JP2000332344A - 消光比制御回路及び電気−光変換回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光出力信号のバイアス発光レベルとピーク発
光レベルの比である消光比を正確に制御することができ
る消光比制御回路と、該消光比制御回路を適用する電気
−光変換回路を提供する。 【解決手段】 消光比制御回路は電気−光変換回路に設
けられているフォト・ダイオードで電圧変換した信号の
振幅の１／２に等しい直流電圧Ｖ_ACを１を越える利得Ｇ
で増幅した電圧Ｇ・Ｖ_ACと、該フォト・ダイオードで電
圧変換した信号の平均値に等しい電圧Ｖ_DCとの差電圧に
よって電気−光変換回路を制御するように構成し、電気
−光変換回路は上記消光比制御回路を自動パワー制御の
ための負期間ループに適用して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、消光比制御回路及
び電気−光変換回路に係り、特に、光出力信号のバイア
ス発光レベルとピーク発光レベルの比である消光比を正
確に制御することができる消光比制御回路と、該消光比
制御回路を適用する電気−光変換回路に関する。

【０００２】現在広く実用化されているデジタル光通信
方式は、発光素子（多くはレーザ・ダイオードが用いら
れるので、以降はレーザ・ダイオードであるものとして
記載する。）の出力光をデジタル電気信号によって強度
変調して得た光信号を光ファイバを通して伝送する。

【０００３】この方式において、レーザ・ダイオードの
電力効率上は、デジタル電気信号が入力されていない時
のレーザ・ダイオードの発光レベルであるバイアス発光
レベルを０にして、デジタル電気信号の振幅に対応する
光出力振幅で伝送するのが好ましい。

【０００４】しかし、レーザ・ダイオードを全く発光し
ていない状態から発光状態に遷移させるように使用する
と、発光遅延時間が比較的大きく、光信号に変換する時
にデューティ比が変動するという問題が生ずる。

【０００５】又、バイアス発光レベルを０にしようとし
てバイアス電流をレーザ・ダイオードの閾値電流付近に
設定した場合、閾値電流が増加方向に変化するとバイア
ス電流から閾値電流の間はレーザ・ダイオードは発光し
ないので、光出力のデューティ比が変動するという問題
も生ずる。特に、この場合のデューティ比の変動は大き
い。

【０００６】従って、デジタル電気信号が入力されてい
ない時にもレーザ・ダイオードにバイアス発光させて、
発光遅延時間の短縮を図ると共に、デューティ比の変動
を防止するのが通常である。

【０００７】ところで、光信号を強度変調して得たパル
スが通信情報を持っているのであるから、バイアス発光
させるということは電力効率を低下させた状態でレーザ
・ダイオードを使用することになる。この意味から、バ
イアス発光レベルを可能な限り小さく抑え、且つ、バイ
アス発光レベルを正確に制御する必要性が生ずる。

【０００８】もとより、デジタル電気信号が入力された
時の出力光のレベルの制御を行なっているので、バイア
ス発光レベルの制御を行なうということは、ピーク発光
レベルとバイアス発光レベルの比である消光比の制御を
行なうということである。

【０００９】更に、レーザ・ダイオードの電力効率とい
う観点以外に消光比を正確に制御する必要性が生ずるこ
とがある。これは、レーザ・ダイオードのチャーピング
と光通信システムに適用される光ファイバの分散特性の
関係による。

【００１０】即ち、通常のレーザ・ダイオードはバイア
ス発光レベルが低い場合にチャーピングを起こし、出力
光の波長分布が広くなる。出力光の波長分布が広がる
と、光ファイバの分散特性のために電気通信でいう位相
歪みを受けて、送信点でパルス状であった光信号も受信
点では波形になまりが生じ、等価的なパルス幅が広がる
という現象が生ずる。

【００１１】これが、光通信の通信品質を低下させる原
因になるし、通信品質の低下を回避するためには光受信
機において波形等化を行なう必要性が生じ、光受信機の
構成を複雑化させる原因になる。

【００１２】従って、高分散ファイバを使用する光通信
システムにおいては、一層レーザ・ダイオードの消光比
を精度よく制御する必要がある。

【００１３】つまり、レーザ・ダイオードの電力効率を
高く保つ目的と、チャーピングと分散による波形劣化を
抑圧する目的のために、レーザ・ダイオードの消光比を
正確に制御できる消光比制御回路の実現と、該消光比制
御回路を適用する電気−光変換回路の実現が強く要望さ
れている。

【００１４】

【従来の技術】図１０は、従来の電気−光変換回路（そ
の１）である。

【００１５】図１０において、１０１はフォト・ダイオ
ード、１０２は抵抗、１０３はコンデンサ、１０４は圧
縮増幅器、１０５はトランジスタ、１０６はトランジス
タ、１０７はレーザ・ダイオード、１０８はトランジス
タ１０９は可変抵抗、１１０はチョーク・コイル、１１
はトランジスタ、１１２は可変抵抗である。

【００１６】図１０の構成において、トランジスタ１０
５とトランジスタ１０６は、トランジスタ１０５とトラ
ンジスタ１０６のベースに供給されるデジタル電気信号
の論理レベルによってレーザ・ダイオード１０７に供給
するパルス電流を切り替える電流スイッチを構成し、ト
ランジスタ１０８は該パルス電流を決定する定電流源を
構成し、トランジスタ１１１はレーザ・ダイオード１０
７にバイアス電流を供給する定電流源を構成し、上記の
構成によってデジタル電気信号に対応してレーザ・ダイ
オード１０７を発光させる。尚、チョーク・コイル１１
０はトランジスタ１１１によって構成される定電流源が
トランジスタ１０６の交流的な負荷にならないように挿
入されている。

【００１７】レーザ・ダイオード１０７の出力光は光フ
ァイバへと導かれ、所謂バック光と呼ばれるレーザ・ダ
イオード１０７の出力光の一部はフォト・ダイオード１
０１に導かれる。

【００１８】フォト・ダイオード１０１は、該バック光
を電気変換した電流を生成する。

【００１９】抵抗１０２とコンデンサ１０３の並列回路
は、フォト・ダイオード１０１の出力電流を受けて、そ
の平均電流に対応する電圧を生成して、圧縮増幅器１０
４の反転入力端子に供給する。

【００２０】圧縮増幅器１０４の非反転入力端子には、
所定のデジタル電気信号が供給され、電気−光変換回路
が所定の動作条件で動作している時に抵抗１０２とコン
デンサ１０３の並列回路が生成する電圧に等しい基準電
圧Ｖ_REF が供給されている。そして、圧縮増幅器１０４
の出力電圧をトランジスタ１０８及びトランジスタ１１
１のベースに供給して、レーザ・ダイオード１０７に供
給するパルス電流とバイアス電流を制御する。

【００２１】即ち、トランジスタ１０８及び１１１、ト
ランジスタ１０５及び１０６、レーザ・ダイオード１０
７、フォト・ダイオード１０１、圧縮増幅器１０４によ
って負帰還ループが形成されている。

【００２２】つまり、上記負帰還によって、圧縮増幅器
１０４の入力端子における基準電圧Ｖ_REF と実際に抵抗
１０２とコンデンサ１０３の並列回路が生成する電圧の
差を０にすべく制御がかかる。

【００２３】従って、もしレーザ・ダイオード１０７の
出力光レベルが上昇すると、圧縮増幅器１０４の反転入
力端子に供給される電圧も上昇するので、圧縮増幅器１
０４の出力電圧が低下してトランジスタ１０８の電流を
低下させてレーザ・ダイオード１０７の出力パワーを一
定に保つようにする。

【００２４】そして、出力パワーの制御と同時にレーザ
・ダイオード１０７に供給するバイアス電流も制御す
る。

【００２５】図１１は、従来の電気−光変換回路（その
２）である。

【００２６】図１１において、１２１はフォト・ダイオ
ード、１２２は抵抗、１２３はダイオード、１２４はコ
ンデンサ、１２５は演算増幅器、１２６は抵抗、１２７
は可変抵抗、１２８は緩衝増幅器、１２９は抵抗、１３
０はコンデンサ、１３１は演算増幅器、１３２は抵抗、
１３３は可変抵抗、１３４はトランジスタ、１３５はト
ランジスタ、１３６はレーザ・ダイオード、１３７はト
ランジスタ、１３８は抵抗、１３９はチョーク・コイ
ル、１４０はトランジスタ、１４１は抵抗である。

【００２７】図１１の構成において、トランジスタ１３
４とトランジスタ１３５は、トランジスタ１３４とトラ
ンジスタ１３５のベースに供給されるデジタル電気信号
の論理レベルによってレーザ・ダイオード１３６に供給
するパルス電流を切り替える電流スイッチを構成し、ト
ランジスタ１３７は該パルス電流を決定する定電流源を
構成し、トランジスタ１４０はレーザ・ダイオード１３
６にバイアス電流を供給する定電流源を構成し、上記の
構成によってデジタル電気信号に対応してレーザ・ダイ
オード１３６を発光させる。。

【００２８】レーザ・ダイオード１３６の出力光は光フ
ァイバへと導かれ、所謂バック光と呼ばれるレーザ・ダ
イオード１３６の出力光の一部はフォト・ダイオード１
２１に導かれる。

【００２９】フォト・ダイオード１２１は、該バック光
を電気変換した電流を生成する。

【００３０】抵抗１２２は、フォト・ダイオード１２１
の出力電流を電圧変換する。

【００３１】ダイオード１２３とコンデンサ１２４はピ
ーク検出回路を構成し、フォト・ダイオード１２１と抵
抗１２２の接続点の電圧のピーク値に等しい電圧Ｖ_PKを
生成する。

【００３２】演算増幅器１２５、抵抗１２６及び可変抵
抗１２７は圧縮増幅器を構成する。該圧縮増幅器の非反
転入力端子には、所定のデジタル電気信号が供給されて
図１１の構成が所定の条件で動作している時のダイオー
ド１２３とコンデンサ１２４の接続点の電圧に等しい電
圧Ｖ_REF-P が供給されている。そして、該圧縮増幅器の
出力電圧をトランジスタ１３７のベースに供給する。

【００３３】一方、緩衝増幅器１２８の出力を抵抗１２
９及びコンデンサ１３０で構成する平均値検出回路に供
給し、フォト・ダイオード１２１と抵抗１２２の接続点
の電圧の平均電圧Ｖ_DCを生成する。尚、緩衝増幅器の電
圧利得は１に等しいものとして説明している。以降に記
載される緩衝増幅器も同様である。

【００３４】演算増幅器１３１、抵抗１３２及び可変抵
抗１３３は圧縮増幅器を構成する。該圧縮増幅器の非反
転入力端子には、所定のデジタル電気信号が供給されて
図１１の構成が所定の条件で動作している時の抵抗１２
９とコンデンサ１３０の接続点の電圧Ｖ_REF-B が供給さ
れている。そして、該圧縮増幅器の出力電圧をトランジ
スタ１４０のベースに供給する。

【００３５】即ち、トランジスタ１３７及び１４０、ト
ランジスタ１３４及び１３５、レーザ・ダイオード１３
６、フォト・ダイオード１２１と２つの圧縮増幅器によ
って負帰還ループが形成されている。

【００３６】従って、もしレーザ・ダイオード１３６の
出力パワーが上昇すると、演算増幅器１２５によって構
成される圧縮増幅器の反転入力端子に供給される電圧Ｖ
_PKも上昇するので、該圧縮増幅器の出力電圧が低下して
トランジスタ１３７の電流を低下させてレーザ・ダイオ
ード１３６の出力パワーを一定に保つようにする。

【００３７】又、レーザ・ダイオード１３６の出力パワ
ーが上昇する時には、抵抗１２９とコンデンサ１３０に
よって構成される平均値検出回路の出力Ｖ_DCも上昇する
ので、演算増幅器１３１によって構成される圧縮増幅器
の反転入力端子に供給される電圧Ｖ_DCも上昇し、該圧縮
増幅器の出力電圧が低下してトランジスタ１４０の電流
を低下させてレーザ・ダイオードのバイアス電流の変動
を抑圧する。

【００３８】そして、最終的には、該ピーク検出回路の
出力電圧Ｖ_PKと該平均値検出回路の出力電圧Ｖ_DCが所定
の電圧になるように制御がかかるので、図１１の構成の
消光比は一定に保たれる。

【００３９】図１２は、従来の電気−光変換回路（その
３）である。

【００４０】図１２において、１５１はフォト・ダイオ
ード、１５２は抵抗、１５３はダイオード、１５４はコ
ンデンサ、１５５は演算増幅器、１５６は抵抗、１５７
は可変抵抗、１５８は緩衝増幅器、１５９は抵抗、１６
０はコンデンサ、１６１は演算増幅器、１６２は抵抗、
１６３は可変抵抗、１６４はトランジスタ、１６５はト
ランジスタ、１６６はレーザ・ダイオード、１６７はト
ランジスタ、１６８は抵抗、１６９はチョーク・コイ
ル、１７０はトランジスタ、１７１は抵抗、１７２はト
ランジスタ１７０にベース・バイアス電圧を供給する電
源である。

【００４１】図１２の構成において、トランジスタ１６
４とトランジスタ１６５は、トランジスタ１６４とトラ
ンジスタ１６５のベースに供給されるデジタル電気信号
の論理レベルによってレーザ・ダイオード１６６に供給
するパルス電流を切り替える電流スイッチを構成し、ト
ランジスタ１６７は該パルス電流を決定する定電流源を
構成し、トランジスタ１７０はレーザ・ダイオード１３
６にバイアス電流を供給する定電流源を構成し、上記の
構成によってデジタル電気信号に対応してレーザ・ダイ
オード１６６を発光させる。

【００４２】レーザ・ダイオード１３６の出力光は光フ
ァイバへと導かれ、所謂バック光と呼ばれるレーザ・ダ
イオードの出力光の一部はフォト・ダイオード１５１に
導かれる。

【００４３】フォト・ダイオード１５１は、該バック光
を電気変換した電流を生成する。

【００４４】抵抗１５２は、フォト・ダイオード１５１
の出力電流を電圧変換する。

【００４５】ダイオード１５３とコンデンサ１５４はピ
ーク検出回路を構成し、フォト・ダイオード１５１と抵
抗１５２の接続点の電圧のピーク電圧Ｖ_PKを生成する。

【００４６】演算増幅器１５５、抵抗１５６及び可変抵
抗１５７は圧縮増幅器を構成する。該圧縮増幅器の反転
入力端子には該ピーク電圧Ｖ_PKが供給される。

【００４７】緩衝増幅器１５８の出力を抵抗１５９及び
コンデンサ１６０で構成する平均値検出回路に供給し、
フォト・ダイオード１５１と抵抗１５２の接続点の電圧
の平均電圧Ｖ_DCを生成する。

【００４８】演算増幅器１６１、抵抗１６２及び可変抵
抗１６３は圧縮増幅器を構成する。該圧縮増幅器の非反
転入力端子には、所定のデジタル電気信号が供給されて
図１２の構成が所定の条件で動作している時の該平均値
検出回路の出力電圧Ｖ_REF-Bが供給されている。そし
て、該圧縮増幅器の出力電圧を演算増幅器１５５で構成
する圧縮増幅器の非反転入力端子に供給する。

【００４９】即ち、トランジスタ１６７、トランジスタ
１６４及び１６５、レーザ・ダイオード１６６、フォト
・ダイオード１５１と２つの圧縮増幅器によって負帰還
ループが形成されている。

【００５０】従って、もしレーザ・ダイオード１３６の
出力パワーが上昇すると、演算増幅器１６１によって構
成される圧縮増幅器の反転入力端子に供給される電圧Ｖ
_DCも上昇するので、演算増幅器１６１によって構成され
る圧縮増幅器の出力電圧が低下する結果演算増幅器１５
５で構成される圧縮増幅器の出力電圧も低下して、レー
ザ・ダイオード１３６の出力パワーを一定に保つように
する。

【００５１】そして、該平均電圧Ｖ_DCと該ピーク電圧Ｖ
_PKを所定の電圧に保つように負帰還がかかり、一方、ト
ランジスタ１７０のベースには電源１７２の一定な出力
電圧が供給されるので、図１２の構成の消光比は一定に
保たれる。

【００５２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図１０乃至図
１２の構成には幾つかの問題があり、正確に消光比を一
定に保つことができないことがある。

【００５３】図１３は、図１０の構成の問題点を説明す
る図（その１）で、レーザ・ダイオードに供給するピー
ク電流に変動がある場合に消光比を一定に保つことがで
きないことを示すものである。

【００５４】図１３において、二次元座標の縦軸はレー
ザ・ダイオードの出力パワー、横軸はレーザ・ダイオー
ドに供給する駆動電流であり、二次元座標内の斜めの実
線はレーザ・ダイオードの出力パワー特性である。

【００５５】又、横軸の下に示しているのは、レーザ・
ダイオードに供給するバイアス電流Ｉ_B とパルス電流Ｉ
_P で、該パルス電流がデジタル電気信号によってスイッ
チングされる様子も併せて示している。

【００５６】そして、横軸の上、二次元座標内に示して
いるのは、レーザ・ダイオードの出力の光波形である。

【００５７】今、レーザ・ダイオードに供給するバイア
ス電流Ｉ_B には変化がなく、パルス電流に変化があるも
のとし、当初のパルス電流Ｉ_P1がＩ_P2に減少するものと
仮定する。

【００５８】バイアス電流には変化がないので、レーザ
・ダイオードの出力光の低レベル側のパワーＬ₁ とＬ₂
（これがバイアス発光レベルである。）はパルス電流の
変化の前後で変化しない。

【００５９】一方、図１３の例では、パルス電流がＩ_P1
からＩ_P2に減少するので、レーザ・ダイオードのピーク
出力パワーはＨ₁ からＨ₂ に減少する。

【００６０】図１０の構成では、この出力パワーの減少
を打ち消すように制御がかかり、最終的には出力パワー
が一定になる（ピーク出力パワーをＨ₂ からＨ₁ に戻す
ようにかかる負帰還の結果である。）。

【００６１】ところで、図１０の圧縮増幅器１０４の出
力によってピーク電流とバイアス電流の双方を制御して
いるので、ピーク出力パワーをＨ₂ からＨ₁ に戻した分
だけバイアス発光レベルを上昇させることになる。

【００６２】即ち、図１０による制御は、ピーク発光パ
ワーを一定に保つ代わりにバイアス発光レベルを変動さ
せるというものであるので、消光比を一定に保つことは
できない。

【００６３】図１４は、図１０の構成の問題点を説明す
る図（その２）で、レーザ・ダイオードに供給するバイ
アス電流に変動がある場合に消光比を一定に保つことが
できないことを示すものである。

【００６４】図１４において、二次元座標の縦軸はレー
ザ・ダイオードの出力パワー、横軸はレーザ・ダイオー
ドに供給する駆動電流であり、二次元座標内の斜めの腺
はレーザ・ダイオードの出力パワー特性である。

【００６５】又、横軸の下に示しているのは、レーザ・
ダイオードに供給するバイアス電流Ｉ_B とパルス電流Ｉ
_P で、該パルス電流Ｉ_P がデジタル電気信号によってス
イッチングされる様子も併せて示している。

【００６６】そして、横軸の上、二次元座標内に示して
いるのは、レーザ・ダイオードの出力の光波形である。

【００６７】今、レーザ・ダイオードに供給するパルス
電流Ｉ_P には変化がなく、バイアス電流Ｉ_B に変化があ
るものとし、当初のバイアス電流Ｉ_B1がＩ_B2に増加する
ものと仮定する。

【００６８】パルス電流Ｉ_P には変化がないので、レー
ザ・ダイオードの出力光パワーの振幅はバイアス電流Ｉ
_B の変化の前後で変化しない。

【００６９】一方、図１４の例では、バイアス電流がＩ
_B1からＩ_B2に増加するので、レーザ・ダイオードのピー
ク出力パワーはＨ₁ からＨ₂ に増加する。

【００７０】図１０の構成では、この出力パワーの減少
を打ち消すように制御がかかり、最終的には出力パワー
が一定になる（ピーク出力パワーをＨ₂ からＨ₁ に戻す
ようにかかる負帰還の結果である。）。

【００７１】ところで、図１０の圧縮増幅器１０４の出
力によってピーク電流とバイアス電流の双方を制御して
いるので、ピーク出力パワーをＨ₂ からＨ₁ に戻した分
だけバイアス発光レベルも減少させることになる。

【００７２】ピーク出力パワーをＨ₂ からＨ₁ に戻した
時、バイアス発光レベルはＬ₂ ・（Ｈ₁ ／Ｈ₂ ）に減少
するが、Ｈ₁ ／Ｈ₂ はＬ₁ ／Ｌ₂ は等しくないので、バ
イアス発光レベルをＬ₂ からＬ₁ に戻すことはできな
い。

【００７３】従って、この場合にも図１０の構成では消
光比を一定に保つことはできない。

【００７４】図１５は、図１０の構成の問題点を説明す
る図（その３）で、環境温度の変動によってレーザ・ダ
イオードの駆動電流対出力パワー特性に変動が生じた場
合（実際には、環境温度が下降する場合を想定して図示
している。）に消光比を一定に保つことができないこと
を示すものである。

【００７５】図１５において、二次元座標の縦軸はレー
ザ・ダイオードの出力パワー、横軸はレーザ・ダイオー
ドに供給する駆動電流であり、二次元座標内の斜めの線
はレーザ・ダイオードの出力パワー特性である。そし
て、太い実線が初期状態で、細い実線が温度下降後の状
態である。

【００７６】よく知られているように、環境温度が下降
するとレーザ・ダイオードの閾値電流Ｉ_THが小さくな
り、微分効率η（駆動電流の変化に対する光出力の出力
の変化を示す指標で、レーザ・ダイオードの駆動電流対
出力パワー特性の傾斜である。）が大きくなる。

【００７７】又、横軸の下に示しているのは、レーザ・
ダイオードに供給するバイアス電流Ｉ_B とパルス電流Ｉ
_P で、該パルス電流Ｉ_P がデジタル電気信号によってス
イッチングされる様子も併せて示している。

【００７８】そして、横軸の上、二次元座標内に示して
いるのは、レーザ・ダイオードの出力の光波形である。

【００７９】今、レーザ・ダイオードに供給するバイア
ス電流Ｉ_B とパルス電流Ｉ_P には変化がないものとす
る。

【００８０】しかし、温度の下降によって、閾値電流と
微分効率に変動が生ずるために、レーザ・ダイオードの
出力のバイアス発光レベルはＬ₁ からＬ₂ に上昇し、ピ
ーク出力パワーもＨ₁ からＨ₂ に上昇する。

【００８１】図１０の構成では、このピーク出力パワー
の上昇を打ち消すように制御がかかり、最終的にはピー
ク出力パワーが一定になる。ところで、図１０の圧縮増
幅器１０４の出力によってピーク電流とバイアス電流の
双方を制御しているので、ピーク出力パワーをＨ₂ から
Ｈ₁ に減少させて出力パワーを一定にした分だけバイア
ス発光レベルも減少させることになる。

【００８２】しかし、ピーク出力パワーをＨ₂ からＨ₁
に戻す比と、バイアス発光レベルをＬ₂ からＬ₁ に戻す
比は等しくない。

【００８３】従って、この場合にも図１０の構成では消
光比を一定に保つことはできない。

【００８４】即ち、図１０の構成においては、ピーク出
力パワーを一定に制御することはできるが、消光比を一
定に制御することはできない。

【００８５】次に、図１１及び図１２の構成の問題点を
説明する。

【００８６】先にも説明した通り、図１１及び図１２の
構成は、なんらかの原因でレーザ・ダイオードのピーク
出力レベルに変動が生じた時に、レーザ・ダイオードの
ピーク出力レベルが一定になるように制御し、且つ、ピ
ーク出力レベルとバイアス発光レベルの関係が一定にな
るように制御するものであるから、レーザ・ダイオード
のピーク出力レベルに変動が生ずる場合において消光比
を一定に制御できる。

【００８７】従って、電気−光変換回路の動作条件に変
動があっても、ピーク出力レベルに変動がない場合には
消光比を一定にすることはできない。

【００８８】ここで、信号のデューティ比だけが変動す
る場合を考える。もし、デューティ比が増加すれば、当
然、信号の平均値Ｖ_DCも増加する。従って、図１１の構
成ではバイアス電流を減少させるように制御が働く。

【００８９】これによってピーク出力レベルが低下する
ので、図１１の構成はピーク出力レベルを一定に保つべ
くピーク出力レベルを上昇させる方向に制御をかける。
しかし、これによってバイアス発光レベルも上昇させら
れるように制御される。

【００９０】即ち、図１１の演算増幅器１２５による圧
縮増幅器と演算増幅器１３１による圧縮増幅器の制御で
はバイアス発光レベルを一定に保つことができない。

【００９１】同様に、図１２の構成においても、デジタ
ル電気信号のデューティ比に変動が生じた場合には消光
比を一定に制御することはできない。

【００９２】ここで、デジタル電気信号のデューティ比
に変動が生じた場合に消光比にはどの程度の変動が生じ
得るかを解析しておく。

【００９３】図９は、フォト・ダイオードで電気変換さ
れた信号のモデルで、スクランブルされた信号のアイ・
パターンの１ビット分を示している。

【００９４】図９において、Ｄはデューティ比で、通常
は１００％前後である。Ｌは信号の低レベル側の電圧、
Ｖ_PKは信号の高レベル側の電圧、Ｖ_DCは信号の平均電
圧、Ｖ _ACは信号の振幅の１／２の電圧である。

【００９５】そして、図には記載されていないが、Ｍは
信号のマーク率で、通常は５０％になるようにデジタル
電気信号が形成される。

【００９６】以上の量の間には次の関係が成り立つ。即
ち、 Ｖ_DC＝Ｌ＋Ｄ・Ｍ・（Ｖ_PK−Ｌ） (1) （１）式をＬについて解くと、次の式が得られる。即
ち、 Ｌ＝（Ｖ_DC−Ｄ・Ｍ・Ｖ_PK）／（１−Ｄ・Ｍ） (2) 今、消光比をＥ_X とおくと、定義より消光比Ｅ_X は次の
式で表される。即ち、 Ｅ_X ＝Ｖ_PK／Ｌ (3) （２）式と（３）式を整理してＶ_PK／Ｖ_DCについて解
く。

【００９７】 Ｖ_PK／Ｖ_DC＝Ｅ_X ／〔１＋（Ｅ_X ＋１）・Ｄ・Ｍ〕 (4) デューティ比Ｄを９５％、１００％、１０５％と仮定し
て、該デューティ比をパラメタにしてＶ_PK／Ｖ_DCと消光
比Ｅ_X の関係を計算すると、図１６の結果を得る。尚、
図１６ではデューティ比をＤｕｔｙと標記しているが、
同一の事項である。

【００９８】今、ＩＴＵ（国際通信連合：Internationa
l Telecommunication Union の頭文字をとった略であ
る。）が定めている規格によれば、消光比は８．２ｄＢ
以上であるので、デューティ比が１００％で消光比が
８．２ｄＢの点を中心にしてデューティ比を±５％変化
させるものとすると、消光比は幅で最大３ｄＢ以上変化
する。

【００９９】そして、この問題は図１０の構成において
も同様である。

【０１００】又、図１２の構成においては、温度変動や
経時変化によって電源１７２やトランジスタ１７０の特
性が変化してバイアス電流に変化が起きた時にも、平均
電圧Ｖ_DCとピーク電圧Ｖ_PKを所定の電圧に保つように負
帰還がかかるために、消光比を一定値に補正するので、
光出力パワーに変動を引き起こすという問題もある。

【０１０１】更に、図１１及び図１２の構成では、２つ
の負帰還ループにおいて圧縮増幅器の圧縮度を調整する
必要があるが、最適な状態に調整するためには試験時に
２つの可変抵抗を交互に複数回調整する必要があり、煩
雑であると共に試験工数の増加を招くという問題があ
る。

【０１０２】本発明は、かかる問題点に鑑み、デジタル
電気信号のデューティ比に変動があっても、又、図１２
の構成においてバイアス電流に変動があっても、光出力
信号のバイアス発光レベルとピーク発光レベルの比であ
る消光比を正確に制御することができる消光比制御回路
と、該消光比制御回路を適用する電気−光変換回路を提
供することを目的とする。

【０１０３】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、光信号
を電気変換した信号の平均電圧をＶ_DCとし、光信号を電
気変換した信号の振幅の１／２の電圧をＶ_ACとする時、
Ｖ_DCとＶ_ACの比が所定の値以下になるように制御するこ
とにより、ＩＴＵが定める消光比に関する規格を満足さ
せると共に消光比を一定に保つ技術である。

【０１０４】図９に示している、フォト・ダイオードで
電圧変換された信号のモデルによって解析する。

【０１０５】まず、 Ｖ_AC＝Ｄ・Ｍ・（Ｖ_PK−Ｌ） (5) であるので、 Ｖ_PK＝Ｌ＋Ｖ_AC／Ｄ・Ｍ (6) が得られる一方、 Ｌ＝Ｖ_DC−Ｖ_AC (7) であるから、（３）式も考慮すれば Ｖ_DC／Ｖ_AC＝１＋１／〔（Ｅ_X −１）・Ｄ・Ｍ (8) を得る。

【０１０６】この結果により、デューティ比Ｄを９５％
から１０５％まで振ってＶ_DC／Ｖ_ACと消光比Ｅ_X の関係
を図示すると図８を得る。尚、図８においては、デュー
ティ比をＤｕｔｙと標記しているが、同一事項である。

【０１０７】ＩＴＵが定める消光比の規格は８．２ｄＢ
以上であるので、Ｖ_DC／Ｖ_ACの値を約１．３５以下に制
御すれば、消光比の規格を満足して且つ消光比の変動
を、最大でも０．５ｄＢ程度の幅に抑圧することができ
る。しかも、消光比の規格を割る領域においても、Ｖ_DC
／Ｖ_ACの値を一定に制御することによって消光比の変動
を１ｄＢ以下に抑圧できることが判る。

【０１０８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第一の実施の形
態である。

【０１０９】図１において、１はフォト・ダイオード、
２は抵抗、３は直流遮断コンデンサ、４は抵抗、５はダ
イオード、６は演算増幅器、７は抵抗、８は抵抗、９は
抵抗、１０は抵抗、１１はコンデンサ、１２は緩衝増幅
器、１３は抵抗、１４はコンデンサ、１５は圧縮増幅
器、１６は圧縮増幅器、１７はトランジスタ、１８はト
ランジスタ、１９はレーザ・ダイオード、２０はトラン
ジスタ、２１は抵抗、２２はチョーク・コイル、２３は
トランジスタ、２４は抵抗である。

【０１１０】図１の構成において、トランジスタ１７と
トランジスタ１８は、トランジスタ１７とトランジスタ
１８のベースに供給されるデジタル電気信号の論理レベ
ルによってレーザ・ダイオード１９に供給するパルス電
流を切り替える電流スイッチを構成し、トランジスタ２
０は該パルス電流を決定する定電流源を構成し、トラン
ジスタ２３はレーザ・ダイオード１９にバイアス電流を
供給する定電流源を構成し、上記の構成によってデジタ
ル電気信号に対応してレーザ・ダイオード１９を発光さ
せる。尚、チョーク・コイル２２はトランジスタ２３に
よって構成される定電流源がトランジスタ１８の交流的
な負荷にならないように挿入されている。

【０１１１】レーザ・ダイオード１９の出力光は光ファ
イバへと導かれ、所謂バック光と呼ばれるレーザ・ダイ
オード１９の出力光の一部はフォト・ダイオード１に導
かれる。

【０１１２】フォト・ダイオード１は、該バック光を電
気変換した電流を生成する。

【０１１３】抵抗２は、フォト・ダイオード１の出力電
流を電圧変換する。

【０１１４】直流遮断コンデンサ３、抵抗４及びダイオ
ード５はクランパを構成する。

【０１１５】演算増幅器６、抵抗７乃至９は帰還増幅器
を構成し、該クランパの出力電圧を所定の利得で増幅す
る。

【０１１６】抵抗１０とコンデンサ１１は平均値検出回
路を構成し、該帰還増幅器の出力の平均電圧を生成して
圧縮増幅器１５の反転入力端子に供給する。

【０１１７】一方、緩衝増幅器の出力端子に接続された
抵抗１３及びコンデンサ１４は平均値検出回路を構成
し、フォト・ダイオード１と抵抗２の接続点の電圧波形
の平均電圧Ｖ_DCを生成し、圧縮増幅器１６の反転入力端
子に供給すると共に、圧縮増幅器１５の非反転入力端子
に供給する。

【０１１８】圧縮増幅器１５の出力はトランジスタ２０
のベースに供給される。

【０１１９】又、圧縮増幅器１６の非反転入力端子に
は、図１の構成が所定の条件で動作している時のフォト
・ダイオード１と抵抗２の接続点の電圧波形の平均電圧
であるＶ_DC-Bが供給されている。

【０１２０】即ち、トランジスタ２０、トランジスタ１
７及び１８、レーザ・ダイオード１９、フォト・ダイオ
ード１、該クランパ、該帰還増幅器、該平均値検出回路
及び圧縮増幅器１５によって１つの負帰還ループが形成
され、トランジスタ２３、レーザ・ダイオード１９、フ
ォト・ダイオード１、緩衝増幅器１２、該平均値検出回
路及び圧縮増幅器１６によってもう１つの負帰還ループ
が形成され、且つ、抵抗１３及びコンデンサ１４によっ
て成る平均値検出回路の出力が圧縮増幅器１５に供給さ
れているので、２つの負帰還ループは互いに関係しなが
ら負帰還制御を行なう。

【０１２１】図２は、クランパと各部の電圧を示す図で
ある。

【０１２２】クランパの構成を示す図２（イ）におい
て、１はフォト・ダイオード、２は抵抗、３は直流遮断
コンデンサ、４は抵抗、５はダイオードで、符号は図１
と同じにしてある。そして、フォト・ダイオード１と抵
抗２の接続点の電圧をＶ₁ 、クランパの出力電圧をＶ₂
としている。

【０１２３】フォト・ダイオード１が電気変換して生成
する電流は、レーザ・ダイオードのバイアス発光レベル
に対応する電流を最低値とし、レーザ・ダイオードのピ
ーク発光レベルに対応する電流を最高値とする波形にな
るので、該電圧Ｖ₁ は図２（ロ）のＶ₁ に太い実線で示
す波形になり、その平均電圧がＶ_DCである。

【０１２４】一方、該電圧Ｖ₂ は、直流遮断コンデンサ
３の出力側の端子に抵抗４とダイオード５の並列回路が
接続されているから、図２（ロ）のＶ₁ のバイアス分を
カットした、振幅が２Ｖ_ACのパルス波形となる。

【０１２５】演算増幅器６によって構成される帰還増幅
器の非反転電圧利得をＧとすると、該帰還増幅器の出力
は２Ｇ・Ｖ_ACの振幅のパルス波形になる。

【０１２６】従って、抵抗１０とコンデンサ１１によっ
て成る平均値検出回路の出力は、電圧がＧ・Ｖ_ACの直流
になる。

【０１２７】一方、緩衝増幅器１２の出力はフォト・ダ
イオード１と抵抗２の接続点の電圧に等しいので、抵抗
１３及びコンデンサ１４によってなる平均値検出回路の
出力は図２（ロ）のＶ₁ に示したＶ_DCに等しい直流電圧
になる。

【０１２８】抵抗１３及びコンデンサ１４によってなる
平均値検出回路の出力が圧縮増幅器１６の反転入力端子
に供給され、圧縮増幅器１６の非反転入力端子には図１
の構成が所定の条件で動作している時のフォト・ダイオ
ード１と抵抗２の接続点の電圧波形の平均電圧Ｖ_DC-Bが
供給されており、圧縮増幅器１６の出力がトランジスタ
２３のベースに供給されている。

【０１２９】従って、トランジスタ２３、レーザ・ダイ
オード１９、フォト・ダイオード１、緩衝増幅器１２、
該平均値検出回路及び圧縮増幅器１６によって形成され
る負帰還ループによって、圧縮増幅器１６の反転入力端
子に供給される直流電圧Ｖ_DCと圧縮増幅器１６の非反転
入力端子に供給される直流電圧Ｖ_DC-Bとが等しくなるよ
うに制御がかかり、レーザ・ダイオード１９に供給され
るバイアス電流が一定になるように制御される。

【０１３０】一方、抵抗１０及びコンデンサ１１によっ
て成る平均値検出回路の出力である直流電圧Ｖ_ACが圧縮
増幅器１５の反転入力端子に供給され、抵抗１３及びコ
ンデンサ１４によって成る平均値検出回路の出力である
直流電圧Ｖ_DCが圧縮増幅器１５の非反転入力端子に供給
され、トランジスタ２０、トランジスタ１７及び１８、
レーザ・ダイオード１９、フォト・ダイオード１、該ク
ランパ、該帰還増幅器、該平均値検出回路及び圧縮増幅
器１５によって形成される負帰還ループによってＧＶ_AC
とＶ_DCが等しくなるように制御がかかり、レーザ・ダイ
オード１９のパルス電流が制御される。

【０１３１】ＧＶ_ACとＶ_DCが等しくなるということは、
該帰還増幅器の電圧利得Ｇは一定であるから、Ｖ_DCとＶ
_ACの比が一定に保たれることを意味する。既に図８に示
した如く、デューティ比Ｄが実用的な範囲で変動しても
Ｖ_DC／Ｖ_ACと消光比Ｅ_X の関係には殆ど変動が生じな
い。

【０１３２】従って、図１の構成によってバイアス電流
が一定に保たれ、デューティ比Ｄが実用的な範囲で変動
しても消光比が一定に保たれるので、ピーク発光レベル
も一定に保つことができる。

【０１３３】又、バイアス発光レベルが変動する場合に
も、ピーク発光レベルが変動する場合にも、Ｖ_DCが一定
になるように帰還がかかる上にＶ_DCとＶ_ACの比が一定に
なるように帰還がかかることは同じであるので、図１の
構成によってバイアス発光レベルもピーク発光レベルも
一定に保たれる、即ち、消光比を一定に保つことが可能
である。

【０１３４】図３は、本発明の第一の実施の形態の変形
（その１）である。

【０１３５】図３において、１はフォト・ダイオード、
２は抵抗、３は直流遮断コンデンサ、４は抵抗、５はダ
イオード、１０は抵抗、１１はコンデンサ、６は演算増
幅器、７は抵抗、８は抵抗、９は抵抗、１２は緩衝増幅
器、１３は抵抗、１４はコンデンサ、１５は圧縮増幅
器、１６は圧縮増幅器、１７はトランジスタ、１８はト
ランジスタ、１９はレーザ・ダイオード、２０はトラン
ジスタ、２１は抵抗、２２はチョーク・コイル、２３は
トランジスタ、２４は抵抗である。

【０１３６】図３の構成において、トランジスタ１７と
トランジスタ１８は、トランジスタ１７とトランジスタ
１８のベースに供給されるデジタル電気信号の論理レベ
ルによってレーザ・ダイオード１９に供給するパルス電
流を切り替える電流スイッチを構成し、トランジスタ２
０は該パルス電流を決定する定電流源を構成し、トラン
ジスタ２３はレーザ・ダイオード１９にバイアス電流を
供給する定電流源を構成し、上記の構成によってデジタ
ル電気信号に対応してレーザ・ダイオード１９を発光さ
せる。

【０１３７】レーザ・ダイオード１９の出力光は光ファ
イバへと導かれ、所謂バック光と呼ばれるレーザ・ダイ
オード１９の出力光の一部はフォト・ダイオード１に導
かれる。

【０１３８】フォト・ダイオード１は、該バック光を電
気変換した電流を生成する。

【０１３９】抵抗２は、フォト・ダイオード１の出力電
流を電圧変換する。

【０１４０】直流遮断コンデンサ３、抵抗４及びダイオ
ード５はクランパを構成する。

【０１４１】抵抗１０とコンデンサ１１は平均値検出回
路を構成し、該クランパの出力電圧の平均電圧Ｖ_ACを生
成する。

【０１４２】緩衝増幅器１２の出力端子に接続された抵
抗１３及びコンデンサ１４は平均値検出回路を構成し、
フォト・ダイオード１と抵抗２の接続点の電圧波形の平
均電圧を生成し、圧縮増幅器１６の反転入力端子に供給
する。

【０１４３】演算増幅器６、抵抗７乃至９は帰還増幅器
を構成し、抵抗１０及びコンデンサ１１によって成る平
均値検出回路の出力電圧を所定の利得で非反転増幅し、
抵抗１３及びコンデンサ１４によって成る平均値検出回
路の出力を所定の利得で反転増幅する。

【０１４４】該帰還増幅器の出力は圧縮増幅器１５の反
転入力端子に供給され、圧縮増幅器１５の非反転入力端
子には接地電位が供給され、圧縮増幅器１５の出力はト
ランジスタ２０のベースに供給される。

【０１４５】又、圧縮増幅器１６の反転入力端子には抵
抗１３及びコンデンサ１４によって成る平均値検出回路
の出力が供給され、圧縮増幅器１６の非反転入力端子に
は、図１の構成が所定の条件で動作している時の抵抗１
３及びコンデンサ１４によって成る平均値検出回路の出
力Ｖ_DC-Bが供給され、圧縮増幅器１６の出力はトランジ
スタ２３のベースに供給されている。

【０１４６】即ち、トランジスタ２０、トランジスタ１
７及び１８、レーザ・ダイオード１９、フォト・ダイオ
ード１、該クランパ、該平均値検出回路、該帰還増幅器
及び圧縮増幅器１５によって１つの負帰還ループが形成
され、トランジスタ２３、レーザ・ダイオード１９、フ
ォト・ダイオード１、緩衝増幅器１２、該平均値検出回
路及び圧縮増幅器１６によってもう１つの負帰還ループ
が形成され、且つ、抵抗１３及びコンデンサ１４によっ
て成る平均値検出回路の出力が該帰還増幅器の反転入力
端子に供給されているので、２つの負帰還ループは互い
に関係しながら負帰還制御を行なう。

【０１４７】既に説明したことと同様に、抵抗１０及び
コンデンサ１１によって成る平均値検出回路の出力は直
流電圧Ｖ_ACであり、抵抗１３及びコンデンサ１４によっ
て成る平均値検出回路の出力は直流電圧Ｖ_DCである。

【０１４８】今、演算増幅器６によって構成される帰還
増幅器の反転利得を−ｇとすれば、該帰還増幅器の非反
転利得は（１＋ｇ）であるから、該帰還増幅器の出力は
〔（１＋ｇ）Ｖ_AC−ｇＶ_DC〕である。従って、トランジ
スタ２０、トランジスタ１７及び１８、レーザ・ダイオ
ード１９、フォト・ダイオード１、該クランパ、該平均
値検出回路、該帰還増幅器及び圧縮増幅器１５によって
成る負帰還ループによって（１＋ｇ）Ｖ_ACとｇＶ_DCが等
しくなるように制御がかかる。

【０１４９】従って、（１＋ｇ）／ｇを図１の演算増幅
器６によって構成される帰還増幅器の非反転利得Ｇと等
しくなるようにｇを設定すれば、トランジスタ２０、ト
ランジスタ１７及び１８、レーザ・ダイオード１９、フ
ォト・ダイオード１、該クランパ、該平均値検出回路、
該帰還増幅器及び圧縮増幅器１５によって成る負帰還ル
ープによる制御は図１における同様な負帰還ループにお
ける制御と全く同じになる。

【０１５０】一方、トランジスタ２３、レーザ・ダイオ
ード１９、フォト・ダイオード１、緩衝増幅器１２、該
平均値検出回路及び圧縮増幅器１６によって成る負帰還
ループについては図１の同様な負帰還ループと全く同じ
である。

【０１５１】従って、図３の構成によっても、レーザ・
ダイオードのピーク発光レベルを一定に保つことが可能
であると共に、消光比を一定に保つことができる。

【０１５２】即ち、クランパの出力を増幅してから平均
値検出しても、クランパの出力の平均値検出した後で増
幅しても、回路の機能は同じである。

【０１５３】図４は、本発明の第一の実施の形態の変形
（その２）である。

【０１５４】図４において、１はフォト・ダイオード、
２は抵抗、３は直流遮断コンデンサ、４は抵抗、５はダ
イオード、６は演算増幅器、７は抵抗、８は抵抗、９は
抵抗、１０は抵抗、１１はコンデンサ、１２は緩衝増幅
器、１３は抵抗、１４はコンデンサ、１５は圧縮増幅
器、１５ａは圧縮増幅器、１６は圧縮増幅器、１６ａは
圧縮増幅器、１７はトランジスタ、１８はトランジス
タ、１９はレーザ・ダイオード、２０はトランジスタ、
２１は抵抗、２２はチョーク・コイル、２３はトランジ
スタ、２４は抵抗である。

【０１５５】図４の構成は、図１の構成において圧縮増
幅器１５の入力端子の反転、非反転を逆転し、圧縮増幅
器１５の出力を圧縮増幅器１５ａの反転入力端子に接続
し、圧縮増幅器１５ａの非反転入力端子に圧縮増幅器１
６の出力を供給し、圧縮増幅器１５ａの出力をトランジ
スタ２０のベースに供給し、トランジスタ２０のエミッ
タから圧縮増幅器１５ａの反転入力端子に負帰還をか
け、更に、図１の構成において圧縮増幅器１６の入力端
子の反転、非反転を逆転し、圧縮増幅器１６の出力を圧
縮増幅器１６ａの非反転入力端子に供給し、圧縮増幅器
１６ａの出力をトランジスタ２３のベースに接続し、ト
ランジスタ２３のエミッタから圧縮増幅器１６ａの反転
入力端子に負帰還をかけた構成にしたものである。

【０１５６】従って、図４の構成の動作も図１の構成の
動作と全く同じであり、レーザ・ダイオード１９のピー
ク発光レベルを一定に保つことが可能であると共に、消
光比を一定に保つことができる。

【０１５７】さて、図４の構成では、クランパにてクラ
ンプした電圧を増幅し、増幅した電圧の平均値を検出す
るという処理を行なって、フォト・ダイオードで電圧変
換した信号の振幅の１／２の電圧Ｖ_ACを生成する構成を
示しているが、クランプした電圧の平均値を検出した後
に増幅してもよい。

【０１５８】又、Ｖ_AC＝Ｖ_PK−Ｖ_DCであることを考慮す
れば、フォト・ダイオードで電圧変換した信号のピーク
を検出した電圧Ｖ_PKとフォト・ダイオードで電圧変換し
た信号の平均値を検出した電圧Ｖ_DCの差をとるという処
理によってもフォト・ダイオードで電圧変換した信号の
振幅の１／２の電圧Ｖ_ACを生成することができる。

【０１５９】即ち、回路の細部においては、図１、図３
及び図４の構成は変形が可能である。

【０１６０】図５は、本発明の第二の実施の形態であ
る。

【０１６１】図５において、３１はフォト・ダイオー
ド、３２は抵抗、３３は緩衝増幅器、３４は緩衝増幅
器、３５は抵抗、３６はコンデンサ、３７は演算増幅
器、３８は抵抗、３９は抵抗、４０は抵抗、４１は抵
抗、４２はコンデンサ、４３は圧縮増幅器、４４は圧縮
増幅器、４５はトランジスタ、４６はトランジスタ、４
７はレーザ・ダイオード、４８はトランジスタ、４９は
抵抗、５０はチョーク・コイル、５１はトランジスタ、
５２は抵抗である。

【０１６２】図５の構成において、トランジスタ４５と
トランジスタ４６は、トランジスタ４５とトランジスタ
４６のベースに供給されるデジタル電気信号の論理レベ
ルによってレーザ・ダイオード４７に供給するパルス電
流を切り替える電流スイッチを構成し、トランジスタ４
８は該パルス電流を決定する定電流源を構成し、トラン
ジスタ５１はレーザ・ダイオード４７にバイアス電流を
供給する定電流源を構成し、上記の構成によってデジタ
ル電気信号に対応してレーザ・ダイオード４７を発光さ
せる。

【０１６３】レーザ・ダイオード４７の出力光は光ファ
イバへと導かれ、所謂バック光と呼ばれるレーザ・ダイ
オード４７の出力光の一部はフォト・ダイオード３１に
導かれる。

【０１６４】フォト・ダイオード３１は、該バック光を
電気変換した電流を生成する。

【０１６５】抵抗３２は、フォト・ダイオード３１の出
力電流を電圧変換する。

【０１６６】ここでは、緩衝増幅器３３及び３４、抵抗
３５、コンデンサ３６、演算増幅器３７、抵抗３８乃至
４０、抵抗４１及びコンデンサ４２が構成する回路を誤
差増幅器と呼ぶことにする。該誤差増幅器の中で、抵抗
３５及びコンデンサ３６は平均値検出回路を構成し、抵
抗４１及びコンデンサ４２も平均値検出回路を構成す
る。

【０１６７】該誤差増幅器の出力は圧縮増幅器４３の反
転入力端子に供給され、圧縮増幅器４３の非反転入力端
子には抵抗３５及びコンデンサ３６によって成る平均値
検出回路の出力が供給され、圧縮増幅器４３の出力はト
ランジスタ４８のベースに供給される。

【０１６８】一方、抵抗３５及びコンデンサ３６によっ
て成る平均値検出回路の出力は圧縮増幅器４４の反転入
力端子に供給され、圧縮増幅器４４の非反転入力端子に
は図５の構成が所定の条件で動作している時の抵抗３５
及びコンデンサ３６によって成る平均値検出回路の出力
電圧に等しい電圧Ｖ_DC-Bが供給され、圧縮増幅器４４の
出力はトランジスタ５１のベースに供給される。

【０１６９】従って、トランジスタ４８、トランジスタ
４５及び４６、レーザ・ダイオード４７、フォト・ダイ
オード３１、該誤差増幅器及び圧縮増幅器４１によって
１つの負帰還ループが形成され、トランジスタ５１、レ
ーザ・ダイオード４７、フォト・ダイオード３１、該誤
差増幅器のうち緩衝増幅器３４、抵抗３５及びコンデン
サ３６によって成る平均値検出回路、後４４によっても
う１つの負帰還ループが形成され、２つの負帰還ループ
は互いに関係しながら帰還制御を行なっている。

【０１７０】図６は、誤差増幅器と各部の電圧を説明す
る図である。

【０１７１】誤差増幅器の構成を示す図６（イ）におい
て、３３は緩衝増幅器、３４は緩衝増幅器、３５は抵
抗、３６はコンデンサ、３７は演算増幅器、３８乃至４
０は抵抗、４１は抵抗、４２はコンデンサであり、図５
と同じ符号を以て示している。尚、図６（イ）において
は、フォト・ダイオード３１及び抵抗３２も併せて図示
している。

【０１７２】緩衝増幅器３３はフォト・ダイオード３１
と抵抗３２の接続点の電圧をそのまま出力するので、緩
衝増幅器３３の出力は図６（ロ）のＶ₃ の通りに、平均
電圧Ｖ_DCで、最低電位がＬで、最高電位がＶ_PKである矩
形波になる。

【０１７３】一方、抵抗３５及びコンデンサ３６によっ
な成る平均値検出回路の出力Ｖ₄は、図６（ロ）のＶ₃
の平均電圧Ｖ_DCに等しい直流電圧となる。

【０１７４】従って、圧縮増幅器４４の反転入力端子に
はＶ_DCが供給され、圧縮増幅器４４の非反転入力端子に
は図５の構成が所定の条件で動作している時のＶ_DC、即
ち、Ｖ_DC-Bが供給され、圧縮増幅器４４の出力によって
トランジスタ５１に負帰還をかけることになる。

【０１７５】このため、最終的にはＶ_DC＝Ｖ_DC-Bになる
ように制御がかかり、レーザ・ダイオードに供給される
バイアス電流が一定に制御され、レーザ・ダイオードの
バイアス発光レベルも一定に制御される。

【０１７６】図７は、誤差増幅器の出力特性を説明する
図である。

【０１７７】今、演算増幅器３７が正負任意の電圧を出
力できるならば、演算増幅器３７の出力は、演算増幅器
３７及び抵抗３８乃至４０で構成される帰還増幅器の非
反転利得をＧとすれば、平均電圧がＶ_DCで、最高電位が
（Ｖ_DC＋ＧＶ_AC）、最低電位が（Ｖ_DC−ＧＶ_AC）の矩形
波になる。図７には、非反転利得が１に対応する上記仮
想的な出力矩形波が示されている。

【０１７８】ここで、演算増幅器３７を負の電圧を出力
できない構成にしておくと（実際にこういう演算増幅器
は市場で入手可能である。）、Ｇ₀ ＝Ｖ_DC／Ｖ_AC以上の
利得の場合には演算増幅器３７の出力は０にリミットさ
れる。従って、該誤差増幅器の出力電圧は図７の破線で
囲まれる範囲に限定される。

【０１７９】この出力電圧の平均電圧を抵抗４１及びコ
ンデンサ４２によって成る平均値検出回路で検出するの
で、Ｇ₀ ＝Ｖ_DC／Ｖ_AC以下の利得の場合には出力は直流
電圧Ｖ_DCとなり、Ｇ₀ ＝Ｖ_DC／Ｖ_AC以上の利得の場合に
は出力は直流電圧（ＧＶ_AC＋Ｖ_DC）／２となる。

【０１８０】今、演算増幅器３７によって構成される帰
還増幅器の非反転利得をＧ₀ ＝Ｖ_DC／Ｖ_AC以上に設定す
るものとすれば、上記直流電圧（ＧＶ_AC＋Ｖ_DC）／２が
圧縮増幅器４３の反転入力端子に供給され、圧縮増幅器
４３の非反転入力端子にはＶ _DCが供給されることにな
る。そして、圧縮増幅器４３の出力によってトランジス
タ４８に負帰還をかけているので、最終的には（ＧＶ_AC
＋Ｖ_DC）／２＝Ｖ_DCになるように制御がかかる。上記電
圧関係はＧＶ_AC＝Ｖ_DCという関係と等価であることは容
易に理解できる。

【０１８１】従って、図５の構成の２つの負帰還ループ
の関係は図１の構成における２つの負帰還ループの関係
と全く同じになる。即ち、図５の構成によっても、レー
ザ・ダイオードのピーク発光レベルを一定に保ち、バイ
アス発光レベルを一定に保つことができる。つまり、図
５の構成によっても消光比を一定に保つことができる。

【０１８２】図１の構成に対して図３及び図４の構成の
如き変形が可能であることは既に説明したが、図５の構
成に対しても変形は可能である。

【０１８３】即ち、図示することはしないが、圧縮増幅
器から定電流源トランジスタまでの構成を、図１の構成
に対する図４の構成の如く変形することが可能である。

【０１８４】さて、（ＧＶ_AC＋Ｖ_DC）／２なる電圧を得
るための構成として、フォト・ダイオードで電圧変換し
た信号を非反転利得がＧで、最低出力電圧が０にリミッ
トされる増幅器の非反転入力端子に供給し、フォト・ダ
イオードで電圧変換した信号の平均値に等しい電圧Ｖ_DC
を該増幅器の反転入力端子に供給する構成を示したが、
（ＧＶ_AC＋Ｖ_DC）／２なる電圧を得るための構成はこれ
には限定されない。

【０１８５】即ち、例えば、既に説明した手段によって
フォト・ダイオードで電圧変換した信号の振幅の１／２
に等しい直流電圧Ｖ_ACと、フォト・ダイオードで電圧変
換した信号の平均電圧Ｖ_DCを生成し、該Ｖ_ACを利得Ｇで
増幅した電圧に該Ｖ_DCを加算し、（ＧＶ_AC＋Ｖ_DC）を分
圧回路によって１／２に分圧してもよい。

【０１８６】又、上記では一貫してＶ_DCとＶ_ACとの直接
的関係で消光比を一定に保つ技術の説明をしてきたが、
Ｖ_DC＝Ｖ_PK−Ｖ_ACやＶ_AC＝Ｖ_PK−Ｖ_DCなどの関係が成立
するので、Ｖ_PKとＶ_ACの関係やＶ_PKとＶ_DCの関係によっ
て消光比を一定に保つ制御を行なうことができる。従っ
て、本発明の本質は、上記等価的関係も含めて、Ｖ_DCと
Ｖ_ACとの関係で消光比を一定に保つ技術であるといえ
る。

【０１８７】最後に、上記においては電気−光変換回路
の構成を示し、その中に消光比制御回路の構成を明示し
て消光比を一定に保つことができることを説明した。従
って、消光比を正確に制御できる消光比制御回路を適用
した電気−光変換回路に関する説明は上記説明で十分で
ある。従って、上記消光比制御回路を適用する電気−光
変換回路については説明を省略する。

【０１８８】

【発明の効果】以上詳述した如く、本発明により、光出
力信号のバイアス発光レベルとピーク発光レベルの比で
ある消光比を正確に制御することができる消光比制御回
路と、該消光比制御回路を適用する電気−光変換回路を
実現することができる。

【０１８９】特に、本発明によれば電気−光変換回路に
供給されるデジタル電気信号のデューティ比に変動があ
った場合にも消光比を一定に保つことができることは、
本発明が今後の光通信に対して大きく貢献することがで
きることを示している。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第一の実施の形態。

【図２】 クランパと各部の電圧。

【図３】 本発明の第一の実施の形態の変形（その
１）。

【図４】 本発明の第一の実施の形態の変形（その
２）。

【図５】 本発明の第二の実施の形態。

【図６】 誤差増幅器と各部の電圧。

【図７】 誤差増幅器の出力特性を説明する図。

【図８】 Ｖ_DC／Ｖ_ACと消光比の関係。

【図９】 フォト・ダイオードで電圧変換された信号の
モデル。

【図１０】 従来の電気−光変換回路（その１）。

【図１１】 従来の電気−光変換回路（その２）。

【図１２】 従来の電気−光変換回路（その３）。

【図１３】 図１０の構成の問題点を説明する図（その
１）。

【図１４】 図１０の構成の問題点を説明する図（その
２）。

【図１５】 図１０の構成の問題点を説明する図（その
３）。

【図１６】 Ｖ_PK／Ｖ_DCと消光比の関係。

【符号の説明】

１ フォト・ダイオード ２ 抵抗 ３ 直流遮断コンデンサ ４ 抵抗 ５ ダイオード ６ 演算増幅器 ７ 抵抗 ８ 抵抗 ９ 抵抗 １０ 抵抗 １１ コンデンサ １２ 緩衝増幅器 １３ 抵抗 １４ コンデンサ １５ 圧縮増幅器 １５ａ 圧縮増幅器 １６ 圧縮増幅器 １６ａ 圧縮増幅器 １７ トランジスタ １８ トランジスタ １９ レーザ・ダイオード ２０ トランジスタ ２１ 抵抗 ２２ チョーク・コイル ２３ トランジスタ ２４ 抵抗 ３１ フォト・ダイオード ３２ 抵抗 ３３ 緩衝増幅器 ３４ 緩衝増幅器 ３５ 抵抗 ３６ コンデンサ ３７ 演算増幅器 ３８ 抵抗 ３９ 抵抗 ４０ 抵抗 ４１ 抵抗 ４２ コンデンサ ４３ 圧縮増幅器 ４４ 圧縮増幅器 ４５ トランジスタ ４６ トランジスタ ４７ レーザ・ダイオード ４８ トランジスタ ４９ 抵抗 ５０ チョーク・コイル ５１ トランジスタ ５２ 抵抗 １０１ フォト・ダイオード １０２ 抵抗 １０３ コンデンサ １０４ 圧縮増幅器 １０５ トランジスタ １０６ トランジスタ １０７ レーザ・ダイオード １０８ トランジスタ １０９ 可変抵抗 １１０ チョーク・コイル １１１ トランジスタ １１２ 可変抵抗 １２１ フォト・ダイオード １２２ 抵抗 １２３ ダイオード １２４ コンデンサ １２５ 演算増幅器 １２６ 抵抗 １２７ 可変抵抗 １２８ 緩衝増幅器 １２９ 抵抗 １３０ コンデンサ １３１ 演算増幅器 １３２ 抵抗 １３３ 可変抵抗 １３４ トランジスタ １３５ トランジスタ １３６ レーザ・ダイオード １３７ トランジスタ １３８ 抵抗 １３９ チョーク・コイル １４０ トランジスタ １４１ 抵抗 １５１ フォト・ダイオード １５２ 抵抗 １５３ ダイオード １５４ コンデンサ １５５ 演算増幅器 １５６ 抵抗 １５７ 可変抵抗 １５８ 緩衝増幅器 １５９ 抵抗 １６０ コンデンサ １６１ 演算増幅器 １６２ 抵抗 １６３ 可変抵抗 １６４ トランジスタ １６５ トランジスタ １６６ レーザ・ダイオード １６７ トランジスタ １６８ 抵抗 １６９ チョーク・コイル １７０ トランジスタ １７１ 抵抗 １７２ 電源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｂ 10/06 (72)発明者 林 明彦 神奈川県横浜市港北区新横浜２丁目３番９ 号 富士通ディジタル・テクノロジ株式会 社内 (72)発明者 山田 宏 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 BA01 EA29 GA03 GA04 GA12 GA38 5K002 AA01 BA13 CA09

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気−光変換回路に設けられているフォ
   ト・ダイオードによって電気−光変換回路に設けられて
   いるレーザ・ダイオードの出力光を電圧変換した信号の
   振幅の１／２に等しい電圧Ｖ_ACを利得Ｇで増幅した電圧
   Ｇ・Ｖ_ACと、 該フォト・ダイオードで電圧変換した信号の平均値に等
   しい電圧Ｖ_DCとの差電圧によって電気−光変換回路を制
   御することを特徴とする消光比制御回路。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の消光比制御回路であっ
   て、 上記フォト・ダイオードで電圧変換した信号の振幅の１
   ／２に等しい直流電圧Ｖ_ACは、該フォト・ダイオードで
   電圧変換した信号をクランプした電圧に増幅と平均値検
   出を施して得ることを特徴とする消光比制御回路。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の消光比制御回路であっ
   て、 上記フォト・ダイオードで電圧変換した信号を非反転利
   得がＧで、最低出力電圧が０にリミットされる増幅器の
   非反転入力端子に供給し、 該フォト・ダイオードで電圧変換した信号の平均値に等
   しい電圧Ｖ_DCを該増幅器の反転入力端子に供給し、 該増幅器の出力と、該フォト・ダイオードで電圧変換し
   た信号の平均値に等しい電圧Ｖ_DCとの差電圧によって電
   気−光変換回路を制御することを特徴とする消光比制御
   回路。
4. 【請求項４】 上記フォト・ダイオードで電圧変換した
   信号の振幅の１／２に等しい直流電圧Ｖ_ACを利得Ｇで増
   幅した電圧Ｇ・Ｖ_ACと、 該フォト・ダイオードで電圧変換した信号の平均値に等
   しい電圧Ｖ_DCとの差電圧によって上記レーザ・ダイオー
   ドにパルス電流を供給する定電流源の電流を制御し、 該フォト・ダイオードで電圧変換した信号の平均値に等
   しい電圧Ｖ_DCと、 所定の条件の時の該フォト・ダイオードで電圧変換した
   信号の平均値に等しい電圧Ｖ_DC-Bとの差電圧によって該
   レーザ・ダイオードにバイアス電流を供給する定電流源
   の電流を制御することを特徴とする電気−光変換回路。
5. 【請求項５】 上記フォト・ダイオードで電圧変換した
   信号を非反転利得がＧの増幅器の非反転入力端子に供給
   し、 該フォト・ダイオードで電圧変換した信号の平均値に等
   しい電圧Ｖ_DCを該増幅器の反転入力端子に供給し、 該増幅器の出力によって上記レーザ・ダイオードにパル
   ス電流を供給する定電流源の電流を制御し、 該フォト・ダイオードで電圧変換した信号の平均値に等
   しい電圧Ｖ_DCと、 所定の条件の時の該フォト・ダイオードで電圧変換した
   信号の平均値に等しい電圧Ｖ_DC-Bとの差電圧によって該
   レーザ・ダイオードにバイアス電流を供給する定電流源
   の電流を制御することを特徴とする電気−光変換回路。