JPH09505718A - 光通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光通信装置が、出力が高周波変調信号に応じて短縮され直接変調半導体レーザ（１０）と、出力を光チャネル（１６）に供給するために結合された進行波レーザ増幅器（１４）と、チャネルから受けた信号を電気信号に変換する光検出器（１８）とを備える。増幅器（１４）はオーバードライブするステップ光入力に応答するオーバーシュート特性を提供し、レーザ（１０）の出力がそのような光レベルを提供するために構成される。増幅器（１４）のオーバーシュート特性は装置の応答において別の光出力をステップ入力に対して提供して、分離されているビットおよび高いレベルのビットの流れ中の最初のビットの場合に起きるパルス短縮を補償する。本発明は光通信装置で使用する送信器および中継器にも関するものである。

Description

【発明の詳細な説明】 光通信装置 本発明は光通信装置、および光通信装置に使用するための送信器と中継器に関 するものである。本発明はとくに、非常に高いビット伝送速度でのデータ通信に 応用される。 光通信装置においては、信頼度を犠牲にすることなしに妥当なコストで通信速 度を高くするという絶え間ない圧力が存在している。受信器の性能を向上させる ことに大きな努力が注がれてきたが、送信される信号を改善することにもいくら かの研究が行われてきた。チャネルに供給される光信号を増幅することによって はるかに長い伝送距離が達成され、したがって、求められる中継器の数が所与の 伝送距離では減少する。しかし、そのような光増幅器、たとえば、半導体光増幅 器は、最終的には装置の性能を低下させることになるパターンに依存する利得な どの特性を示す。ＩＥＥＥフォトニクス・テクノロジー・レタース（ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ）第４巻第７号、 １９９２年７月号７０８〜７１１ページ所載のウィーゼンフェルド（Ｗｉｅｎｓ ｅｎｆｅｌｄ）他による論文「高速多重量子井戸光パワー増幅器（Ｈｉｇｈ Ｓ ｐｅｅｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ−Ｑｕａｎｔｕｍ−Ｗｅｌｌ Ｏｐｔｉｃｓ Ｐｏ ｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）」では、この問題はより高度なレーザ増幅器を用 いて対処されてきたが、これは装置の受信器において、光源単独と比較すると、 所与の信号レベルに対して、高いビット誤差率（図３ｂおよび３ｃ参照）を依然 として生ずる。 本発明の第１の目的はこの欠点を克服する光通信装置を得ることである。 本発明の第１の態様によれば、光源と、電気信号に応答して光源を変調し、少 なくとも高いレベルおよび低いレベルを有する変調された光信号を発生する手段 と、変調された光信号を受けるために接続され、飽和した時に出力オーバーシュ ートを生ずる光増幅器と、増幅器からの出力を伝える光チャネルと、光チャネル から受けた信号を電気信号に変換する光検出器とを備える光通信装置において、 光源と光源を変調する手段は、パルスを短縮させる電気−光変換機能を有し、高 いレベルの変調された光信号が光増幅器をオーバードライブすることを特徴とす る光通信装置が得られる。 これまで不適切であるか、または少なくともかなり低い性能のものであると、 これまでみなされていた半導体レーザを、高いビット伝送速度で眼をよく開いて （ｇｏｏｄ ｅｙｅ ｏｐｅｎｉｎｇ）大きな振幅の光信号を発生するためには 欠陥があるとみなされていた光増幅器とともに使用できることが今は判明してい る。 光源の特性と光増幅器の特性を増幅器への入力端子における信号強度に、強度 −時間グラフの下の面積がパターンの最初のビット（または分離されているビッ ト）およびより長いパターンで配置されている以後のビットについてほぼ等しい ようにして、一致させたならばこの装置の性能を向上できる。 高いレベルの単一のビットは最も影響を受けやすいから、ビット期間にほぼ等 しい利得飽和時間を有する増幅器を使用すると有利であることが判明している。 特定の装置の場合には、増幅器の駆動電流を調整することによってこれをある程 度調整できる。利得回復時間は利得飽和時間と同じ程度であるから、より低い光 出力パワーを有する単一のビットは別の分離しているビットすなわちステップ入 力に対して増幅器を準備するために十分である。 本発明の第２の目的は光通信装置に用いて上記諸利点を提供する送信器を得る ことである。 本発明の第２の態様によれば、光源と、電気信号に応答して光源を変調し、少 なくとも高いレベルおよび低いレベルを有する変調された光信号を発生する手段 と、変調された光信号を受けるために接続され、飽和した時に出力オーバーシュ ートを生ずる光増幅器とを備える光通信装置に使用する送信器において、光源と 、光源を変調する手段は、パルスを短縮させる電気−光変換機能を有し、高いレ ベルの変調された光信号が光増幅器をオーバードライブすることを特徴とする光 通信装置に使用する送信器が得られる。 本発明の第３の目的は光通信装置に用いて上記諸利点を提供する中継器を得る ことである。 本発明の第３の態様によれば、光チャネルから受けた信号を電気信号に変換す る光検出器と、光源と、電気信号に応答して光源を変調し、少なくとも高いレベ ルおよび低いレベルを有する変調された光信号を発生する手段と、変調された光 信号を受けるために接続され、飽和した時に出力オーバーシュートを生じ、中継 器の出力を構成する光増幅器とを備える光通信装置に使用する中継器において、 光源と光源を変調する手段は、パルスを短縮させる電気−光変換機能を有し、高 いレベルの変調された光信号が光増幅器をオーバードライブすることを特徴とす る光通信装置に使用する中継器が得られる。 以下、添付図面を参照し実施例により本発明を説明する。 図１は本発明の通信装置のブロック図である。 図２は本発明の理解を助けるための２つの線図を示す。 図３は本発明の効果を示す２つの波形を示す。 図４は本発明の通信装置についてのビット誤差率と受けた信号レベルのグラフ を示す。 図５は本発明の第３の態様に従う光中継器のブロック図である。 図１は直接変調されるレーザモジュール（ＤＦＢ）１０を示す。これの端子１ ２に変調電気信号が加えられる。実際には、公知のように、レーザモジュール は単一のパッケージで実現でき、あるいは、常時発光するレーザおよび別々の変 調器として実現できる。レーザ１０からの変調された光信号は進行波レーザ増幅 器１４に供給される。その増幅器の出力が光ファイバチャネル１６（ここではド ラムに巻かれている）に供給される。光ファイバチャネルからの出力は検出器１ ８、たとえば、光ダイオードおよび増幅器に結合され、光信号を再び電気信号に 変換する。明確にするために結合器と光分離器は省略したが、光ファイバチャネ ルは１つまたは複数の中継器を含むことができる。 図２Ａは一対の直接変調半導体レーザモジュールの変換機能を方形波電気変調 信号と一緒に示す。縦軸は強さを示し、横軸は時間を示す。上の破線カーブは良 い振幅およびパルス長さを持つ許容できる変換機能を表す。下の破線カーブは多 少弱いレーザの応答、または少なくとも、指定されたものより高いビット伝送速 度で動作させられるものを表す。下のカーブは、上のパルスによって表されてい るものより光エネルギーが大幅に小さい、時間が短縮された弱いパルスを示す。 この結果としてデジタル通信装置における分離されたビットに対してはるかに小 さい「眼」となり、その結果として伝送距離が短くなり、誤差率が高くなる。通 信装置のビット伝送速度が高くなるにつれて、この貧弱な変換機能が通信の誤差 率に対するそれの影響がますます大きくなる。この問題に対する従来の解決策は 非常に複雑で、非常に費用がかかる高性能のレーザを開発することであった。 図２Ｂは、時間（横）軸で零の時に加えられるステップ状の光入力に対する進 行波レーザ増幅器の応答の強さ（縦軸）を示す。ステップ入力は増幅器をかなり 過大駆動するために十分な振幅のものであって、応答がオーバーシュートする。 そのオーバーシュートは約３００ｐｓｅｃの回復時間内に定常レベルに安定する 。オーバーシュートはレーザの量子井戸内の静止キャリヤ密度の結果であって、 それによってレーザは、大きな出力強度が供給されなかった時間の後で大きく増 幅できるようにする。オーバーシュートの量（定常状態レベルの４ないし５倍ま で のどこでも）は回復時間に関連付けられ、それら２つは増幅器における静止キャ リヤ密度および入力信号の強さによって支配される。レーザ（応用できるならば ）の特性とレーザ増幅器の特性が分かれば、レーザの貧弱な電気−光変換機能の ために失われた光出力の強さ−時間積が、レーザ増幅器の出力端子に供給された 高い強度の強さ時間積によってほとんどまたは完全に補償される。 図３は、同じ１０ＭＨｚ変調信号に対する光の強さ（縦軸）と時間の一対の波 形を示す。図３Ａのカーブは直接変調半導体レーザの出力を表し、図３Ｂのカー ブは図１に示すレーザとレーザ増幅器の組合わせの出力を表す。図３Ｂにおける 信号の強さは図３Ａに示すものよりほぼ２倍であるが、注目することが重要なこ とは分離されているビットの相対的な振幅である。図から分かるように、パター ン中の分離されているビットすなわち第１のビットの強さをレーザ増幅器によっ て選択的に強めた。これによって、送信される信号のうち、通信装置のビット誤 差率を改善する部分に対する非常に良い「眼」が与えられる。 図４はレーザ増幅器の４種類のオーバードライブレベルに対するビット誤差率 （縦軸）と受信器入力の関係を、増幅なしのレーザ自体の基準性能と一緒に示す 。基準を５個の丸い点で示す。残りの点はレーザ増幅器入力の−１８ｄＢｍ（白 い三角）と、−１５ｄＢｍ（黒い三角）と、−１２ｄＢｍ（白い正方形）と、− ９ｄＢｍ（黒い正方形）とのレベルを表す。図から分かるように、ビット誤差率 性能はレーザ増幅器への入力が強くなると、いいかえると、オーバードライブが 大きくなると、改善される。 図５は本発明の光中継器のブロック図を示す。入来光ファイバが検出器３２に 結合される。その検出器は図１に示す光検出器１８と同様に動作する。検出器３ ２の電気出力端子が直接変調レーザ３４に接続される。そのレーザは次の光増幅 器３６をかなり過大駆動するレベルまで変調される。これのメカニズムについて は、光通信装置について先に説明した。増幅器３６からの出力が光ファイバ ３ ８に接続される。その光ファイバを増幅された信号が進み続ける。多重モード伝 播および記号間干渉の影響を補償するための等化器を検出器３２とレーザ３４を 要求に応じて設けることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 光源と、電気信号に応答して光源を変調し、少なくとも高いレベルおよ び低いレベルを有する変調された光信号を発生する手段と、変調された光信号を 受けるために接続され、飽和した時に出力オーバーシュートを生ずる光増幅器と 、増幅器からの出力を伝える光チャネルと、光チャネルから受けた信号を電気信 号に変換する光検出器とを備える光通信装置において、光源と光源を変調する手 段は、パルスを短縮させる電気−光変換機能を有し、高いレベルの変調された光 信号が光増幅器をオーバードライブすることを特徴とする光通信装置。 ２． 請求の範囲１記載の通信装置であって、装置のビット周期はＴであり、 増幅器出力の高いレベルの周期Ｔにわたる強さ積分が分離されているビットおよ びより長い流れのなかのビットに対してほぼ等しいように、増幅器の出力オーバ ーシュートが、電気−光変換機能によって行われた変調された光信号のパルス短 縮に一致させられることを特徴とする通信装置。 ３． 請求の範囲２記載の通信装置であって、光増幅器は利得飽和時間が周期 Ｔにほぼ等しいオーバーシュート特性を有することを特徴とする通信装置。 ４． 請求の範囲１ないし３のいずれかに記載の通信装置であって、光増幅器 は半導体光増幅器であることを特徴とする通信装置。 ５． 光源と、電気信号に応答して光源を変調し、少なくとも高いレベルおよ び低いレベルを有する変調された光信号を発生する手段と、変調された光信号を 受けるために接続され、飽和した時に出力オーバーシュートを生ずる光増幅器と を備える光通信装置に使用する送信器において、光源と、光源を変調する手段は 、パルスを短縮させる電気−光変換機能を有し、高いレベルの変調された光信号 が光増幅器をオーバードライブすることを特徴とする光通信装置に使用する送信 器。 ６． 光チャネルから受けた信号を電気信号に変換する光検出器と、光源と、 電気信号に応答して光源を変調し、少なくとも高いレベルおよび低いレベルを有 する変調された光信号を発生する手段と、変調された光信号を受けるために接続 され、飽和した時に出力オーバーシュートを生じ、中継器の出力を構成する光増 幅器とを備える光通信装置に使用する中継器において、光源と光源を変調する手 段は、パルスを短縮させる電気−光変換機能を有し、高いレベルの変調された光 信号が光増幅器をオーバードライブすることを特徴とする光通信装置に使用する 中継器。