JPH01296726A - 半導体レーザ伝送方式 - 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、半導体レーザを用いた強度変調光伝送方式に
係り、超高速、長距離光伝送システムにおける光スペク
トラム拡がりによる伝送波形歪の抑圧および消光比の増
大を実現する半導体レーザ伝送方式に関する。

〔従来の技術〕

半導体レーザを用いたデジタル光ファイバ伝送方式にお
いては、その大容量、長距離伝送が可能であるという特
長を生かした開発がなされている。

特に、最近では変調時にも安定な単一縦モード（単一光
スペクトル）で発振するＤＦＢ　（デイストリビューテ
ッド　フィードバック：　Ｄｊ、５ｔｒｉｂｕｔｅｄＦ
ｅｅｄｂａｃｋ　）レーザを用いた超高速、長距離伝送
が検討されている。

従来２ｍ−縦モード半導体レーザを用いた超高速、長距
離の強度変調光伝送方式においては、第５回インターナ
ショナル　コンファレンス　オンインチグレーティド　
オフテイクス　アンド　オプティカル　ファイバ　コミ
ュニケーケション−第１１回　ヨーロピアン　コンファ
レンス　オンオプティカル　コミュニケーション、テク
ニカルダイジェスト、ボリューム１１，１９８５年、第
４９頁から第５２頁（５ｔｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎ
ａｌＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅ
ｄ　０ｐｔｉｃｓ　ａｎｄ　０ｐｔｉｃａｌＦｉｂｒｅ
　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ−１１ｔｈ　Ｅｕｒｏｐ
ｅａｎ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎ　０ｐｔｉｃａｌ　
Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄ
ｉｇｅｓｔ。

ｖｏｌｕｍｅｍ　、１９８５．ｐｐ、４９−５２）にお
いて論じられているように、半導体レーザの直接変調に
よる光スペクトル拡がり（チャーピング）に起因する光
フアイバ分散ペナルティを抑えるために、半導体レーザ
のバイアス電流をしきい電流よりも上に設定する方法が
採用されていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、光パルスの立上り部分で発生する短
波長側への波長シフトによる光スペクトラム拡がりは抑
圧されるが、半導体レーザのバイアス電流をしきい電流
よりもかなり大きくする必要があるため、光パルスのオ
ンレベルに対応する波長の他に、オフレベルに対応する
波長が顕著に現われてくる。このため、オンレベルとオ
フレベルの波長が異なることによる光フアイバ分散ペナ
ルティは依然として残り、２Ｇｄ／ｓで１ｄＢ程度のペ
ナルティがある。また、消光比（オン／オフ比）は当然
のことながら、小さくなっており、これによるペナルテ
ィは４．５　ｄ　Ｂ　　と非常に大きなものとなる。

このように、従来の超高速、長距離光伝送方式において
は、光フアイバ分散ペナルティおよび消光比ペナルティ
により、短尺光ファイルバ伝送時に比較して数ｄＢの受
信感度劣化を生ずる問題があった。また、実用において
は、半導体レーザのバイアス電流を、受信感度が最も小
さくなる値付近に設定して安定させる必要があり、光送
信器のＡＰＣ（オート　パワー　コントロール・＾ｕｔ
。

Ｐｏｔｓｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路では、光パルスの
平均値検出でなく、光パルスのオフレベル（バイアス電
流レベル）も検出して制御する必要があり、この制御回
路は非常に複雑で技術的に難しい。

本発明の目的は、半導体レーザのバイアス電流をしきい
電流より上に設定した強度変調光伝送方式において、光
強度のオンレベルとオフレベルに対応する波長変動によ
る光スペクトラムの差の影響を除去して、長距離光フア
イバ伝送歪を抑圧し、かつ、バイアス電流を大きくした
ことによって生じた消光比の減少による光受信機のショ
ット雑音増加を抑圧することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は１強度変調した半導体レーザの光スペクトラ
ムの中で、バイアス電流をしきい電流より上に設定した
場合に生ずる。光パルスのオンレベルとオフレベルにそ
れぞれ対応した双峰状の光スペクトラムの内、オンレベ
ルに対応した光スペクトラムを除いた部分で、少なくと
もオフレベルに対応した光スペクトラムを含む部分を光
伝送路中に設けた光学フィルタにより除去することによ
り、達成される。

また、上記目的は、光強度のオンレベルに対応する光ス
ペクトルのみを選択的に増幅するフィルタ機能を設ける
ことによっても達成される。

〔作用〕

半導体レーザのバイアス電流を、しきい電流以下或いは
しきい電流近傍に設定する通常の変瀾条件では、特に光
パルスの立上り部分で発生する緩和振動に伴う光スペク
トルのゆらぎ（チャーピング）やサイドモード光スペク
トルの発振、立上りジッタが顕著である。このため、前
述の如く、ギガビット帯の超高速長距離伝送においては
、バイアス電流をしきい電流以上に設定せざるを得ない
。

これに伴い、光パルスのオンレベルに対応した光スペク
トラムだけでなく、オフレベルに対応した光スペクトラ
ムが発振し、長距離光フアイバ伝送後には、オンレベル
とオフレベルにそれぞれ対応する波長が異なるため波形
歪が発生する。また、バイアス電流を大きくしたことに
より、消光比（オン／オフ比）が小さくなり、光受信機
におけるオフレベルのショット雑音の増大により、受信
感度劣化が発生する。

本発明の構成の如く、光パルスのオンレベルとオフレベ
ルにそれぞれ対応した双峰性光スペクトルのうち、オフ
レベルに対応した部分を回折格子を用いた光学フィルタ
やリング共振器による光学フィルタなどを使って除去す
ることにより、光パルスのオンレベルとオフレベルの光
スペクトラムの波長差に基づく光フアイバ伝送波形歪が
除去され、かつ、消光比の減少に基づく光受信機のショ
ット雑音増大を抑圧できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第４図により説明する
。

第１図に、本発明の実施例の基本構成を示す。

半導体レーザ１は、光送信回路２によって直接強度変調
され、デジタル信号のＩＩ　Ｉ　ＩＩ　、　　ｏ　□　
ｕに対応したオン、オフ光強度信号を送出する。一般に
、ギガビット帯の超高速、長距離光フアイバ伝送システ
ムにおいては、半導体レーザ１としては、単−縦モード
（単一光スペクトル）で発振するＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉ
ｂｕｔｅｄ　Ｆｅｅｄｂａｃｋ）レーザが用いられ、光
送信回路２としてはＧａＡｓＦＥＴなどの高速電子デバ
イスを用いた回路が用いられる。変調された半導体レー
ザ１の出射光は、レンズ４により光学フィルタ３に結合
された後、レンズ５により光ファイバ６に入射されて伝
送される。

第２図、第３図に本発明の動作原理を示す。第２図は第
１図の装置において光学フィルタ３が無い場合、第３図
はフィルタ３が有る場合の光パルス波形（各図８）およ
び光スペクトラム（各図ｂ）を模式的に示すものである
。超高速、長距離光フアイバ伝送においては、半導体レ
ーザからの出射光パルスの立上り部分に生ずる不安定性
により良好な伝送特性が得られない。具体的には、光パ
ルスの立上り部分で発生するパターン効果を伴った緩和
振動や立上りジッタなどによる光パルス波形の乱れ、ま
た、これらに関連した光スペクトルのゆらぎ（チャーピ
ング）やサイドモード光スペクトルの発振が問題となる
。これらの伝送特性の劣化要因はいずれも、半導体レー
ザのバイアス電流（光パルスのオフレベルに対応する注
入電流）をしきい電流よりもできるだけ大きくすること
により緩和される。

第２図（ａ）はこの状態を表わしている。しかしながら
、この場合はオフレベルでの光強度が大きく、消光比（
オン／オフ比）が小さくなり、光受信機でのショット雑
音の増大に基づく受信感度劣化がある。また、光スペク
トラムは同図（ｂ）の如く、オンレベルとオフレベルに
対応した発振波長が異なり、オンレベルの光スペクトラ
ムの数人長波長側に、オフレベルの光スペクトラムが顕
著に現われ、双峰状となる。このため、波長分散を持つ
光ファイバを伝送すると、波形歪が発生し、長距離伝送
では符号量干渉の影響により大きな受信感度劣化となる
。

一方、第１図のように、光学フィルタ３を挿入した構成
にし、オンレベルに対応した光スペクトラムのみを切り
出し、オフレベルに対応した光スペクトラムを除去する
。第３図はこの状態を表わしている。光パルス波形は、
オフレベルに対応した光スペクトラムを除去したことに
より、オフレベルの光強度が除去され、消光比は十分大
きくとれ、これによる受信感度劣化がなくなる。また、
オフレベルが下がったことにより光強度振幅はその分だ
け大きくなり、小さな変調電流振幅で大きな光強度振幅
が実現できる。さらに、光スペクトラムはオンレベルに
対応した波長に存在する単峰性の狭スペクトラムとなる
ため、光フアイバ伝送歪は大きく低減できる。

第１図における光学ファイルタとしては、オンレベルに
対応した光スペクトラムを透過させ、それ以外の波長領
域の内、少なくともオフレベルに対応した光スペクトラ
ムを除去する特性のものであればよい。具体的には、回
折格子を用いた光学フィルタ、リング共振器型光学フ・
イルタ、ファブリ・ペロ共振器型光学フィルタなどの狭
帯域光学フィルタが使用できる。例えば、オンレベルと
オフレベルに対応した光スペクトラムの波長差が３人と
すれば、帯域幅２程度度の光学フィルタでよい。また、
干渉膜型光学フィルタでも、長波長側を急峻に遮断する
短波長通過型特性のものであれば利用できる。さらに、
これらの受動部品による光学フィルタばかりでなく、半
導体レーザを用いた光増幅器の分波特性を利用すれば、
光学フィルタリングと同時に増幅作用が得られるので、
伝送距離を大きくする場合に効果的である。

本実施例によれば、高バイアス電流変調時において消光
比を十分大きくし、かつ、光フアイバ伝送歪を大幅に低
減できる効果がある。また、光パルスのオフレベルを除
去できるため、バイアス電流を安定性良く制御する必要
が緩和され、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｔ
ｒｏｌ）回路の複雑化が避けられ、従来の平均値検出方
式が利用できる効果がある。

さらに、光学フィルタとして、半導体レーザを用いた光
増幅器が利用できるので、この場合は光信号の増幅効果
が加わる。

光学フィルタ３の挿入位置は、必ずしも第１図に示すよ
うな光送信部に設ける必要はなく、伝送路中の任意の位
置でよく、熱論、光受信部でもかまわない。

第４図は第２の実施例の構成図であり、光フアイバ伝送
路中に半導体レーザ光増幅器７を用いたものである。こ
こでは、送信光パルスのオンレベルに対応した光スペク
トルのみを選択的に増幅させる。

第５図は第３の実施例の構成図であり、光受信部に先受
フィルタ３を用いたものである。この場合も、光学フィ
ルタとして半導体レーザ増幅器を用いてもよい。

上記第２．第３の実施例においても、第１の実施例で述
べた効果と全く同じ効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、半導体レーザの高バイアス電流変調時
において、消光比を十分大きくし、かつ、光フアイバ伝
送波形歪を大幅に低減できるので、消光比及び光フアイ
バ伝送波形歪による受信感度劣化を抑圧できる効果があ
る。また、バイアス電流を安定性良く制御する必要性が
緩和され、ＡＰＣ回路の複雑化が避けられ、従来の平均
値検出方式が利用できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光伝送方式の要部の構成を
示す模式図、第２図は従来技術における光パルス波形図
と光スペクトラム図、第３図は本発明の光パルス図およ
び光スペクトラム図、第４図、第５図はそれぞれ本発明
の他の実施例を示す光伝送方式の模式図である。 １・・・半導体レーザ、２・・・光送信回路、３・・・
光学フィルタ、４・・・レンズ、５・・・レンズ、６・
・・光ファイバ、７・・・半導体レーザ増幅器、８・・
・レンズ、９・・・レンズ、１０・・・光ファイバ、１
１・・・受光素子、１２・・・受信回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体レーザを用いた強度変調光伝送方式において
   、光強度のオフレベルに対応する光スペクトラムを除去
   するための光学フィルタを光伝送路中に設けたことを特
   徴とする半導体レーザ伝送方式。 ２、半導体レーザを用いた強度変調光伝送方式において
   、光強度のオンレベルに対応する光スペクトラムのみを
   透過させる光学フィルタを光伝送路中に設けたことを特
   徴とする半導体レーザ伝送方式。 ３、半導体レーザを用いた強度変調光伝送方式において
   、光強度のオンレベルに対応する光スペクトルのみを選
   択的に増幅する機能を持つ半導体レーザ増幅器を光伝送
   路中に設けたことを特徴とする半導体レーザ伝送方式。