JPH04249928A - 光トランシーバ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は送信と受信とを時分割で
切り替えて双方向通信を行う時分割方向制御伝送方式（
いわゆるピンポン伝送方式、以下「ＴＣＭ方式」という
）に利用する。

【０００２】

【従来の技術】１心の光ファイバを用い、時分割で送信
と受信とを切り替えて双方向通信を行うＴＣＭ方式では
、半導体レーザを送信用と受信用とで兼用することが考
えられている。半導体レーザは基本的にＰＮ接合をもつ
ダイオードであり、発光素子としてだけでなく、受光素
子としても使用できる。すなわち、しきい値以上の順バ
イアスを印加すれば発光素子として使用でき、それ以下
のバイアスないし逆バイアスでは、その発振波長および
それより短い波長に対して感度のある受光素子として使
用できる。

【０００３】このような半導体レーザの特性を利用した
一素子形ＴＣＭ方式の基本的な構成例を図５に示し、こ
の方式に用いられる一般的なフレーム構成を図６に示す
。

【０００４】送信受信切替回路１と半導体レーザ２とに
より構成された伝送装置（以下「トランシーバ」という
）は、光ファイバ伝送路３を介して、半導体レーザ４と
送信受信切替回路５とにより構成された光トランシーバ
に接続される。それぞれの光トランシーバには、情報供
給源および情報供給先となる装置、例えば端末装置が接
続されるが、ここでは省略する。

【０００５】送信受信切替回路１、５はそれぞれ、半導
体レーザ２、４の動作モードを切り替え、光ファイバ伝
送路３へのバースト信号の送信と、同じ光ファイバ伝送
路３からのバースト信号の受信とを時分割で行う。すな
わち、半導体レーザ２が送信モードのとき半導体レーザ
４は受信モードとなり、半導体レーザ４が送信モードの
ときには半導体レーザ２が受信モードとなるように切り
替えられる。

【０００５】これを図６を参照して詳しく説明すると、
半導体レーザ２が送信を開始したとき、半導体レーザ４
は、伝送遅延時間ＴＤ　の後に受信を開始する。伝送遅
延時間ＴＤ　は、光ファイバ伝送路３中を光が伝送され
るのに要する時間である。半導体レーザ４は、受信が完
了すると送信モードに切り替えられ、送信切替のための
ガード時間ＴＧ　が経過した後に送信を開始する。

【０００６】半導体レーザ２は、送信が完了すると受信
モードに切り替えられ、自分の送信した光が相手に届く
までの伝送遅延時間ＴＤ　、相手の送信切替のためのガ
ード時間ＴＧ　および相手の送信した光が自分に届くま
での伝送遅延時間ＴＤ　が経過した後に受信を開始する
。受信が完了するとガード時間ＴＧ　が経過した後に再
び送信を開始する。

【０００７】このように、半導体レーザ２と半導体レー
ザ４とは、時分割で送受信を繰り返す。この繰り返しの
周期、すなわち１バースト時間ＴＢ　は、半導体レーザ
２、４の送信時間、すなわち情報伝送時間をＴＩ　とし
て、 ＴＢ　＝２ＴＩ　＋２ＴＤ　＋２ＴＧ　となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような方式で光加
入者系を構成する場合、局から加入者への伝送距離に長
短が生じる。このため、レシーバに入力される光レベル
は、そのレシーバ毎に大幅に異なってくる。例えば、光
伝送路の損失が１ｄＢ／ｋｍ　で伝送距離が０ｋｍ（局
の直近）と３０ｋｍとでは、光レベル差は３０ｄＢとな
る。このことは、レシーバに大きなダイナミックレンジ
を要求することになる。また、距離のばらつきが大きい
と、光レベル差がレシーバの自動利得制御回路による電
気的に補償可能な範囲を越えてしまう。例えば光レベル
で３０ｄＢの差があると電気レベルでは６０ｄＢとなり
、電気的な補償が困難になる。

【０００９】このようにレベル差が大きい場合、従来は
、光ファイバと受光素子との間に固定または可変の光減
衰器を挿入することより、電気的だけでなく光的にもダ
イナミックレンジが拡大されるようにしていた。しかし
、光ファイバの導波部分、すなわちコアはμｍのオーダ
と小さく、所望の減衰量を得るには、光ファイバ、光減
衰器および受光素子のそれぞれの間を高精度に軸合わせ
する必要があった。このような高精度の軸合わせには、
高価な装置が必要となる。

【００１０】これは送信用と受信用とに別個の素子を使
用する場合でも同様であり、受信側のダイナミックレン
ジを拡大するためには、受光素子と光ファイバとの間に
光減衰器を高精度に軸合わせして挿入する必要があった
。

【００１１】本発明は、以上の課題を解決し、送信と受
信とを時分割で切り替えて双方向通信を行う時分割方向
制御伝送方式に使用するダイナミックレンジの大きな光
トランシーバを提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の観点によ
ると、半導体レーザを送信用と受信用とで兼用する場合
の構成であり、半導体レーザの送信端とは反対側の端面
に近接して配置された受光素子と、この半導体レーザに
よる受光レベルがあらかじめ定められた値より高いとき
にはその半導体レーザの受信出力に代えて受光素子の出
力を選択する手段とを備えた光トランシーバが提供され
る。

【００１３】本発明の第二の観点によると、半導体レー
ザを送信専用とした場合の構成であり、光伝送路からの
光信号を受光する第一の受光素子と、半導体レーザによ
る光送信と第一の受光素子による光受信とを時分割で切
り替える送信受信切替手段とを備え、さらに、半導体レ
ーザの前記一端とは反対側の端面に近接して配置された
第二の受光素子と、第一の受光素子による受光レベルが
あらかじめ定められた値より高いときには第二の受光素
子の出力を選択する手段とを備えた光トランシーバが提
供される。

【００１４】

【作用】半導体レーザが発光していない状態では、その
入射光は吸収損により減衰する。しかし、その一部は半
導体レーザを透過する。そこで、受光レベルが高いとき
には、その半導体レーザを透過した光を受光する。

【００１４】半導体レーザの送信端とは逆側の端で光を
検出することは、従来から、自動パワー調整の目的で行
われている。さらに、半導体レーザとホトダイオードと
が集積された素子も市販されている。しかし、これは受
光素子で半導体レーザの出力光を検出するものであり、
検出した信号は半導体レーザに帰還される。

【００１５】これに対して本発明では、同様の素子を用
いて実施できるが、半導体レーザが発光していない状態
で受光素子（例えばホトダイオード）を使用すること、
半導体レーザまたは他の受光素子による直接受光レベル
が高いときだけその受光素子を使用すること、および検
出した信号は受信信号となることが従来と異なる。

【００１６】本発明は、半導体レーザを送受信兼用また
は送信専用で使用するだけでなく、光減衰器としても使
用する。この場合でも高精度の軸合わせは必要であるが
、半導体レーザと光ファイバ伝送路との間の軸合わせは
元々必要なものであり、新たに光減衰器を挿入するよう
な困難はない。また、半導体レーザと受光素子とが集積
された素子を用いれば、さらに軸合わせが簡単化される
。

【００１７】

【実施例】図１は本発明第一実施例の光トランシーバを
含むＴＣＭ装置のブロック構成図である。

【００１８】このＴＣＭ装置は、光ファイバ伝送路２０
と、その両端にそれぞれ接続された光トランシーバとを
備える。

【００１９】一方の光トランシーバは、一端が光ファイ
バ伝送路２０に接続される半導体レーザ１３と、この半
導体レーザ１３による光送信と光受信とを時分割で切り
替える送信受信切替回路１２とを備え、他方の光トラン
シーバは、同様に半導体レーザ３３と送信受信切替回路
３２とを備える。

【００２０】ここで本実施例の特徴とするところは、一
方の光トランシーバに、半導体レーザ１３のそれぞれの
送信端とは反対側の端面に近接して配置された受光素子
１４と、半導体レーザ１３による受光レベルがあらかじ
め定められた値より高いときには受光素子の出力を選択
する手段を含む制御回路１１とを備え、他方の光トラン
シーバに、同様に受光素子３４および制御回路３１を備
えたことにある。受光素子１４には受信回路１５が接続
され、受光素子３４には受信回路３５が接続される。

【００２１】送信受信切替回路１２は、制御回路１１の
制御により、半導体レーザ１３の送信モードと受信モー
ドとを切り替える。送信受信切替回路３２は、制御回路
３１の制御により、半導体レーザ１３の動作モードを対
向する光トランシーバと逆となるように設定する。

【００２２】半導体レーザ１３からの送信時には、この
半導体レーザの出力した光信号が、光ファイバ伝送路２
０を経由して、対向する光トランシーバの半導体レーザ
３３に入射する。このとき、入射光の一部が半導体レー
ザ３３を透過して受光素子３４に入射する。このとき制
御回路３１は、受光レベルが低ければ半導体レーザ３３
の出力を選択し、受光レベルがあらかじめ定められた値
より高いときには受光素子３４の出力を選択する。半導
体レーザ３３の出力は送信受信切替回路１２を経由して
、受光素子３４の出力は受信回路１５を経由して、図外
の装置、例えば端末装置に供給される。半導体レーザ３
３からの送信時も同様に行われる。

【００２３】受光素子１４、３４に入射する光は、半導
体レーザ１３、３３を通過するときに生じる吸収損、光
ファイバ伝送路２０と半導体レーザ１３、３３との間の
結合損、および半導体レーザ１３、３３と受光素子１４
、３４との間の結合損により、大幅に減衰する。このた
め、固定光減衰器を挿入したと同等の効果が得られる。

【００２４】受光素子１４、３４は、送信時に半導体レ
ーザ１３、３３の送信パワーを一定に保持するための自
動光電力制御回路（ＡＰＣ回路）の光電変換素子として
兼用することもできる。

【００２５】図２は具体的な回路構成を示す。

【００２６】送信受信切替回路１２または３２には、駆
動信号源１２１　、入力抵抗１２２　、駆動用のトラン
ジスタ１２３　、バイアス抵抗１２４　およびプリアン
プ１２５　を備え、受信回路１５または３５には、バイ
アス抵抗１５４　およびプリアンプ１５５　を備える。 プリアンプ１２５　、１５５　の出力は、制御回路１１
により制御されるスイッチ１６に接続される。

【００２７】送信モードのときには、駆動信号源１２１
　が送信信号を出力し、この信号が入力抵抗１２２　を
介してトランジスタ１２３　に供給され、半導体レーザ
１３のバイアス電流を変化させる。

【００２８】受信モードのときには、制御回路１１は駆
動信号源１２１　からの信号の出力を停止させる。これ
によりトランジスタ１２３　はオフとなり、半導体レー
ザ１３の受光信号がプリアンプ１２５　に出力される。 また、半導体レーザ１３に入射した光の一部が透過して
受光素子１４に入射する。これにより、受光信号がプリ
アンプ１５５　に出力される。プリアンプ１２５　、１
５５　の出力は、スイッチ１６により一方が選択されて
受信信号となる。この選択は、制御回路１１からの電気
信号によって行われる。制御回路１１は、受光レベルの
高いときにはプリアンプ１５５　の出力、すなわち受光
素子１４による受光を選択し、低いときにはプリアンプ
１２５　の出力、すなわち半導体レーザ１３による受光
を選択する。

【００２９】ここでは一方の光トランシーバについて説
明したが、対向する他方の光トランシーバの構成および
動作も同等である。

【００３０】半導体レーザと受光素子とによる受信回路
の動作を確認するため、半導体レーザとホトダイオード
とが集積された市販の素子（ＮＥＣ社製ＮＤＬ５７３１
Ｐ）を用いて実験を行った。その結果、半導体レーザで
受光した場合の受光感度ＲはＲ＝０．２６Ａ／Ｗ　、ホ
トダイオードで受光した場合の受光感度ＲはＲ＝０．０
１４Ａ／Ｗであった。すなわち、光レベルで約１３ｄＢ
（電気レベルで２６ｄＢ）の固定減衰量が得られた。し
たがって、これと併用して、受光回路の後段（図２の例
ではスイッチ１６の後段）に自動利得制御回路を設ける
ことにより、ダイナミックレンジを大幅に拡大できる。 半導体レーザとホトダイオードの間隔を大きくすれば、
さらに大きなダイナミックレンジが得られる。

【００３１】受光素子１４、３４については、上述した
ように、送信時に半導体レーザ１３、３３の送信パワー
を一定に保持するための自動光電力制御回路（ＡＰＣ回
路）の光電変換素子として兼用できる。図２の構成で説
明すると、送信時にスイッチ１６でプリアンプ１５５　
の出力を選択し、これをＡＰＣ回路（図示せず）に供給
する。ＡＰＣ回路としては、バイアス抵抗１２４　の代
わりに能動素子による可変抵抗を用い、この可変抵抗を
スイッチ１６で選択されたプリアンプ１５５　の出力で
制御する。

【００３２】なお、図２の構成では、スイッチ１６をプ
リアンプ１２５　、１５５　の後段に配置したが、前段
に配置してもよい。

【００３３】図３は本発明第二実施例の光トランシーバ
を含むＴＣＭ装置のブロック構成図である。

【００３４】この実施例は、半導体レーザを送信専用と
して用いることが第一実施例と大きく異なる。このため
この実施例では、一方の光トランシーバに、一端が光フ
ァイバ伝送路２０に接続される半導体レーザ１３と、光
ファイバ伝送路２０からの光信号を受光する第一の受光
素子１８と、半導体レーザ１３による光送信と受光素子
１８による光受信とを時分割で切り替える送信受信切替
手段を含む制御回路１１とを備え、他方の光トランシー
バには、同様に、半導体レーザ３３、受光素子３８、制
御回路３１を備える。

【００３５】光ファイバ伝送路２０は１心の光ファイバ
で構成され、半導体レーザ１３と受光素子１８とは光カ
プラ２１を介してこの光ファイバ伝送路２０に接続され
る。また、半導体レーザ３３と受光素子３８とは、光カ
プラ２２を介して光ファイバ伝送路２０に接続される。

【００３６】ここで本実施例の特徴とするところは、半
導体レーザ１３、３３の送信端とは反対側の端面に近接
して配置された第二の受光素子１４、３４を備え、受光
素子１８、３８による受光レベルがあらかじめ定められ
た値より高いときには受光素子１４、３４の出力を選択
する手段と制御回路１１、３１に含むことにある。

【００３７】半導体レーザ１３、３３にはそれぞれ送信
回路１７、３７が接続され、受光素子１４、１８、３４
、３８にはそれぞれ受信回路１５、１９、３５、３９が
接続される。

【００３８】この構成において、半導体レーザ１３、３
３は上述したように送信専用であり、光信号の受信は受
光素子１４または１８、３４または３８で行われる。受
光素子１４、３４に入射する光は、半導体レーザ１３、
３３による吸収損と、光ファイバ伝送路２０と半導体レ
ーザ１３、３３との間の結合損、および半導体レーザ１
３、３３と受光素子１４、３４との間の結合損により減
衰する。すなわち、これらが等価的な固定光減衰器を構
成する。

【００３９】このようにして、伝送距離が長くて受光レ
ベルの低いときには受光素子１８、３８で受光し、伝送
距離が短くて受光レベルの高いときには受光素子１４、
３４で受光する。この切替は、制御回路１１、３１によ
り制御する。

【００４０】図４は第二実施例の具体的な回路構成の主
要部を示す。

【００４１】図２の構成との違いについて説明すると、
光ファイバ伝送路２０からの光信号は、半導体レーザ１
３に入射するだけでなく、光カプラ２１により分岐され
て受光素子１８に入射する。受光素子１８にはバイアス
抵抗１９４　およびプリアンプ１９５　が接続された、
これが受信回路１９を構成する。プリアンプ１９５　の
出力はスイッチ１６に供給され、プリアンプ１５５　と
１９５　との一方の出力が選択され受信信号として出力
される。この選択は制御回路１１により行われ、受光レ
ベルが高いときにはプリアンプ１５５　の出力、すなわ
ち受光素子１４による半導体レーザ１３の透過光の受光
が選択され、低いときにはプリアンプ１９５　の出力、
すなわち受光素子１８による直接受光が選択される。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光トラン
シーバは、簡易な構成により、１心の光ファイバを用い
たＴＣＭ方式に使用する光トランシーバのダイナミック
レンジを拡大できる。これにより、１種類の装置構成を
広い伝送距離範囲で使用でき、経済的な光加入者系伝送
網を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明第一実施例の光トランシーバを含む
ＴＣＭ装置のブロック構成図。

【図２】　　この実施例の具体的な回路構成を示す図。

【図３】　　本発明第二実施例の光トランシーバを含む
ＴＣＭ装置のブロック構成図。

【図４】　　この実施例の具体的な回路構成を示す図。

【図５】　　一素子形ＴＣＭ方式の基本的な構成例を示
す図。

【図６】　　ＴＣＭ方式に用いられ一般的なフレーム構
成を示す図。

【符号の説明】

１、５、１２、３２　　送信受信切替回路２、４、１３
、３３　　半導体レーザ ３、２０　　　　　　光ファイバ伝送路１１、３１　　
　　　　制御回路 １４、１８、３４、３８　　受光素子 １５、１９、３５、３９　　受信回路 １７、３７　　　　　　送信回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一端が光伝送路に接続される半導体レ
   ーザと、この半導体レーザによる光送信と光受信とを時
   分割で切り替える送信受信切替手段とを備えた光トラン
   シーバにおいて、前記半導体レーザの前記一端とは反対
   側の端面に近接して配置された受光素子と、前記半導体
   レーザによる受光レベルがあらかじめ定められた値より
   高いときには前記受光素子の出力を選択する手段とを備
   えたことを特徴とする光トランシーバ。
2. 【請求項２】　　一端が光伝送路に接続される半導体レ
   ーザと、前記光伝送路からの光信号を受光する第一の受
   光素子と、前記半導体レーザによる光送信と前記第一の
   受光素子による光受信とを時分割で切り替える送信受信
   切替手段とを備えた光トランシーバにおいて、前記半導
   体レーザの前記一端とは反対側の端面に近接して配置さ
   れた第二の受光素子と、前記第一の受光素子による受光
   レベルがあらかじめ定められた値より高いときには前記
   第二の受光素子の出力を選択する手段とを備えたことを
   特徴とする光トランシーバ。