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MUインタフェース対応光送受信モジュール
PLC MU形光コネクタとその応用技術 SFPモジュール MUレセプタクル MUインタフェース対応光送受信モジュール し ゅ と う よ し と はしもと としかず 首藤 義人 /橋本 俊和 か ん だ あつし す ぎ も と な お と NTTフォトニクス研究所では，PLCハイブリッド実装技術とMUコネクタ 神田 淳 /杉本 直登 技術を応用して単心双方向光トランシーバを開発しました．このトランシー な が せ りょう バでは，光インタフェースにMUレセプタクル構造を採用しているために， 長瀬 亮 高速データの送受信機能を備えた光回路をSFP（Small Form-Factor Pluggable） NTTフォトニクス研究所 サイズに小型化することができます． 光トランシーバの高速・小型化 光通信の基本となる光部品の１つに 光トランシーバがあります．この光ト に対応するために，光トランシーバの 伝送速度の高速化が求められています． MU光インタフェース技術 SFFとSFPとは 光トランシーバの小型化・標準化を 進める取り組みとして，SFF（Small Form Factor）およびその関連のSFP ランシーバは，発光・受光素子が組み NTTは，MU（Miniature Universal 込まれ，電気信号と光信号の変換を coupling）形光コネクタを本格導入し （ Small Form-Factor Pluggable） 行うもので，主にLAN（Local Area ていくことに決定しています．このMU 化の動きがあります．SFFは，1998年 Network）やMAN（Metropolitan 形光コネクタには，光ファイバの先に に米国の通信機器メーカや通信会社 Area Network）の中でデータ伝送に 取り付けて低コストな光インタフェー を中 心 にして光 トランシーバの小 型 使用されます．光トランシーバには， スを実現する簡易光レセプタクルの技 化・標準化を目的に制定されたもの 光ファイバと発光・受光素子との接続 術があり，すでにNTTビル 側のF TM で，従来のSC２連タイプのものを大 の際に２個のS C形プラグを光トラン （Fiber Termination Module）などの 幅に小型化し，モジュラジャックと同 シーバに差し込む，S C ２連タイプの 装置に導入されています． 程度の断面積を持つサイズまで高密度 ものがありますが，N T T では光ファ NTTフォトニクス研究所がこれまで 化することを目指しています．具体的 イバの有効利用の観点から，波長分 開発したピッグテール・タイプの単心 にはSFFに準拠した２連コネクタ型の 割多重（WDM: Wavelength Division 双方向光トランシーバには，平面光回 トランシーバのサイズは，幅13.6 mm， Multiplexing）伝送技術を適用した単 路 （PLC: Planar Lightwave Circuit） 奥行き49.5 mm，高さ9.8 mmと決め 心双方向光トランシーバを開発してい を用いた低コストなPLCプラットフォー られています．SFF光トランシーバの ます．これまで，お客さま宅に設置す ムが用いられています．このプラット 外観を図１に示します． る ONU（ Optical Network Unit） フォームの光導波路端に光ファイバが S F P は，S F F に準拠した光トラン やNTTビル側に設置する装置には， 接着固定されているため，この光トラ シーバを，プラグタイプとして挿抜で 光ファイバを永久接続するピッグテー ンシーバにそのまま簡易レセプタクル きるようにしたものです．このプラグタ ル・タイプの単心双方向光トランシー を取り付けようとすれば，PLCとレセ イプの利点は，ボードや装置の組み立 バが使われてきましたが，お客さまの プタクルの途中にファイバの急激な曲 て時に光トランシーバを実装せずに作 数が増大するに伴い，特にNTTビル がりを防止するためのファイバ余長を 業でき，最終段階で挿入すればよいた 側においてさらなる小型化が求められ 収納するスペースが必要となり，大幅 めに，生産管理面を含めトータルコス ています．また，近年のインターネッ な小型化は困難でした． トを下げられる点や，後から挿抜でき ト等による急激なデータ通信量の増加 20 NTT技術ジャーナル 2003.10 るので光トランシーバに問題があって 特 集 も交換などの対応が容易である点など において，コアとクラッドの比屈折率 が挙げられます． 差△を1.5％まで大きくして光回路の MUレセプタクルの採用 小型化（従来面積比３分の１）を図っ SFP 規格に準拠した限定されたス たこと，② 小型化によって送受信の電 ペース内で，効率良くMU形光プラグ 気信号間のクロストークが増加します からの光入出力信号を発光・受光素 が，発光・受光素子間距離の最適化， 子に伝達するためには，PLCプラット プタクル（MUレセプタクル）とPLC プリント配線基板接地面の多層化など フォームの光導波路とMUプラグ内の 技術を組み合わせ，新たな実装技術に の工夫を施し，この電気クロストーク 光ファイバを高精度に位置合わせする よって，ギガビット・イーサネット（GbE） の抑制を図ったこと，③ 光トランシー 技術が必要です．このために，開発し に適用でき，占有体積の小さな単心 バの筐体寸法と電気入出力端子のピ た光トランシーバでは，PLCプラット 双方向光トランシーバを開発しました． ン配置を，SFP規格に準拠させたこと フォームにシリコンＶ溝を形成し，光 です． ファイバの入出力部にMUレセプタク 小型単心双方向光トランシーバの 開発 NTTでは，今回MU形簡易光レセ この技術のポイントは３つあります． ①PLCプラットフォームの光導波路 ルを採用しています． MUレセプタクルによる光結合の様 子を図 ２ に示します．P L C プラット フォームのＶ溝とレセプタクルとの結 合には，光ファイバ付きフェルールが 用いられます．このフェルールに接続 された短尺の光ファイバは，P L C プ ラットフォーム上のＶ溝に設置される ことで（プラットフォームの）光導波 路と高精度に接続できるため，ピッグ テール・タイプの場合のような余分な ファイバは不要であり，レセプタクル とPLCプラットフォームの間を極限ま 図１ SFF光トランシーバ で短くすることができます．このよう MUプラグ MUレセプタクル フェルール 光ファイバ PLCプラットフォーム シリコンＶ溝 光導波路 図２ MUレセプタクルによる光結合 NTT技術ジャーナル 2003.10 21 MU形光コネクタとその応用技術 に，開発した光トランシーバの内部で は，非常に簡略化した構成で外部の MUプラグとPLCプラットフォームと の高精度な光接続が可能となるため に，プラットフォーム上の発光素子を 駆動するための電子回路や，受光素子 からの微小電気信号を増幅するための プリアンプなどを，プリント配線基板 に搭載するスペースが生まれます．こ れらの部品を搭載した小型単心双方 向光トランシーバの外観を図３に示し 図３ 単心双方向光トランシーバ ます．各部の寸法は，完全にSFP規 格に合致しています． WDMによる光信号処理 1.31/1.55 μm WDMフィルタ PLCプラットフォームでは，光ファ イバから入射される波長1.55 μmの MUフェルール 1.31 μmLD シリコンＶ溝 1.55 μm 光 信 号 を 受 信 PD（ Photo Diode） へ，プラットフォーム上のLD（Laser Diode）から出射される波長1.31 μm 1.31 μm 光ファイバ の光信号を光ファイバへ導く働きを行 モニタPD います．この様子を図４に示します． 1.55 μm受信PD 波長の異なる光信号を処理するために は，PLCプラットフォームの交差形光 図４ PLCプラットフォームでの光信号の流れ 導波路の真中に設置されたWDMフィ ルタが重要な働きを行います．この フィルタは1.31 μ mの光 を反 射 し， 表１ 光トランシーバの特性 1.55 μmの光を透過させる性質を持っ ています．このため，LDから出射した 1.31 μmの光信号は導波路を通って 反 射 1.1 dB 透 過 1.1 dB ファイバ-PLC 0.7 dB WDMフィルタ挿入損失 結合損失 LD-PLC WDMフィルタに到達すると，効率良 く反射されてシリコンＶ溝のある方向 3.1 dB LD駆動電流（０ dBm出力） 19.5 mA 受光感度 0.6 A/W へ導波路を通って流れていきます．Ｖ 光クロストーク −32.4 dB 溝まで到達した光信号は，光ファイバ に結合して外部へと伝えられていきま 信PDに到達して，光信号は電気信号 さくて済みますがファイバやフィルタと す．これに対して，外部より光ファイ に変換されます． の接続部で結合損失が大きく（悪く） このような電気・光信号変換処理を なります．このため，これらの部分で シリコンＶ溝の光導波路からP LC プ 行うPLCプラットフォームは，光導波 は光導波路の幅を広げて損失の低減 ラットフォームに導かれ，導波路の途 路の△を大きくして光回路の小型化を を図っています．その結果，表１にあ 中にあるWDMフィルタに到達します． 図り，寸法は１×12 mm 2 と従来面積 るようにフィルタの挿入損失は反射側 1.55 μmの光はこのフィルタを効率良 の３分の１まで小さくしています．こ および透過側で１dB程度，ファイバ く透過できるため，ここを通過して受 のように△を大きくすると，回路は小 とPLCの結合損失は0.7 dBと非常に バに届いた波長1.55 μmの光信号は， 22 NTT技術ジャーナル 2003.10 特 集 図５ 光LAN PCカード 小さな値に抑えられていることがわか ります． 光トランシーバの特性 こうして作製した単心双方向光トラ また，１本もしくは多数本の光ファ イバと結合するメディアコンバータに 組み込むと，光トランシーバの大きさ が小さいことで，コンバータの小型化， 高密度化が実現できます． ンシーバの特性（静特性）を表１に 今後，ホームネットワークや各種の 示します．この表から，GbEの光送信 集線装置（ノード）で必要とされるこ 電力として代表的な−３ dBmを得る れらの光部品・装置の性能・コストを ためには，20 mA程度の電流で駆動可 向上させるために，ここで紹介した光 能であること，光クロストークは−32 dB トランシーバの経済化と高性能化を行 と非常に小さいために，GbE 規格の う予定です． −1 9 d B m 以下の光信号を受信可能 であることが わ かります．実 際 に 1 . 2 5 Gbit/sの速度で信号の送受信 動作を行い，動特性においてもGbE規 格の−19 dBmをクリアする良好な特 性が得られています． 今後の展開 （後列左から）長瀬 亮/ 杉本 直登 （前列左から）橋本 俊和/ 首藤 義人/ 現在，NTTフォトニクス研究所で は，PCに簡単に装着して光 LANが実 現できる光LAN PCカードの開発を進 めています．図５に光 LAN PCカード 神田 淳 テレコムやデータコムの分野で使われる 小型光トランシーバを紹介しました．今後 もさらに高機能な光部品を実現するための 研究開発を進めていきます． の外観を示します． このPCカードでは，光の入出力部 の大きさが小さいほどコンパクトにな るため，ここで開発された小型単心双 方向光トランシーバを組み込むことが 検討されています． ◆問い合わせ先 NTTフォトニクス研究所 フォトニクスインテグレーションプロジェクト TEL 046-240-2235 FAX 046-240-2912 E-mail [email protected] NTT技術ジャーナル 2003.10 23