JPS62245751A - 光中継装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光通信システム等に用いられる光中継装置に関
する。

（従来の技術） 近年、光フアイバ伝送系の性能の向上、及び光中４装置
の簡素化を目的として、半導体レーザを用いた光信号の
光直接増幅の研究ｂ−行なわれている。

このような半導体レーザ（よる光直接増幅の例としては
、向弁、白木、水付らによるＩ光直接増幅による中１伝
送Ｉ研究実用化報告第３１巻第１２号、１９８２年発行
の報告がある。

この報告では、半導体レーザを用いた光信号の光直接増
幅について検討しており、特に半導体レーザによる光増
幅器を用いた光直接増幅中は系について、８／Ｎ特性及
び伝送系の符号誤り率特性を評価している。

この実験系のブロック図を第４図に示す。この実験系で
は、光伝送路の代りに光減衰５２１，２４゜２６を用イ
テ、２個の光増幅５２２．２５によ’）、２中継光増幅
伝送系の模擬実験を行なっている。

ここで中１１０として用いた光増幅器２２．２５は注入
電流を発振閾値以下にバイアスした半導体レーザで光の
直接増幅を行なうものであり、電気系で信号の増幅を行
なわないから、中！！器の小型化、簡素化が可能となる
。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、この光増ｑａ　６の増幅光の飽和レベルは一１
ＯｄＢｍ　と低いから、信号光利得は高々２０ｄＢ国度
に制限されるという欠点があった。

また、このような半導体レーザ型の光増幅器では、自然
放出光等による４音が生じ、光増幅りの増幅光に雑音が
加え合わせられて送信され、ベースバンドＳ／Ｎの改善
１は信号光利得よりも小さく約１５　ｄＢとなってしま
う。

さらに、この光増幅器は、増幅作用しかもたないから、
光増幅器による帯域劣化、パターン効果等による波形ジ
ッタｂζ増幅信号光に現われて、中継器としての機能を
低下させる。

しかも、この中継器には、信号光の識別再生、リタイミ
ング等の機能がなく、単く受信光の増幅のみを行なうも
のである。よって、この中ａ器を多数用いて、光信号の
中継を行なった場合には、各中継器において、光信号に
強度雑音及び立相ンツタが次々に加え合わせられるので
、中賭ｔｉの中継段数に制限があるという欠点もあった
。

そこで本発明の目的は、小型化が可能な光回路のみで、
光信号の直接増幅及び識別再生を行ない、大出力で強度
雑音及び、位相ジッタの少ない、識別再生された信号光
を送信するとともに、信号光の利得が大きな光中継装は
を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 前述の問題点を解決するために本発明が提供する光中継
装置は、受信光パルス信号を増幅する光増幅素子と、光
入出力特性に双安定動作を示す双安定光増１！素子と、
前記光増幅素子からの出力光の一部を光噴出器により検
出してタイミングクロックを抽出するタイミング抽出回
路とを含み、前記双安定光増幅素子は、前記光増幅素子
の出力光パルス信号を入力のデータ光とし、前記タイミ
ングクロックを注入トリガ電流として、双安定動作によ
り前記入力データ光を識別再生することを特徴とする。

（作用） 本発明の光中継装置は、半導体レーザ型の光増幅素子等
で増幅された信号光を、双安定半導体レーザ等の光双安
定動作を示す光増幅素子に入力させ、光双安定動作を示
す光入出力特性により増幅された信号光を、識別再生さ
れた大出力の送信光信号として利用するものである。尚
、双安定半導体レーザの構造については、特願昭５８−
１４２９２２に詳しく説明されているので説明を省略す
る。

第２図に双安定半導体レーザの動作原理を示す。

双安定半導体レーザの光出力は注入電流に対してヒステ
リンス特性を示す。ここで、注入電流が第２図のよりに
設定された場合には、光が入射すると双安定半導体レー
ザは発議を開始し、光の入射が無くなっても、発振を持
続する。次に注入電流をＩｄｏｗｎ以下にすると双安定
半導体レーザは発振を停止する。

光波形の識別再生の様子を第３図を用いて説明する。第
３図（ａ）は光増幅素子で増幅された光入力波形、同図
（ｂ）は双安定半導体レーザへ注入するタイミングクロ
ック、同図ＣＣ＞は双安定中導体レーザの光出力波形で
ある。ここで第３図（ａ）の光入力波形は雑音を含み、
帯域劣化や、パターン効果の表われた波形であるが、双
安定半導体レーザからの光出力は入力の光信号及びタイ
ミングクロックに対して双安定動作を示す大出力のレー
ザ見損光であるから、第３図（ｅ）の光出力波形は、第
３図（ｂ）のタイミングクロックと同じパルス幅で、雑
音、位相ジッタの少ない識別再生された波形となる。次
に第３図（ｂ）のタイミングクロックの抽出方法につい
て簡単に説明する。タイミングクロックは半導体レーザ
型の光増幅素子からの出力光の一部を検出して抽出する
。

すなわち、光増幅素子からの出力光の一部を光検出等に
より、電流に変換し、光入力波形を再生して、タイミン
グ抽出回路を用いて、タイミングクロックを取り出す。

以上、述べた様に、本発明により、半導体ｖ　−ザ型の
増幅素子と光双安定動作を示す増幅素子により、小型で
簡単な構成で、十分な信号光利得と、雑音及び位相ジッ
タが小さい識別再生された大出力の信号光を送信する光
中継装置が実現できる。

（実施例） 次に実施例を挙げ、図面を参照して、本発明の詳細な説
明する。

第１図は、本発明の一実施例である光中継装置の構成を
示すブロック図である。第１図の光中継装置において、
光増幅器１は１３μｍ帯Ｉ　ｎ　Ｇａ　Ａｌ！Ｐ　／　
ＪｎＰ半導体レーザの両端面を無反射コートした進行波
形の光増幅素子があり、端子１６の電圧を調整して、注
入直流を発損しきい値の０．９５倍として、単一モード
ファイバ４からの入力光６に対する信号光利得を２２ｄ
Ｂとした状態で用いた。

この光増幅器１からの出力光７は、戻り光防止のだめの
アイソレータ２及びハーフミラ−を用いた光分岐回路１
２を介して、双安定半導体Ｖ−ザ３及び光検出５１３に
人声している。光検出器１３にはＩｎＧａＡｓ　−Ｐ　
Ｉ　Ｎ　７オトダイオードを用い、受信光パルス信号に
対応した電気波形を復調し、増幅器とＳＡＷフィルタを
組み合わせたタイミング抽出回路１４により、タイミン
グクロック１５を取り出す。双安定半導本レーザ３は可
飽和吸収領域を有し、波長１．３μｍ帯で発振するファ
ブリペロ−型工ｎ　Ｇａ　ＡＢ　Ｐ　／　Ｉ　ｎＰ双安
定半導体レーザであり、共振器方向になって溝により、
電極が第１と第２の電ｉ返１７ｐＬ８に２分割される構
造となっている。この構造については、特願昭５８−１
４２９２２に詳しく説明されているので省略する。双安
定半導体レーザ３の第１の電（１１７にはタイミングク
ロック１５を第３図（ｂ）に示すような状態で注入した
。また双安定半導体レーザ３の第２の電極」８には直流
のバイアス電流を端子２７から注入した。双安定半導体
レーザ３はタイミングクロック１５がより（第３図（ｂ
））の状態では、外部からの光入射により発振を開始し
、タイミングクロック１５がＩｄｏｗｎ　（第３図（ｂ
））以下になると発振を停止する。このような作動によ
り、双安定半導体レーザ３の出力には識別再生された出
力光１１が得られる。この出力光１１は送信用の単一モ
ードファイバ５に入射している。

なお、光素子間の光の結合は微小レンズにより行なった
。

以上の構成において、波長１．３μｍ、ピットレイ）２
８０Ｍｂ／ｓのＲＺ符号で強度変調された光パルス信号
を単一モードファイバ４から光ピークレベル−２８ｄＢ
ｍで入力させ、光中４ｉ１′ａとして動作させた。この
とき、光増幅器１からの出力光７の光ピークレベルは一
６ｄＢｍであり、アイソレータ２及び光分岐回路１２を
介して、光検出器１３に入射する入力光１０の光ピーク
レベルは一１２ｄＢｍであった。光検出器１３には光増
幅５１で十分に増幅された入力光１０が入射されるから
、比較的大振幅の１気波形が得られる。その結果、タイ
ミング抽出回路１４内の増幅器は低雑音のものでなくて
もよく、比較的利得の小さな増幅器により、タイミング
クロック１５を抽出することができる。

一方、光増幅５１で増幅され、双安定半導体レーザ３に
入射する入力光９の光ピークレベルは一１ＬｄＢｍ、双
安定半導体レーザ３の出力光１１の光ピークレベルは＋
５　（ＩＢｍであり、この光中継装置全体の利得は３３
ｄＢと大きな値となっている。

さらにこの光中継装置のベースバンドＳ／Ｎを調べた結
果、各部でのベースバンドＳ／Ｎは、光増幅器１の入力
光６のベースバンド８／Ｎが２８ｄＢ　、光増幅ａｔで
増幅され双安定半導体レーザ３に入射する入力光９０ベ
ースバンドＳ／Ｎが３８　ａＢ　、双安定半導体レーザ
３の出力光１１のベースバンドＳ／Ｎは７０ｄＢ以上と
なり、ベースバンドＳ／Ｎは双安定半導体レーザ３の雑
音の殆んどない識別再生された大出力のレーザＡ戯光に
よって大きく改善されている。

また双安定半導体レーザ３の出力光１１のタイミングジ
ッタは５０ｐ６以下であり、従来の光−゛電気、電気−
光変換を行なう、光中継装置の識別再生された信号光と
比べても、遜色の無い送信光が得られた。

以上の実施例では、光中継装置の光増幅素子として、半
導体レーザ型の光増幅器を用いたが、光増幅４には双安
定半導体レーザを用いてもよい。

また光双安定動作を示す光増幅素子には、ファプリペロ
ー型双安定半導体レーザの池に、単一軸モードで見損す
る分布帰還形双安定半導体レーザを用いてもよい。また
本発明の光中１装置に用いる光増幅器及び双安定半導体
レーザはそれぞれ１個のみに限らず、複ａ個の光増幅器
及び双安定半導体レーザを用いて、光中鏡装置全体の利
得を増加させてもよい。さらに、以上の実施例では、光
検出器にＩＩＩフォトダイオードを用いｔこが、光検出
器にはこれ以外に、アパランクエ・フォトダイオード、
フォトコンダクタ型光検出器等を用いてもよい。また、
光分岐回路には、ハーフミラ−の他に、ファイバカクプ
ラ等を用いてもよい。また以との実施例では光増幅器の
出力側に反対防止用のアイソレータを用いたが、反射光
の影響が無い場合には、アイソレータは無くてもよい。

さらに機械的振動による各素子間の光路のずれを防ぐた
めに、光増幅素子、光分岐回路、双安定半導体し一ザ等
を同−基板上に一体成形し、小型化を図った光中継装置
を構成することも可１止である。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、光増幅素子と光波形の識
別再生を行う双安定半導体レーザとを組み合わせて、信
号光利得が大きく、大出力で雑音及び位相ジッタの小さ
い光信号を送信する小型な光中継装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
２図及び第３図（ａ）〜（Ｃ）は双安定半導体レーザの
動作原理を説明するための図、第４図は従来の光直接増
幅中継系の構成を示すブロック図である。 Ｌ＃　　２２．２５−・・光増幅Ｌ　　Ｌ　　２ｏ、２
３・−アイソレータ、３・・・双安定半導体レーザ、４
．５・・・単一モードファイバ、６＝　　Ｌ　　Ｌ　　
１０・・・入力光、７，１１・・・出力光、１２・・・
光分岐回路、　　１３・・・光検出ｌ、１４・・・タイ
ミング抽出回路、１５・・・タイミングクロック、　　
ｔ６．　２７・・・端子、１７゜１８・・・電極、１９
・・・送信光源、２１．　２４１　２６・・・光減衰器
。 代理人　弁理士　本　庄　伸　　介 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 受信光パルス信号を増幅する光増幅素子と、光入出力特
   性に双安定動作を示す双安定光増幅素子と、前記光増幅
   素子からの出力光の一部を光検出器により検出してタイ
   ミングクロックを抽出するタイミング抽出回路とを含み
   、前記双安定光増幅素子は、前記光増幅素子からの出力
   光パルス信号を入力のデータ光とし、前記タイミングク
   ロックを注入トリガ電流として、双安定動作により前記
   入力データ光を識別再生することを特徴とする光中継装
   置。