JPH0810847B2 - 光通信装置の光周波数基準装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光通信ネツトワークに関するものであり、よ
り詳細には、光通信ネツトワーク内において信頼性が高
くかつ正確な周波数制御を実行する装置と方法に関する
ものである。

［従来技術とその問題点］ 光通信ネツトワークで情報を伝送するのに、時分割多
重化（TDM）と周波数分割多重化（FDM）を包含する種々
の情報多重化装置を利用することができる。時分割多重
化の場合には、繰り返されるタイミング サイクルに対
して、予め定められた時間幅の中で、情報が送信され
る。周波数分割多重化の場合には、周波数の全く異なる
搬送波またはチヤンネルで情報が同時に送信される。時
分割多重化の場合には、正確なタイミング装置が要求さ
れる。一方、周波数分割多重化の場合には、多数の独立
な周波数の異なる情報チヤンネルを作りかつ保持するた
めに、正確な周波数決定・制御装置が要求される。

電磁波スペクトルの光学上の周波数より低い周波数領
域では、正確でかつ信頼性の高い周波数決定装置が開発
されており、複雑な周波数分割多重化装置を妥当なコス
トで製造することが可能である。しかしながら、光学的
な周波数では、上記に相当する周波数決定装置はまだ市
販されていない。光学装置において、周波数の基準とし
て使用することができる、時間的に変わらない周波数出
力を有する種々の装置が知られている。全体的に、この
ような装置は非常に高価でかつ複雑であり、光通信装置
に使用するのは困難である。例えば、ナトリウムまたは
セシウムのような一定のプラズマの吸収スペクトルまた
は発光スペクトルは、時間的に変わらない周波数基準と
して使用することができる。さらに、He−Neレーザのよ
うな一定のガス レーザは、同様に、既知の周波数にお
いて、時間的に変わらない出力を供給することができ
る。これらの装置は要求された出力を供給するけれど
も、実際的な立場から見れば、多くの欠点を有してい
る。一般的に１つの周波数または少数個の周波数におい
て、高度に安定な出力周波数を得ることができる。これ
らの周波数は、通信チヤンネルとするのに、好ましい場
合もあるが、また好ましくない場合もある。さらに、こ
れらの装置のコストは、多数の端末装置を有する廉価な
光通信ネツトワークとの間において、特に、おのおのの
端末装置が局部周波数基準を有しなければならない場合
には、両立しない。

［発明の要約］ 本発明により、バスと、このバスに接続されていて相
互に通信を行なう複数個の端末装置とを有する、光通信
装置が得られる。光エネルギ源が光バスの中に基準信号
を送り、そしてこの基準信号がネツトワーク内のすべて
の端末装置に分配されて、装置全体の広帯域周波数基準
が得られる。端末装置はいずれも、この広帯域周波数基
準から、通信のための周波数の異なるチヤンネルを決定
および選定することができる。基準信号の周波数は、与
えられた第１周波数と第２周波数の領域にわたつて掃引
される、すなわち、周期的に周波数が変えられる。この
装置内の各端末装置は光共振器構造体を有し、そしてこ
の共振器構造体が周波数掃引基準信号に応答する。選定
されたチヤンネル周波数に光エネルギを優先的に保持す
るために、１つの制御パラメータを用いて共振器構造体
が制御される。したがつて、周波数掃引基準信号に応答
して、２個またはさらに多数個の端末装置を同様に制御
することができ、それにより通信が可能になる。

本発明の好ましい実施例では、基準信号源は、ガスレ
ーザのような本来的に安定である光周波数基準と、フア
ブリ ペロ共振器のような共振器とを有する。この共振
器は複数個の共振モードを保持する。これらの共振モー
ドは、部分的には、共振器の光路長とその共振特性とに
よつて決定される。共振器の共振特性は、例えば、その
動作温度を変えることによつて制御される。そしてこの
ような制御によつて、共振モードの中の１つの共振モー
ドがガスレーザの周波数に周波数が固定され、それによ
り、共振器の中に保持されるすべての他の共振モードの
周波数が正確に設定される。半導体レーザのような制御
可能な光源が駆動電流によつて励振され、そのさいその
出力の周波数が、周波数安定化された共振器の２つの隣
接する共振モードの間を、正確に予め定められた時間間
隔にわたつて、例えば線形に変動する。さらに、広帯域
ゲート信号または同期信号が各周波数掃引サイクルの開
始時に発生し、それが端末装置によつて使用されて、特
定の通信チヤンネルが選定される。この周波数変動基準
信号と同期信号がバスに送られて装置の全体に分配さ
れ、そして各端末装置によつて使用される。

各端末装置はバス タツプ共振器のような共振器構造
体を有する。この共振器構造体は、同様な制御可能共振
特性をもつように設計された種々の共振器と共に、バス
に結合される。制御は共振器構造体の動作パラメータ、
例えば、動作温度を制御することによつて行なわれ、そ
れにより、保持される共振モードの総数とそれらの自由
スペクトル領域とが制御される。各端末装置は同期信号
を受信し、そしてそれに応答して、この同期信号から基
準信号の周波数がその端末装置の共振器構造体の１つの
共振モードを掃引して通過する時刻までの時間間隔を測
定する。この経過時間は、共振モード間の周波数差を表
す。この共振モード間の周波数差は、基準信号とその端
末装置の共振器構造体の関与する共振モードとの周波数
の限界を定める。同期信号が生じてから基準信号の周波
数が関与する共振モードを通過するまでの経過時間を制
御することによつて、特定の周波数が通信のために選定
される。したがつて、任意の２つの端末装置が、それら
のそれぞれのバス タツプ共振器を制御することによつ
て、１つの共通周波数で通信を行なうことができる。そ
のさい、同期信号が現われてから同じ時間間隔が経過し
た後、基準信号の周波数がそれぞれのバス タツプ共振
器内の対応する共振モードを通過する。

したがつて、本発明の主要な目的は、光通信ネツトワ
ークのための、改良された周波数制御装置と制御方法を
得ることであり、この制御装置と制御方法により、通信
のための周波数の異なる正確でかつ安定なチヤンネルが
得られる。本発明のその他の目的および応用範囲は下記
の詳細な説明と添付図面とによつて明らかになるであろ
う。

［実施例］ 添付図面において、同等の部品には同じ参照符号が付
けられている。

本発明による光通信装置は、第１図において、10で全
体的に示されている。第１図に示されているように、装
置10はこの装置の通信バス12と、光基準信号源14と、複
数個の端末装置TD₀、TD₁、TD₂……TD_n-1、TD_nを有して
いる。通信バス12は単一モード光フアイバの形式のバス
であることが好ましい。光基準信号源14はバス12の１つ
の端部に接続されていて、装置に広帯域基準信号を供給
する。複数個の端末装置TD₀、TD₁、TD₂……TD_n-1、TD_n
は通信バス12に接続され、そしてこれらの端末装置はバ
ス12を通して相互に接続される。装置10は開かれたバス
構造である場合が示されているけれども、閉ループ構造
または星形構造のような、他の回路網構造体であつても
差支えない。

下記で詳細に説明されるように、端末装置TD_nのおの
おのは全体的に同じ物理的特性と光学的特性とをもつた
共振器RS、例えば共振光ループを有する。この共振器は
選定された波長の光エネルギを優先的に保持する、すな
わち共振モードを有する。この共振モードは、その共振
器の物理的特性と光学的特性とによつて定まる。共振器
RSがすべて同じ光学的特性を有する場合、共振器RSは共
振モードの同じ組を保持し、そしてこの組の中の各モー
ドの間に、同じ自由スペクトル領域を有するであろう。
共振器RSが同じ光学的特性を有するのに加えて、各端末
装置TD_nは、下記で詳細に説明されるように、それぞれ
の共振器RSの光学的特性を制御する制御装置CTRLを有す
る。この制御装置CTRLによつてその共振器RSの光学的特
性を制御された方式で変えることができ、それにより、
特定の共振器の共振モードの共振周波数を変えることが
できる。SIG IN入力に入つてくる情報に応答して情報を
備えた信号を伝送する送信器XMITと、SIG OUT出力に再
生された情報信号を送る受信器RCVRとが、双方向通信の
ために備えられる。ただし、送信だけまたは受信だけの
端末装置TD_nを備えることもできる。

それぞれの共振器RSは、それらの共振モードの共振周
波数が制御されることによつて、例えば、それらの動作
温度が制御されることによつて、共振状態にされること
ができる。第2a図と第2b図に示されているように、それ
ぞれの共振モードが同じ周波数で起こるように、それぞ
れの共振器を制御することができる。したがつて、第2a
図の共振モードの中の１つのモードに対応する周波数に
おいて発信元端末装置TD₀によつて送信された情報信号
は、第2b図に示された転送先端末装置TD_dの共振器によ
って保持される対応する共振モードによつて、優先的に
保持されるであろう。第2a図および第2b図の場合と異つ
て、共振器RSは異つた組の共振モードを保持するように
制御してもよい。この場合には、共振モードは異つた周
波数で起こり、したがつて、それは周波数の異なる通信
チヤンネルが定められる。第3a図と第3b図に示されてい
るように、発信元端末装置TD₀と転送先端末装置TD_dとの
共振モードは相互に一致していて、相互通信が可能であ
るが、これらの共振モードは第2a図および第2b図に示さ
れた組の共振モードから周波数差Δｆだけずれている。
この周波数のオフセツトΔｆは、送信された情報のバン
ド幅を十分に収容でき、かつ、チヤンネル間の漏話が最
小であるかまたは実用上充分に差支えないレベルである
ように、十分に大きい。

第４図に示されているように、そして下記で詳細に説
明されるように、基準信号源14は基準信号を供給する。
この基準信号は、装置の基準信号が周波数F_nまたは周波
数F_n+1のいずれかにある時、送信されるゲート信号また
は同期信号でもつて、基準周波数F_nとF_n+1との間を時間
的に周期的に変動する。端末装置TD_nはおのおのの同期
信号を検出し、そして基準信号の周波数がその端末装置
の共振器RSの対応する共振モードに一致する時刻、すな
わち、対応する共振モードを掃引して通過する時刻、を
決定することができる。任意の組の共振モードに対し、
共振モードが起きる周波数は次のようにして制御され
る。すなわち、この制御は、同期信号が生じてから基準
周波数信号が対応する共振モードを掃引して通過する時
刻までの時間間隔を制御することによつて、行なわれ
る。

第５図に示されているように、例示された基準信号源
14は、第１基準周波数F_nと第２基準周波数F_n+1との間の
周波数を周期的に変動する広帯域基準信号を供給し、そ
して端末装置TD_nで使用される広帯域同期信号を供給す
る。基準信号源14は、図面において共振器20として示さ
れている制御可能共振器と、He−Neレーザ22と、制御可
能半導体レーザ24とを有する。He−Neレーザは、共振器
20を安定化するために、好ましい周波数（633nm）にお
いて、高度に安定化した出力を供給する。制御可能半導
体レーザ24はバス12の中に周波数掃引基準信号を送り込
む。半導体レーザ ダイオード24は1300nmの近傍の出力
を供給する。この出力は800nmから1800nmの領域内にあ
ることが好ましい。

共振器20は、一定の距離を隔てて向き合う半反射鏡26
および28、またはそれと同等の装置によつて構成され
る。これらの半反射鏡の間には透明媒体があつて、それ
はフアブリ ペロ共振器と同じ構成である。電気的に駆
動される圧電性変換器30が共振器20の１つの端部に取り
付けられ、そしてそれが下記で説明されるように駆動さ
れて、共振器20に物理的応力を加え、それにより共振器
20の共振特性が変えられる。共振器20は、He−Neガスレ
ーザ22からの光と、制御可能半導体レーザ24からの光と
を受け取る。He−Neレーザ22の光出力は、ビームスプリ
ツタ32を通つて、共振器20の中へ進む。一方、半導体レ
ーザ24の光出力は、半反射鏡34またはそれと同等の装置
を通つて、ビーム スプリツタ32に入射する。このビー
ム スプリツタに入射した光の一部分はビーム スプリ
ツタ32を透過し、そしてレンズ36を透過して、光フアイ
ババス12の端部に入射する。光の残りの部分はビーム
スプリツタ32で反射されて、共振器20に入射する。この
装置10の種々の他の部品からの光フイードバツクを避け
るために、レーザ ダイオード24の出力の光路内に、光
アイソレータ（図示されていない）を挿入することがで
きる。この光アイソレータは磁気アイソレータであつて
もよいし、またはアイソレータとして使用される音響光
変調器であることもできる。

共振器20を出た光は、色分離ビーム スプリツタ38に
入射する。この共振器20を出た光には、He−Neガスレー
ザ22からの光と、制御可能半導体レーザ24からの光とが
含まれている。色分離ビーム スプリツタ38は共振器20
の光出力を予め定められた帯域の光エネルギに分離す
る、またはフイルタすることを実行する。この色分離ビ
ーム スプリツタ38は干渉フイルタで構成することがで
きる。より詳細にいえば、He−Neレーザ22の出力周波数
（633nm）に対応する光スペクトルの赤色領域の光エネ
ルギが反射されて、光検出器40に入射する。光検出器40
は対応する電気出力を、回路42を通して、制御増幅器44
に送る。この制御増幅器44は圧電性変換器30に接続され
ていて、それを駆動する。半導体レーザ ダイオード24
の出力波長（たとえば、1300nm）に対応する光は、干渉
フイルタ38を通つて、光検出器48に入射する。この光検
出器48はPINダイオードで構成することができる。

共振器20は一定の波長の光エネルギ、すなわち、共振
モードの光エネルギを保持する。この共振モードの波長
は、共振器20の実効光路長が半波長の整数倍である波長
である。圧電性変換器30は、増幅器44の出力で励振され
ると、共振器20に物理的に応力を加え、その共振特性を
変える、すなわち、共振モードが生じている周波数と、
モード間の自由スペクトル領域とを変える。干渉フイル
タ38と、検出器40と、増幅器44と、圧電性変換器30とに
よつて、制御ループが構成される。この制御ループによ
つて、共振モードの中の１つのモードがHe−Neレーザ22
の出力の周波数にロツクされ、したがつて、共振器20の
中に保持される他のすべての共振モードの周波数が定め
られる。これらの共振モードは、半導体レーザ24によつ
て発生された周波数領域内に含まれる。より詳細にいえ
ば、検出器40に入射する光の強度は、He−Neレーザ22に
よつて放射される光の強度と、共振器20の共振特性との
関数である。共振器20の共振モードの周波数がHe−Neレ
ーザ22によつて放射される光の周波数に等しい場合、光
の強度と検出器40の電気出力とは最大になるであろう。
逆に云えば、共振器20の中に保持される共振モードのい
ずれの周波数もHe−Neレーザ22の出力の周波数と一致し
ない場合、検出器40に入射する光の強度とその電気出力
は、その最大値よりも小さいであろう。検出器40の電気
出力が増幅器44に送られ、そして増幅器44は出力電圧を
圧電性変換器30に供給し、それによつて共振器20の共振
モードの中の１つのモードの周波数がHe−Neレーザ22の
周波数に持続的に対応するように、共振器20の共振特性
が変えられる。したがつて、保持されるすべての共振モ
ードの周波数が、He−Neレーザ22の出力周波数にロツク
された共振モードに対して、同様に安定化されることが
わかるであろう。

半導体レーザ ダイオード24の光出力は、半反射鏡34
とビーム スプリツタ32に入射する。大部分の光は、ビ
ーム スプリツタ32とレンズ36とを透過して、光フアイ
バ12に入射する。ビーム スプリツタ32で反射された残
りの光は、共振器20に入射する。レーザ ダイオード24
の光出力の周波数は、下記で説明されるように、周波数
が安定化された共振器20の隣接する２つの共振モードの
周波数領域にわたつて、変動する。レーザ ダイオード
24の周波数が共振器20の１つの共振モードを通過して掃
引する時、共振器20に存在する光の振幅は鋭く増大し、
そして１つの光パルスが色干渉分離器38を透過して、光
検出器48に入射する。光検出器48は、共振器20から供給
される光パルスに応答して、第6a図に示されているよう
に、出力電流パルスを供給する。

光検出器48の出力は、ピーク検出器50と、双安定ラツ
チ52と、トリガ可能波形発生器54と、安定化電流源56と
を備えた制御ループに送られる。第6a図に示されたフオ
トダイオード48の電流出力が、ピーク検出器50に送られ
る。ピーク検出器50は第6b図に示された整形された出力
パルスを生ずる。このパルスの前縁と後縁の傾斜は鋭
く、そして後縁は、フオトダイオード48のパルス出力の
最大値と一致している。この整形されたパルスは双安定
ラツチ52に送られる。双安定ラツチ52はＤ形フリツプ
フロツプであることができる。双安定ラツチ52は、第6c
図に示されているように、ピーク検出器50からの逐次の
入力パルスのおのおのと共に、交代するセツト出力とリ
セツト出力とを生ずる。双安定ラツチ52の出力は、ゲー
ト信号または同期信号を供給するのに用いられると共
に、波形発生器54を制御するのにも用いられる。

双安定ラツチ52の出力にレーザ ダイオード58が接続
される。レーザ ダイオード58の光出力は半反射鏡34に
入射し、そこで反射された光が、ビーム スプリツタ32
とレンズ36とを透過して、光フアイバ バス12に入射
し、そして装置10全体の中を伝搬する。異なる同期プロ
トコルが可能であるが、双安定ラツチ52の出力がHIであ
る時にレーザ58が励振され、そして双安定ラツチ52の出
力がLOWである時にはレーザ58は励振されない。光同期
信号の周波数は、端末装置TD_nの通信周波数とは異なる
ように選定される。端末装置TD_nは通信信号とは独立に
同期信号を受け取る。光同期信号を発生するために、レ
ーザ ダイオードを備えるのでよいが、他の装置を使用
することもできる。例えば、同期信号はおのおのの端末
装置TD_nへ、別の線路を用いて、電気的に供給すること
ができる。

波形発生器54は、第6d図に示されているように、上下
に傾斜した各ランプ波形を周期的に繰り返し発生する。
この傾斜の始まる時刻は双安定ラツチ52の出力が遷移す
る時刻と一致している。波形発生器54の出力は、直列抵
抗器60を通して、電流源56と半導体レーザ ダイオード
24の入力とに接続される。半導体レーザ ダイオード24
の駆動電流は電流源56と波形発生器54の各出力が累算さ
れた出力であり、したがつて、周期的に変動し、それに
よりレーザ ダイオード24が発生する光周波数も対応し
て変動する。第7a図に示されているように、周波数は同
期信号に従つて、第１周波数F_nと第２周波数F_n+1との間
を時間的に変動する。そのさい、周波数最大F_n+1または
周波数最小F_nのところで、変動の遷移が行なわれる。F_n
からF_n+1への出力周波数の変動は、共振器20の２つの共
振モードの間の自由スペクトル領域に対応する。全体的
にいつて、50GHz以下の自由スペクトル領域を有する共
振器フイルタに対して周波数安定化を実行するのに、0.
01秒の周期のサイクル速度で50GHzの変動幅があれば十
分である。周波数／電流因子が5GHz/mAである半導体レ
ーザ ダイオード24を使用した場合、10mAの電流変動で
50GHzの周波数変動がえられる。

温度制御装置70によつて、レーザ ダイオード24の温
度が一定値に保たれる。温度制御装置70はレーザ ダイ
オードに取り付けられた温度センサ72を有している。温
度センサ72はレーザ ダイオード24の温度を検出し、そ
してその温度情報を、経路74を通して、温度制御装置70
に送る。温度制御装置70は、この温度情報に従い、熱伝
導路Ｑに沿つて、種々の量の熱エネルギをレーザ ダイ
オード24に供給し、それによつて要求された温度制御を
行なう。

ピーク検出器50の代表的な回路が第８図に示されてい
る。波形発生器54の代表的な回路が第９図に示されてい
る。第８図において、演算増幅器76は、電流パルスを検
出するために、光検出器48に接続された１つの入力78
と、RC回路に接続されたもう１つの入力80とを有する。
このRC回路は抵抗器82と、コンデンサ84とを有し、ダイ
オード86を通してフイードバツクが行なわれる。動作の
さいには、増幅器76の出力は、光検出器48からの入力パ
ルスの上昇部分に対し、その最大値に到達するまで、高
レベルに保たれる。最大値に到達した時、出力は鋭く降
下して鋭い後縁がえられ、それにより双安定ラツチ52が
トリガされる。

第９図に示されているように、波形発生器54は演算増
幅器88を有している。演算増幅器88の１つの入力は、入
力抵抗器90を通して、双安定ラツチ52の出力に接続さ
れ、そしてコンデンサ92を通してフイードバツクが行な
われる。コンデンサ92は、双安定ラツチ52の状態変化出
力によつて周期的に反転される極性をもつて、増幅器88
の出力を積分する。

第10図は端末装置TD_nの図面であつて、参照番号100に
よつてその全体が示されている。端末装置TD_nは、周波
数制御と通信チヤンネル選定のために、基準信号と同期
信号とを用いる。第10図に示されているように、端末装
置100はバス タツプ共振器102を有する。バス タツプ
共振器102は共振器ループ104を有し、そしてこの共振器
ループ104は横結合部106を通してバス12に結合され、お
よび別の横結合部110を通して光フアイバ結合リンク108
に結合される。共振器ループ104は、その整数倍が実効
光路長である波長を共振して保持する、実効光路長をも
つ。これらの波長は周波数源14によつて供給される周波
数を含んでいる。

光結合リンク108と、レンズ112と、第１周波数選定干
渉フイルタ114と、第２周波数選定干渉フイルタ118とを
有する光回路の両端に、送信器XMITと受信器RCVRが配置
される。レンズ112は光結合リンク108の端部へ光を入射
させる、およびこの端部から出る光を受け取るためのも
のである。第１周波数選定干渉フイルタ114は、同期信
号の周波数に対応する光エネルギを同期信号検出器116
に進めるように配置され、そして第２周波数選定干渉フ
イルタ118は、基準信号の周波数F_nおよびF_n+1に対応す
る光エネルギを基準信号検出器120に向けて反射するよ
うに配置される。検出器116および120は、例えば、PIN
ダイオードであることができる。SIG IN入力に供給され
た情報に応答して、情報信号が送信器XMITから光結合リ
ンク108に沿つて伝搬し、そして横結合部110を通して共
振器ループ104の中へ結合し、それから横結合部106を通
してバス12の中へ結合し、そしてこのバス12を通つてネ
ツトワーク内の他の端末装置TD_nへ伝搬していく。これ
とは逆に、情報を備えた信号が、バス12に沿つて伝搬し
ていき、横結合部106を通して共振器ループ104の中に結
合し、そして横結合部110を通して光結合リンク線108の
中に結合し、そしてこのリンク線と、レンズ112と、干
渉フイルタ114および118を通つて、受信器RCVRまで伝搬
する。この受信器のところで、情報を備えた信号が復調
され、そして再生された情報内容がSIG OUT出力のとこ
ろにえられる。

周波数制御装置122は、バス タツプ共振器102を、例
えば、熱制御方式で制御して、共振器ループ104の中に
生ずる共振モードの周波数とそれらの自由スペクトル領
域を制御する。バスタツプ共振器102の温度は、センサ1
24によつて検出され、そしてセンサ124は、回路124aを
通して、温度制御装置122に制御信号出力を供給する。
温度制御装置122は、伝熱路Q1を通して、変動する量の
熱エネルギを供給する。熱・周波数制御装置122は、次
のように構成された制御回路に応答して、バス タツプ
共振器102の温度を上昇させる、または降下させる。こ
の制御回路は、リセツト可能積分器126と、比較器128
と、増幅器132によつて駆動される電界効果トランジス
タ（FET）スイツチ130と、熱・周波数制御装置122に制
御信号を供給する増幅器134とを有する。

リセツト可能積分器126は演算増幅器136を有する。こ
の演算増幅器136は、コンデンサ138によつて、出力と反
転入力との間にフイードバツクを行なう。電界効果トラ
ンジスタ（FET）スイツチ140は、そのソースとドレイン
がコンデンサ138の両端に接続される。電界効果トラン
ジスタスイツチ140のゲート作用は、下記で説明される
ように、検出器116の出力に応答して、オン状態とオフ
状態を周期的に繰り返し、それにより、コンデンサ138
を周期的に分路する。

比較器128は演算増幅器142を有する。この演算増幅器
142の反転入力は、直列抵抗器144を通して、演算増幅器
136の出力に接続され、そしてその非反転入力は、ポテ
ンシオメータ146のような制御可能電圧源に接続され
る。ポテンシオメータ146は、下記で説明されるよう
に、バス タツプ共振器102内に生ずる共振モードの周
波数を選定する、または変更する、といつた周波数制御
の機能を果たす。

演算増幅器142の出力は、スイツチ130を通して、増幅
器134の反転入力に送られる。スイツチ130は電界効果ト
ランジスタ（FET）の形式をとつており、そのソース端
子は演算増幅器142の出力に接続され、そしてドレイン
端子は演算増幅器134の反転入力に接続される。増幅器1
32はFETスイツチ130のゲートに接続され、そしてそのオ
フ状態とオン状態との間でスイツチ130のゲート動作を
周期的に行なう。演算増幅器134の非反転入力は、反対
極性の電源間に接続された調節可能ポテンシオメータの
ような、電圧源に接続される。

基準信号源14から繰り返し送信される光同期信号は、
干渉フイルタ114によつて反射されて、検出器116に入射
する。検出器116の電気出力は、第11a図に示されている
ように、相対値でHIレベルとLOWレベルとの間を交代し
て変動する。検出器116の出力はFETスイツチ140を制御
して、コンデンサ138の両端に接続された分路を、周期
的に開いたり、閉じたりする。リセツト可能積分器126
は、FETスイツチ140が開いている時（すなわち、検出器
116の出力によるゲート作用が行なわれていない時）、
通常に動作して、第11b図に示されているように、コン
デンサ138が充電されるにつれて増大するランプ出力を
生ずる。検出器116の出力に応答して、FETスイツチ140
がオン（閉）状態への次の遷移のさい、コンデンサ138
が分路されて、演算増幅器136の出力がLOWレベルに降下
し、そして次の基準信号遷移のさいに、ランプ発生が繰
り返される。

演算増幅器136の出力波形は、増幅器142の反転入力に
送られる。増幅器142は、この入力と、ポテンシオメー
タ146から非反転入力に送られるユーザが決定する電圧
との、比較を実行する。比較器128は高利得特性を有し
ていることが好ましい。その場合には、ユーザが決定す
る電圧よりもランプ入力が低い時間内では、比較器128
の出力は正のままであり、そしてユーザが決定する電圧
をランプ入力が越える時、比較器128の出力は、ゼロを
通つて負の側へ、急速に切り替わるであろう。第11c図
において、説明の都合のために、ユーザが決定する電圧
V_tと、ランプの立り上がりとが、ランプのほぼ中央で等
しくなると仮定する。すると、比較器の出力の極性は、
時刻T_tにおいて変わる。ユーザが決定する電圧が低くな
ればなる程、同期信号の時刻から測つて比較器128の極
性が切り替わるまでの時間間隔はますます短くなり、そ
してユーザが決定するポテンシヤルが高くなればなる
程、比較器128の出力の極性が切り替わるまでの時間間
隔が大きくなることがわかる。したがつて、FETスイツ
チ130のソース端子は、サイクルの始まりから一定時間
後において、ユーザが決定する電圧に応じて、正である
かまたは負である。

FETスイツチ130は、増幅器132の出力に応答して、そ
れに対応する短い時間間隔の間、オンとオフを周期的に
繰り返す。増幅器132は、掃引基準信号周波数がバス
タツプ共振器102の共振モードを横切つて掃引する時刻
毎に、検出器120の出力によつて駆動される。したがつ
て、検出器120によつて共振ピークが検出される時、も
しユーザが決定する電圧よりも瞬間ランプ値が小さいな
らば、第11d図および第11e図の実線で示されているよう
に、FETスイツチ130のドレイン端子は正のパルスを供給
する。逆に、もしユーザが決定する電圧よりも瞬間ラン
プ値が大きいならば、第11d図および第11e図に点線で示
されたように、負のパルスが供給される。FETスイツチ1
30の出力は、コンデンサ150と、演算増幅器134の反転入
力とに、供給される。演算増幅器134の非反転入力は、
正の電源と負の電源との間に接続されたポテンシオメー
タ148に接続される。コンデンサ150とそれに関連した回
路は、十分に大きなインピーダンスを有することが好ま
しい。その場合には、コンデンサ150は充電されて、累
算された正パルスエネルギまたは負パルスエネルギを保
持することができる。出力パルスが主として正である場
合には、このコンデンサは主として正に充電されて、正
味の結果として正電位を保持する。その結果、増幅器13
4の動作によつて、バス タツプ共振器102の動作温度が
増加し、そして共振モード間の自由スペクトル領域が増
大する。これとは逆に、パルスが主として負である場合
には、コンデンサ150は、累算の結果、主として負に充
電され、そして増幅器134はバス タツプ共振器102への
熱エネルギの供給の増大を停止する。種々の正パルスと
種々の負パルスとを累算した正味の結果は、コンデンサ
150の正味の電気量が増大するまたは減少することのな
いように、装置全体が平衡点に駆動され、したがつて、
バス タツプ共振器102の動作温度と光学特性が一定に
保たれる。バス タツプ共振器の中に生じている共振モ
ードの周波数を変えたい場合には、すなわち、バス タ
ツプ共振器102を別の通信チヤンネルに同調させたい場
合には、ポテンシオメータ146によつて供給されるユー
ザが決定する電圧が変えられる。すると、比較器126が
状態を変える相対時刻が変わり、したがつて、コンデン
サ150に供給される正パルスと負パルスの比が変わる。

基準信号源14のデイジタル形式の実施例が、第12図
に、参照番号200で全体的に、示されている。第12図に
示されているように、基準信号源200はマイクロプロセ
ツサ202を有する。このマイクロプロセツサ202はオン
チツプRAMおよびオン チツプROMを有することが好まし
い。マイクロプロセツサ202は、下記で説明されるよう
に、データ バス204と、アドレス バス206と、制御バ
ス208とを通して、全体の制御を実行する。制御バス208
は１個または複数個の別々の制御線路を有することがで
きる。データ バス204は８ビツト バスであることが
好ましい。データ バス204はラツチ210,212,214,216お
よび218の並列入力に接続され、そしてアドレス バス2
06と制御バス208も同様にこれらのラツチに接続され
る。それにより、マイクロプロセツサ202によつてデー
タ バス204に送られたデータ ワードを、ラツチ210〜
218のうちの１つまたは複数個のラツチの中に、選択的
にロードすることができる。ラツチ210の８ビツト出力
と、ラツチ212の８ビツト出力とが、16ビツト バス220
に組み合わされて、16ビツト カウンタ222の並列デー
タ入力に送られる。カウンタ222は、適切な「ロード」
命令に応答して、ラツチ210とラツチ212からバス220を
通して送られてくる２進ワードをロードするために、予
めセツトされる。ラツチ214とラツチ216の８ビツト出力
は、結合16ビツト バス224を通して、16ビツトA/B比較
器226の１つの入力、例えば、「Ｂ」入力に送られる。
比較器226は、下記で詳細に説明されるように、バス224
を通して送られてくるラツチ214および216の出力と、バ
ス234を通して比較器226の「Ａ」入力に送られてくるカ
ウンタ222の出力とを比較する。

ラツチ218の出力は、８ビツト バス228を通して、DA
変換器230の並列入力に送られる。DA変換器230は、その
入力に送られてくる２進ワードの値に応答して、対応す
るアナログ制御出力を、電圧制御発振器232に供給す
る。電圧制御発振器232は可変パルス繰り返し速度を有
しており、そしてこの発振器232のパルス出力がカウン
タ222のクロツク入力に送られる。そしてそれにより、
カウンタ222の増分率が制御される。カウンタ222の出力
は、16ビツト バス234を通して、比較器226の「Ａ」入
力と、16ビツト ラツチ236と、DA変換器238とに供給さ
れる。

カウンタ222からバス234に送られるカウントがラツチ
214とラツチ216とからバス224に送られた値に等しい
時、比較器226は、双安定ラツチ240とカウンタ242のク
リア入力とに、適切な制御命令を供給する。双安定ラツ
チ240の出力はレーザ ダイオード58（第５図）を制御
し、それにより、前記のように、同期信号を供給する。
カウンタ242はリセツト可能タイマとして機能し、そし
て定速クロツク244の出力に応答して増分される。カウ
ンタ242の並列出力は、バス246を通して、ラツチ248の
並列入力に送られる。下記で説明されるように、ピーク
検出器50からの信号はカウンタ242の瞬間値をラツチ248
の中にロードする。

DA変換器238はカウンタ222の増分カウントを受け取
り、そして増幅器250を通して、時間と共に変動する電
流出力をレーザ ダイオード24に送る。するとそれによ
り、レーザ ダイオード24は、周波数が変動する基準信
号を、バス12に供給する。ラツチ236はカウンタ222から
供給された16ビツト ワードを受け取り、そしてそのワ
ードをデータ セレクタ252に送る。データ セレクタ2
52は、適切な制御信号に応答して、16ビツトワードをデ
ータ バス204に送る。

光検出器48と、増幅器48aと、ピーク検出器50とは第
５図のところで説明したように動作して、トリガ パル
ス（第6b図）が供給される。そしてそれにより、カウン
タ222からのバス234上の瞬間カウント値がラツチ236に
ロードされ、およびカウンタ242からのカウントがラツ
チ248にロードされる。同じピーク トリガパルスがま
た、時間遅延器254を通して、双安定ラツチ256に供給さ
れ、それでマイクロプロセツサ202に「データ レデ
イ」信号が送られ、およびラツチ236とラツチ248のカウ
ント値の読み出しを可能にする。

デイジタル基準信号源200は、開始と制御シーケンス
によつて、第13a図と第13b図の流れ図に示されているよ
うに機能する。これらの図面に示されているように、任
意のラン番号（RUN＃）が記憶され、そしてラツチ210と
ラツチ212は最初ゼロにセツトされ、そしてゼロ カウ
ントがカウンタ222の中にロードされる。それから、電
圧制御発振器232はカウンタ222を増分し、そしてDA変換
器238は増幅器250を通してレーザダイオード24（第５
図）へ送る電流を増加させ、そしてレーザダイオード24
の出力の周波数が同様に時間と共に増加する。ピーク検
出器50はレーザ ダイオード24の周波数が共振器20の関
与する共振モードＮを通過する瞬間を検出する時、１つ
の「検出」信号はカウンタ222の中に含まれているカウ
ントの瞬間値をラツチ236にロードする。同様の方式
で、レーザ ダイオード24の出力周波数が共振器20（第
５図）の次の共振モードＮ＋１を通過して掃引する時に
生ずる次の共振ピークを検出するさい、この次の「検
出」信号はカウンタ222の中に含まれているカウントの
瞬間値を再びロードする。「検出」信号は時間遅延器25
4によつて時間遅延を受け、そして双安定ラツチ256にク
ロツク信号を供給する。双安定ラツチ256はマイクロプ
ロセツサ202に「データ レデイ」信号を供給し、そし
てデータ セレクタ252を通してラツチされたカウント
を読み出す。共振モードＮと共振モードＮ＋１とに対す
るカウンタ222のカウント状態に対し平均カウント値が
得られるまで、この手順がＭ回のランに対して繰り返さ
れる。その後、ラツチ210および212は、実際にロードさ
れるカウントが計算された平均値以上であるように、第
Ｎ番目の共振モードに対する平均カウントから任意の値
Ｋを差引いたカウントでロードされる。そしてラツチ21
4および216は第Ｎ番目の共振モードの実際の平均カウン
トがロードされる。カウンタ222はラツチ210および212
にセツトされた平均以下値でロードされ、そしてそのカ
ウントは電圧制御発振器232のパルス出力に応答して増
分する。比較器226は、カウンタ222の上方への増分量
と、ラツチ214および216内の平均値カウントとを比較す
る。これら２つの値が等しい時、比較器226は同期信号
を送つて、カウンタ242をクリアし、かつ、双安定ラツ
チ240をセツトし、それにより、レーザ ダイオード58
（第５図）が駆動されて、装置全体の同期信号がえられ
る。クリアされたカウンタ242は、定速クロツク244の出
力に応答して、直ちに増分を再開する。次のピーク「検
出」信号がラツチ236をカウンタ222の出力でロードする
まで、およびマイクロプロセツサ202によつて読み出さ
れたラツチの内容を有するカウンタ242の内容でラツチ2
48をロードするまで、カウンタ222とカウンタ242との両
方が増分を継続する。カウンタ248のカウントとカウン
タ222のカウントとの間の差を用いて、マイクロプロセ
ツサ202がラツチ218の中にロードする補正値が生じ、そ
してこの補正値が、バス228を通して、DA変換器230に送
られる。DA変換器230は、電圧制御発振器232の出力の繰
り返し速度を変える制御電圧を供給し、それにより、カ
ウンタ222が増分する速さが変わる。したがつて、カウ
ンタ222の増分速度がステツプ アツプされる、または
ステツプ ダウンされ、それでカウンタ248の値とカウ
ンタ222の値との間の差が最小になる。それにより、共
振器20の隣接する共振モードＮおよびＮ＋１の間に達成
される周波数F_nと周波数F_n+1との間を、基準周波数が変
動することができる。

種々の端末装置TD_nのバス タツプ共振器102（第10
図）のデイジタル制御装置の１つの例示的実施例が、第
14図において、参照番号300で全体的に示されている。
第14図に示されているように、リセツト可能カウンタ30
2が定速クロツク304からのクロツク パルスによつて増
分され、およびバツフア306を通してカウンタ302のクリ
ア入力に供給される同期信号に応答して、周期的にゼロ
にリセツトされる。並列入力ポート「Ａ」および「Ｂ」
を有する比較器308は、バス310を通してカウンタ302か
ら「Ｂ」ポートに供給される瞬間カウント値と、「Ａ」
ポートに供給される予め定められた基準ワードとを比較
する。比較器308は、２つの出力Ａ＞ＢおよびＡ＜Ｂ
を、２つのそれぞれのANDゲート312および314に供給す
る。

検出器120（第10図）は、基準信号の周波数がバス
タツプ共振器102（第10図）の関連する共振モードＮを
通過して掃引する時に生ずる光ピークを検出し、そして
その電気出力を増幅器132およびピーク検出器50に供給
する。ピーク検出器50は、前記で説明したように、鋭い
前縁と鋭い後縁とを有する出力パルスを供給する。この
出力パルスの後縁は、第15図ａと第15図ｂに示されてい
るように、増幅器132の出力の最大に時間的に対応す
る。反転器316はピーク検出器50の出力を反転する。そ
してこの反転された信号（第15図ｃ）はANDゲート318の
１つの入力に送られる。また、ピーク検出器50の出力
は、時間遅延器320を通して、ANDゲート318の他の入力
に送られる。時間遅延器320はピーク検出器50の非反転
出力（第15図ｄ）を遅延させて、反転されたパルスのゲ
ート作用を遅延させる。この時、出力パルスの後縁が双
安定ラツチ322をクロツクする役割りを果たし、そして
双安定ラツチ322のＱ出力および出力が、それぞれ、A
NDゲート312の入力およびANDゲート314の入力に供給さ
れる。双安定ラツチ322は同期信号に応答してリセツト
される。この同期信号はまたカウンタ302をリセツトす
る。ANDゲート312および314の出力は、アツプ／ダウン
カウンタ324の、それぞれ、アツプ入力およびダウン
入力に供給される。カウンタ324の内容は、バス326を通
して、DA変換器328に供給される。DA変換器328は対応す
る制御信号を熱制御装置122に供給して、制御されたバ
ス タツプ共振器102の共振特性の制御を実行する。

各サイクルの開始時に、同期信号はカウンタ302をク
リアし、そして双安定ラツチ322をリセツトする。カウ
ンタ302は、クロツク304の出力に応答して、直ちに増分
を実行する。カウンタ302の内容、すなわち、「Ｂ」値
が基準ワード「Ａ」値よりも小さい時間内は、Ａ＞Ｂの
制御出力がHIであり、そして制御出力Ａ＜ＢはLOWであ
るであろう。カウンタ302の内容が基準ワードの値に等
しい時、制御出力Ａ＞Ｂと制御出力Ａ＜Ｂはいずれも一
時的にLOWであるであろう。これとは逆に、カウンタ302
の内容が基準ワード値を越える時、制御出力Ａ＞ＢはLO
Wであり、そして制御出力Ａ＜ＢはHIであるであろう。
基準信号の周波数がバス タツプ共振器102の共振モー
ドＮを通過して掃引する時、検出器120からの電気パル
スはピーク検出器50の出力にトリガ パルスを生ずる。
そしてピーク検出器50は双安定ラツチ322に対するクロ
ツク パルスを生じ、そしてピーク「検出」トリガパル
スのタイミングに依存して、カウンタ324の状態を切り
替えてアツプ カウンテイングまたはダウン・カウンテ
イングのいずれかを実行する。カウンタ制御出力Ａ＞Ｂ
がHIである時（第16図ａ）にトリガ パルスが検出され
た場合（第16図ｂ）、双安定ラツチ322（第16図ｃ）が
クロツクされて、カウンタ324がカウント アツプに対
してイネーブルになり、したがつて、DA変換器328を通
して第１カウント値を温度制御装置122（第10図）に供
給し、それによりバスタツプ共振器102の温度が制御さ
れる。これとは逆に、第17図に示されているように、制
御出力Ａ＜ＢがHIである場合（第17図ａ）、共振ピーク
が検出されるとトリガ パルスが発生し（第17図ｂ）、
双安定ラツチ322がリセツトされて、カウンタ324がダウ
ン カウンテイングに対してイネーブルになり（第17図
ｃおよび第17図ｄ）、したがつて、カウンタ324のカウ
ント内容が小さくなり、そしてDA変換器328は温度制御
装置122に対する制御信号の値を小さくする。最適の状
態では、共振ピークの検出とトリガ パルスの発生とが
同時であつて、カウンタ302の内容と基準ワードとが同
じであり、したがつて、カウンタ324はアツプ カウン
テイングとダウン カウンテイングの何れに対してもイ
ネーブルではなく、そして平衡点が得られる。

本発明の前記説明において、装置の基準周波数は共振
器20によつて定められる周波数F_nと周波数F_n+1との間の
「掃引」周波数であつて、そのさい、装置内のすべての
バス タツプ共振器102が周波数についてオフセツトで
あるまたは別の周波数基準に基づいていて、それに周波
数を供給するものとして説明した。この掃引速度、すな
わち、df/dtは、必要に応じ、線形であることもできる
し、または非線形であることもできる。さらに、「デイ
ジタル」掃引も可能である。すなわち、この場合には、
パルス幅が一定である、または変動する、一連の離散的
光エネルギパルスが用いられ、そしてそのおのおのの逐
次のパルスの周波数がステツプ的に増大される。

したがつて、本発明により、装置内のすべての端末波
長選定フイルタが１個または複数個の通信周波数に精密
に同調することができ、１つの高精度の周波数基準だけ
を有することが必要である、光通信のための装置と方法
がえられる。各端末装置のところに周波数標準または周
波数基準を必要とせずに、タイミング サイクルとおよ
び同期信号に対する局部バス タツプ共振器における共
振ピークの出現とを決定する正確なタイミング装置のみ
を備えることによつて、高精度の周波数制御が得られ
る。

本発明により、光通信装置のための極めて効果的な周
波数制御装置が得られ、そしてそれによつて、とりわけ
その主要な目的が完全に達成されることが、前記説明か
らわかるであろう。本発明の範囲内において、例示され
た実施例に変更およびまたは修正のなしうることも、同
様に、明らかであろう。したがつて、前記説明および添
付図面は、好ましい実施例を単に例示したものであつ
て、それに限定されることを意味するものではない。本
発明の範囲は特許請求の範囲によつて定められる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光通信装置の概要ブロツク線図、 第2a図および第2b図は第１組の共振モードおよび第２組
の共振モードのグラフ、 第3a図および第3b図は第2a図および第2b図の第１組およ
び第２組の共振モードから周波数がオフセツトしている
第３組の共振モードおよび第４組の共振モードのグラ
フ、 第４図は第2a図と第2b図と第3a図と第3b図との共振モー
ドの周波数を制御するために基準信号によつて与えられ
る２つの分離された周波数F_nおよびF_n+1を表し、 第５図はアナログ基準信号源の概要ブロツク線図、 第6a図から第6d図までの図面は第５図のアナログ基準信
号源の中で発生する種々の波形の理想化されたタイミン
グ図、 第7a図および第7b図はそれぞれ基準信号およびゲート信
号すなわち同期信号の周波数の時間変化の理想化された
グラフ、 第８図はピーク検出器の概要図、 第９図は波形発生器の概要図、 第10図は選定された通信チヤンネルを取得するために周
波数基準信号源によつて供給される基準信号および同期
信号を利用する端末装置の概要ブロツク線図、 第11a図から第11e図までの図面は第10図の端末装置の中
で生ずる種々の波形の理想化されたグラフ、 第12図はデイジタル基準信号源の概要ブロツク線図、 第13a図および第13b図は第12図のデイジタル基準信号源
の制御順序を示す流れ図、 第14図はこの装置内の種々の端末装置の通信周波数を制
御する制御装置の概要ブロツク線図、 第15図ａから第15図ｅまでの図面は第14図の制御装置の
中で発生する種々の波形の理想化されたグラフ、 第16図は第１制御モードにある第14図の制御装置の中で
生ずる種々の波形の理想化されたグラフ、 第17図は第２制御モードにある第14図の制御装置の中で
生ずる種々の波形の理想化されたグラフである。 ［符号の説明］ 10…光通信装置 12…通信バス 14…光基準信号源

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光信号を伝送するための光路と、 前記光路から光信号を受信するために前記光路に結合さ
   れ、かつ、選定された共振モード周波数で生ずる複数個
   の共振モードを保持するように制御された制御可能共振
   器構造体を有する端末装置と、 少なくとも第１基準周波数と他の基準周波数との間を周
   期的に変動する基準信号を前記光路に伝送する装置と、 前記第１基準周波数と前記他の基準周波数のうちの少な
   くとも１つの基準周波数に対して選定された周波数の関
   係を有する共振モード周波数に共振モードを保持するよ
   うに前記共振器構造体の制御を行なう装置と、 を有する光周波数基準装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記共振
   器構造体制御装置が、 前記光路を伝搬する前記基準信号と前記第１基準周波数
   および前記他の基準周波数のうちの１つの基準周波数と
   の間の周波数の一致を検出し、かつ、前記基準信号と前
   記共振器構造体の中に保持される前記共振モードの周波
   数との間の周波数の一致を検出する装置を有する、 前記光周波数基準装置。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第２項において、前記共振
   器構造体制御装置が、 前記第１一致検出と前記第２一致検出との間の選定され
   た時間関係を保持する装置をさらに有する、 前記光周波数基準装置。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項において、基準信号
   の周波数が前記第１基準周波数または前記他の基準周波
   数である時、前記基準信号を伝送する前記装置が前記端
   末装置に同期信号を伝送する、前記光周波数基準装置。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第４項において、前記同期
   信号が前記光路を伝搬する、前記光周波数基準装置。
6. 【請求項６】特許請求の範囲第４項において、前記共振
   器構造体制御装置が、 前記同期信号を検出し、かつ、前記端末装置の前記共振
   器構造体の中に保持される周波数と前記基準信号との間
   の周波数の一致を検出する装置を有する、 前記光周波数基準装置。
7. 【請求項７】特許請求の範囲第６項において、前記共振
   器構造体制御装置が、 前記検出の間の時間的関係を制御するために前記共振器
   構造体を熱的に制御する装置を有する、 前記光周波数基準装置。
8. 【請求項８】特許請求の範囲第１項において、基準信号
   を伝送する前記装置が、 前記第１基準周波数および前記他の基準周波数を包含す
   るそれぞれの共振モード周波数で生ずる複数個の共振モ
   ードを保持するように光共振器を設定する装置を有す
   る、 前記光周波数基準装置。
9. 【請求項９】特許請求の範囲第８項において、前記光共
   振器装置が境界を有する光共振器キヤビテイで構成され
   る、前記光周波数基準装置。
10. 【請求項１０】特許請求の範囲第８項において、 それぞれの共振モードが生ずる周波数を制御するために
    前記光共振器を制御する装置をさらに有する、 前記光周波数基準装置。
11. 【請求項１１】特許請求の範囲第10項において、 前記光共振器装置の中へ可変周波数光エネルギを導入す
    るための制御可能可変周波数光源を定める装置をさらに
    有する、 前記光周波数基準装置。
12. 【請求項１２】特許請求の範囲第11項において、 前記第１基準周波数および前記他の基準周波数に周波数
    において対応する前記光共振器の第１共振モードと第２
    共振モードとの間をその周波数が変動するように前記可
    変周波数光源を制御する制御装置をさらに有する、 前記光周波数基準装置。
13. 【請求項１３】特許請求の範囲第12項において、 前記可変周波数光源の周波数が前記第１周波数または前
    記他の周波数のいずれかである時前記光路に同期信号を
    導入する同期信号発生器を定める装置をさらに有する、 前記光周波数基準装置。