光送受信器
【課題】駆動回路基板と光モジュールとを繋ぐフレキシブルプリント基板からの電界放射を抑制し、低クロストーク特性を実現することができる光送受信器を提供する。
【解決手段】ＥＭＬ光モジュール２及び駆動回路基板４は、フレキシブルプリント基板３を介して互いに接続されている。ＥＭＬ光モジュール２は、モニタフォトダイオード１１と、半導体レーザデバイスとしてのレーザダイオード１２と、電界吸収型光変調器１３ａと、ＥＡ変調器１３ａと同容量をもつ電界吸収型半導体素子１３ｂと、終端抵抗１４ａ，１４ｂと、サーミスタ１５と、ペルチェ素子１６と、コンデンサ１７ａ，１７ｂとを有している。ＥＭＬ光モジュール２、フレキシブルプリント基板３及び駆動回路基板４のそれぞれは、正相信号用伝送路と逆相信号用伝送路とからなる１対の主電気信号伝送路を有している。
【解決手段】ＥＭＬ光モジュール２及び駆動回路基板４は、フレキシブルプリント基板３を介して互いに接続されている。ＥＭＬ光モジュール２は、モニタフォトダイオード１１と、半導体レーザデバイスとしてのレーザダイオード１２と、電界吸収型光変調器１３ａと、ＥＡ変調器１３ａと同容量をもつ電界吸収型半導体素子１３ｂと、終端抵抗１４ａ，１４ｂと、サーミスタ１５と、ペルチェ素子１６と、コンデンサ１７ａ，１７ｂとを有している。ＥＭＬ光モジュール２、フレキシブルプリント基板３及び駆動回路基板４のそれぞれは、正相信号用伝送路と逆相信号用伝送路とからなる１対の主電気信号伝送路を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光アクセスネットワークでの高速光送受信に用いられる光送受信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの普及に伴って、サービスの多様化が進み、近年の光アクセスネットワークに求められる所要伝送レートは年々上昇傾向にある。現在の日本では、最大伝送レート１Ｇｂｐｓの光通信が広くサービス提供されているが、その伝送レートをさらに高速化する研究がなされている。
【０００３】
近年では、非特許文献１に示すように、１０Ｇｂｐｓの高速光送受信に関する規格化がなされており、受信部には、（Ａ）ＰＤ−ＴＩＡ（Photo Diode with Trans-Impedance Amplifier）光モジュールが適用され、１０Ｇｂｐｓの送信部には、ＤＦＢ−ＬＤ（Distributed Feed-Back Laser Diode）及び電界吸収型（ＥＡ：electroabsorption）光変調器が一体化されたＥＭＬ（electroabsorption modulator monolithically integrated laser diode）光モジュールが適用される。また、１０Ｇｂｐｓを超える超高速光アクセスシステムの研究も進められている。
【０００４】
アクセスネットワークの光送受信器には、低消費電力化や装置設置コストの低下を実現するために、装置の小型高密度化が恒常の要求として存在している。従って、上記のような１０Ｇｂｐｓの送信モジュール及び受信モジュールは一体化され、一芯双方向光モジュールとして供給される。光送受信器基板でも送信機能及び受信機能は、一枚の基板上に実装されるのが一般的である。
【０００５】
このような光送信部及び光受信部を一体化した光送受信器では、送信部の電気信号が基板／空間／モジュールなどを経由して、受信信号に影響を与えるクロストークが生じる可能性がある。電気的なクロストークでは、高周波ほどクロストーク量が増加し、周囲の構造によっても発生する向きや大きさなどが変化するために、改善や解析が難しい。
【０００６】
これらのクロストークを回避するための１つの手法として、送受信間の距離を広げることが有効である。しかしながら、一芯双方向光モジュールにおいて、光の結合を維持するために送受信間の距離を広げることは設計困難であること、及び小型高密度化の要求に反することから、送受信間の距離を広げる手法をとることは適切ではない。
【０００７】
他のクロストーク抑制手法としては、差動信号伝送方式などの相補的な信号を用いることで、空間的に伝播する電気的クロストークを抑圧することが挙げられる。このような差動信号伝送方式では、送信側においては電気的クロストークの発生を抑制可能であり、受信側においても、電気的クロストークによる影響を抑える効果がある。非特許文献２には、送信用の単相線路によってクロストーク特性が劣化するため、送信用のＬＤ、及び受信用のＡＰＤ−ＴＩＡをともに差動駆動することによりクロストークを抑制可能であることが実験的に示されている。
【０００８】
一方、ＥＡ光変調器は、電界を印加することによって光を吸収する半導体素子からなり、低チャープで応答速度が速いため、高速の光通信用の変調器として用いられている。非特許文献３には、ＥＭＬ光モジュールが１０Ｇｂｐｓの４０ｋｍ伝送用光モジュールとして用いられている例が示されている。
【０００９】
ここで、図８は、従来の送受信器（ＥＭＬ光モジュールと駆動回路基板との接続構成例）を示す構成図である。図８において、ＣＡＮ型ＥＭＬ光モジュール２は、フレキシブルプリント基板３を介して駆動回路基板４と接続されている。また、ＥＭＬ光モジュール２は、モニタＰＤ１１と、ＬＤ１２と、ＥＡ１３と、整合抵抗１４と、サーミスタ１５と、ペルチェ素子１６と、コンデンサ１７とを有している。駆動回路基板４には、ＬＤ１２及びＥＡ１３を駆動するためのドライバＩＣ３１と、ＬＤ温度制御用のＴＥＣ（Thermoelectric Cooler）制御部３２と、ＡＣ結合のコンデンサ３３ａ，３３ｂと、ＥＡバイアス印加用のバイアスライン３５と、逆相信号の終端抵抗３４とが設けられている。
【００１０】
ここで、図８に示すＬＤ１２及びＥＡ１３は、カソード共通の一体化素子（ＥＭＬ）素子として適用されることが多い。また、図８に示す接続方式とは異なり、ＥＡ１３及びＬＤ１２の共通化されたカソードをグラウンドからＤＣ的に浮かせる接続方式や、ＥＡ１３のカソード側にはドライバＩＣ３１とＡＣ結合しないＤＣ結合なども使用される。しかし、ドライバＩＣの片相信号のみをＥＡへの印加信号として利用する単相駆動がＥＡ変調器の使い方としては一般的である。
【００１１】
ただし、一方では、ＥＡ変調器の差動駆動手法も提案されており、例えば特許文献１では、ＥＡ変調器を差動で駆動することでドライバの駆動力が低い場合でも良好な消光特性をとる手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−２７７８４０号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】IEEE802.3av 10G-EPON Task Force ,［online］,［平成２３年４月１９日検索］,インターネット （URL:http://www.ieee802.org/3/av/index.html）
【非特許文献２】Yoshida T et al., “First single-fibre bi-directional XFP transceiver for optical metro/access networks,” 31th ECOC2005, Sept. 25-29, 2005, Glasgow, Scotland, UK,Tech. Dig. We4. P.021.
【非特許文献３】安西他, “ 小型低消費電力の40km 伝送用10Gbit/s 光トランシーバ,” 2010年 電子情報通信学会総合大会, B-10-75
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述のように、光送受信器の送信部・受信部を全て差動駆動にすることによって、クロストークを抑制できる。しかしながら、上述した従来の一般的なＥＭＬモジュールの接続構成をアクセス系の光送受信器に適用した場合には、ＥＭＬを駆動するための信号の逆相側が駆動回路基板で終端してしまい、フレキシブル基板から光モジュールにかけて単相線路となる。このため、送信信号によるクロストークが生じ受信器の受信感度特性が劣化するという問題が生じる。
【００１５】
さらに、上述した特許文献１のＥＡ変調器の差動化手法は、ＥＡ及びＬＤのそれぞれのカソードを共通化して一体化したＥＭＬ素子に適用した場合には、ＬＤ光源からの光出力が揺らいでしまうため、安定した光出力が得られず、適用が困難である。
【００１６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、駆動回路基板と光モジュールとを繋ぐフレキシブルプリント基板からの電界放射を抑制し、低クロストーク特性を実現することができる光送受信器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明の光送受信器は、電気を光に変換する半導体レーザデバイスと前記半導体レーザデバイスの光を変調する光変調部とを有する光送信部、及び光信号を電気信号に変換する半導体光デバイスを有する光受信部を一体化した一芯双方向の光モジュールと、前記光モジュールを駆動するための差動ドライバ回路を有する光送受信器基板と、前記光モジュールと前記駆動回路基板とを接続するフレキシブルプリント基板とを備え、前記光モジュール、前記フレキシブルプリント基板及び前記駆動回路基板のそれぞれは、正相信号用伝送路と逆相信号用伝送路とからなる１対の主電気信号伝送路を有する。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の光送受信器によれば、光モジュール、フレキシブルプリント基板及び光送受信器基板のそれぞれは、正相信号用伝送路と逆相信号用伝送路とからなる１対の主電気信号伝送路を有するので、駆動回路基板と光モジュールとを繋ぐフレキシブルプリント基板からの電界放射を抑制し、低クロストーク特性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施の形態１による光送受信器を示す構成図である。
【図２】ＥＡ光変調器の印加バイアスに対する光出力特性を示すグラフである。
【図３】この発明の実施の形態２による光送受信器を示す構成図である。
【図４】ある任意の逆バイアスをＥＡ素子に印加した場合の、ＥＡ素子への光入力パワーに対するバイアス電流値の関係を示すグラフである。
【図５】この発明の実施の形態３による光送受信器を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態４による光送受信器を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態５による光送受信器を示す構成図である。
【図８】従来の光送受信器を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による光送受信器（低クロストーク光送受信器のＥＭＬ光モジュールと駆動回路基板との接続構成例）を示す構成図である。
図１において、光送受信器（低クロストーク光送受信器）１は、ＣＡＮ型のＥＭＬ光モジュール２と、フレキシブルプリント基板３と、駆動回路基板４とを有している。ＣＡＮ型のＥＭＬ光モジュール２及び駆動回路基板４は、フレキシブルプリント基板３を介して互いに接続されている。
【００２１】
また、ＥＭＬ光モジュール２は、モニタフォトダイオード（以下、モニタＰＤ）１１と、半導体レーザデバイスとしてのレーザダイオード（以下、ＬＤ）１２と、電界吸収型光変調器（以下、ＥＡ光変調器）１３ａと、ＥＡ変調器１３ａと同容量をもつ電界吸収型半導体素子（以下、ＥＡ素子）１３ｂと、終端抵抗１４ａ，１４ｂと、サーミスタ１５と、ペルチェ素子１６と、コンデンサ１７ａ，１７ｂとを有している。ここで、ＥＭＬ光モジュール２は、ＬＤ１２及びＥＡ光変調器１３ａを含む光送信部、及び光信号を電気信号に変換する半導体光デバイスと復調部（いずれも図示せず）とを含む光受信部を一体化した一芯双方向の光モジュールである。
【００２２】
モニタＰＤ１１は、レーザ出力パワーをモニタするために、レーザ光の強度に依存した電流を生成する。終端抵抗１４ａは、ＥＡ光変調器１３ａに印加される信号の終端抵抗である。終端抵抗１４ｂは、ＥＡ素子１３ｂに印加される信号の終端抵抗である。サーミスタ１５の抵抗値は、ＬＤ１２及びＥＡ光変調器１３ａの温度に応じて変化する。ペルチェ素子１６は、ＬＤ１２とＥＡ光変調器１３ａとの温度を制御するためのものである。
【００２３】
駆動回路基板４には、ＥＡ光変調器１３ａやＬＤ１２を駆動するための回路が実装されている。具体的に、駆動回路基板４には、ドライバＩＣ（差動ドライバ回路）３１と、ＴＥＣ制御部３２と、コンデンサ３３ａ，３３ｂと、バイアスライン３５ａ，３５ｂとが設けられている。コンデンサ３３ａ，３３ｂは、ドライバＩＣ３１の正逆相出力をＡＣ結合するためのものである。バイアスライン３５ａ，３５ｂは、ＥＡ光変調器１３ａとＥＡ素子１３ｂにＤＣバイアスを印加するためものである。なお、図１において、ＥＭＬ光モジュール２とフレキシブルプリント基板３との間、及びフレキシブルプリント基板３と駆動回路基板４と間の白抜きの丸は、それぞれの部品の接続点を意味する。
【００２４】
次に、実施の形態１におけるＥＭＬ光モジュール２及び駆動回路基板４の動作について説明する。図１のＥＭＬ光モジュール２を動作させるためには、ＬＤ１２が一定のパワーで出力し続ける自動出力パワー制御機能（ＡＰＣ機能）と、ＬＤ１２とＥＡ光変調器１３ａとＥＡ素子１３ｂの温度を一定に制御する自動温度制御機能（ＡＴＣ機能）と、ＥＡ光変調器１３ａに信号バイアスを印加する変調機能（変調機能）との３つの機能を駆動回路基板４側で実現する必要がある。実施の形態１の構成では、ＡＰＣ機能及び変調機能はドライバＩＣ３１によって実現され、ＡＴＣ機能はＴＥＣ制御部３２によって実現される。
【００２５】
ここで、ＥＡ光変調器１３ａのような外部光変調器を用いる際には、ＬＤ１２から安定した一定出力パワーが得られなければならない。しかしながら、ＬＤは一定の電流を流し続けたとしても、経年劣化などの要因から出力パワーが揺らいでしまう。このため、モニタＰＤ１１を利用したフィードバック制御を行う。受光素子であるＰＤの入力光パワーに応じた電流を流す特性を利用して、ＬＤ１２から出力された光はモニタＰＤ１１で受光され、光から電流へと変換される。
【００２６】
モニタＰＤ１１の電流は、ドライバＩＣ３１にフィードバックされる。ドライバＩＣ３１には、基準の電流値が予め設定されており、ＬＤ１２へと印加される電流量は、フィードバックされたＰＤ電流と基準の電流値とが常に等しくなるように制御される。また、モニタＰＤ１１からの電流は、ＬＤ１２の光出力パワーに依存するため、例えば経年劣化などの理由でＬＤ１２の光出力パワーが劣化した場合には、モニタＰＤ１１が供給する電流も小さくなる。そこで、ドライバＩＣ３１のＡＰＣ機能は、ＬＤ１２への印加電流値を増加し、光出力パワーを増加させ、モニタＰＤ１１からの電流を元に戻すように制御する。
【００２７】
また、ＥＡ光変調器１３ａの吸収光波長や、ＬＤ１２の光出力パワー及び波長には、温度依存性が存在する。このため、ＥＭＬ光モジュール２には、温度制御用にサーミスタ１５及びペルチェ素子１６が用いられる。サーミスタ１５は、ＬＤ１２及びＥＡ光変調器１３ａのそれぞれの温度を検知するため、ＬＤ１２及びＥＡ光変調器１３ａのそれぞれの温度に対応した抵抗値になる。ＴＥＣ制御部３２は、サーミスタ１５に印加される電圧もしくは電流により、ＥＭＬ光モジュール２の内部の温度を検出し、ペルチェ素子１６へ流す電流量や向きを変化させることでＬＤ１２及びＥＡ光変調器１３ａの温度を制御する。
【００２８】
続いて、ＥＡ光変調器１３ａに印加される変調信号について説明する。図２は、ＥＡ光変調器の印加バイアスに対する光出力特性を示すグラフである。図２では、横軸にＥＡアノードへの印加バイアスをとり、縦軸に光出力パワーをとる。ＥＡ光変調器１３ａの特性は、深いバイアスをかけるほど光を吸収・消光する特性であり、図２の（１）に示すように、中心バイアスを中心に歪んだ電気波形を印加することによって、図２の（２）に示すように、歪みのない光出力波形を得ることができる。
【００２９】
また、図１に戻り、ドライバＩＣ３１からの出力波形は、コンデンサ３３ａによりＡＣ成分のみが取り出され、中心バイアスはバイアスライン３５ａを用いて決定するＡＣ結合構成を用いて、ＥＡ光変調器１３ａに印加する信号を生成する。ＥＭＬ光モジュール２側では、ＥＡ光変調器１３ａと並列に、インピーダンス整合用の終端抵抗１４ａとコンデンサ１７ａとの直列接続体が接続され、反射なく信号をＥＡ光変調器１３ａに印加する。
【００３０】
送信される光出力パワーや光波形は、ＬＤ１２からの連続光とＥＡ光変調器１３ａに印加する電気信号とによって決定される。なお、終端抵抗１４ａと直列に接続されたコンデンサ１７ａは、バイアスラインとグラウンドとをＤＣ的に切り離すことで、終端抵抗１４ａからのＤＣ電流の増加を抑制するために用いられる。
【００３１】
ここで、ＥＡ光変調器１３ａ及び終端抵抗１４ａへのドライバＩＣ３１の出力伝送ラインの信号を正相信号とし、印加しない側の信号を逆相信号とする。逆相信号ラインは、正相信号ラインと同じＡＣ結合容量のコンデンサ３３ｂ、バイアスライン３５ｂ、ＥＡ光変調器１３ａと同じ素子容量をもつＥＡ素子１３ｂ、終端抵抗１４ｂ及びコンデンサ１７ｂが配置されている。このように、ＥＭＬ光モジュール２、フレキシブルプリント基板３及び駆動回路基板４のそれぞれは、正相信号用伝送路と逆相信号用伝送路とからなる１対の主電気信号伝送路を有している。
【００３２】
ＥＡ素子１３ｂ及び終端抵抗１４ｂに印加される信号は、正相信号の位相を１８０度ずらした信号が印加される。前述したように、送信される光出力は、ＬＤ１２及びＥＡ光変調器１３ａによって決定されるものであり、ＬＤ１２及びＥＡ素子１３ｂの光の結合に対する要求は厳しくない。ＥＡ素子１３ｂは、ＬＤ１２からの漏れ光に対して変調をするのみでよく、ＥＡ素子１３ｂによる変調光が出力されることはない。従って、ＥＡ素子１３ｂによって変調される光は、ＥＡ光変調器１３ａからの光出力には何ら影響を与えないため、実施の形態１の構成をとることによる従来技術からの特性劣化は何ら生じない。
【００３３】
次に、実施の形態１の効果について説明する。上記のような実施の形態１の構成をとることにより、ＥＭＬ光モジュール２及び駆動回路基板４を繋ぐフレキシブルプリント基板３には、正相信号伝送線路と逆相信号伝送線路とが形成される。これらの正相及び逆相信号用伝送路には、それぞれ逆位相の信号が通り、逆位相の電界が発生する。この結果、逆位相の電界が互いの電界を打ち消すように発生するため、空間に放射される信号（電界放射）が抑制されることになり、受信部や他の送信部に対するクロストークを改善することができる。即ち、低クロストーク特性を実現することができる。
【００３４】
さらに、実施の形態１では、ドライバＩＣ３１から終端抵抗１４ａ及びコンデンサ１７ａまでと、ドライバＩＣ３１から終端抵抗１４ｂ及びコンデンサ１７ｂまでとの等長配線が可能であり、ＥＡ光変調器１３ａとＥＡ素子１３ｂとのそれぞれの素子容量を等しくすることで、ドライバＩＣ３１からみた正相及び逆相伝送線路を、極めて等しい負荷に見せることができ、高周波特性が改善できる。
【００３５】
実施の形態２．
先の実施の形態１では、ＥＭＬ光モジュールに逆相信号用の端子を増加して逆相信号をＥＭＬ光モジュール内で終端する構成とするようにしたものである。これに対して、実施の形態２では、ＥＭＬ光モジュールで使用することができる端子が、図８に示すような従来例と同数の制限がある場合の実施形態を示す。
【００３６】
図３は、この発明の実施の形態２による光送受信器を示す構成図である。図１と同様の素子や同様の機能についての説明は省略する。ここで、実施の形態２の図３に示す構成では、図１に示す実施の形態１の構成とは異なり、ＥＭＬ光モジュール２からＬＤ１２の光出力モニタ用のモニタＰＤ１１が省略され、駆動回路基板４の逆相信号用バイアスライン３５ｂにＤＣ電圧もしくは電流を検出するための抵抗（電流検出手段）３６を設けた構成である。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００３７】
次に、実施の形態２の光送受信器の動作を説明する。図３に示すＥＭＬ光モジュール２を動作させるためには、実施の形態１と同様にＬＤ１２が一定のパワーで出力し続ける自動出力パワー制御機能（ＡＰＣ機能）と、ＬＤ１２とＥＡ光変調器１３ａとＥＡ素子１３ｂとの温度を一定に制御する自動温度制御機能（ＡＴＣ機能）、及びＥＡ光変調器１３ａに信号バイアスを印加する変調機能（変調機能）の３つを用いる必要がある。このうち、ＡＴＣ機能及び変調機能は、実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００３８】
実施の形態２の自動出力パワー制御機能（ＡＰＣ機能）のＬＤモニタ機能は、逆相信号の終端負荷の一つであるＥＡ素子１３ｂと、バイアスライン３５ｂに挿入した抵抗３６とによって実現される。ＥＡ光変調器１３ａ及びＥＡ素子１３ｂは、光を吸収して電流に変換する特性をもち、その光吸収電流量は、同じバイアスが印加されている場合、入力される光パワーの大きさに従う。
【００３９】
図４は、ある任意の逆バイアスをＥＡ素子１３ｂに印加した場合の、ＥＡ素子１３ｂへの光入力パワーに対するバイアス電流値の関係を示すグラフである。図４に示すように、ＥＡ素子１３ｂは、光入力パワーに依存した光吸収電流を流すため、ＬＤ１２の光出力をモニタするためには、バイアス電流値、又はそれに代わる何かをモニタすればよい。
【００４０】
また、図３に戻り、ドライバＩＣ３１は、バイアスライン３５ｂに挿入した抵抗３６のインダクタ側の電圧値をモニタし、その電圧値が初期設定値（例えば中心バイアス）と同様になるようにＬＤ１２の出力を制御する。例えば、抵抗３６のインダクタ側の電圧値が浅いバイアスになった場合、ＥＡ素子１３ｂの光吸収電流が増加したことを検知したドライバＩＣ３１は、ＬＤ１２にバイアス電流を流さないように、光出力パワーを抑える方向に制御する。逆に抵抗３６のインダクタ側の電圧値が深いバイアスになった場合には、ＬＤ１２にバイアス電流をより流すように、光出力パワーを増加させるように制御する。
【００４１】
次に、実施の形態２の効果について説明する。実施の形態２では、実施の形態１と同様に、ＥＭＬ光モジュール２と駆動回路基板４とを繋ぐフレキシブルプリント基板３に、正相信号伝送線路と逆相信号伝送線路とを設けることで、正相及び逆相信号用伝送路にそれぞれ逆位相の電界を発生させ、受信部や他の送信部に対するクロストークを改善することができる。
【００４２】
また、ドライバＩＣ３１から終端までを等配置、等長配線可能であることから、高周波特性の改善効果もある。さらに、実施の形態１に比較して逆相信号用伝送路をパワーモニタ機能と併用することで、ＥＭＬ光モジュール２の出力端子数を従来技術の構成のまま実現することが可能となる。さらに、実施の形態１の構成から、モニタＰＤ１１の素子を完全に除去することが可能であり、ＥＭＬ光モジュール２からの出力端子数を従来技術の構成から増加させることなく実現することができる。
【００４３】
実施の形態３．
図５は、実施の形態３による光送受信器を示す構成図である。以下では、図１，３に示す実施の形態１，２と同様の素子や同じ機能のものについての説明は省略する。実施の形態３では、実施の形態２とは異なり、ドライバＩＣ３１の逆相信号用伝送路の終端としてモニタＰＤを用いる構成である。つまり、実施の形態３の構成としては、図３に示す実施の形態２の構成のＥＡ素子１３ｂに代えて、モニタＰＤ１１が用いられる点が実施の形態２の構成と異なる。
【００４４】
次に、実施の形態３の光送受信器の動作を説明する。図５のＥＭＬ光モジュール２を動作させるためには、実施の形態１と同様に、ＬＤ１２が一定のパワーで出力し続ける自動出力パワー制御機能（ＡＰＣ）と、ＬＤ１２及びＥＡ光変調器１３ａの温度を一定に制御する自動温度制御機能（ＡＴＣ）と、ＥＡ光変調器１３ａに変調信号を印加する変調機能との３つを用いる必要がある。このうち、自動温度制御機能（ＡＴＣ）及び変調機能は、実施の形態２と同様であり、説明を省略する。
【００４５】
実施の形態３の自動出力パワー制御機能（ＡＰＣ）について説明する。実施の形態３のモニタＰＤ１１は、逆相信号の終端として実装され、ＬＤ１２からの連続光を電流に変換し、そのＤＣ成分をバイアスライン３５ｂに供給する。従って、ＬＤ１２の光出力をモニタするためには、バイアス電流値を何らかの方法でモニタすればよい。そこで、実施の形態３のドライバＩＣ３１は、バイアスライン３５ｂに挿入した抵抗３６のインダクタ側の電圧値をモニタし、その電圧値が初期設定値と同じになるようにＬＤ１２の出力を制御する。
【００４６】
例えば、抵抗３６のインダクタ側の電圧値が浅いバイアスになった場合には、ドライバＩＣ３１は、ＥＡ素子１３ｂの光吸収電流が増加したことを検知し、ＬＤ１２にバイアス電流を流さないように制御する。これに対して、抵抗３６のインダクタ側の電圧値が深いバイアスになった場合には、ドライバＩＣ３１は、ＬＤ１２にバイアス電流をより流すように制御する。なお、抵抗３６のインダクタ側の電圧値の初期値は、モニタＰＤ１１が十分稼動する電圧値に設定する必要がある。
【００４７】
次に、実施の形態３の効果について説明する。実施の形態３では、実施の形態１と同様に、ＥＭＬ光モジュール２と駆動回路基板４とを繋ぐフレキシブルプリント基板３に、正相信号伝送線路と逆相信号伝送線路とが設けられている。この構成により、正相及び逆相信号用伝送路にそれぞれ逆位相の電界を発生させ、受信部や他の送信部に対するクロストークを改善することが可能となる。
【００４８】
また、ドライバＩＣ３１から終端までを、等配置、及び等長配線可能であることから、高周波特性の改善効果もある。さらに、実施の形態１と比較して、逆相信号用伝送路をパワーモニタ機能と併用することで、ＥＭＬ光モジュール２の出力端子数を従来技術の構成のまま実現することが可能となる。また、実施の形態２に比較して高価な光素子であるＥＡ素子を適用せずにクロストークを抑制することができる。
【００４９】
実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４による送受信器を示す構成図である。図６において、図１，３と同様の素子や同様の機能のものについての説明は省略する。実施の形態４は、実施の形態１において逆相信号の終端に配置していたＥＡ素子１３ｂの代替として、ＥＡ光変調器１３ａの素子容量と等価な容量をもつコンデンサ（等価回路構成素子）１８を用いて、このコンデンサ１８を終端抵抗１４ｂと並列に接続した構成をとる。つまり、実施の形態４の構成としては、図１に示す実施の形態１の構成のＥＡ素子１３ｂに代えて、コンデンサ１８が用いられる点が実施の形態１の構成と異なる。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００５０】
次に、実施の形態４の効果について説明する。実施の形態４では、実施の形態１と同様に、ＥＭＬ光モジュール２と駆動回路基板４とを繋ぐフレキシブルプリント基板３に、正相信号伝送線路と逆相信号伝送線路とを設けたことにより、正相及び逆相信号用伝送路にそれぞれ逆位相の電界を発生させ、受信部や他の送信部に対するクロストークを改善することができる。また、ドライバＩＣ３１から終端までを等配置及び等長配線可能であることから、高周波特性の改善効果もある。さらに、実施の形態１の構成に比較して、高価な光素子であるＥＡ素子を増やすことなく、クロストークの抑制に十分な効果を望むことができる。
【００５１】
実施の形態５．
図７は、この発明の実施の形態５による光送受信器を示す構成図である。これまでの実施の形態と同様の素子や同じ機能のものについての説明は省略する。図７において、実施の形態５では、実施の形態１にて逆相信号の終端に配置していたＥＡ素子１３ｂの代替として、ＥＡ光変調器１３ａの素子容量と等価な容量をもつコンデンサ（等価回路構成素子）２３が用いられる。ただし、実施の形態５の光送受信器は、逆相信号の終端負荷であるコンデンサ２３、終端抵抗２１、及びコンデンサ２２をＥＭＬ光モジュール２の外部に配置し、フレキシブルプリント基板３上に実装することを特徴とした構成をもつ。
【００５２】
ここで、正相信号及び逆相信号のそれぞれの伝送路を可能な限り平行に配置し、クロストークを抑制するためには、これらの伝送路の終端をＥＭＬ光モジュール２に近付ける必要がある。そこで、実施の形態５のＥＭＬ光モジュール２は、ＣＡＮ構成を想定しており、逆相信号の終端負荷であるコンデンサ２３、終端抵抗２１、及びコンデンサ２２は、ＥＭＬ光モジュール２とフレキシブルプリント基板３との接点となるＣＡＮ裏面に実装する構造である。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００５３】
次に、実施の形態５の効果について説明する。実施の形態５では、これまでの実施の形態と同様に、ＥＭＬ光モジュール２と駆動回路基板４とを繋ぐフレキシブルプリント基板３は、正相信号伝送線路と逆相信号伝送線路とを設けることにより、正相及び逆相信号用伝送路にそれぞれ逆位相の電界を発生させ、受信部や他の送信部に対するクロストークを改善することができる。また、ＥＭＬ光モジュール２の構成は、図８に示す従来の光送受信器のＥＭＬ光モジュール２の構成と全く同じであるため、これまでに説明した実施の形態の中で最も簡単にクロストークの抑制を実現できる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 光送受信器、２ ＥＭＬ光モジュール、３ フレキシブルプリント基板、４ 駆動回路基板、１１ ＰＤ（フォトダイオード）、１２ ＬＤ（半導体レーザデバイス）、１３ａ ＥＡ光変調器（電界吸収型光変調器）、１３ｂ ＥＡ素子（電界吸収型半導体素子）、１４ａ，１４ｂ 終端抵抗、１５ サーミスタ、１６ ペルチェ素子、１７ コンデンサ、１７ａ，１７ｂ コンデンサ、１８ コンデンサ（等価回路構成素子）、２１ 終端抵抗、２２ コンデンサ、２３ コンデンサ（等価回路構成素子）、３１ ドライバＩＣ（差動ドライバ回路）、３２ ＴＥＣ制御部、３３ａ，３３ｂ コンデンサ、３４ 終端抵抗、３５ａ，３５ｂ バイアスライン、３６ 抵抗（電流検出手段）。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光アクセスネットワークでの高速光送受信に用いられる光送受信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットの普及に伴って、サービスの多様化が進み、近年の光アクセスネットワークに求められる所要伝送レートは年々上昇傾向にある。現在の日本では、最大伝送レート１Ｇｂｐｓの光通信が広くサービス提供されているが、その伝送レートをさらに高速化する研究がなされている。
【０００３】
近年では、非特許文献１に示すように、１０Ｇｂｐｓの高速光送受信に関する規格化がなされており、受信部には、（Ａ）ＰＤ−ＴＩＡ（Photo Diode with Trans-Impedance Amplifier）光モジュールが適用され、１０Ｇｂｐｓの送信部には、ＤＦＢ−ＬＤ（Distributed Feed-Back Laser Diode）及び電界吸収型（ＥＡ：electroabsorption）光変調器が一体化されたＥＭＬ（electroabsorption modulator monolithically integrated laser diode）光モジュールが適用される。また、１０Ｇｂｐｓを超える超高速光アクセスシステムの研究も進められている。
【０００４】
アクセスネットワークの光送受信器には、低消費電力化や装置設置コストの低下を実現するために、装置の小型高密度化が恒常の要求として存在している。従って、上記のような１０Ｇｂｐｓの送信モジュール及び受信モジュールは一体化され、一芯双方向光モジュールとして供給される。光送受信器基板でも送信機能及び受信機能は、一枚の基板上に実装されるのが一般的である。
【０００５】
このような光送信部及び光受信部を一体化した光送受信器では、送信部の電気信号が基板／空間／モジュールなどを経由して、受信信号に影響を与えるクロストークが生じる可能性がある。電気的なクロストークでは、高周波ほどクロストーク量が増加し、周囲の構造によっても発生する向きや大きさなどが変化するために、改善や解析が難しい。
【０００６】
これらのクロストークを回避するための１つの手法として、送受信間の距離を広げることが有効である。しかしながら、一芯双方向光モジュールにおいて、光の結合を維持するために送受信間の距離を広げることは設計困難であること、及び小型高密度化の要求に反することから、送受信間の距離を広げる手法をとることは適切ではない。
【０００７】
他のクロストーク抑制手法としては、差動信号伝送方式などの相補的な信号を用いることで、空間的に伝播する電気的クロストークを抑圧することが挙げられる。このような差動信号伝送方式では、送信側においては電気的クロストークの発生を抑制可能であり、受信側においても、電気的クロストークによる影響を抑える効果がある。非特許文献２には、送信用の単相線路によってクロストーク特性が劣化するため、送信用のＬＤ、及び受信用のＡＰＤ−ＴＩＡをともに差動駆動することによりクロストークを抑制可能であることが実験的に示されている。
【０００８】
一方、ＥＡ光変調器は、電界を印加することによって光を吸収する半導体素子からなり、低チャープで応答速度が速いため、高速の光通信用の変調器として用いられている。非特許文献３には、ＥＭＬ光モジュールが１０Ｇｂｐｓの４０ｋｍ伝送用光モジュールとして用いられている例が示されている。
【０００９】
ここで、図８は、従来の送受信器（ＥＭＬ光モジュールと駆動回路基板との接続構成例）を示す構成図である。図８において、ＣＡＮ型ＥＭＬ光モジュール２は、フレキシブルプリント基板３を介して駆動回路基板４と接続されている。また、ＥＭＬ光モジュール２は、モニタＰＤ１１と、ＬＤ１２と、ＥＡ１３と、整合抵抗１４と、サーミスタ１５と、ペルチェ素子１６と、コンデンサ１７とを有している。駆動回路基板４には、ＬＤ１２及びＥＡ１３を駆動するためのドライバＩＣ３１と、ＬＤ温度制御用のＴＥＣ（Thermoelectric Cooler）制御部３２と、ＡＣ結合のコンデンサ３３ａ，３３ｂと、ＥＡバイアス印加用のバイアスライン３５と、逆相信号の終端抵抗３４とが設けられている。
【００１０】
ここで、図８に示すＬＤ１２及びＥＡ１３は、カソード共通の一体化素子（ＥＭＬ）素子として適用されることが多い。また、図８に示す接続方式とは異なり、ＥＡ１３及びＬＤ１２の共通化されたカソードをグラウンドからＤＣ的に浮かせる接続方式や、ＥＡ１３のカソード側にはドライバＩＣ３１とＡＣ結合しないＤＣ結合なども使用される。しかし、ドライバＩＣの片相信号のみをＥＡへの印加信号として利用する単相駆動がＥＡ変調器の使い方としては一般的である。
【００１１】
ただし、一方では、ＥＡ変調器の差動駆動手法も提案されており、例えば特許文献１では、ＥＡ変調器を差動で駆動することでドライバの駆動力が低い場合でも良好な消光特性をとる手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−２７７８４０号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】IEEE802.3av 10G-EPON Task Force ,［online］,［平成２３年４月１９日検索］,インターネット （URL:http://www.ieee802.org/3/av/index.html）
【非特許文献２】Yoshida T et al., “First single-fibre bi-directional XFP transceiver for optical metro/access networks,” 31th ECOC2005, Sept. 25-29, 2005, Glasgow, Scotland, UK,Tech. Dig. We4. P.021.
【非特許文献３】安西他, “ 小型低消費電力の40km 伝送用10Gbit/s 光トランシーバ,” 2010年 電子情報通信学会総合大会, B-10-75
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述のように、光送受信器の送信部・受信部を全て差動駆動にすることによって、クロストークを抑制できる。しかしながら、上述した従来の一般的なＥＭＬモジュールの接続構成をアクセス系の光送受信器に適用した場合には、ＥＭＬを駆動するための信号の逆相側が駆動回路基板で終端してしまい、フレキシブル基板から光モジュールにかけて単相線路となる。このため、送信信号によるクロストークが生じ受信器の受信感度特性が劣化するという問題が生じる。
【００１５】
さらに、上述した特許文献１のＥＡ変調器の差動化手法は、ＥＡ及びＬＤのそれぞれのカソードを共通化して一体化したＥＭＬ素子に適用した場合には、ＬＤ光源からの光出力が揺らいでしまうため、安定した光出力が得られず、適用が困難である。
【００１６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、駆動回路基板と光モジュールとを繋ぐフレキシブルプリント基板からの電界放射を抑制し、低クロストーク特性を実現することができる光送受信器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明の光送受信器は、電気を光に変換する半導体レーザデバイスと前記半導体レーザデバイスの光を変調する光変調部とを有する光送信部、及び光信号を電気信号に変換する半導体光デバイスを有する光受信部を一体化した一芯双方向の光モジュールと、前記光モジュールを駆動するための差動ドライバ回路を有する光送受信器基板と、前記光モジュールと前記駆動回路基板とを接続するフレキシブルプリント基板とを備え、前記光モジュール、前記フレキシブルプリント基板及び前記駆動回路基板のそれぞれは、正相信号用伝送路と逆相信号用伝送路とからなる１対の主電気信号伝送路を有する。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の光送受信器によれば、光モジュール、フレキシブルプリント基板及び光送受信器基板のそれぞれは、正相信号用伝送路と逆相信号用伝送路とからなる１対の主電気信号伝送路を有するので、駆動回路基板と光モジュールとを繋ぐフレキシブルプリント基板からの電界放射を抑制し、低クロストーク特性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明の実施の形態１による光送受信器を示す構成図である。
【図２】ＥＡ光変調器の印加バイアスに対する光出力特性を示すグラフである。
【図３】この発明の実施の形態２による光送受信器を示す構成図である。
【図４】ある任意の逆バイアスをＥＡ素子に印加した場合の、ＥＡ素子への光入力パワーに対するバイアス電流値の関係を示すグラフである。
【図５】この発明の実施の形態３による光送受信器を示す構成図である。
【図６】この発明の実施の形態４による光送受信器を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態５による光送受信器を示す構成図である。
【図８】従来の光送受信器を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による光送受信器（低クロストーク光送受信器のＥＭＬ光モジュールと駆動回路基板との接続構成例）を示す構成図である。
図１において、光送受信器（低クロストーク光送受信器）１は、ＣＡＮ型のＥＭＬ光モジュール２と、フレキシブルプリント基板３と、駆動回路基板４とを有している。ＣＡＮ型のＥＭＬ光モジュール２及び駆動回路基板４は、フレキシブルプリント基板３を介して互いに接続されている。
【００２１】
また、ＥＭＬ光モジュール２は、モニタフォトダイオード（以下、モニタＰＤ）１１と、半導体レーザデバイスとしてのレーザダイオード（以下、ＬＤ）１２と、電界吸収型光変調器（以下、ＥＡ光変調器）１３ａと、ＥＡ変調器１３ａと同容量をもつ電界吸収型半導体素子（以下、ＥＡ素子）１３ｂと、終端抵抗１４ａ，１４ｂと、サーミスタ１５と、ペルチェ素子１６と、コンデンサ１７ａ，１７ｂとを有している。ここで、ＥＭＬ光モジュール２は、ＬＤ１２及びＥＡ光変調器１３ａを含む光送信部、及び光信号を電気信号に変換する半導体光デバイスと復調部（いずれも図示せず）とを含む光受信部を一体化した一芯双方向の光モジュールである。
【００２２】
モニタＰＤ１１は、レーザ出力パワーをモニタするために、レーザ光の強度に依存した電流を生成する。終端抵抗１４ａは、ＥＡ光変調器１３ａに印加される信号の終端抵抗である。終端抵抗１４ｂは、ＥＡ素子１３ｂに印加される信号の終端抵抗である。サーミスタ１５の抵抗値は、ＬＤ１２及びＥＡ光変調器１３ａの温度に応じて変化する。ペルチェ素子１６は、ＬＤ１２とＥＡ光変調器１３ａとの温度を制御するためのものである。
【００２３】
駆動回路基板４には、ＥＡ光変調器１３ａやＬＤ１２を駆動するための回路が実装されている。具体的に、駆動回路基板４には、ドライバＩＣ（差動ドライバ回路）３１と、ＴＥＣ制御部３２と、コンデンサ３３ａ，３３ｂと、バイアスライン３５ａ，３５ｂとが設けられている。コンデンサ３３ａ，３３ｂは、ドライバＩＣ３１の正逆相出力をＡＣ結合するためのものである。バイアスライン３５ａ，３５ｂは、ＥＡ光変調器１３ａとＥＡ素子１３ｂにＤＣバイアスを印加するためものである。なお、図１において、ＥＭＬ光モジュール２とフレキシブルプリント基板３との間、及びフレキシブルプリント基板３と駆動回路基板４と間の白抜きの丸は、それぞれの部品の接続点を意味する。
【００２４】
次に、実施の形態１におけるＥＭＬ光モジュール２及び駆動回路基板４の動作について説明する。図１のＥＭＬ光モジュール２を動作させるためには、ＬＤ１２が一定のパワーで出力し続ける自動出力パワー制御機能（ＡＰＣ機能）と、ＬＤ１２とＥＡ光変調器１３ａとＥＡ素子１３ｂの温度を一定に制御する自動温度制御機能（ＡＴＣ機能）と、ＥＡ光変調器１３ａに信号バイアスを印加する変調機能（変調機能）との３つの機能を駆動回路基板４側で実現する必要がある。実施の形態１の構成では、ＡＰＣ機能及び変調機能はドライバＩＣ３１によって実現され、ＡＴＣ機能はＴＥＣ制御部３２によって実現される。
【００２５】
ここで、ＥＡ光変調器１３ａのような外部光変調器を用いる際には、ＬＤ１２から安定した一定出力パワーが得られなければならない。しかしながら、ＬＤは一定の電流を流し続けたとしても、経年劣化などの要因から出力パワーが揺らいでしまう。このため、モニタＰＤ１１を利用したフィードバック制御を行う。受光素子であるＰＤの入力光パワーに応じた電流を流す特性を利用して、ＬＤ１２から出力された光はモニタＰＤ１１で受光され、光から電流へと変換される。
【００２６】
モニタＰＤ１１の電流は、ドライバＩＣ３１にフィードバックされる。ドライバＩＣ３１には、基準の電流値が予め設定されており、ＬＤ１２へと印加される電流量は、フィードバックされたＰＤ電流と基準の電流値とが常に等しくなるように制御される。また、モニタＰＤ１１からの電流は、ＬＤ１２の光出力パワーに依存するため、例えば経年劣化などの理由でＬＤ１２の光出力パワーが劣化した場合には、モニタＰＤ１１が供給する電流も小さくなる。そこで、ドライバＩＣ３１のＡＰＣ機能は、ＬＤ１２への印加電流値を増加し、光出力パワーを増加させ、モニタＰＤ１１からの電流を元に戻すように制御する。
【００２７】
また、ＥＡ光変調器１３ａの吸収光波長や、ＬＤ１２の光出力パワー及び波長には、温度依存性が存在する。このため、ＥＭＬ光モジュール２には、温度制御用にサーミスタ１５及びペルチェ素子１６が用いられる。サーミスタ１５は、ＬＤ１２及びＥＡ光変調器１３ａのそれぞれの温度を検知するため、ＬＤ１２及びＥＡ光変調器１３ａのそれぞれの温度に対応した抵抗値になる。ＴＥＣ制御部３２は、サーミスタ１５に印加される電圧もしくは電流により、ＥＭＬ光モジュール２の内部の温度を検出し、ペルチェ素子１６へ流す電流量や向きを変化させることでＬＤ１２及びＥＡ光変調器１３ａの温度を制御する。
【００２８】
続いて、ＥＡ光変調器１３ａに印加される変調信号について説明する。図２は、ＥＡ光変調器の印加バイアスに対する光出力特性を示すグラフである。図２では、横軸にＥＡアノードへの印加バイアスをとり、縦軸に光出力パワーをとる。ＥＡ光変調器１３ａの特性は、深いバイアスをかけるほど光を吸収・消光する特性であり、図２の（１）に示すように、中心バイアスを中心に歪んだ電気波形を印加することによって、図２の（２）に示すように、歪みのない光出力波形を得ることができる。
【００２９】
また、図１に戻り、ドライバＩＣ３１からの出力波形は、コンデンサ３３ａによりＡＣ成分のみが取り出され、中心バイアスはバイアスライン３５ａを用いて決定するＡＣ結合構成を用いて、ＥＡ光変調器１３ａに印加する信号を生成する。ＥＭＬ光モジュール２側では、ＥＡ光変調器１３ａと並列に、インピーダンス整合用の終端抵抗１４ａとコンデンサ１７ａとの直列接続体が接続され、反射なく信号をＥＡ光変調器１３ａに印加する。
【００３０】
送信される光出力パワーや光波形は、ＬＤ１２からの連続光とＥＡ光変調器１３ａに印加する電気信号とによって決定される。なお、終端抵抗１４ａと直列に接続されたコンデンサ１７ａは、バイアスラインとグラウンドとをＤＣ的に切り離すことで、終端抵抗１４ａからのＤＣ電流の増加を抑制するために用いられる。
【００３１】
ここで、ＥＡ光変調器１３ａ及び終端抵抗１４ａへのドライバＩＣ３１の出力伝送ラインの信号を正相信号とし、印加しない側の信号を逆相信号とする。逆相信号ラインは、正相信号ラインと同じＡＣ結合容量のコンデンサ３３ｂ、バイアスライン３５ｂ、ＥＡ光変調器１３ａと同じ素子容量をもつＥＡ素子１３ｂ、終端抵抗１４ｂ及びコンデンサ１７ｂが配置されている。このように、ＥＭＬ光モジュール２、フレキシブルプリント基板３及び駆動回路基板４のそれぞれは、正相信号用伝送路と逆相信号用伝送路とからなる１対の主電気信号伝送路を有している。
【００３２】
ＥＡ素子１３ｂ及び終端抵抗１４ｂに印加される信号は、正相信号の位相を１８０度ずらした信号が印加される。前述したように、送信される光出力は、ＬＤ１２及びＥＡ光変調器１３ａによって決定されるものであり、ＬＤ１２及びＥＡ素子１３ｂの光の結合に対する要求は厳しくない。ＥＡ素子１３ｂは、ＬＤ１２からの漏れ光に対して変調をするのみでよく、ＥＡ素子１３ｂによる変調光が出力されることはない。従って、ＥＡ素子１３ｂによって変調される光は、ＥＡ光変調器１３ａからの光出力には何ら影響を与えないため、実施の形態１の構成をとることによる従来技術からの特性劣化は何ら生じない。
【００３３】
次に、実施の形態１の効果について説明する。上記のような実施の形態１の構成をとることにより、ＥＭＬ光モジュール２及び駆動回路基板４を繋ぐフレキシブルプリント基板３には、正相信号伝送線路と逆相信号伝送線路とが形成される。これらの正相及び逆相信号用伝送路には、それぞれ逆位相の信号が通り、逆位相の電界が発生する。この結果、逆位相の電界が互いの電界を打ち消すように発生するため、空間に放射される信号（電界放射）が抑制されることになり、受信部や他の送信部に対するクロストークを改善することができる。即ち、低クロストーク特性を実現することができる。
【００３４】
さらに、実施の形態１では、ドライバＩＣ３１から終端抵抗１４ａ及びコンデンサ１７ａまでと、ドライバＩＣ３１から終端抵抗１４ｂ及びコンデンサ１７ｂまでとの等長配線が可能であり、ＥＡ光変調器１３ａとＥＡ素子１３ｂとのそれぞれの素子容量を等しくすることで、ドライバＩＣ３１からみた正相及び逆相伝送線路を、極めて等しい負荷に見せることができ、高周波特性が改善できる。
【００３５】
実施の形態２．
先の実施の形態１では、ＥＭＬ光モジュールに逆相信号用の端子を増加して逆相信号をＥＭＬ光モジュール内で終端する構成とするようにしたものである。これに対して、実施の形態２では、ＥＭＬ光モジュールで使用することができる端子が、図８に示すような従来例と同数の制限がある場合の実施形態を示す。
【００３６】
図３は、この発明の実施の形態２による光送受信器を示す構成図である。図１と同様の素子や同様の機能についての説明は省略する。ここで、実施の形態２の図３に示す構成では、図１に示す実施の形態１の構成とは異なり、ＥＭＬ光モジュール２からＬＤ１２の光出力モニタ用のモニタＰＤ１１が省略され、駆動回路基板４の逆相信号用バイアスライン３５ｂにＤＣ電圧もしくは電流を検出するための抵抗（電流検出手段）３６を設けた構成である。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００３７】
次に、実施の形態２の光送受信器の動作を説明する。図３に示すＥＭＬ光モジュール２を動作させるためには、実施の形態１と同様にＬＤ１２が一定のパワーで出力し続ける自動出力パワー制御機能（ＡＰＣ機能）と、ＬＤ１２とＥＡ光変調器１３ａとＥＡ素子１３ｂとの温度を一定に制御する自動温度制御機能（ＡＴＣ機能）、及びＥＡ光変調器１３ａに信号バイアスを印加する変調機能（変調機能）の３つを用いる必要がある。このうち、ＡＴＣ機能及び変調機能は、実施の形態１と同様であり、その説明を省略する。
【００３８】
実施の形態２の自動出力パワー制御機能（ＡＰＣ機能）のＬＤモニタ機能は、逆相信号の終端負荷の一つであるＥＡ素子１３ｂと、バイアスライン３５ｂに挿入した抵抗３６とによって実現される。ＥＡ光変調器１３ａ及びＥＡ素子１３ｂは、光を吸収して電流に変換する特性をもち、その光吸収電流量は、同じバイアスが印加されている場合、入力される光パワーの大きさに従う。
【００３９】
図４は、ある任意の逆バイアスをＥＡ素子１３ｂに印加した場合の、ＥＡ素子１３ｂへの光入力パワーに対するバイアス電流値の関係を示すグラフである。図４に示すように、ＥＡ素子１３ｂは、光入力パワーに依存した光吸収電流を流すため、ＬＤ１２の光出力をモニタするためには、バイアス電流値、又はそれに代わる何かをモニタすればよい。
【００４０】
また、図３に戻り、ドライバＩＣ３１は、バイアスライン３５ｂに挿入した抵抗３６のインダクタ側の電圧値をモニタし、その電圧値が初期設定値（例えば中心バイアス）と同様になるようにＬＤ１２の出力を制御する。例えば、抵抗３６のインダクタ側の電圧値が浅いバイアスになった場合、ＥＡ素子１３ｂの光吸収電流が増加したことを検知したドライバＩＣ３１は、ＬＤ１２にバイアス電流を流さないように、光出力パワーを抑える方向に制御する。逆に抵抗３６のインダクタ側の電圧値が深いバイアスになった場合には、ＬＤ１２にバイアス電流をより流すように、光出力パワーを増加させるように制御する。
【００４１】
次に、実施の形態２の効果について説明する。実施の形態２では、実施の形態１と同様に、ＥＭＬ光モジュール２と駆動回路基板４とを繋ぐフレキシブルプリント基板３に、正相信号伝送線路と逆相信号伝送線路とを設けることで、正相及び逆相信号用伝送路にそれぞれ逆位相の電界を発生させ、受信部や他の送信部に対するクロストークを改善することができる。
【００４２】
また、ドライバＩＣ３１から終端までを等配置、等長配線可能であることから、高周波特性の改善効果もある。さらに、実施の形態１に比較して逆相信号用伝送路をパワーモニタ機能と併用することで、ＥＭＬ光モジュール２の出力端子数を従来技術の構成のまま実現することが可能となる。さらに、実施の形態１の構成から、モニタＰＤ１１の素子を完全に除去することが可能であり、ＥＭＬ光モジュール２からの出力端子数を従来技術の構成から増加させることなく実現することができる。
【００４３】
実施の形態３．
図５は、実施の形態３による光送受信器を示す構成図である。以下では、図１，３に示す実施の形態１，２と同様の素子や同じ機能のものについての説明は省略する。実施の形態３では、実施の形態２とは異なり、ドライバＩＣ３１の逆相信号用伝送路の終端としてモニタＰＤを用いる構成である。つまり、実施の形態３の構成としては、図３に示す実施の形態２の構成のＥＡ素子１３ｂに代えて、モニタＰＤ１１が用いられる点が実施の形態２の構成と異なる。
【００４４】
次に、実施の形態３の光送受信器の動作を説明する。図５のＥＭＬ光モジュール２を動作させるためには、実施の形態１と同様に、ＬＤ１２が一定のパワーで出力し続ける自動出力パワー制御機能（ＡＰＣ）と、ＬＤ１２及びＥＡ光変調器１３ａの温度を一定に制御する自動温度制御機能（ＡＴＣ）と、ＥＡ光変調器１３ａに変調信号を印加する変調機能との３つを用いる必要がある。このうち、自動温度制御機能（ＡＴＣ）及び変調機能は、実施の形態２と同様であり、説明を省略する。
【００４５】
実施の形態３の自動出力パワー制御機能（ＡＰＣ）について説明する。実施の形態３のモニタＰＤ１１は、逆相信号の終端として実装され、ＬＤ１２からの連続光を電流に変換し、そのＤＣ成分をバイアスライン３５ｂに供給する。従って、ＬＤ１２の光出力をモニタするためには、バイアス電流値を何らかの方法でモニタすればよい。そこで、実施の形態３のドライバＩＣ３１は、バイアスライン３５ｂに挿入した抵抗３６のインダクタ側の電圧値をモニタし、その電圧値が初期設定値と同じになるようにＬＤ１２の出力を制御する。
【００４６】
例えば、抵抗３６のインダクタ側の電圧値が浅いバイアスになった場合には、ドライバＩＣ３１は、ＥＡ素子１３ｂの光吸収電流が増加したことを検知し、ＬＤ１２にバイアス電流を流さないように制御する。これに対して、抵抗３６のインダクタ側の電圧値が深いバイアスになった場合には、ドライバＩＣ３１は、ＬＤ１２にバイアス電流をより流すように制御する。なお、抵抗３６のインダクタ側の電圧値の初期値は、モニタＰＤ１１が十分稼動する電圧値に設定する必要がある。
【００４７】
次に、実施の形態３の効果について説明する。実施の形態３では、実施の形態１と同様に、ＥＭＬ光モジュール２と駆動回路基板４とを繋ぐフレキシブルプリント基板３に、正相信号伝送線路と逆相信号伝送線路とが設けられている。この構成により、正相及び逆相信号用伝送路にそれぞれ逆位相の電界を発生させ、受信部や他の送信部に対するクロストークを改善することが可能となる。
【００４８】
また、ドライバＩＣ３１から終端までを、等配置、及び等長配線可能であることから、高周波特性の改善効果もある。さらに、実施の形態１と比較して、逆相信号用伝送路をパワーモニタ機能と併用することで、ＥＭＬ光モジュール２の出力端子数を従来技術の構成のまま実現することが可能となる。また、実施の形態２に比較して高価な光素子であるＥＡ素子を適用せずにクロストークを抑制することができる。
【００４９】
実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４による送受信器を示す構成図である。図６において、図１，３と同様の素子や同様の機能のものについての説明は省略する。実施の形態４は、実施の形態１において逆相信号の終端に配置していたＥＡ素子１３ｂの代替として、ＥＡ光変調器１３ａの素子容量と等価な容量をもつコンデンサ（等価回路構成素子）１８を用いて、このコンデンサ１８を終端抵抗１４ｂと並列に接続した構成をとる。つまり、実施の形態４の構成としては、図１に示す実施の形態１の構成のＥＡ素子１３ｂに代えて、コンデンサ１８が用いられる点が実施の形態１の構成と異なる。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００５０】
次に、実施の形態４の効果について説明する。実施の形態４では、実施の形態１と同様に、ＥＭＬ光モジュール２と駆動回路基板４とを繋ぐフレキシブルプリント基板３に、正相信号伝送線路と逆相信号伝送線路とを設けたことにより、正相及び逆相信号用伝送路にそれぞれ逆位相の電界を発生させ、受信部や他の送信部に対するクロストークを改善することができる。また、ドライバＩＣ３１から終端までを等配置及び等長配線可能であることから、高周波特性の改善効果もある。さらに、実施の形態１の構成に比較して、高価な光素子であるＥＡ素子を増やすことなく、クロストークの抑制に十分な効果を望むことができる。
【００５１】
実施の形態５．
図７は、この発明の実施の形態５による光送受信器を示す構成図である。これまでの実施の形態と同様の素子や同じ機能のものについての説明は省略する。図７において、実施の形態５では、実施の形態１にて逆相信号の終端に配置していたＥＡ素子１３ｂの代替として、ＥＡ光変調器１３ａの素子容量と等価な容量をもつコンデンサ（等価回路構成素子）２３が用いられる。ただし、実施の形態５の光送受信器は、逆相信号の終端負荷であるコンデンサ２３、終端抵抗２１、及びコンデンサ２２をＥＭＬ光モジュール２の外部に配置し、フレキシブルプリント基板３上に実装することを特徴とした構成をもつ。
【００５２】
ここで、正相信号及び逆相信号のそれぞれの伝送路を可能な限り平行に配置し、クロストークを抑制するためには、これらの伝送路の終端をＥＭＬ光モジュール２に近付ける必要がある。そこで、実施の形態５のＥＭＬ光モジュール２は、ＣＡＮ構成を想定しており、逆相信号の終端負荷であるコンデンサ２３、終端抵抗２１、及びコンデンサ２２は、ＥＭＬ光モジュール２とフレキシブルプリント基板３との接点となるＣＡＮ裏面に実装する構造である。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００５３】
次に、実施の形態５の効果について説明する。実施の形態５では、これまでの実施の形態と同様に、ＥＭＬ光モジュール２と駆動回路基板４とを繋ぐフレキシブルプリント基板３は、正相信号伝送線路と逆相信号伝送線路とを設けることにより、正相及び逆相信号用伝送路にそれぞれ逆位相の電界を発生させ、受信部や他の送信部に対するクロストークを改善することができる。また、ＥＭＬ光モジュール２の構成は、図８に示す従来の光送受信器のＥＭＬ光モジュール２の構成と全く同じであるため、これまでに説明した実施の形態の中で最も簡単にクロストークの抑制を実現できる。
【符号の説明】
【００５４】
１ 光送受信器、２ ＥＭＬ光モジュール、３ フレキシブルプリント基板、４ 駆動回路基板、１１ ＰＤ（フォトダイオード）、１２ ＬＤ（半導体レーザデバイス）、１３ａ ＥＡ光変調器（電界吸収型光変調器）、１３ｂ ＥＡ素子（電界吸収型半導体素子）、１４ａ，１４ｂ 終端抵抗、１５ サーミスタ、１６ ペルチェ素子、１７ コンデンサ、１７ａ，１７ｂ コンデンサ、１８ コンデンサ（等価回路構成素子）、２１ 終端抵抗、２２ コンデンサ、２３ コンデンサ（等価回路構成素子）、３１ ドライバＩＣ（差動ドライバ回路）、３２ ＴＥＣ制御部、３３ａ，３３ｂ コンデンサ、３４ 終端抵抗、３５ａ，３５ｂ バイアスライン、３６ 抵抗（電流検出手段）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気を光に変換する半導体レーザデバイスと前記半導体レーザデバイスの光を変調する光変調部とを有する光送信部、及び光信号を電気信号に変換する半導体光デバイス及び復調部を有する光受信部を一体化した一芯双方向の光モジュールと、
前記光モジュールを駆動するための差動ドライバ回路を有する光送受信器基板と、
前記光モジュールと前記駆動回路基板とを接続するフレキシブルプリント基板と
を備え、
前記光モジュール、前記フレキシブルプリント基板及び前記駆動回路基板のそれぞれは、正相信号用伝送路と逆相信号用伝送路とからなる１対の主電気信号伝送路を有する
ことを特徴とする光送受信器。
【請求項２】
前記光モジュールには、前記逆相信号用伝送路の終端が設けられる
ことを特徴とする請求項１記載の光送受信器。
【請求項３】
前記変調部は、正相信号のみを用いて変調する電界吸収型光変調器であり、
前記光モジュールの前記逆相信号用伝送路の終端は、前記電界吸収型光変調器もしくは電界吸収型半導体素子である
ことを特徴とする請求項２記載の光送受信器。
【請求項４】
前記逆相用信号用伝送路の終端としての前記電界吸収型光変調器もしくは前記電界吸収型半導体素子で生じる光吸収電流から、前記半導体レーザデバイスの光出力パワーを検出するための電流検出手段
をさらに備え、
前記差動ドライバ回路は、前記電流検出手段を介して前記半導体レーザデバイスの光出力パワーを検出して、前記半導体レーザデバイスの光出力パワーを制御する
ことを特徴とする請求項３記載の光送受信器。
【請求項５】
前記光モジュールにおける前記逆相信号用伝送路の終端をなし、前記半導体レーザデバイスの光出力パワーに応じた信号を生成するフォトダイオード
をさらに備え、
前記差動ドライバ回路は、前記フォトダイオードからの信号を用いて前記半導体レーザデバイスの光出力パワーを検出し、前記半導体レーザデバイスの光出力パワーを制御する
ことを特徴とする請求項１記載の光送受信器。
【請求項６】
前記変調部は、正相信号のみを用いて変調する電界吸収型光変調器であり、
前記光モジュールには、前記逆相信号用伝送路の終端をなし前記電界吸収型光変調器の等価回路をなす等価回路構成素子が設けられている
ことを特徴とする請求項２記載の光送受信器。
【請求項７】
前記変調部は、正相信号のみを用いて変調する電界吸収型光変調器であり、
前記光モジュールと前記フレキシブルプリント基板との接続点には、逆相信号用伝送路の終端をなし前記電界吸収型光変調器の等価回路をなす等価回路構成素子が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の光送受信器。
【請求項１】
電気を光に変換する半導体レーザデバイスと前記半導体レーザデバイスの光を変調する光変調部とを有する光送信部、及び光信号を電気信号に変換する半導体光デバイス及び復調部を有する光受信部を一体化した一芯双方向の光モジュールと、
前記光モジュールを駆動するための差動ドライバ回路を有する光送受信器基板と、
前記光モジュールと前記駆動回路基板とを接続するフレキシブルプリント基板と
を備え、
前記光モジュール、前記フレキシブルプリント基板及び前記駆動回路基板のそれぞれは、正相信号用伝送路と逆相信号用伝送路とからなる１対の主電気信号伝送路を有する
ことを特徴とする光送受信器。
【請求項２】
前記光モジュールには、前記逆相信号用伝送路の終端が設けられる
ことを特徴とする請求項１記載の光送受信器。
【請求項３】
前記変調部は、正相信号のみを用いて変調する電界吸収型光変調器であり、
前記光モジュールの前記逆相信号用伝送路の終端は、前記電界吸収型光変調器もしくは電界吸収型半導体素子である
ことを特徴とする請求項２記載の光送受信器。
【請求項４】
前記逆相用信号用伝送路の終端としての前記電界吸収型光変調器もしくは前記電界吸収型半導体素子で生じる光吸収電流から、前記半導体レーザデバイスの光出力パワーを検出するための電流検出手段
をさらに備え、
前記差動ドライバ回路は、前記電流検出手段を介して前記半導体レーザデバイスの光出力パワーを検出して、前記半導体レーザデバイスの光出力パワーを制御する
ことを特徴とする請求項３記載の光送受信器。
【請求項５】
前記光モジュールにおける前記逆相信号用伝送路の終端をなし、前記半導体レーザデバイスの光出力パワーに応じた信号を生成するフォトダイオード
をさらに備え、
前記差動ドライバ回路は、前記フォトダイオードからの信号を用いて前記半導体レーザデバイスの光出力パワーを検出し、前記半導体レーザデバイスの光出力パワーを制御する
ことを特徴とする請求項１記載の光送受信器。
【請求項６】
前記変調部は、正相信号のみを用いて変調する電界吸収型光変調器であり、
前記光モジュールには、前記逆相信号用伝送路の終端をなし前記電界吸収型光変調器の等価回路をなす等価回路構成素子が設けられている
ことを特徴とする請求項２記載の光送受信器。
【請求項７】
前記変調部は、正相信号のみを用いて変調する電界吸収型光変調器であり、
前記光モジュールと前記フレキシブルプリント基板との接続点には、逆相信号用伝送路の終端をなし前記電界吸収型光変調器の等価回路をなす等価回路構成素子が設けられている
ことを特徴とする請求項１記載の光送受信器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−２４４２２９（Ｐ２０１２−２４４２２９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０９４４６（Ｐ２０１１−１０９４４６）
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、総務省、「グリーン・エラスティック超高速光アクセスシステムの研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２２年度、総務省、「グリーン・エラスティック超高速光アクセスシステムの研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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