特表-18168702IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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再表2018-168702コヒーレント光送受信装置およびコヒーレント光送受信システム
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO/0
(43)【国際公開日】2018年9月20日
【発行日】2019年12月26日
(54)【発明の名称】コヒーレント光送受信装置およびコヒーレント光送受信システム
(51)【国際特許分類】
   H01S 5/06 20060101AFI20191129BHJP
   H01S 5/022 20060101ALI20191129BHJP
【FI】
   H01S5/06
   H01S5/022
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
【全頁数】14
【出願番号】特願2019-505974(P2019-505974)
(21)【国際出願番号】PCT/0/0
(22)【国際出願日】2018年3月9日
(31)【優先権主張番号】特願2017-49790(P2017-49790)
(32)【優先日】2017年3月15日
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【識別番号】000004237
【氏名又は名称】日本電気株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100109313
【弁理士】
【氏名又は名称】机 昌彦
(74)【代理人】
【識別番号】100124154
【弁理士】
【氏名又は名称】下坂 直樹
(72)【発明者】
【氏名】潮田 淳
【テーマコード(参考)】
5F173
【Fターム(参考)】
5F173MA02
5F173MC30
5F173ME55
5F173ME58
5F173SC02
5F173SE01
5F173SF17
5F173SF47
(57)【要約】
(課題)装置の製造にかかる工数やコストを低減する。
(解決手段)コヒーレント光送受信装置100の内部を暖めるヒータ部110と、コヒーレント光送受信装置100の内部温度を測定する温度センサ120と、温度センサ120が測定した温度が所定の範囲に含まれるようにヒータ部110を制御する温度制御部130とを有する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コヒーレント光送受信装置であって、
前記コヒーレント光送受信装置の内部を暖めるヒータと、
前記コヒーレント光送受信装置の内部温度を測定する温度センサと、
前記温度センサが測定した温度が所定の範囲に含まれるように前記ヒータを制御する温度制御手段とを有するコヒーレント光送受信装置。
【請求項2】
前記温度制御手段は、前記コヒーレント光送受信装置の内部に搭載された演算回路の演算量を制御することで、前記温度センサが測定した温度が前記所定の範囲に含まれるように前記ヒータを制御する、
請求項1に記載されたコヒーレント光送受信装置。
【請求項3】
さらにヒートシンクを有する、請求項1又は2に記載されたコヒーレント光送受信装置。
【請求項4】
前記ヒータは、その形状が板状である、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載されたコヒーレント光送受信装置。
【請求項5】
前記ヒータは、その形状が円筒状である、
請求項1乃至3のいずれか1項に記載されたコヒーレント光送受信装置。
【請求項6】
コヒーレント光送受信装置と、温度制御装置とを有し、
前記コヒーレント光送受信装置は、
前記コヒーレント光送受信装置の内部を暖めるヒータと、
前記コヒーレント光送受信装置の内部温度を測定する温度センサとを有し、
前記温度制御装置は、前記温度センサが測定した温度が所定の範囲に含まれるように前記ヒータを制御するコヒーレント光送受信システム。
【請求項7】
ヒータを用いてコヒーレント光送受信装置の内部を暖め、
前記コヒーレント光送受信装置の内部温度を測定し、
前記内部温度が所定の範囲に含まれるように前記ヒータを制御する、
温度制御方法。
【請求項8】
前記コヒーレント光送受信装置の内部に搭載された演算回路の演算量を制御することで、前記内部温度が前記所定の範囲に含まれるように前記ヒータを制御する、
請求項7に記載された温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、コヒーレント光送受信装置およびコヒーレント光送受信システムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、通信トラフィックの急激な増加により、伝送容量の拡大が必要となっている。光通信モジュールは光ネットワークシステムのキーデバイスであり、システムの高速・大容量化に伴い、光通信モジュールの小型化・高速化・低価格化が求められている。光通信システムの大容量化を解決する手段として多値位相変調を利用したデジタルコヒーレント通信が一般的となっている。デジタルコヒーレント通信用のコヒーレント光送受信装置についても、高速かつ小型化を満たしたうえで低価格化が求められている。低価格を実現するためには、構成部品のコストダウンとともに、製造過程で発生する調整・試験工程の短縮によるコスト削減も必要である。
【0003】
また、一般的に、コヒーレント光送受信装置はデータセンタや局舎などに収容される。
そのため、製品の動作環境としては比較的温暖な環境状態であることが多いものの、一般的な光トランシーバに準ずる厳しい温度条件での動作を保証できる必要が求められているため、これがコスト増加の一因ともなっている。
【0004】
光送受信装置として一般的に代表されるコヒーレント光送受信装置は、装置内部にレーザ光源、光変調器、光受信モジュールおよびフォトダイオードといった光モジュール群と、光変調器を制御する複数のドライバアンプあるいはデータ信号や装置全体を制御するデジタル信号処理部といったIC(Integrated Circuit)とから構成される。このような装置は、例えば装置の外側面温度が0℃から80℃までの使用温度条件で使用されることを想定して製作される。そのため、装置に内蔵される部品には、このような温度範囲の使用に耐えられるものを選定する必要がある。また、コヒーレント光送受信装置では、光出力および光波形品質を、温度範囲の全域において最適な状態にする調整と、その結果を確認する温度特性試験とを実施する必要がある。内蔵される光モジュールやコヒーレント光送受信装置の温度特性を補間する調整および確認試験は数時間から数十時間に及ぶとともに、高額な検査機器を使用する必要もあり製造コストのかかる要因である。
【0005】
これに対して、小型の光モジュール部品では、ペルチェ素子等を使用して製品全体の温度制御を行うことも可能である。しかしながら、コヒーレント光送受信装置は、複数の光モジュールを組み合わせていることから、光モジュールと比べて大型且つ高発熱体であり、ペルチェ素子等による製品全体の温度制御は困難である。
【0006】
そこで、ペルチェ素子を使用せずに、半導体レーザの温度を調整する技術が考えられている(例えば、特許文献1参照。)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2001−094200号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
特許文献1に記載された技術においては、光素子単体の温度調整を行うことを特徴としており、装置全体の温度を調整することができない。これにより、装置の製造にかかる工数やコストを低減することができないという問題点がある。
【0009】
本発明の目的は、上記課題を解決するコヒーレント光送受信装置およびコヒーレント光送受信システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明のコヒーレント光送受信装置は、
当該コヒーレント光送受信装置の内部を暖めるヒータ部と、
当該コヒーレント光送受信装置の内部温度を測定する温度センサと、
前記温度センサが測定した温度が所定の範囲に含まれるように前記ヒータ部を制御する温度制御部とを有する。
【0011】
また、本発明のコヒーレント光送受信システムは、
コヒーレント光送受信装置と、温度制御装置とを有し、
前記コヒーレント光送受信装置は、
当該コヒーレント光送受信装置の内部を暖めるヒータ部と、
当該コヒーレント光送受信装置の内部温度を測定する温度センサとを有し、
前記温度制御装置は、前記温度センサが測定した温度が所定の範囲に含まれるように前記ヒータ部を制御する。
【発明の効果】
【0012】
以上説明したように、本発明においては、装置の製造にかかる工数やコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】本発明のコヒーレント光送受信装置の第1の実施の形態を示す図である。
図2】本発明のコヒーレント光送受信装置の第2の実施の形態を示す図である。
図3】本形態におけるコヒーレント光送受信装置の側面図の一例を示す図である。
図4】ドライバアンプ設定の温度依存性の一例を示す図である。
図5図2に示したヒータ部の形状が円筒状である場合の構造の一例を示す図である。
図6図2に示したヒータ部の形状が板状である場合の構造の一例を示す図である。
図7】本発明のコヒーレント光送受信装置の第3の実施の形態を示す図である。
図8】CFP(Centum gigabit Form Factor Pluggable)タイプのパッケージ構造にヒータ機能を内蔵した一構成例の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明のコヒーレント光送受信装置の第1の実施の形態を示す図である。本発明のコヒーレント光送受信装置100は図1に示すように、ヒータ部110と、温度センサ120と、温度制御部130とを有する。なお、図1には、本発明のコヒーレント光送受信装置が具備する構成要素のうち、本実施の形態に関わる主要な構成要素の一例を示す。
【0015】
ヒータ部110は、コヒーレント光送受信装置100の内部を暖める。
【0016】
温度センサ120は、コヒーレント光送受信装置100の内部温度を測定する。
【0017】
温度制御部130は、温度センサ120が測定した温度が所定の範囲に含まれるようにヒータ部110を制御する。
【0018】
このように、装置内部の温度が所定の範囲に含まれるようにヒータを制御する。これにより、製造過程で発生する周囲温度に関する調整・試験工程が短縮され、装置の製造にかかる工数やコストを低減することができる。
(第2の実施の形態)
図2は、本発明のコヒーレント光送受信装置の第2の実施の形態を示す図である。本発明のコヒーレント光送受信装置101は図2に示すように、ヒータ部111と、温度センサ121と、温度制御部131とを有する。なお、図2には、本発明のコヒーレント光送受信装置が具備する構成要素のうち、本実施の形態に関わる主要な構成要素の一例を示す。
【0019】
ヒータ部111は、コヒーレント光送受信装置101の内部を暖める。
【0020】
温度センサ121は、コヒーレント光送受信装置101の内部温度を測定する。
【0021】
温度制御部131は、温度センサ121が測定した温度が所定の範囲に含まれるようにヒータ部111を制御する。温度制御部131は、コヒーレント光送受信装置101の内部に搭載された演算回路の演算量を制御することで、温度センサ121が測定した温度が所定の範囲に含まれるようにヒータ部111を制御するものであっても良い。
【0022】
コヒーレント光送受信装置101は、図2に示した構成要素のほか、内部にレーザ光源、光変調器、光受信モジュール、フォトダイオードといった光モジュール群と、変調器を制御する複数のドライバアンプや、データ信号や装置全体を制御するデジタル信号処理部とを内蔵している。これらの構成要素はすべてが発熱源であり、この中でもとりわけデジタル信号処理部は高い発熱量となる。これら発熱源の影響で、環境温度が25℃で運用した場合でも、運転開始直後から装置全体では50℃を上回る温度に達する場合がある。
【0023】
図3は、本形態におけるコヒーレント光送受信装置101の側面図の一例を示す図である。図3に示すように、コヒーレント光送受信装置101はヒートシンク141を有する。また、例えば、コヒーレント光送受信装置101の内部に設けられたPCB(Printed Circuit Board)151の下部にヒータ部111が設けられ、上部に温度センサ121および温度制御部131が設けられている。温度センサ121がコヒーレント光送受信装置101の内部の温度をモニタし、温度制御部131が装置内温度を例えば75℃となるようにヒータ部111を制御する。周囲環境温度が50℃相当となる場合は、ヒータ部111を駆動せずとも装置内温度は75℃に達するため、温度制御を切断する。
【0024】
一方、周囲環境温度が低い場合、例えば、周囲環境温度が0℃である場合は、温度制御部131は、温度センサ121が測定する温度が75℃となるようにヒータ部111への通電量を増やして温度制御を実施する。
【0025】
このように、温度制御部131が温度制御を実施することで、装置内部は常に75℃で運用されることとなるため、装置の動作温度を周囲環境によらず限定できることになる。
【0026】
図4は、ドライバアンプ設定の温度依存性の一例を示す図である。図4に示すように、25℃でのドライバアンプの出力振幅を6V、光変調器の出力波形のクロスポイントを50%の理想状態に設定した場合、55℃では振幅が0.13V低下し、クロスポイントは2%も低下してしまう。この温度依存性が製品の伝送特性の劣化要因となるため、一般的にはこの誤差を無視できるように製品の製造過程で、製品が温度保証している全温度域にわたって調整を実施する。一方、本実施の形態に示すヒータ内蔵型にすることで製品動作温度を一定にし、温度補償を不要化することができる。
【0027】
図5は、図2に示したヒータ部111の形状が円筒状である場合の構造の一例を示す図である。図5に示すように、コヒーレント光送受信装置101は、図2に示したヒータ部111の形状が円筒状である場合の円筒型ヒータ112を封入するための円筒状のヒータ挿入孔A161とヒータ挿入孔B171とを有する。円筒型ヒータ112が図3に示したPCB151の下部に設けられたヒータ挿入孔A161に封入された場合、PCB151からの輻射熱を利用し製品全体を暖めることもできる。また、円筒型ヒータ112が図3に示したPCB151の上部に設けられたヒータ挿入孔B171に封入された場合、PCB151の上部から製品を暖めることもできる。
【0028】
図6は、図2に示したヒータ部111の形状が板状である場合の構造の一例を示す図である。図6に示すように、コヒーレント光送受信装置101は、ヒートシンク付き上蓋181と、ベース191とに分割され、ベース191の空き領域に図2に示したヒータ部111の形状が板状である場合の板型ヒータ113が設けられる。板型ヒータ113は、リードワイヤ192を介して外部から給電される。このように、板型ヒータ113を配置することで、その輻射熱を利用することが可能である。この場合は、この板型ヒータ113の上面にPCB基板や光モジュールを配置することで、製品全体を暖めることができる。
【0029】
このように、製品全体を暖めることができる位置にヒータ部111を配置し、温度制御部131が装置の内部温度を制御する。これにより、製造過程で発生する周囲温度に関する調整・試験工程が短縮され、装置の製造にかかる工数やコストを低減することができる。
(第3の実施の形態)
図7は、本発明のコヒーレント光送受信装置の第3の実施の形態を示す図である。図7に示すように、本形態におけるコヒーレント光送受信装置102は、温度制御を外部の装置に実行させる。図7に示すように、コヒーレント光送受信装置102は、ヒータ部111と、温度センサ121とを有し、コヒーレント光送受信装置102の外部に設けられた温度制御装置201が、温度センサ121が測定した温度が所定の範囲に含まれるようにヒータ部111を制御する。このコヒーレント光送受信装置102と温度制御装置201とからコヒーレント光送受信システムを構成する。
【0030】
本形態のように、外部に接続された装置からヒータ部111を制御する場合、電力を外部から供給できることでコヒーレント光送受信装置102の消費電力の抑制と、ヒータ駆動回路の削減による製品サイズの肥大化を抑えることができる。このとき、コヒーレント光送受信装置102の温度センサ121から取得した値に基づいて、温度制御装置201がヒータ部111への通電をコントロールして温度をコントロールする。ここで、温度制御装置201がコヒーレント光送受信装置102の上面に設けられたヒートシンク141へ吹き付けるファン風量も同時にコントロールすることで、より緻密な温度制御を行うことも可能である。
【0031】
一般的なコヒーレント光送受信装置は、製品の内部温度のモニタ値を外部出力する機能を既に有しているため、外部から温度制御できるヒータ通電部を設けておくことでコヒーレント光送受信装置102の構成が実現可能である。
【0032】
図8は、CFP(Centum gigabit Form Factor Pluggable)タイプのパッケージ構造にヒータ機能を内蔵した一構成例の側面図である。
図8に示すように、PCB151の下部にヒータ部111が設けられたものであっても良いし、PCB151の上部とヒートシンク141との間にヒータ部111が設けられたものであっても良い。100G Ethernetの業界標準であるCFPタイプは小型で且つ、より高密度な実装が行われている。そのため、ヒータを用いた温度上昇が容易である。上述した実施形態と同様に、温度制御を内部制御とする場合、および外部制御とする場合のいずれも、ヒータ部111の通電の仕方により選択可能である。
【0033】
このように、製品自体にヒータ部111を内蔵することでコヒーレント光送受信装置102全体を常に一定の温度で運用できるようになり、内蔵している光モジュール部品の動作保証温度を一定、あるいは、非常に限られた温度範囲のみに限定できる。そのため、その製造・検査コストの削減につながる。また、コヒーレント光送受信装置の調整・試験工程も、1つの動作温度、あるいは、非常に限られた温度範囲のみに限定できる。そのため、コヒーレント光送受信装置の製造コストを下げることが可能となる。また、製品の動作温度を高温にあわせることから、システムのファンレス運用を前提として設計することが可能である。
(変形例)
コヒーレント光送受信装置としては、40G/100G/200G/400Gデジタルコヒーレントトランシーバとともに、CFP2/CFP4なども含まれる。コヒーレント光送受信装置の構成部品である光モジュールの個数は1つだけではなく複数個の場合も想定される。
【0034】
また、第2の実施の形態でも説明したが、ヒータ部として、内蔵しているデジタル信号処理部自体の発熱を利用することも可能である。デジタル信号処理部に高負荷な演算を疑似的に実施させることで発熱量を増やしたり、デジタル信号処理部に低負荷な演算を行わせる、または演算を停止することで発熱量を抑えたりすることで、新たにヒータ部を設けずとも自己発熱のみでコヒーレント光送受信装置自体の温度コントロールを実現することもできる。
【0035】
なお、PCB151に搭載された部品の発熱量に基づいて、これらの部品の配置を調整するものであっても良い。また、装置内温度は、例えば、70℃±5℃程度が考えられる。
【0036】
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる
この出願は、2017年3月15日に出願された日本出願特願2017−049790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。
【符号の説明】
【0037】
100〜102 コヒーレント光送受信装置
110,111 ヒータ部
112 円筒型ヒータ
113 板型ヒータ
120,121 温度センサ
130,131 温度制御部
141 ヒートシンク
151 PCB
161 ヒータ挿入孔A
171 ヒータ挿入孔B
181 ヒートシンク付き上蓋
191 ベース
192 リードワイヤ
201 温度制御装置
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
【国際調査報告】