように、受光素子の１４の受光帯域を選んでおけ
ば、伝送信号出力１７に影響を与えることはない。

【００３２】伝搬光の途中に半透鏡４２を挿入する代わ
りに、図５(b) に示すように、半導体レーザ４１の裏面
側に出射するレーザ光を半透鏡４２で反射帰還する構成
を採用しても同じ効果を期待できる。

【００３３】なお、上述した例では説明の便宜上、１対
１の結合例を示したが、複数の、さらには１次元または
２次元のアレイ化した多数の結合を実現する場合にも本
発明を適用できる。また、光結合系にレンズを用いた単
純な構成を示したが、複数の光学部品を含んだもの、屈
折系や反射系を含んだもの、空間結合に限らず一部に導
波路を用いたものなど光学的に等価な光学系に置き換え
ることもできる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、従来の
光伝送装置では不可欠であった反射戻り光を抑える部品
や機構を省略できるので、システム構成を簡略化でき、
調整箇所を削減でき、サイズの縮小化、低コスト化を達
成できる。また、同時に多数の結合が要求されるアレイ
状の高密度・高速光インターコネクションの実現にも寄
与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る光伝送装置の模式
的構成図

【図２】同実施例における振幅変調信号波形と波長チャ
ープ量との関係を示す図

【図３】本発明の第２の実施例に係る光伝送装置の模式
的構成図

【図４】本発明の第３の実施例に係る光伝送装置の模式
的構成図

【図５】(a) は本発明の第４の実施例に係る光伝送装置
の模式的構成図、(b) は変形例を示す図

【図６】従来の光伝送装置の模式的構成図

【図７】空間結合型ボード間高密度光インターコネクシ
ョンの模式図

【符号の説明】

１１，２１，３１，４１…半導体レーザ １２…出射
光 １３…レンズ １４…受光
素子 １５…振幅変調信号 １６…戻り
光 １７…伝送出力信号 ２２…周波
数変調信号 ３２…入力信号 ３３…振幅
調整信号 ４２…半透鏡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｂ 10/04 10/28 10/26

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体レーザを搭載した振幅変調型の光伝
   送装置において、前記半導体レーザからの出射光が反射
   戻り光として上記半導体レーザに戻ってくる間に、上記
   半導体レーザの発振波長が上記半導体レーザ内に立ち得
   る個々の縦モードのスペクトル広がり以上に変移する特
   性を得るべく上記半導体レーザの駆動特性が設定されて
   いることを特徴とする光伝送装置。