JPH05300096A

JPH05300096A - 光並列伝送用の光送信機及び光受信機並びにこれらを備えた光並列伝送システム

Info

Publication number: JPH05300096A
Application number: JP4101060A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Mutsukawa; 裕幸六川; Hisako Watabe; 弥子渡部
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-04-21
Filing date: 1992-04-21
Publication date: 1993-11-12

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は光並列伝送用光送信機及び光受信機並
びにこれらを備えた光並列伝送システムに関し、消費電
力をさほど大きくすることなしに安定動作を可能にする
ことを目的とする。【構成】複数のＬＤを備えたＬＤアレイ１１１を備えた
光並列伝送用光送信機において、１つの特定のＬＤ１１
３についてのみＡＰＣを行って各強度変調光を光ファイ
バアレイ１２０により光受信機１３０に伝送し、光受信
機１３０においては、ＡＰＣがなされているＬＤ１１３
からの光信号に基づきクロックを抽出して、このクロッ
クに基づいて各チャネルの識別動作を行うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光並列伝送用の光送信
機及び光受信機並びにこれらを備えた光並列伝送システ
ムに関する。

【０００２】光通信技術の発展にともない、幹線系のみ
ならず、伝送端局装置・交換機等の通信機器間もしくは
機器内、或いはコンピュータ間もしくはコンピュータ内
における高速データ伝送に、光ファイバの広帯域性を利
用した光伝送技術を適用することが注目され、検討され
ている。このような光伝送インタフェースにおいては、
多くの信号を並列して伝送する光並列伝送システムが有
効である。光並列伝送システムは、電気による並列伝送
システムに比較して、伝送速度、伝送距離、対電磁誘導
雑音等の特性に優れるという特長を有しており、各方面
での研究開発が進められている。

【０００３】光並列伝送システムにおける送信側の光源
としては、複数の発光素子を一体に集積化してなる発光
素子アレイが使用される。実用的な発光素子としては、
発光ダイオード（ＬＥＤ）及び半導体レーザ（レーザダ
イオード：ＬＤ）が知られているが、高速化、高出力化
の観点からは、半導体レーザがより優れている。

【０００４】一般に、半導体レーザにおいては、発振し
きい値や発光効率（微分量子効率）等の特性が発光ダイ
オードと比較して周囲温度に依存して大きく変化するの
で、温度変化等に対して安定な動作を実現することが要
求される。

【０００５】一方、発光素子アレイを光送信機に実装す
る場合或いは受光素子アレイを光受信機に実装する場合
には、複数の単素子を用いる場合と比較して実装面積を
小さくすることができるので、装置の小型化が可能にな
る。このような装置の小型化を効果的に行うためには、
各素子を駆動する回路についても小さな面積の基板、パ
ッケージに収容することが有効であり、このような駆動
回路の消費電力を小さく抑えることが要求される。

【０００６】

【従来の技術】従来、単素子の半導体レーザを駆動する
方法としては、レーザ発振しきい値の近傍に固定された
バイアス電流に変調電流パルスを重畳して半導体レーザ
に供給するようにしたものと、レーザ発振しきい値が比
較的小さい半導体レーザを用い、バイアス電流を零にし
て変調電流パルスを直接供給するようにしたものが知ら
れている。

【０００７】しかし、これらの方法による場合、半導体
レーザのレーザ発振しきい値が温度によって変動するこ
と等により、半導体レーザの安定な動作が困難になるこ
とがある。

【０００８】一方、温度変動等に対する半導体レーザの
安定な動作を可能にする技術として、自動光出力強度制
御（ＡＰＣ）がある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】バイアス電流を零又は
所定値に固定する前者の従来技術を半導体レーザアレイ
の全チャネルの素子（半導体レーザユニット）に適用す
る場合、回路規模を小さくすることができるので、消費
電力の低減が可能になるが、温度変動等により全チャネ
ルの半導体レーザユニットの動作が不安定になるという
問題があった。

【００１０】一方、後者の従来技術（ＡＰＣ）を半導体
レーザアレイの全チャネルの半導体レーザユニットに適
用した場合、全チャネルの安定動作が可能になるが、チ
ャネル数に応じた数のフィードバックループ又はその代
替手段が必要であることからチャネル数の増大にともな
って回路規模が増大し、消費電力が大きくなるという問
題があった。これに関連した技術として特開昭６３−１
４４６５３号公報に開示されたものがある。

【００１１】本発明の目的は、消費電力をさほど大きく
することなしに安定動作を実現することができる光並列
伝送用の光送信機及び光受信機並びにこれらを備えた光
並列伝送システムを提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】図１はクレーム対応図で
ある。本発明の光並列伝送用光送信機は、複数の半導体
レーザユニット１１からなる半導体レーザアレイ１２
と、該複数の半導体レーザユニット１１を入力データに
基づきそれぞれ駆動する複数の駆動手段１３と、複数の
半導体レーザユニット１１から選択される１つの特定半
導体レーザユニットから出力される光の一部を受け、そ
の光強度に応じた電気信号を出力する光強度検出手段１
４と、光強度検出手段１４からの電気信号を受け、その
平均レベルが一定になるように、上記特定半導体レーザ
ユニットを駆動する駆動手段に帰還をかける帰還手段１
５とを備える。

【００１３】本発明の光並列伝送用光受信機は、並列伝
送された複数の光信号をそれぞれ受け、その光強度に応
じた電気信号をそれぞれ出力する複数の受光手段３１
と、複数の受光手段３１から選択される１つの特定受光
手段からの電気信号に基づき識別用のクロックを発生さ
せるクロック発生手段３２と、クロック発生手段３２か
らのクロックに基づき、上記受光手段３１からの電気信
号について識別を行う識別手段３３とを備える。

【００１４】本発明の光並列伝送システムは、本発明に
かかる光並列伝送用光送信機１０と、光送信機１０にお
ける半導体レーザアレイ１２からの複数の光信号をそれ
ぞれ伝送する並列光伝送路２０と、並列光伝送路２０に
より伝送された複数の光信号を受信する本発明にかかる
光並列伝送用光受信機３０とを備える。そして、光受信
機３０における上記特定受光手段が光送信機１０におけ
る上記特定半導体レーザユニットからの光信号を受ける
ようにされている。

【００１５】

【作用】光並列伝送において、温度変動等による半導体
レーザアレイの不安定動作の影響が最も大きいのは、受
信側におけるクロック等のタイミング情報の再生又は抽
出である。本発明では、受信側で１チャネルについての
み正確なタイミング情報が得られていれば、このタイミ
ング情報に基づいて全チャネルについての識別動作が可
能になるという点に着目している。

【００１６】即ち、送信側で１つの特定半導体レーザユ
ニットについてのみＡＰＣを行ってその動作を安定化し
ておくことによって、この特定半導体レーザユニットに
より基準となるタイミング情報を正確に伝送し、特定半
導体レーザユニット以外の半導体レーザユニットの動作
が温度変動等により変動した場合にも受信側での安定な
識別動作を可能にしているのである。

【００１７】

【実施例】以下本発明の実施例を説明する。図２は本発
明の実施例を示す光並列伝送システムのブロック図であ
る。このシステムは複数チャネルの光信号を並列に出力
する光送信機１１０と、光送信機１１０からの光信号を
別々に伝送する複数の光ファイバからなる光ファイバア
レイ１２０と、光ファイバアレイ１２０により伝送され
た光信号をチャネルごとに受信する光受信機１３０とか
らなる。光受信機１３０の構成及び動作については後述
する。

【００１８】光送信機１１０は、複数の半導体レーザユ
ニットを一体に集積化してなる半導体レーザアレイを備
えている。以下、このアレイをＬＤアレイと称し、各ユ
ニットをＬＤと称する。

【００１９】ＬＤアレイ１１１は、ＡＰＣがなされない
ｎ（ｎは自然数）個のＬＤ１１２（＃１〜＃ｎ）と、Ａ
ＰＣがなされる１つのＬＤ１１３とを備えている。ＬＤ
１１２とＬＤ１１３は共に集積化されたＬＤアレイの構
成部分として同じものであり、これらの符号を異ならせ
ているのは単に説明の便宜上である。

【００２０】各ＬＤ１１２（＃１〜＃ｎ）はそれぞれに
対応して一つずつ設けられた駆動回路１１４（＃１〜＃
ｎ）により駆動され、ＬＤ１１３は駆動回路１１５によ
り駆動される。駆動回路１１４（＃１〜＃ｎ）にはそれ
ぞれ入力データＤ_in（＃１〜＃ｎ）が入力され、駆動回
路１１５には入力データＤ_in′が入力される。入力デー
タＤ_in（＃１〜＃ｎ）は伝送データであり、入力データ
Ｄ_in′は伝送データ又はクロック等の周期信号である。

【００２１】各ＬＤ１１２（＃１〜＃ｎ）及び１１３
は、それぞれの駆動回路から供給される駆動電流によっ
て駆動されて強度変調光を出力する。符号１１６はＬＤ
１１３から出力される光の一部を受けその光強度を検出
するためのフォトダイオードを表しており、このフォト
ダイオード１１６としては、この実施例では、検出光強
度の平均レベルに応じた電気信号を出力させるために、
ＬＤ１１３の駆動に供される入力データＤ_in′のビット
レートに相当する周波数よりも十分低い応答周波数のフ
ォトダイオードが用いられている。

【００２２】帰還回路１１７は、フォトダイオード１１
６からの電気信号を受けて、フォトダイオード１１６に
おける検出光強度が一定になるように駆動回路１１５に
帰還をかける。駆動回路１１４（＃１〜＃ｎ）及び１１
５並びに帰還回路１１７の具体的構成例については後述
する。

【００２３】図３は、図２の光送信機１１０におけるＬ
Ｄアレイ１１１近傍の各構成部材の配置例を説明するた
めの斜視図である。ＬＤアレイ１１１は放熱等を目的と
したヒートシンク２０１の縁部に固定されている。各Ｌ
Ｄ１１２及び１１３は、互いに対向する２つの劈開面上
にそれぞれ発光点を有している。以下、ＬＤの一方の発
光点から放射され光伝送路に結合される光を前方光と称
し、他の１つの発光点から放射される光を後方光と称す
る。

【００２４】この実施例では、各ＬＤ１１２及び１１３
の前方光の発光点は等間隔で同一直線上に位置してお
り、各前方光は並列光伝送路１２０を構成している複数
の光ファイバ２０３に入射する。ＬＤ１１２及び１１３
と光ファイバ２０３の光学的結合構造としては、光ファ
イバ２０３のコア端面をＬＤ１１２及び１１３の発光点
に接近させて位置させる結合構造を用いることができ
る。

【００２５】このような光ファイバとＬＤの直接結合
は、互いに平行で且つＬＤの発光点のピッチと等しいピ
ッチを有するＶ溝が形成されたファイバホルダ２０４を
用い、各光ファイバ２０３の端部近傍の部分を上記Ｖ溝
に着座させ、ファイバホルダ２０４とＬＤアレイ１１１
の相対的位置関係を調整することによって容易に行うこ
とができる。

【００２６】また、ＬＤ１１３から出力される光の一部
を受けるためのフォトダイオード１１６については、フ
ォトダイオード１１６の受光部がＬＤ１１３の後方光の
発光点に対向するようにフォトダイオード１１６をヒー
トシンク２０１上に固定すればよい。尚、各ＬＤ１１２
及び１１３における一方の電極はヒートシンク２０１を
介して接地されており、他方の電極にはボンディングワ
イヤ２０２を介して駆動回路からの駆動電流が供給され
る。

【００２７】図４（Ａ）は、駆動回路１１４及び１１５
の構成例を示す図であり、図４（Ｂ）は駆動回路１１４
の他の構成例を示す図である。図４（Ａ）の駆動回路
は、入力データに応じたパルス電流Ｉ_mをＬＤ１１２
（１１３）に供給する変調回路３０１と、直流のバイア
ス電流Ｉ_bをＬＤ１１２（１１３）に供給するバイアス
回路３０２とからなる。変調回路３０１はトランジスタ
Ｔｒ１及び抵抗Ｒ１を備え、バイアス回路３０２はトラ
ンジスタＴｒ２及び抵抗Ｒ２を備える。

【００２８】ＬＤ１１２（１１３）のアノードは接地さ
れ、カソードはトランジスタＴｒ１及びＴｒ２のコネク
タに接続される。トランジスタＴｒ１のベースには入力
データＤ_in（Ｄ_in′）が入力され、トランジスタＴｒ２
のベースには後述する帰還回路からのバイアス制御信号
（駆動回路１１５の場合）又は固定された一定電流（駆
動回路１１４の場合）が入力される。トランジスタＴｒ
１のエミッタは抵抗Ｒ１の一端に接続され、抵抗Ｒ１の
他端は電源端子−Ｖ１に接続される。トランジスタＴｒ
２のエミッタは抵抗Ｒ２の一端に接続され、抵抗Ｒ２の
他端は電源端子−Ｖ２に接続される。

【００２９】一方、図４（Ｂ）の駆動回路は、図４
（Ａ）の駆動回路からバイアス回路３０２を取り去った
構成を有している。即ち、この駆動回路は、変調回路３
０１のみからなる。

【００３０】以下の説明では、図４（Ａ）の駆動回路を
用いてそのバイアス回路３０２にバイアス制御信号を入
力してＬＤを駆動する方法をＡＰＣ型駆動方法と称し、
図４（Ａ）の駆動回路を用いてそのバイアス回路３０２
に固定電流を入力してＬＤを駆動する方法を固定バイア
ス駆動方法と称し、図４（Ｂ）の駆動回路を用いてＬＤ
を駆動する方法を無バイアス駆動方法と称する。

【００３１】図５は、図４（Ａ）の駆動回路を用いた場
合、即ちＡＰＣ型駆動方法又は固定バイアス駆動方法に
よる場合におけるＬＤの強度変調の原理説明図である。
符号４０１はＬＤのＩ−Ｌ特性を表しており、縦軸はＬ
Ｄ出力の光強度、横軸はＬＤに供給される電流を表して
いる。符号４０２は、ＬＤに供給される電流値の時間変
化に対応する駆動電流波形をＩ−Ｌ特性４０１に対応さ
せて表したものである。符号４０３は、光強度の時間変
化に対応する強度変調光波形を同じくＩ−Ｌ特性４０１
に対応させて表したものである。

【００３２】Ｉ−Ｌ特性４０１から明らかなように、Ｌ
Ｄは、レーザ発振しきい値Ｉ_thでレーザ発振を開始しこ
のしきい値Ｉ_thよりも大きい電流の領域においては電流
の増大に従って光強度が増大する特性を有している。

【００３３】駆動電流波形４０２は、データ入力に対応
したパルス電流Ｉ_mが直流のバイアス電流Ｉ_bに重畳さ
れた波形である。固定バイアス駆動方法が適用される場
合には、バイアス電流Ｉ_bはレーザ発振しきい値Ｉ_thと
ほぼ等しく設定される。また、ＡＰＣ型駆動方法が適用
される場合には、後述するように、ＡＰＣの結果とし
て、バイアス電流Ｉ_bは常にレーザ発振しきい値Ｉ_thよ
りも大きくなる。

【００３４】このような駆動電流がＬＤに供給される
と、Ｉ−Ｌ特性４０１に従ってＬＤ出力の光強度は変化
し、強度変調光が得られる。駆動電流波形４０２はＩ−
Ｌ特性を介して強度変調波形４０３に反映される。

【００３５】図６は、図４（Ｂ）の駆動回路が用いられ
ている場合、即ち無バイアス駆動方法による場合におけ
るＬＤの強度変調の原理説明図である。この場合、バイ
アス電流は零となりＬＤには入力データに応じたパルス
電流Ｉ_mのみが駆動電流として供給される。駆動電流波
形は、図５の場合と同様に強度変調光波形に反映され
る。

【００３６】尚、無バイアス駆動方法による場合には、
駆動電流値がハイレベルとローレベル（零レベル）の間
で遷移するときに必ずレーザ発振しきい値Ｉ_thを通過す
ることになる。その影響については後述する。

【００３７】図７は図２の帰還回路１１７の具体的構成
例を示す図である。この帰還回路は、フォトダイオード
１１６に生じた光電流を電圧値に変換する電流−電圧変
換器（抵抗５０１及び増幅器５０２）と、この変換器に
より変換された電圧値と参照電圧の誤差値を検出しこの
誤差値を図２の駆動回路１１５（具体的には図４（Ａ）
のバイアス回路３０２）に帰還させる演算増幅器５０３
とを含む。

【００３８】フォトダイオード１１６のカソードは接地
され、アノードは抵抗５０１を介して電源端子−Ｖに接
続される。フォトダイオード１１６に逆バイアスが加え
られている状態で、フォトダイオードにＬＤ１１３（図
２及び図３参照）からの光の一部が入力すると、この入
力した光の強度に応じた光電流がフォトダイオード１１
６及び抵抗５０１に流れる。本実施例では、フォトダイ
オード１１６の応答周波数は、入力データのビットレー
トに相当する周波数よりも十分低いので、光電流の大き
さはフォトダイオード１１６に入力する強度変調光の平
均光強度に応じたものとなる。

【００３９】フォトダイオード１１６に生じた光電流の
変化は、フォトダイオード１１６と抵抗５０１の接続点
の電位変化として取り出されて増幅器５０２により増幅
される。演算増幅器５０３の第１の入力ポートには増幅
器５０２の出力電圧Ｖ_aが光強度の平均値に対応する成
分として入力され、演算増幅器５０３の第２の入力ポー
トには予め定められた参照電圧Ｖ_refが入力される。

【００４０】演算増幅器５０３は、入力した２つの電圧
値の差成分を比例増幅して誤差信号として出力する。こ
の誤差信号は、適宜用いられる図示しないバッファ回路
や反転回路を介して図４（Ａ）のバイアス回路３０２に
帰還される。

【００４１】図７の帰還回路を用いた場合におけるＬＤ
１１３（図２参照）についてのＡＰＣの動作原理を図８
により説明する。図８において、符号６０１はＬＤアレ
イ１１１（図２参照）の使用温度範囲の最低温度Ｔ_min
におけるＬＤ１１３のＩ−Ｌ特性を表し、符号６０２及
び６０３はそれぞれ温度Ｔ₁及びＴ₂におけるＬＤ１１
３のＩ−Ｌ特性を表す（Ｔ_min＜Ｔ₁＜Ｔ₂）。

【００４２】いま、温度Ｔ₁において図７の演算増幅器
５０３の入力誤差（Ｖ_a−Ｖ_ref）が零のときの光強度
の平均値がＰ₀になるようにＬＤ１１３へのバイアス電
流及びパルス電流の振幅が設定されている場合を想定す
る。ＬＤにおいては、その温度が上昇するに従って、Ｉ
−Ｌ特性におけるレーザ発振しきい値が大きくなるとと
もに特性曲線の微分係数が減少する。

【００４３】この状態で、ＬＤ１１３の温度がＴ₁から
Ｔ₂に上昇すると、符号６０２で表されるＩ−Ｌ特性が
符号６０３で表されるＩ−Ｌ特性に変化することによ
り、光強度はＰ₀からこれよりも小さいＰ₁に低下す
る。

【００４４】光強度が低下して図７のフォトダイオード
１１６に流れる光電流が減少すると、演算増幅器５０３
の誤差入力（Ｖ_a−Ｖ_ref）は負となり、この誤差入力
に対応した演算増幅器５０３の出力信号が、図４（Ａ）
の駆動回路におけるバイアス電流Ｉ_bを増大させる。逆
に、ＬＤ１１３の温度がＴ₁よりも低くなった場合に
は、演算増幅器５０３の誤差入力（Ｖ_a−Ｖ_ref）が正
となり、バイアス電流Ｉ _bが減少させられる。

【００４５】このようにしてバイアス電流に負帰還がか
けられた駆動電流に基づいてレーザダイオード１１３を
駆動することによって、ＬＤ１１３からの強度変調光の
平均強度を安定化することができる。

【００４６】尚、図８において、符号６０４は温度Ｔ₁
におけるＬＤ１１３の駆動電流の波形を表し、符号６０
５はＡＰＣの結果として得られる温度Ｔ₂におけるＬＤ
１１３の駆動電流の波形を表している。

【００４７】図９は図２の帰還回路１１７の他の構成例
を示す図である。この実施例が図７の実施例と異なる点
は、演算増幅器５０３に入力する参照電圧Ｖ_ref′が入
力データのマーク率に応じて制御されている点である。
具体的には次の通りである。

【００４８】マーク率モニタ回路６０１は、例えば駆動
回路１１５内に設けられた積分器によって構成され、駆
動回路１１５に入力される入力データの論理値「１」と
「０」の発生比率即ちマーク率を検出する。参照電圧設
定回路６０２は、マーク率モニタ回路６０１により検出
されたマーク率に応じて演算増幅器５０３に入力する参
照電圧Ｖ_ref′を設定する。

【００４９】いま、マーク率が例えば１／２の場合即ち
「１」と「０」が１：１の割合で発生する場合と、マー
ク率が例えば１／４の場合即ち「１」と「０」が１：３
の割合で発生する場合とでは、ＬＤ１１３からの強度変
調光における平均光強度が変化する。その結果、前述し
たＡＰＣにおける動作条件が変化することになる。

【００５０】そこで、本実施例では、参照電圧設定回路
６０２が、マーク率モニタ回路６０１から通知される入
力データのマーク率に応じて、基準となる参照電圧Ｖ
_ref′の値を変更するのである。これにより、マーク率
の変動にかかわらずＡＰＣの動作を安定化させることが
できる。

【００５１】ところで、ＬＤ１１３についてＡＰＣを行
う場合、ＬＤ１１３に供給されるバイアス電流の初期設
定値はＬＤアレイ１１１の使用温度範囲の最低温度にお
けるレーザ発振しきい値とほぼ等しく設定されているこ
とが望ましい。こうしておくと、図８からも明らかなよ
うに、ＬＤ１１３に供給される駆動電流の瞬時値は、常
にＬＤ１１３のレーザ発振しきい値よりも大きくなる。
このことによる効果を以下に詳述する。

【００５２】いま、図１０（Ａ）に示すように、ＬＤに
与える電流を時刻ｔ₀において０からＩ_onに階段状に変
化させた場合を想定する。この場合、電流値Ｉ_onがＬＤ
のレーザ発振しきい値Ｉ_thよりも大きいにもかかわら
ず、電流変化と同時にレーザ発振が開始されるわけでは
なく、図１０（Ｂ）に示すように、時刻ｔ₀から有限の
時間ｔ_dだけ遅れてレーザ発振が開始される。これは、
電流注入により注入される伝導帯の電子が発光再結合に
より価電子帯に戻るまでに零でない有限の時間τ _Sを要
するからである。この時間τ_Sは自然放出キャリア寿命
と呼ばれ、通常２μ秒前後の値をとる。

【００５３】従って、最終的にレーザ発振に必要な電子
が注入されたとしても、必ず遅れが生じることになる。
この遅れｔ_dは次式で与えられる。ｔ_d＝τ_S・１ｎ（Ｉ_m／（Ｉ_m−Ｉ_th＋Ｉ_b））ここに、Ｉ_mは変調等に供されるパルス電流、Ｉ_bはバ
イアス電流である。この式で表される遅延時間ｔ_dがあ
ると、ＬＤを変調して得られる信号のパルス幅が小さく
なり、結果としてデータの実効的なデューティの減少を
もたらす。

【００５４】このことは、並列伝送において多数のチャ
ネル間のデータの伝搬遅延時間ばらつきとして定義され
るスキューについて次のような大きな問題を与える。即
ち、データのデューティが減少することにより等価的に
伝送のビットレートが上昇したのと同じになり、許容さ
れるスキューが小さくなるのである。その結果、伝送距
離が制限され、伝送システム全体の安定性や信頼性の低
下をもたらすことになる。

【００５５】また、受信側において伝送されてきた信号
からクロックを抽出する自己タイミング型のシステムに
おいては、データの立ち上がりの遅れが等価的にジッタ
の増加としてとられられるので、これに伴いクロックの
ジッタも増加し、識別動作が不安定になる恐れがある。
データにおけるジッタの増大を図１１（Ａ）に模式的に
示し、クロックにおけるジッタの増大を図１１（Ｂ）に
模式的に示す。

【００５６】図２のＬＤ１１２の駆動回路１１４として
図４（Ｂ）の駆動回路を用いて無バイアス駆動方法を実
施する場合、図６により説明した動作原理から明らかな
ように、ＬＤ１１２の駆動電流の瞬時値がレーザ発振し
きい値Ｉ_thよりも大きい電流値と小さい電流値とを交互
にとるので、前述したように受信側において識別動作が
不安定になる恐れがある。

【００５７】また、図２のＬＤ１１２の駆動回路１１４
として図４（Ａ）の駆動回路を用い固定バイアス駆動方
法を実施する場合にも、無バイアス駆動方法による場合
程ではないにしても受信側において識別動作が不安定に
なる恐れがある。

【００５８】何故ならば、図１２に示すように、ＬＤ１
１２の駆動電流波形７０１におけるバイアス電流値を温
度Ｔ₁におけるレーザ発振しきい値Ｉ_th1とほぼ等しく
設定しておき、温度Ｔ₁においてはＬＤ１１２の駆動電
流の瞬時値が常にレーザ発振しきい値Ｉ_th1よりも大き
くなるようにしておいたとしても、温度Ｔ₁よりも高い
温度Ｔ₂又はＴ₃においては、ＬＤ１１２の駆動電流の
瞬時値が当該温度におけるレーザ発振しきい値Ｉ_th2又
はＩ_th3よりも大きい値と小さい値とを交互にとるよう
になるからである。

【００５９】図２のＬＤ１１３ではＡＰＣがかけられて
いるのでこのような問題が生じにくい。即ち、図８で説
明したように、ＬＤ１１３に供給されるバイアス電流の
初期設定値を、ＬＤアレイ１１１の使用温度範囲の最低
温度におけるレーザ発振しきい値とほぼ等しく設定した
場合、レーザ発振しきい値は常に最低温度におけるレー
ザ発振しきい値よりも大きくなり且つＩ−Ｌ特性の微分
係数は例えば符号６０２，６０３で表すように、常に最
低温度におけるＩ−Ｌ特性６０１の微分係数よりも小さ
くなるので、使用温度範囲においてはＬＤ１１３の駆動
電流の瞬時値が常にレーザ発振しきい値よりも大きくな
り、レーザ発振の遅れが生じないのである。

【００６０】ここで、ＬＤ１１３に供給するバイアス電
流の初期設定値がＬＤアレイ１１１の使用温度範囲の最
低温度におけるレーザ発振しきい値とほぼ等しくない場
合でも、上記初期設定値が上記しきい値よりも大きい限
りにおいては、レーザ発振の遅れは生じない。本実施例
において、上記初期設定値を上記しきい値とほぼ等しく
設定しているのは、温度上昇に伴う消光比の劣化を最低
限に抑えるためである。

【００６１】さて、図２において、ＬＤアレイ１１１を
構成している全てのＬＤについてＡＰＣ型駆動方法を適
用しようとすると、負帰還ループがＬＤの数だけ必要に
なるので、装置の構成が著しく複雑になり多大な消費電
力が必要になる。

【００６２】一方、ＬＤアレイ１１１を構成する全ての
ＬＤに無バイアス駆動方法又は固定バイアス駆動方法を
適用しようとすると、負帰還制御ループ等が不要になる
ので消費電力は少なくて済むが、前述したようにクロッ
クが不安定になり受信側における識別動作が不安定にな
る。

【００６３】本発明では、受信側で安定な識別動作に必
要なクロックは１つあればよいという点に着目する。即
ち、図２において、送信側の１つのＬＤ１１３について
のみＡＰＣを行っておきさえすれば、ＬＤ１１３に対応
するチャネルで再生されるクロックに基づいて全てのチ
ャネルについて安定な識別動作が可能になるとともに、
装置の構成を簡略化して消費電力を低減することができ
るのである。

【００６４】次に、このような光送信機から並列光伝送
路を介して伝送された並列光信号を受信するための光受
信機の構成及び動作を説明する。入力データ（伝送デー
タ）Ｄ_in′により強度変調されたＬＤ１１３からの強度
変調光は、光受信機１３０においてフォトダイオード８
０１により電気信号に変換され、この信号は等化増幅器
８０２により等化増幅されて識別器８０３に入力する。
等化増幅器８０２の出力信号はまたタイミング回路８０
４に入力する。タイミング回路８０４は、フォトダイオ
ード８０１が受ける強度変調光の変調スペクトルの所定
の周波数成分を自己タイミング抽出することにより、ク
ロックを発生する。

【００６５】一方、各ＬＤ１１２（＃１〜＃ｎ）からの
強度変調光は、光受信機１３０においてそれぞれフォト
ダイオード８０５（＃１〜＃ｎ）により電気信号に変換
され、各電気信号はそれぞれ等化増幅器８０６（＃１〜
＃ｎ）により等化増幅されてそれぞれ識別器８０７（＃
１〜＃ｎ）に入力する。そして、各識別器８０３及び８
０７（＃１〜＃ｎ）は、タイミング回路８０４からのク
ロックに基づき入力信号についての識別を行い、それぞ
れ出力データＤ_out′及びＤ_out（＃１〜＃ｎ）を出力
する。タイミング回路８０４が発生するクロックＣＬＫ
は識別以外の用途にも用いることができる。

【００６６】本実施例によると、ＬＤ１１３はレーザ発
振の遅れを伴うことなくきれいな波形の強度変調光を出
力するので、タイミング回路８０４はジッタの少ないク
ロックを抽出することができ、このクロックに基づいて
全チャネルについて安定な識別動作を行うことができ
る。

【００６７】ところで、等化増幅器８０２とタイミング
回路８０４をＤＣ結合により接続した場合、ＬＤ１１３
の温度の上昇に伴ってそのバイアス電流がレーザ発振し
きい値よりもかなり大きくなって強度変調光の消光比が
劣化したときに各識別器８０３及び８０７（＃１〜＃
ｎ）における識別動作に影響を与える恐れがある。この
ような影響を避けるためには、等化増幅器８０２とタイ
ミング回路８０４をＡＣ結合により接続し、ＬＤ１１３
のバイアス電流の増大に伴って生じるフォトダイオード
８０１の受光出力の直流成分を除去すればよい。

【００６８】この実施例では、伝送データにより変調さ
れるＬＤ１１３からの強度変調光に基づき、自己タイミ
ング抽出によりクロックを抽出しているが、ＬＤ１１３
の駆動に供される入力データをクロックとしてもよい。
この場合に使用することができる光受信機の構成例を図
１３に示す。

【００６９】この実施例では、ＬＤ１１３（図２参照）
が直接クロックにより変調されるので、フォトダイオー
ド８０１の受光出力はクロックに対応した波形を有す
る。従って、フォトダイオード８０１の出力信号を増幅
器９０１で所定レベルにまで増幅して、これをクロック
として各識別器８０７（＃１〜＃ｎ）に入力する。増幅
器９０１から出力されるクロックＣＬＫは識別以外の用
途にも使用可能である。

【００７０】この実施例によっても、ジッタの少ないク
ロックを得ることができるので、各識別器８０７（＃１
〜＃ｎ）における識別動作を安定に行うことができる。
図１３の光受信機が用いられる場合には、光送信機１１
０の駆動回路１１５に入力するクロックの周波数は駆動
回路１１４（＃１〜＃ｎ）への入力データＤ_in（＃１〜
＃ｎ）のビットレートに相当する周波数に等しく設定さ
れる。

【００７１】尚、図２の光送信機１１０の駆動回路１１
５への入力データＤ_in′は伝送データ又はクロックに限
定されない。即ち、受信側において信号識別のためのタ
イミング情報をＬＤ１１３から送出するようにすればよ
いので、駆動回路１１５への入力データＤ_in′は、フレ
ーム信号のような周期的に繰り返す固定パターンを有す
る信号であればよい。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
光送信機の消費電力をさほど大きくすることなしに基準
となるタイミング情報を送信側から受信側に安定して伝
送することができるようになり、このタイミング情報に
基づいて光受信機において全チャネルにおける安定な識
別動作が可能になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】クレーム対応図である。

【図２】本発明の実施例を示す光並列伝送システムのブ
ロック図である。

【図３】ＬＤアレイ近傍の斜視図である。

【図４】駆動回路の構成例を示す図である。

【図５】図４（Ａ）の駆動回路を用いた場合の強度変調
の原理説明図である。

【図６】図４（Ｂ）の駆動回路を用いた場合の強度変調
の原理説明図である。

【図７】帰還回路の構成例を示す図である。

【図８】ＡＰＣの動作原理の説明図である。

【図９】帰還回路の他の構成例を示す図である。

【図１０】ＬＤにおける発振開始の遅れを説明するため
の図である。

【図１１】データ及びクロックにおけるジッタの説明図
である。

【図１２】ＬＤの温度変化に伴うＩ−Ｌ特性の変化を説
明するための図である。

【図１３】光並列伝送用光受信機の他の実施例を示すブ
ロック図である。

【符号の説明】

１０光送信機１１半導体レーザユニット１２半導体レーザアレイ１３駆動手段１４光強度検出手段１５帰還手段２０光伝送路３０光受信機３１受光手段３２クロック発生手段３３識別手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｂ 10/02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の半導体レーザユニット(11)からな
る半導体レーザアレイ(12)と、該複数の半導体レーザユニットを入力データに基づきそ
れぞれ駆動する複数の駆動手段(13)と、上記複数の半導体レーザユニットから選択される１つの
特定半導体レーザユニットから出力される光の一部を受
け、その光強度に応じた電気信号を出力する光強度検出
手段(14)と、該光強度検出手段からの電気信号を受け、その平均レベ
ルが一定になるように、上記特定半導体レーザユニット
を駆動する駆動手段に帰還をかける帰還手段(15)とを備
えたことを特徴とする光並列伝送用光送信機。
【請求項２】上記半導体レーザユニットは、上記入力
データに応じてその光強度が２値に変化する強度変調光
を出力することを特徴とする請求項１に記載の光並列伝
送用光送信機。
【請求項３】上記特定半導体レーザユニットを駆動す
る駆動手段は、上記入力データに応じたパルス電流を上
記特定半導体レーザユニットに供給する変調回路(301)
と、直流のバイアス電流を上記特定半導体レーザユニッ
トに供給するバイアス回路(302) とを含み、上記特定半導体レーザユニット以外の半導体レーザユニ
ットを駆動する駆動手段は、上記入力データに応じたパ
ルス電流を上記特定半導体レーザユニット以外の半導体
レーザユニットに供給する変調回路(301) を含むことを
特徴とする請求項２に記載の光並列伝送用光送信機。
【請求項４】上記受光手段はフォトダイオード(116)
であり、該フォトダイオードの応答周波数は上記特定半
導体レーザユニットの駆動に供される入力データのビッ
トレートに相当する周波数よりも十分低いことを特徴と
する請求項３に記載の光並列伝送用光送信機。
【請求項５】上記フォトダイオード(116) は上記特定
半導体レーザユニットの前方出射光及び後方出射光のい
ずれか一方を受けることを特徴とする請求項４に記載の
光並列伝送用光送信機。
【請求項６】上記帰還手段は、上記フォトダイオード
(116) に生じた光電流を電圧値に変換する電流−電圧変
換器と、該変換器により変換された電圧値と参照電圧の
誤差値を検出し該誤差値を上記バイアス回路(302) に帰
還させる演算増幅器(503) とを含むことを特徴とする請
求項４に記載の光並列伝送用光送信機。
【請求項７】上記特定半導体レーザユニットの駆動に
供される入力データのマーク率を検出するマーク率モニ
タ回路(601) と、該マーク率モニタ回路により検出されたマーク率に応じ
て上記演算増幅器(503) の参照電圧を設定する参照電圧
設定回路(602) とを更に備えたことを特徴とする請求項
６に記載の光並列伝送用光送信機。
【請求項８】上記特定半導体レーザユニット以外の半
導体レーザユニットに直流のバイアス電流を供給するバ
イアス回路(302) を更に備え、該バイアス電流は一定値に固定されていることを特徴と
する請求項３に記載の光並列伝送用光送信機。
【請求項９】上記半導体レーザユニットに供給される
バイアス電流の初期設定値は、上記半導体レーザアレイ
の使用温度範囲の最低温度におけるレーザ発振しきい値
とほぼ等しいことを特徴とする請求項３又は８に記載の
光並列伝送用光送信機。
【請求項１０】上記特定半導体レーザユニットの駆動
に供される入力データの波形は周期的に繰り返す固定パ
ターンであることを特徴とする請求項２に記載の光並列
伝送用光送信機。
【請求項１１】上記複数の半導体レーザユニットの駆
動にそれぞれ供される複数の入力データのビットレート
は同じであり、上記特定半導体レーザユニットの駆動に供される入力デ
ータはクロックであることを特徴とする請求項１０に記
載の光並列伝送用光送信機。
【請求項１２】並列伝送された複数の光信号をそれぞ
れ受け、その光強度に応じた電気信号をそれぞれ出力す
る複数の受光手段(31)と、該複数の受光手段から選択される１つの特定受光手段か
らの電気信号に基づき識別用のクロックを発生させるク
ロック発生手段(32)と、該クロック発生手段からのクロックに基づき、上記受光
手段からの電気信号について識別を行う識別手段(33)と
を備えたことを特徴とする光並列伝送用光受信機。
【請求項１３】上記特定受光手段が受ける光信号は伝
送情報により強度変調されており、上記クロック発生手段においては当該変調スペクトルの
所定の周波数成分を抽出することにより上記識別用のク
ロックが再生されることを特徴とする請求項１２に記載
の光並列伝送用光受信機。
【請求項１４】上記特定受光手段が受ける光信号はク
ロックにより強度変調されており、上記クロック発生手段は上記特定受光手段からの電気信
号を増幅して上記識別用のクロックとして直接出力する
ことを特徴とする請求項１２に記載の光並列伝送用光受
信機。
【請求項１５】請求項１乃至１１のいずれかに記載の
光並列伝送用光送信機(10)と、該光並列伝送用光送信機における上記半導体レーザアレ
イからの複数の光信号をそれぞれ伝送する並列光伝送路
(20)と、該並列光伝送路により伝送された複数の光信号を受信す
る請求項１２乃至１４のいずれかに記載の光並列伝送用
光受信機(30)とを備え、該光並列伝送用光受信機における上記特定受光手段は上
記光並列伝送用光送信機における上記特定半導体レーザ
ユニットからの光信号を受けることを特徴とする光並列
伝送システム。
【請求項１６】上記並列光伝送路は複数の光ファイバ
を備えた光ファイバアレイ(120) であり、該光ファイバアレイは上記半導体レーザアレイに直接結
合されていることを特徴とする請求項１５に記載の光並
列伝送システム。