WO2009104650A1 - 光送信装置、光通信システム及び光送信方法 - Google Patents

光送信装置、光通信システム及び光送信方法 Download PDF

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    • H01S5/06209—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes in single-section lasers
    • H01S5/06213—Amplitude modulation

Definitions

  • a single ring resonant optical filter configured on a planar optical waveguide circuit (PLC) is small in size and has a similar waveguide structure to a semiconductor laser, so that optical alignment is not required by hybrid integration. Furthermore, if the drop port is used, an isolator is unnecessary.
  • the slope of the transmission characteristic in the ring resonant optical filter for 10 Gb / s is as small as about 1 dB / GHz. I had to be. That is, in order to obtain an extinction ratio of 10 dB or more using a single ring resonance type optical filter, the frequency modulation amount must be about 10 GHz.
  • the electric field E of the modulated optical signal 102 from the semiconductor laser 14 is expressed by the following equation (3).
  • the sum of the frequency shift between the mark code and the space code and the transient frequency chirp is less than twice the Fourier transform limit.
  • the transient frequency chirp needs to be smaller than the magnitude of the frequency shift, and the peak of the frequency modulation characteristic needs to be less than twice the low frequency range.
  • FIG. 15 is an equivalent circuit of the drive circuit 13 and the semiconductor laser 14 for explaining a modification of the present embodiment.
  • a capacitance between the electrode of the semiconductor laser 14 and the semiconductor substrate is defined as CP.
  • Z0 is the impedance of the drive circuit 13
  • Z is the impedance of the semiconductor laser 14
  • R is the impedance matching resistance.
  • (A) shows the amplitude modulation characteristic when the semiconductor laser 14 is DC-biased with an average value of the drive current of 50 milliamperes, and the band characteristics of the low-pass electrical filter 12, the drive circuit 13, and the semiconductor laser 14 mounting circuit are ignored.
  • (B) is a graph showing the frequency modulation characteristics.
  • (A) is a graph showing an amplitude modulation waveform of the modulated optical signal 102 when band characteristics of the low-pass type electric filter 12 and the like are ignored, and (B) is a time change of frequency, that is, between a mark code and a space code. It is a graph of a frequency modulation waveform which shows the frequency shift of this and a transient frequency chirp.
  • (A) is an eye pattern waveform diagram of the transmitted optical signal 103
  • (B) is an eye pattern waveform diagram after 100 km transmission
  • (C) is an eye pattern waveform diagram after 200 km transmission.
  • (A) is a graph showing the amplitude modulation characteristics of the semiconductor laser 14 when the cutoff frequency of the low-pass type electric filter 12 is 3 GHz, which is 0.3 times the bit rate
  • (B) is a graph showing the frequency modulation characteristics. It is.
  • (A) is an amplitude waveform diagram of the modulated optical signal 102
  • (B) is also a frequency modulation waveform diagram.

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Abstract

　高い消光比、長距離伝送、および装置の小型化が可能な光送信方法および光送信 装置を提供する。 　ベースバンド電気信号１１に従って変調された送信光信号１０３を出力する 光送信装置１０は、ベースバンド電気信号１１に従って直接変調されることで搬送波の振 幅および周波数が変調された変調光信号１０２を出力する半導体レーザ１４と、変調光信 号１０２の周波数変調成分を振幅変調信号に変換して振幅変調成分に重畳することで送信 光信号１０３を出力する単一のリング共振型光フィルタ１５と、を有し、ベースバンド電 気信号１１の帯域を制限する遮断周波数fcを例えばビットレートＢの０．２５－０．５倍 の範囲の値に設定する。

Description

光送信装置、光通信システム及び光送信方法
　本発明は、光通信技術に係り、特に高速大容量かつ長距離の光ファイバ通信を実現するための光送信装置、光通信システム及び光送信方法に関する。
　近年、ブロードバンド接続の普及に伴い、トラフィックの急速な増大とアクセス手段やサービスの多様化が進展しつつある。これに対応するため、光ファイバ通信網の整備、即ち、大容量通信網へのアップグレードがすすめられている。このような光ファイバ通信網の整備において、光ファイバの敷設コストはその相当部分を占める。そのために敷設コストを抑制するには既設の光ファイバ通信網をそのまま使用することが望ましい。また、大容量化のために伝送速度を上げた場合でも、高価な分散補償ファイバの使用は避けるべきである。
　例えば、現在商用化されている都市間の光ファイバ通信網の多くでは、伝送速度が２．５Ｇｂ/ｓ、標準シングルモ－ドファイバ（ＳＭＦ）の伝送スパンが２００ｋｍ以下である。従って、伝送速度を１０Ｇｂ/ｓにアップグレードするためには、分散耐力があり、かつ、分散補償ファイバなしでＳＭＦ２００ｋｍ程度の伝送が可能となる１０Ｇｂ/ｓ光送信装置を新たに実現する必要がある。
　これまで１０Ｇｂ/ｓの光伝送技術としていくつかの方式が開発されている。ニオブ酸リチウム（ＬＮ）光変調器を用いたデュオバイナリ伝送方式は、分散耐力に優れた方式の一つであるが、ＬＮ光変調器のサイズが数ｃｍ以上と大きく、駆動電力も大きい。このために、ＸＦＰ（10Gbps（X）Form-factor Pluggable）等の小型モジュールに組み込むことができず、また高価でもあることから実用化が限られている。
　小型かつ駆動電力が小さいものとして半導体の電界光吸収効果を用いた半導体光変調器が開発されている。しかしながら、搬送波の周波数が時間的に変動するチャープ特性により、分散補償無しで伝送できる伝送距離はＳＭＦ４０～８０ｋｍ程度が上限である。また、使用できる波長範囲が狭いことから、高密度波長多重（ＤＷＤＭ）に使用すると、素子の選別・調整コストが高価になるといった問題がある。
　一方、半導体レーザを直接変調すれば、上述の半導体光変調器よりも小型でかつ駆動電力を小さくでき、外部変調器も不要であるから低価格となる。しかしながら、半導体レーザの直接変調においては過渡的な周波数チャープが大きいという問題があり、ファイバ分散によりＳＭＦ１０ｋｍ程度の伝送が限界であった。この過渡的な周波数チャープは、半導体レーザを大振幅で直接変調した場合に半導体レーザ内部のキャリア密度と光子密度が過渡的に変動することに起因する。
　この問題を解消するためには、半導体レーザを直流電流の印加により閾値の数倍に高バイアスして小信号変調すればよいが、半導体レーザを小信号変調すると、出力光信号の消光比が小さくなるため、長距離の光ファイバ伝送には使用できないという新たな問題が生じてしまう。
　そこで、半導体レーザから出力される変調光信号が周波数変調されていることを利用し、消光比を改善する方式が提案されている（特許文献１、２、３および非特許文献１）。
　図１は光フィルタを用いた光送信装置の基本的構成を示すブロック図である。データ信号１に従った変調電流により半導体レーザ２を直接変調し、変調された光信号を光りフィルタ３の透過特性のスロープを利用して消光比を改善する。
　この方式では同時に光信号のスペクトル幅も半減されるためデュオバイナリ変調方式と同等の分散耐力を得ることができ、分散補償無しでＳＭＦ２００ｋｍ以上の伝送が実証されている（非特許文献１）。
　非特許文献１にあるように、この方式においては１０Ｇｂ/ｓにおける周波数変調量、即ち、スペース(“０”)符号に対するマーク（“１”）符号の周波数シフトは、ファイバ分散との関係で４．５－５ＧＨｚが最適な値である。従って、光信号として必要とされる消光比１０ｄＢ以上を得るためには光フィルタのスロープを２ｄＢ/ＧＨｚ程度にしなければならない。非特許文献１では誘電体多層膜によるエタロン共振型光フィルタにより光フィルタの透過特性を最適化し大きなスロープを得ている。
アイ・トリプル・イー・フォトニクス・テクノロジー・レターズ誌、第１８巻、３８５－３８７頁（ＩＥＥＥ　Photonics Technology Letters, Vol. 18, pp.385-387） アイ・トリプル・イー・ジャーナル・オブ・カンタムエレクトロニクス誌、第QE-23巻、１４１０－１４１８頁（IEEE Journal of Quantum Electronics, vol. QE-23, pp.1410-1418） アイ・トリプル・イー・ジャーナル・オブ・ライトウェーブ・テクノロジー誌、第２３巻、３７９０－３７９７頁（IEEE Journal of Lightwave Technology, vol. 23, pp.3790-3797） Ｇ.  Ｐ.  アグラワール著、　非線形ファイバ光学　（吉岡書店、物理学叢書）、７１－７７頁 特公平８－１０８４８号公報 特許第３７６８９４０号公報 米国特許第６９６３６８５号公報 特開平９－２７５３７５号公報 特開２００４－１７９２０４号公報
　しかしながら、誘電体多層膜によるエタロン共振型光フィルタはサイズが大きいうえに、半導体レーザとの光軸合せが必要であり、さらに半導体レーザとの間に反射を防ぐための光アイソレータを挿入する必要がある。従って、光送信装置の更なる小型化および低価格化には、より小型かつアイソレータ無しで半導体レーザとのハイブリッド集積化が可能な光フィルタが必要とされていた。
　平面光導波路回路（ＰＬＣ）上に構成された単一のリング共振型光フィルタは小型であり、半導体レーザと導波路構造が類似することからハイブリッド集積化により光軸合せが不要となる。さらに、そのドロップ・ポートを使用すればアイソレータも不要である。ただし、ＰＬＣでは、誘電体多層膜のように製造工程の工夫によるフィルタ透過特性の最適化ができないため、１０Ｇｂ/ｓ用のリング共振型光フィルタにおける透過特性のスロープは約１ｄＢ/ＧＨｚと小さな値とならざるを得なかった。即ち、単一のリング共振型光フィルタを用いて消光比１０ｄＢ以上を得るためには、周波数変調量を１０ＧＨｚ程度としなければならない。この場合、周波数変調量が最適値の約２倍となり、スペース符号に対するマーク符号の周波数シフトが大きくなることによりファイバ分散の影響を受け、伝送距離が１００ｋｍ以下と半減してしまう問題があった。
　また、スペース符号に対するマーク符号の周波数シフトを５ＧＨｚとすると、消光比１０ｄＢを得るために振幅変調の効果を５ｄＢ分重畳する必要がある。そのためには半導体レーザの直流バイアスを下げ、大信号変調に近い動作点で直接変調する必要がある。これでは、上述したように過渡的な周波数チャープが大きくなってしまい、結果として長距離のファイバ伝送ができない。即ち、単一のリング共振型光フィルタを用いた方法では、消光比の改善と伝送距離の長距離化を両立させることが困難であった。
　一方、半導体レーザの直接変調における過渡的な周波数チャープを抑制する方法として、半導体レーザの変調信号として用いるベースバンド信号の帯域をビットレート程度に制限する方法が開示されている（特許文献４、５）。しかしながら、過渡的周波数チャープ特性を決めるのは半導体レーザの周波数変調特性であり、その周波数変調特性は緩和振動周波数付近に振幅変調特性の数倍以上の大きなピークを持つ。従ってベースバンド信号の帯域をビットレート程度に制限しても周波数変調特性のピークはほとんど抑制されず、上記特許文献４あるいは５に開示された方法では過渡的な周波数チャープを低減することはできなかった。
　そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、消光比の向上および長距離伝送の両方を達成することができる光送信方法および光送信装置を提供することを目的とする。
　本発明による光送信装置は、ベースバンド電気信号に従って変調された送信光信号を出力する光送信装置であって、ベースバンド電気信号に従って直接変調されることで搬送波の振幅および周波数が変調された変調光信号を出力する半導体レーザと、前記変調光信号の周波数変調成分を振幅変調信号に変換して振幅変調成分に重畳することで前記送信光信号を出力する単一のリング共振型光フィルタと、を有し、前記ベースバンド電気信号の帯域を制限する遮断周波数fcが
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 （ただし、ｘ＝２πＢ／ωR、Γ1＝Γ／２πＢ、Γ2＝γ／２πＢ、Γ3＝ｆc／Ｂであり、Ｂは前記ベースバンド電気信号のビットレート、ｈは前記変調光信号の周波数変調成分が前記送信光信号に寄与する割合（０＜ｈ＜１）、ωRは前記半導体レーザの緩和振動角周波数、Γは前記半導体レーザの振幅変調特性のダンピング定数、γは前記半導体レーザの周波数変調特性のダンピング定数である。）を満たす値であることを特徴とする。
　本発明により、消光比の向上および長距離伝送の両方を達成することができる。
　１．一実施形態
　図２は本発明の一実施形態による光送信装置を用いた光通信システムの機能的構成を示すブロック図である。本実施形態による光送信装置１０と光受信装置２０とは光ファイバ等の光伝送路３０を通して通信可能である。
　光送信装置１０は、ベースバンド電気信号１１の帯域を制限する帯域制限部１２、駆動回路１３、半導体レーザ１４、および単一のリング共振型光フィルタ１５を機能的構成要素として有する。帯域制限部１２は、ベースバンド電気信号１１の帯域を、後述する一定の関係を満たす範囲内に制限する。ベースバンド電気信号１１は帯域制限部１２により帯域制限されて駆動回路１３に入力する。ただし、帯域制限部１２の帯域制限機能は、後述するように、単独の回路として実現することもできるが、駆動回路１３および半導体レーザ１４の帯域特性により結果的に同一機能を実現することもできる。
　駆動回路１３は、帯域制限されたベースバンド電気信号に従って変調電流１０１を生成し半導体レーザ１４を駆動する。すなわち、半導体レーザ１４のレーザ光は、変調電流１０１によって直接変調される。その際、後述するように、半導体レーザ１４の振幅変調特性および周波数変調特性により搬送波の振幅と周波数とが同時に変調され、その変調光信号１０２が単一のリング共振型光フィルタ１５へ入力する。
　リング共振型光フィルタ１５は変調光信号１０２の周波数変調成分を振幅変調光へ変換し、変換された振幅変調光が変調光信号１０２の振幅変調成分と重畳されて送信光信号１０３として光伝送路３０へ送出される。
　光送信装置１０から出力された振幅変調光である送信光信号１０３は光伝送路３０を伝搬した後、光受信装置２０へ入力する。光受信装置２０は、光伝送路３０から光信号を受信し電気信号に変換する受光素子と、受光素子から出力された受信信号の処理を行う電子回路とを有する。
　２．光送信原理
　次に、上述した光送信装置１０の構成における光送信方法について原理的に説明する。
　駆動回路１３は、半導体レーザ１４に対して発振閾値より大きい直流バイアス電流を加え、それに重畳した変調電流１０１により直接変調を行う。半導体レーザ１４を閾値電流より大きな直流電流でバイアスした時の小信号振幅変調特性は、次式（１）で表される（非特許文献２および３参照）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 但し、ωRは緩和振動角周波数、Γは半導体レーザの振幅変調特性のダンピング定数である。
　また、半導体レーザ１４の小信号周波数変調特性は、次式（２）で表される（非特許文献２および３参照）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 但し、γは半導体レーザの周波数変調特性のダンピング定数である。
　半導体レーザ１４からの変調光信号１０２の電界Ｅは次式（３）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 但し、φは搬送波の電界の位相である。
　リング共振型光フィルタ１５の透過特性Ｇ（ω）はスロープをｋとして次式（４）で表される。
　Ｇ（ω）＝Ｔ0・（１＋ｋω）　　・・・(4)
　上述した式（３）をフーリエ変換し、さらに式（４）との積をフーリエ逆変換し小信号近似することにより、送信光信号１０３の小信号応答特性Ｐ（ω）として次式（５）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 　式（５）より、リング共振型フィルタ１５の透過特性のスロープにより、変調光信号１０２の周波数変調成分が振幅変調信号に変換され、変調光信号１０２の振幅変調成分に重畳されることがわかる。
　帯域制限部１２や駆動回路１３、半導体レーザ１４の寄生容量や実装回路を含む全体の帯域特性を次式（６）で表すことにする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 但し、ωCは遮断周波数である。
　送信光信号１０３のうち、リング共振型フィルタ１５の透過特性のスロープにより振幅変調信号に変換された変調光信号１０２の周波数変調成分の割合をｈ（０＜ｈ＜１）とし、式（１）および（６）を用いると、送信光信号１０３の小信号振幅変調特性は、次式（７）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　一方、式（２）で与えられる半導体レーザ１４の小信号周波数特性は、単一のリング共振型光フィルタ１５を透過することによりその帯域制限を受けるが、その光フィルタ１５の帯域制限の効果は、対伊規制減歩１２等の帯域に含めて上式（６）で近似的に表すことができる。そうすると、送信光信号１０３の小信号周波数変調特性は、次式（８）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　次に、ベースバンド電気信号１１のビットレートＢ＝１０Ｇｂ/ｓにおいて、消光比１０ｄＢおよび伝送距離２００ｋｍを満たすために必要な条件について検討する。
　歪の発生無しに振幅変調信号を得るためには、１０ＧＨｚにおいて送信光信号１０３の小信号振幅変調特性の値は低域の（１/√２）倍より大きい必要がある。一方、ビットレートＢ＝１０Ｇｂ/ｓに相当する１００ピコ秒のフーリエ変換限界パルスの無歪伝送距離はＳＭＦ５００ｋｍである（非特許文献４）。
　従って、ビットレートＢ＝１０Ｇｂ/ｓにおいてＳＭＦ２００－２５０ｋｍを伝送するためには、マーク符号とスペース符号との間の周波数シフトと過渡的な周波数チャープとの和はフーリエ変換限界の２倍以下である必要がある。即ち、周波数シフトの値はフーリエ変換限界の５ＧＨｚであるから過渡的な周波数チャープは周波数シフトの大きさより小さい必要があり、周波数変調特性のピークは低域の２倍以下である必要がある。
　以上の条件と式（７）および（８）より、次式（９）が導かれる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
 ｘ＝２πＢ／ωR
Γ1＝Γ／２πＢ
Γ2＝γ／２πＢ
Γ3＝ｆc／Ｂ
　また、半導体レーザ１４の緩和振動周波数ｆRがビットレートＢにほぼ等しい場合、式（８）は次式（９）で近似することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　ＦＭ変調効果の寄与度ｈを０．５とし、市販の半導体レーザを用いた通常の動作条件では各ダンピング定数のとりうる値（非特許文献２、３）から式（１０）はさらに次式（１１）で近似することができる。
　０．５Ｂ＞ｆc＞０．２５Ｂ　　・・・（１１）
　式（１１）からわかるように、通常の半導体レーザの動作条件では、ベースバンド信号１１の帯域特性の遮断周波数ｆｃをビットレートＢの０．２５－０．５倍の範囲の値に設定することで、消光比１０ｄＢおよび伝送距離２００ｋｍの条件を満たすことができる。
　３．第１実施例
　２．１）構成
　図３は本発明の第１実施例による光送信装置の構成を示すブロック図である。図２と同じ機能ブロックには同一の参照番号を付している。ここでは、帯域制限部１２としてローパス型電気フィルタ（ＬＰＦ）を用い、ビットレート１０Ｇｂ/ｓの２値のベースバンド電気信号１１によりコード化された送信光信号１０３が単一リング共振型光フィルタ１３のドロップ・ポートから出力される。ベースバンド電気信号１１は、２値のＮＲＺ(Non Return Zero)信号である。第１実施例においては、波長１．５ミクロン帯で伝送容量１０Ｇｂ/ｓの信号をファイバ伝送することができる。また、光伝送路３０は分散値１６psec/nm/kmの標準シングルモード・ファイバであり、長さは１００ｋｍまたは２００ｋｍ、分散の補償は行っていない。
　ビットレート１０Ｇｂ/ｓの２値のベースバンド電気信号１１はローパス型電気フィルタ１２を経て駆動回路１３に入力される。駆動回路１３から出力される変調電流１０１により半導体レーザ１４は直接変調される。ここで、ローパス型電気フィルタ１２の透過帯域特性、駆動回路１３の応答特性、および半導体レーザ１４の寄生容量および実装回路の周波数特性は２．５～５ＧＨｚを遮断周波数とする帯域特性を有し、これは全体としてビットレートの０．２５～０．５倍にあたる。
　半導体レーザ１４から出力される変調光信号１０２の周波数変調成分は、単一のリング共振型光フィルタ１５により振幅変調光へ変換され、変調光信号１０２の振幅変調成分と重畳されて送信光信号１０３としてドロップ・ポートから出力される。こうして送信光信号１０３は、ビットレート１０Ｇｂ/ｓの２値のベースバンド電気信号１１によりコード化された信号となる。
　半導体レーザ１４は直流バイアス回路により発振閾値より大きい直流電流が加えられており、直流電流に重畳して印加される変調電流１０２により直接変調される。半導体レーザ１４は市販の分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ－ＬＤ）を使用することができる。たとえば、両端面が無反射コート処理されたλ/４シフト分布帰還型半導体レーザ(ＤＦＢ-ＬＤ)であり、次のパラメータ値を有するものとする。共振器長が５００ミクロン、グレーティング結合定数κが４０００ｍ-1、活性層幅が２ミクロン、活性層厚が０．０５ミクロン、光閉じ込め係数が０．１、αパラメータが３、微分利得係数が１．０ｘ１０-19ｍ2、非線形利得係数が４．５ｘ１０-23ｍ3、共振器内部損失が３０００ｍ-1である。ただし、これらのパラメータ値は設計例の一つである。通常の多層の量子井戸あるいは歪量子井戸構造を活性層とした分布帰還型半導体レーザとして実現することのできる範囲内において、この例に示した値以外にも、光通信システムの仕様や光送信装置１０の特性に合わせて最適に設計することができる。
　また、第１実施例では、ローパス型電気フィルタ１２として、遮断周波数ｆｃが３～５ＧＨｚの１次のベッセル・フィルタを用いているが、高次のベッセル・フィルタを用いてもよい。なお、ここでは駆動回路１４の帯域特性は理想的なものとしている。
　２．２）リング共振型光フィルタ
　図４は本実施例において使用される単一のリング共振型光フィルタの概略的構造を示す模式的な平面図である。単一のリング共振型光フィルタ１５は、シリコン基板上に形成された酸化・窒化シリコン（ＳｉＯＮ）層をコア、酸化シリコン（ＳｉＯ２）をクラッド層とした平面光導波路回路（ＰＬＣ）である。リング共振器１５２が入力光導波路１５１および出力光導波路１５３と光学的に結合している。光信号は入力ポート１５４から入力し、スルー光は単一のリング共振型光フィルタ１５のスルー・ポート１５５から、ドロップ光はドロップ・ポート１５６からそれぞれ出力される。
　ドロップ・ポート１５６からのドロップ光はエタロン共振型光フィルタの透過光に、スルー・ポート１５５からのスルー光はエタロン共振型光フィルタの反射光に相当する。スルー光は入力ポート１５４に戻ることがないため、半導体レーザ１４とリング共振型光フィルタ１５の間の光アイソレータが不要となり、装置の小型化が可能となる。また、フリップ・チップ実装等、シリコン基板上のＰＬＣと半導体レーザとの自動組立技術により半導体レーザ１４とリング共振型光フィルタ１５のハイブリッド集積も可能である。
　第１実施例では光信号強度の観点からドロップ・ポート１５６からの出力を利用する。光送信装置の構成によっては、後述する第２実施例で示すように、リング共振器の分散の影響が小さいスルー・ポート１５５からの出力を利用することもできる。第１実施例においては、リング共振器１５２の縦モード間隔ＦＳＲは５０ＧＨｚ、入力光導波路１５１および出力光導波路１５３との結合係数は０．３としている。リング共振型光フィルタ１５のＦＳＲおよび結合係数は上述の５０ＧＨｚおよび０．３という値に限らず、半導体レーザ１４の構造、パラメータ、動作条件、あるいは光送信装置１０の仕様に合わせて最適な値に設計することができる。
　２．３）動作
　以下、具体的な計算結果に基づき第１実施例の動作について説明する。ここでは、分布帰還型半導体レーザの動作を単一モードのレート方程式で近似し、スプリット・ステップ・フーリエ法により光ファイバ伝送特性を解析した計算結果を示す。また、本発明の実施形態により実現する光送信装置１０の仕様は、送信光信号１０３の消光比を１０ｄＢ、ＳＭＦ伝送距離を２００ｋｍとする。以下、変調電流１０１の信号帯域はローパス型電気フィルタ１２の遮断周波数ｆｃで表すものとする。
　また、簡単のため、駆動回路１３の帯域特性や、半導体レーザ１４の寄生容量および実装回路の帯域特性、リング共振型光フィルタ１５による帯域制限は無視する。実際の光送信装置において、これらの効果を考慮する場合は、これらの効果を含む全体の周波数帯域として数９乃至１１の条件を満たすようにローパス型電気フィルタ１２の遮断周波数を決めればよい。
　ａ）半導体レーザの駆動
　図５（Ａ）は単一のリング共振型光フィルタ１５のドロップ・ポート１５６の透過特性を示すグラフであり、図５（Ｂ）はその分散特性を示すグラフである。横軸は光信号の搬送波周波数に対応し、ここでは搬送周波数１９３．１ＴＨｚを中心とした相対的な周波数シフトで示す。
　半導体レーザ１４を直接変調すると、その出力である変調光信号１０２は変調電流１０１により高周波側へ周波数シフトする。ファイバ分散の観点より、スペース符号に対するマーク符号の周波数シフトの最適値は５ＧＨｚである。なぜならば、１０Ｇｂ/ｓのＮＲＺ信号に相当する１００ｐｓ光パルスのフーリエ変換限界となるスペクトル幅が約５ＧＨｚであり、これより大きな周波数シフトを加えると過剰なファイバ分散の影響を受けるからである。従って、半導体レーザ１４は、スペース符号時の搬送波周波数を透過が最大となるピーク周波数より５～１０ＧＨｚだけ低周波数側になるように直流バイアスされる。この場合、マーク符号時の搬送波周波数は透過率が最大となるピーク周波数より０～５ＧＨｚだけ低周波数側に位置することになる。従って、図５（Ｂ）からわかるように、単一のリング共振型光フィルタ１５の分散は－５００～－１５００ｐｓ／ｎｍであるから、約６０ｋｍ前後のＳＭＦの分散が補償される。
　図５（Ａ）からわかるように、透過特性のスロープは約１ｄＢ/ＧＨｚであり、一方、変調光信号１０２の周波数シフトは約５ＧＨｚであるから、単一のリング共振型光フィルタ１５により振幅変調信号に変換されて得られる消光比は約５ｄＢとなる。従って、単一のリング共振型光フィルタ１５の出力全体として消光比１０ｄＢを得るためには変調光信号１０２の振幅変調成分の消光比を５ｄＢとする必要がある。
　以上の設計指針より、第１実施例においては、半導体レーザ１４の変調電流１０１の電流振幅を４０ミリアンペア、半導体レーザ１４の直流バイアスをスペース符号時の電流値として３０ミリアンペアとする。
　ｂ）周波数チャープの抑制
　図６（Ａ）は、半導体レーザ１４を駆動電流の平均値５０ミリアンペアで直流バイアスし、ローパス型電気フィルタ１２や駆動回路１３、半導体レーザ１４の実装回路の帯域特性を無視した場合の振幅変調特性を示すグラフであり、図６（Ｂ）はその周波数変調特性を示すグラフである。緩和振動周波数は約１０ＧＨｚでベースバンド電気信号１１のビットレートにほぼ等しい。また振幅変調特性の緩和振動ピークの大きさは低域の変調度に比べて約１．９倍であるのに対し、周波数変調特性の緩和振動ピークの大きさは低域の約５．６倍と大きいことがわかる。
　このように、半導体レーザ１４の周波数変調特性と周波数変調特性が大きく異なるため、単に半導体レーザ１４を直接変調する方法では、周波数変調特性の緩和振動ピークに起因する周波数チャープを振幅変調信号の歪を発生することなく抑えることはできなかった。
　これに対して、本発明は、後述のように直接変調された半導体レーザ１４と単一のリング共振型光フィルタ１５とを組み合わせた場合、光フィルタ１５から出力される振幅変調信号に周波数変調特性が重畳されることを利用し、振幅変調信号の歪を発生することなく周波数チャープを抑えることができる。
　以下、ローパス型電気フィルタ１２等の帯域特性を無視した場合と本実施例によるローパス型電気フィルタ１２の遮断周波数を設定した場合とを比較しながら具体的に説明する。
　（帯域制限なしの場合）
　図７（Ａ）はローパス型電気フィルタ１２等の帯域特性を無視した場合の変調光信号１０２の振幅変調波形を示すグラフであり、図７（Ｂ）は周波数の時間変化、即ちマーク符号とスペース符号との間の周波数シフトと過渡的周波数チャープとを示す周波数変調波形のグラフである。
　図７（Ｂ）に示すように、周波数シフトは約５ＧＨｚであり、消光比１０ｄＢを得るためには振幅変調の効果を５ｄＢ分重畳する必要がある。半導体レーザ１４の直流バイアスを下げ、大信号変調に近い動作点で直接変調すると、緩和振動による振幅変調波形自体の歪と、過渡的な周波数チャープが顕著に現れることがわかる。周波数シフトと過渡的な周波数チャープとの合計は約２７ＧＨｚであり、フーリエ変換限界の５．４倍である。
　図８（Ａ）は、リング共振型光フィルタ１５を透過した後の送信光信号１０３のアイ・パターン波形図、図８（Ｂ）は光伝送路３０を１００ｋｍ伝送後のアイ・パターン波形図、図８（Ｃ）は２００ｋｍ伝送後のアイ・パターン波形図である。送信光信号１０３は振幅変調の効果を大きくしたにもかかわらず、消光比は８．６ｄＢで消光比１０ｄＢの目標を満たさない。これは図７（Ａ）からわかるように、緩和振動による振幅変調波形自体のパターン効果によるものである。また、過渡的な周波数チャープが大きいため、図８（Ｂ）からわかるように、ＳＭＦ伝送距離は１００ｋｍに満たない。
　（帯域制限ありの場合）
　図９（Ａ）はローパス型電気フィルタ１２の遮断周波数をビットレートの０．５倍である５ＧＨｚとした場合の半導体レーザ１４の振幅変調特性を示すグラフであり、図９（Ｂ）は同じく周波数変調特性を示すグラフである。
　図９（Ａ）に示す振幅変調特性では、ローパス型電気フィルタ１２により一旦応答特性が低下した後、緩和振動により持ち上がり、１０ＧＨｚにおいて低域の０．８３倍の値を示す。一方、図９（Ｂ）に示す周波数変調特性では、１０ＧＨｚにおいて低域の約２．６倍となり、ローパス型電気フィルタ１２を用いない場合に比べて緩和振動のピークが大幅に抑制されることがわかる。
　図１０（Ａ）は変調光信号１０２の振幅波形を示すグラフであり、図１０（Ｂ）は同じく周波数変化を示すグラフである。振幅変調波形の緩和振動はほぼ解消し、周波数シフトと過渡的な周波数チャープの合計は約１４ＧＨｚまで改善されている。
　図１１（Ａ）は送信光信号１０３のアイ・パターン波形図、図１１（Ｂ）は１００ｋｍ伝送後のアイ・パターン波形図、図１１（Ｃ）は２００ｋｍ伝送後のアイ・パターン波形図である。振幅変調の緩和振動によるパターン効果を抑えたことにより、送信光信号１０３の消光比は１０．１ｄＢとなり、消光比１０ｄＢの目標を満たしている。また、１００ｋｍ伝送波形は良好であり、若干アイ開口は狭くなるが２００ｋｍ伝送も可能となる。
　図１２（Ａ）はローパス型電気フィルタ１２の遮断周波数をビットレートの０．３倍の３ＧＨｚとした場合の半導体レーザ１４の振幅変調特性を示すグラフであり、図１２（Ｂ）は同じく周波数変調特性を示すグラフである。振幅変調特性は、１０ＧＨｚにおいて低域の０．５４倍の値である。一方、周波数変調特性は１０ＧＨｚにおいて低域の約１．７倍となり、ローパス型電気フィルタ１２の遮断周波数を５ＧＨｚとした場合に比べ、低域に対するピークがさらに低減されることがわかる。
　図１３（Ａ）は変調光信号１０２の振幅波形図であり、図１３（Ｂ）は同じく周波数変調波形図である。ローパス型電気フィルタ１２により帯域が制限され、振幅変調波形は鈍るが、周波数シフトと過渡的な周波数チャープの合計は約１０ＧＨｚまで改善される。
　図１４（Ａ）は送信光信号１０３のアイ・パターン波形図、図１４（Ｂ）は１００ｋｍ伝送後のアイ・パターン波形図、図１４（Ｃ）は２００ｋｍ伝送後のアイ・パターン波形図である。図１４（Ａ）に示すようにリング型光フィルタ１５により変調光信号１０２の周波数変調成分が振幅変調に変換されて重畳されるために振幅変調波形の高域が補償されており、図１１（Ａ）に比べて、波形の鈍りの無い振幅変調波形となる。さらに、過渡的周波数チャープを振幅変調に変換され重畳されることにより、マーク符号時の振幅揺らぎは、遮断周波数５ＧＨｚの場合に比べて、大幅に低減されることもわかる。送信光信号１０３の消光比は１０．２ｄＢであり、消光比１０ｄＢの目標を満たしている。さらに、図１４（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、１００ｋｍ伝送波形および２００ｋｍ伝送波形のいずれも良好である。
　半導体レーザ１４の駆動電流の平均値を動作点とした時の各パラメータの値を用いると、緩和振動周波数は約１０ＧＨｚ、Γ1は０．６５、Γ2は０．３８と計算される。これらの値を式（９）に代入すると次式（１２）が得られ、式（１１）とほぼ一致する結果が得られる。
　０．５３Ｂ＞ｆc＞０．２５Ｂ　　・・・（１２）
　ローパス型電気フィルタ１２の遮断周波数ｆcを５ＧＨｚおよび３ＧＨｚとした上述の計算の条件は式（１２）の条件を満たしている。なお、半導体レーザ１４の駆動電流の最大値を動作点とした時の値を用いて計算した場合も、同様の結果が得られる。
　２．４）変形例
　上述した第１実施例では、ローパス型電気フィルタ１２を用いて、半導体レーザ１４を直接変調するベースバンド信号の帯域を制限しているが、ローパス型電気フィルタ１２のフィルタ特性を駆動回路１３のなかに組み込んで駆動回路１３の帯域特性として実現することもできる。また、ローパス型電気フィルタ１２のフィルタ特性は、半導体レーザ１４の素子自体の容量、例えば半導体レーザ１４の電極と半導体基板の間の容量を利用して実現することも可能である。
　図１５は本実施例の変形例を説明するための駆動回路１３および半導体レーザ１４の等価回路である。半導体レーザ１４の電極と半導体基板との間の容量をＣPとする。ここで、Ｚ0は駆動回路１３のインピーダンス、Ｚは半導体レーザ１４のインピーザンス、Ｒはインピーダンス整合抵抗である。この等価回路より、半導体レーザ１４を駆動する電気信号の遮断角周波数ωｃは次式（１３）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
　Ｚ0を５０Ω、Ｚを５Ωとした場合、遮断周波数５ＧＨｚおよび２．５ＧＨｚを与える容量ＣPはそれぞれ６．７ｐＦおよび１３．４ｐＦであり、半導体レーザ１４の電極容量として実現することが可能である。あるいは、半導体レーザ１４に必要な容量をワイヤボンディング等により外付けしてもよい。
　リング共振型光フィルタ１５と半導体レーザ１４の波長との関係で送信光信号１０３がリング共振型光フィルタ１５の帯域制限を受ける場合は、上述の帯域を制限する電気回路等は、リング共振型光フィルタ１５の帯域特性を補完し全体としてベースバンド信号の帯域を制限するように設計すればよい。
　２．５）効果
　以上述べたように、本発明の第１実施例によれば、直接変調した半導体レーザ１４と単一のリング共振型光フィルタ１５とを組み合わせ、半導体レーザ１４を駆動するベースバンド電気信号１１の帯域を式（９）の条件を満たす遮断周波数ｆcで制限することで、過渡的な周波数（波長）チャープの抑制を実現する。本実施例においては光フィルタ透過後の送信光信号に周波数変調の効果が重畳されるため、ベースバンド信号の帯域を一定の条件式を満たす範囲内で制限すれば２値の送信光信号には歪は生じない。
　最も代表的な単一のリング共振型光フィルタの設計条件と半導体レーザの動作条件において、ベースバンド信号の帯域をビットレートの０．２５～０．５倍に制限することが可能であり、過渡的な周波数チャープが抑制され、歪のない２値の送信光信号が得られる。これによって消光比１０ｄＢで伝送距離２００ｋｍの光伝送を可能とする、小型かつ低消費電力、低価格な１０Ｇｂ/ｓ光送信装置を実現することができる。
　背景技術で述べたように、閾値の数倍にバイアスして直接変調した半導体レーザと単一のリング共振型光フィルタとを組み合わせた光送信装置では、光フィルタの透過特性のスロープが小さいため、消光比と伝送距離を両立させることが困難であった。
　これに対して、本実施例によれば、直接変調する半導体レーザのバイアス電流を下げることにより消光比を上げるとともに、一定の数式を満たす範囲に駆動電気信号の帯域を制限することにより過渡的周波数チャープの発生を抑えることができ、これによって単一のリング共振型光フィルタを用いた場合でも消光比と伝送距離とを両立させることができる。
　特に、本実施例によれば、直接変調された半導体レーザと組み合わせる光フィルタとして、誘電体多層膜によるエタロン共振型光フィルタの代わりに、ＰＬＣによる単一のリング共振型光フィルタを用いる。これにより光送信装置の小型・低コスト化を実現しつつ、伝送速度１０Ｇｂ/ｓにおいて消光比１０ｄＢとＳＭＦ伝送距離２００ｋｍを可能にする。尚、本実施例においてはベースバンド信号のビットレートを１０Ｇｂ/ｓとしたが、２．５Ｇｂ/ｓや４０Ｇｂ/ｓ等の他のビットレートの場合も本発明を適用可能である。
　３．第２実施例
　本発明は、図３に示すようにリング共振型光フィルタ１５のドロップ・ポートを用いた第１実施例に限定されるものではなく、リング共振型光フィルタ１５のスルー・ポート１５５からの出力光を送信光信号１０３として用いることもできる。
　図１６本発明の第２実施例による光送信装置の構成を示すブロック図である。図３と同じ機能ブロックには同一の参照番号を付して詳細な説明は省略する。リング共振型光フィルタ１５のＦＳＲは１００ＧＨｚ、結合係数は０．３５としている。
　第２実施例では、リング共振型光フィルタ１５のスルー・ポート１５５からの出力光を送信光信号１０３とする。その他の構成および動作は、第１実施例と同様であり、半導体レーザ１４として市販の分布帰還型半導体レーザ（ＤＦＢ－ＬＤ）を使用する。以下、分布帰還型半導体レーザの動作を単一モードのレート方程式で近似し、スプリット・ステップ・フーリエ法により解析した計算結果を示す。ここで、半導体レーザ１４を記述するレート方程式のパラメータおよび動作電流は、第１実施例と同じ値としている。尚、半導体レーザ１４のパラメータの値は設計例の一つであり、この例に示した値以外にも光送信装置、光通信装置の仕様、あるいはローパス型電気フィルタ１２、駆動回路１３、リング共振型光フィルタ１５の特性に合わせて最適に設計することができる。
　図１７（Ａ）はスルー・ポート１５５からの出力を利用した場合のリング共振型光フィルタ１５の透過特性を示すグラフであり、図１７（Ｂ）は同じく分散特性を示すグラフである。
　半導体レーザ１４は、スペース符号時の搬送波周波数が透過率を最小にする周波数より２～５ＧＨｚ程度高周波数側になるように、直流バイアスされる。この場合、マーク符号時の搬送波周波数は透過ピーク周波数より７～１０ＧＨｚ程度高周波数側に位置することになる。従って、図１７（Ｂ）からわかるように、スルー・ポートを用いた場合、通常の動作条件では分散の影響はほとんど受けない。
　図１７（Ａ）からわかるように、透過特性のスロープの平均は約１ｄＢ/ＧＨｚであり、一方、変調光信号１０２の周波数シフトは約５ＧＨｚであるから、単一のリング共振型光フィルタ１５により振幅変調信号に変換されて得られる消光比は約５ｄＢとなる。従って、単一のリング共振型光フィルタ１５の出力全体として消光比１０ｄＢを得るためには、第１実施例と同様、変調光信号１０２の振幅変調成分の消光比を５ｄＢとする必要がある。第２実施例においても第１実施例と同様に、半導体レーザ１４の変調電流１０１の電流振幅を４０ミリアンペア、半導体レーザ１４の直流バイアスをスペース符号時の電流値として３０ミリアンペアとしている。
　図１８（Ａ）はローパス型電気フィルタ１２の遮断周波数をビットレートの０．５倍である５ＧＨｚとした場合の送信光信号１０３のアイ・パターン波形図、図１８（Ｂ）は１００ｋｍ伝送後のアイ・パターン波形図、図１８（Ｃ）は２００ｋｍ伝送後のアイ・パターン波形図である。振幅変調の緩和振動によるパターン効果を抑えたことにより送信光信号１０３の消光比は１１．０ｄＢとなり、消光比１０ｄＢの目標を満たしている。また、若干アイ開口は狭くなるが１００ｋｍおよび２００ｋｍの伝送が可能であることがわかる。
　図１９はローパス型電気フィルタ１２の遮断周波数をビットレートの０．３倍である３ＧＨｚとした場合の送信光信号１０３のアイ・パターン波形図、図１９（Ｂ）は１００ｋｍ伝送後のアイ・パターン波形図、図１９（Ｃ）は２００ｋｍ伝送後のアイ・パターン波形図である。本実施例において、送信光信号１０３の消光比は１１．７ｄＢであり、１００ｋｍ伝送波形、２００ｋｍ伝送波形のいずれも良好であることがわかる。
　本発明は半導体レーザとリング共振型光フィルタとを組み合わせた光送信装置一般に提供可能である。
　なお、この出願は、２００８年２月１９日に出願した、日本特許出願番号２００８－０３６８４８号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
光フィルタを用いた光送信装置の基本的構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による光送信装置を用いた光通信システムの基本的構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施例による光送信装置の構成を示すブロック図である。 本実施例において使用される単一のリング共振型光フィルタの概略的構造を示す模式的な平面図である。 （Ａ）は単一のリング共振型光フィルタ１５のドロップ・ポート１５６の透過特性を示すグラフであり、（Ｂ）はその分散特性を示すグラフである。 （Ａ）は、半導体レーザ１４を駆動電流の平均値５０ミリアンペアで直流バイアスし、ローパス型電気フィルタ１２や駆動回路１３、半導体レーザ１４の実装回    路の帯域特性を無視した場合の振幅変調特性を示すグラフであり、（Ｂ）はその周波数変調特性を示すグラフである。 （Ａ）はローパス型電気フィルタ１２等の帯域特性を無視した場合の変調光信号１０２の振幅変調波形を示すグラフであり、（Ｂ）は周波数の時間変化、即ちマーク符号とスペース符号との間の周波数シフトと過渡的周波数チャープとを示す周波数変調波形のグラフである。 （Ａ）は、リング共振型光フィルタ１５を透過した後の送信光信号１０３のアイ・パターン波形図、（Ｂ）は光伝送路３０を１００ｋｍ伝送後のアイ・パターン波形図、（Ｃ）は２００ｋｍ伝送後のアイ・パターン波形図である。 （Ａ）はローパス型電気フィルタ１２の遮断周波数をビットレートの０．５倍である５ＧＨｚとした場合の半導体レーザ１４の振幅変調特性を示すグラフであり、（Ｂ）は同じく周波数変調特性を示すグラフである。 （Ａ）は変調光信号１０２の振幅波形を示すグラフであり、（Ｂ）は同じく周波数変化を示すグラフである。 （Ａ）は送信光信号１０３のアイ・パターン波形図、（Ｂ）は１００ｋｍ伝送後のアイ・パターン波形図、（Ｃ）は２００ｋｍ伝送後のアイ・パターン波形図である。 （Ａ）はローパス型電気フィルタ１２の遮断周波数をビットレートの０．３倍の３ＧＨｚとした場合の半導体レーザ１４の振幅変調特性を示すグラフであり、（Ｂ）は同じく周波数変調特性を示すグラフである。 （Ａ）は変調光信号１０２の振幅波形図であり、（Ｂ）は同じく周波数変調波形図である。 （Ａ）は送信光信号１０３のアイ・パターン波形図、（Ｂ）は１００ｋｍ伝送後のアイ・パターン波形図、（Ｃ）は２００ｋｍ伝送後のアイ・パターン波形図である。 本実施例の変形例を説明するための駆動回路１３および半導体レーザ１４の等価回路である。 本発明の第２実施例による光送信装置の構成を示すブロック図である。 （Ａ）はスルー・ポート１５５からの出力を利用した場合のリング共振型光フィルタ１５の透過特性を示すグラフであり、（Ｂ）は同じく分散特性を示すグラフである。 （Ａ）はローパス型電気フィルタ１２の遮断周波数をビットレートの０．５倍である５ＧＨｚとした場合の送信光信号１０３のアイ・パターン波形図、（Ｂ）は１００ｋｍ伝送後のアイ・パターン波形図、（Ｃ）は２００ｋｍ伝送後のアイ・パターン波形図である。 ローパス型電気フィルタ１２の遮断周波数をビットレートの０．３倍である３ＧＨｚとした場合の送信光信号１０３のアイ・パターン波形図、（Ｂ）は１００ｋｍ伝送後のアイ・パターン波形図、（Ｃ）は２００ｋｍ伝送後のアイ・パターン波形図である。
符号の説明
　１０　　光送信装置
　１１　　ベースバンド電気信号
　１２　　帯域制限部（ローパス型電気フィルタ）
　１３　　駆動回路
　１４　　半導体レーザ
　１５　　リング共振型光フィルタ
　２０　　光受信装置
　３０　　ファイバ伝送路
　１０１　　変調電流
　１０２　　変調光信号
　１０３　　送信光信号
　１５１　入力光導波路
　１５２　リング共振器
　１５３　出力光導波路
　１５４　入力ポート
　１５５　スルー・ポート
　１５６　ドロップ・ポート

Claims (21)

  1. 　ベースバンド電気信号に従って変調された送信光信号を出力する光送信装置において、
    　ベースバンド電気信号に従って直接変調されることで搬送波の振幅および周波数が変調された変調光信号を出力する半導体レーザと、
    　前記変調光信号の周波数変調成分を振幅変調信号に変換して振幅変調成分に重畳することで前記送信光信号を出力する単一のリング共振型光フィルタと、
    　を有し、前記ベースバンド電気信号の帯域を制限する遮断周波数fcが
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     （ただし、ｘ＝２πＢ／ωR、Γ1＝Γ／２πＢ、Γ2＝γ／２πＢ、Γ3＝ｆc／Ｂであり、Ｂは前記ベースバンド電気信号のビットレート、ｈは前記変調光信号の周波数変調成分が前記送信光信号に寄与する割合（０＜ｈ＜１）、ωRは前記半導体レーザの緩和振動角周波数、Γは前記半導体レーザの振幅変調特性のダンピング定数、γは前記半導体レーザの周波数変調特性のダンピング定数である。）
    を満たす値であることを特徴とする光送信装置。
  2. 　緩和振動周波数ｆR＝２π／ωRがビットレートＢにほぼ等しい場合、前記ベースバンド電気信号の帯域を制限する遮断周波数fcが
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
     を満たす値であることを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。
  3. 　前記寄与する割合ｈが０．５の場合、前記ベースバンド電気信号の帯域を制限する遮断周波数fcが
    ０．５Ｂ＞ｆc＞０．２５Ｂ
    を満たす値であることを特徴とする請求項１または２に記載の光送信装置。
  4. 　前記ベースバンド電気信号の遮断周波数fcは、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）の遮断周波数により与えられることを特徴とする請求項１－３のいずれか１項に記載の光送信装置。
  5. 　前記ベースバンド電気信号の遮断周波数fcは、前記半導体レーザの素子容量、前記半導体レーザの実装電気回路の帯域、前記半導体レーザを駆動する駆動電子回路の帯域、前記ローパスフィルタの遮断周波数、および、前記リング共振型光フィルタの透過特性の少なくとも１つからなる組み合わせに基づいて与えられることを特徴とする請求項４に記載の光送信装置。
  6. 　前記リング共振型光フィルタが平面光導波路回路により構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光送信装置。
  7. 　前記リング共振型光フィルタは前記半導体レーザとハイブリッド集積されていることを特徴とする請求項６に記載の光送信装置。
  8. 　前記リング共振型光フィルタのドロップ・ポートからの透過光を前記送信光信号として利用することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光送信装置。
  9. 　前記リング共振型光フィルタのスルー・ポートからの透過光を前記送信光信号として利用することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の光送信装置。
  10. 　前記半導体レーザの緩和振動周波数ｆR＝２π／ωRと、前記半導体レーザの振幅変調特性のダンピング定数Γと、前記半導体レーザの周波数変調特性のダンピング定数γとは、前記半導体レーザの駆動電流の平均値を動作点とした値で与えられることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光送信装置。
  11. 　前記半導体レーザの緩和振動周波数ｆR＝２π／ωRと、前記半導体レーザの振幅変調特性のダンピング定数Γと、前記半導体レーザの周波数変調特性のダンピング定数γとは、前記半導体レーザの駆動電流の最大値を動作点とした値で与えられることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光送信装置。
  12. 　請求項１から１１のいずれか１項に記載の光送信装置と光受信装置とが光伝送路で光学的に接続されたことを特徴とする光通信システム。
  13. 　ベースバンド電気信号に従って変調された送信光信号を送信する光送信方法において、
    　ベースバンド電気信号に従って半導体レーザを直接変調することで搬送波の振幅および周波数が変調された変調光信号を生成し、
    　前記変調光信号を単一のリング共振型光フィルタへ入力させることで、周波数変調成分を振幅変調信号に変換して振幅変調成分に重畳し記送信光信号を生成し、
    　前記ベースバンド電気信号の帯域を制限する遮断周波数fcが
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
     （ただし、ｘ＝２πＢ／ωR、Γ1＝Γ／２πＢ、Γ2＝γ／２πＢ、Γ3＝ｆc／Ｂであり、Ｂは前記ベースバンド電気信号のビットレート、ｈは前記変調光信号の周波数変調成分が前記送信光信号に寄与する割合（０＜ｈ＜１）、ωRは前記半導体レーザの緩和振動角周波数、Γは前記半導体レーザの振幅変調特性のダンピング定数、γは前記半導体レーザの周波数変調特性のダンピング定数である。）を満たす値であることを特徴とする光送信方法。
  14. 　緩和振動周波数ｆR＝２π／ωRがビットレートＢにほぼ等しい場合、前記ベースバンド電気信号の帯域を制限する遮断周波数fcが
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
     を満たす値であることを特徴とする請求項１３に記載の光送信方法。
  15. 　前記寄与する割合ｈが０．５の場合、前記ベースバンド電気信号の帯域を制限する遮断周波数fcが
    ０．５Ｂ＞ｆc＞０．２５Ｂ
    を満たす値であることを特徴とする請求項１３または１４に記載の光送信方法。
  16. 　前記ベースバンド電気信号の遮断周波数fcは、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）の遮断周波数により与えられることを特徴とする請求項１３から１５のいずれか１項に記載の光送信方法。
  17. 　前記ベースバンド電気信号の遮断周波数fcは、前記半導体レーザの素子容量、前記半導体レーザの実装電気回路の帯域、前記半導体レーザを駆動する駆動電子回路の帯域、前記ローパスフィルタの遮断周波数、および、前記リング共振型光フィルタの透過特性の少なくとも１つからなる組み合わせに基づいて与えられることを特徴とする請求項１６に記載の光送信方法。
  18. 　前記リング共振型光フィルタのドロップ・ポートからの透過光を前記送信光信号として利用することを特徴とする請求項１３から１７のいずれか１項に記載の光送信方法。
  19. 　前記リング共振型光フィルタのスルー・ポートからの透過光を前記送信光信号として利用することを特徴とする請求項１３から１７のいずれか１項に記載の光送信方法。
  20. 　前記半導体レーザの緩和振動周波数ｆR＝２π／ωRと、前記半導体レーザの振幅変調特性のダンピング定数Γと、前記半導体レーザの周波数変調特性のダンピング定数γとは、前記半導体レーザの駆動電流の平均値を動作点とした値で与えられることを特徴とする請求項１３から１９のいずれか１項に記載の光送信方法。
  21. 　前記半導体レーザの緩和振動周波数ｆR＝２π／ωRと、前記半導体レーザの振幅変調特性のダンピング定数Γと、前記半導体レーザの周波数変調特性のダンピング定数γとは、前記半導体レーザの駆動電流の最大値を動作点とした値で与えられることを特徴とする請求項１３から１９のいずれか１項に記載の光送信方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111953425A (zh) * 2020-08-04 2020-11-17 中国舰船研究设计中心 高灵敏度光子辅助超宽带毫米波接收机

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5926167B2 (ja) * 2012-11-16 2016-05-25 日本電信電話株式会社 光受信器および光送受信システム
JP6955135B2 (ja) 2016-10-19 2021-10-27 日亜化学工業株式会社 発光装置およびその製造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003087201A (ja) * 2001-06-29 2003-03-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光送信器および光伝送システム
JP2004054073A (ja) * 2002-07-23 2004-02-19 Oki Electric Ind Co Ltd デュオバイナリ方式光伝送装置及び光強度変調方法
JP2008004633A (ja) * 2006-06-20 2008-01-10 Nec Corp 光モジュール及び実装方法
JP2008300804A (ja) * 2007-06-04 2008-12-11 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光変調光源および光変調方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003087201A (ja) * 2001-06-29 2003-03-20 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光送信器および光伝送システム
JP2004054073A (ja) * 2002-07-23 2004-02-19 Oki Electric Ind Co Ltd デュオバイナリ方式光伝送装置及び光強度変調方法
JP2008004633A (ja) * 2006-06-20 2008-01-10 Nec Corp 光モジュール及び実装方法
JP2008300804A (ja) * 2007-06-04 2008-12-11 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光変調光源および光変調方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111953425A (zh) * 2020-08-04 2020-11-17 中国舰船研究设计中心 高灵敏度光子辅助超宽带毫米波接收机
CN111953425B (zh) * 2020-08-04 2021-05-28 中国舰船研究设计中心 高灵敏度光子辅助超宽带毫米波接收机

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