JP2001111494A - 中間周波数安定化制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光伝送系における周波数安定化制御回路にお
いて周波数弁別器の出力の変動による温度を補償して周
波数誤差を削減することにある。 【解決手段】 変調用レーザ１の出力光と局発用レーザ
２の出力光を混合した後、受光器４により光電変換する
ことにより、中間周波数信号を得る光信号伝送系におい
て、中間周波数が入力された周波数弁別器８の出力電圧
と基準電圧の差をとり、その差と周波数弁別器８の出力
電圧の変動を温度補償回路１２で補償した値を加算した
結果に基づいて変調用レーザのバイアス電流と温度を制
御することにより、温度に依存しない精度の良い中間周
波数安定化制御装置が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光信号伝送系、例え
ばヘテロダイン検波を用いた光信号送信機または受信機
における中間周波数安定化制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ヘテロダイン検波を用いた光信号送信
機や受信機は、信号光と局部発振光の合波光を光検出器
において受光し、信号光と局部発振光の周波数差に相当
するビートを中間周波数として得て、送信機側からの中
間周波数信号により再度光変調して光伝送し、また受信
機側から中間周波数信号を復調してベースバンド信号を
得る。この種の装置では、信号光と局部発振光の周波数
変動により中間周波数が変動し、伝送特性や受信特性が
劣化することがあるので、中間周波数の安定化制御が必
要になる。

【０００３】図７は従来における中間周波数安定化制御
装置を説明するブロック構成図であり、従来の中間周波
数安定化制御装置の動作を図７に基づいて説明する。変
調用レーザ５１、局発用レーザ５２より出力された光
は、光カプラ５３で合波し、その合波光を受光器５４で
光信号から電気信号に変換する。このようにして得たビ
ート信号は、高周波アンプ５５で増幅し、電気カプラ５
６で分岐し、二つの出力のうち一方を周波数弁別器５８
に入力し、他方を送信用レーザ５７から光ファイバによ
り被送信装置〈図示省略〉側に送信する。

【０００４】周波数弁別器５８の出力は、自動周波数制
御（ＡＦＣ）回路５９に入力する。ＡＦＣ回路５９内の
周波数誤差検出回路６１は、目標中間周波数に対する周
波数弁別器の出力、すなわち基準電圧発生回路６０の出
力と周波数弁別器５８の実際の出力との出力差を検出
し、後段のアンプ６４にてＡＦＣ回路５９のフイードバ
ックゲインに見合うゲインで増幅する。ＡＦＣ回路５９
の出力に応じて変調用レーザ５１あるいは局発用レーザ
５２のバイアス電流制御回路６５，６７、温度制御回路
６６，６８を制御し、周波数変動方向と逆方向に周波数
が変動するように温度、バイアス電流を変化させる。以
上のようにして中間周波数を一定に制御したビート信号
が電気カプラ５６を経て送信用レーザ５７に入力し、そ
の出力を光ファイバにて被送信装置〈図示省略〉側に伝
送する。

【０００５】また中間周波数安定化制御装置には、例え
ば、特公平７−９５１７８（中間周波数安定化方法）が
ある。この方法では、２つの中間周波数信号のうち片方
を遅延させた後に中間周波数信号を合成することによ
り、２つ別々に周波数弁別する必要がなくなり、構成を
簡単にすることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
中間周波数安定化制御装置には、周波数弁別器の出力が
温度に依存して変動する場合に、その変動によってビー
ト周波数も変動することになるので、自動周波数制御
（ＡＦＣ）回路が温度変動に対して不安定になるという
問題がある。

【０００７】本発明の目的は、周波数弁別器の出力の変
動による温度を補償して周波数誤差を削減する中間周波
数安定化制御装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の中間周波数安定化制御装置は、変調用レーザの
出力光と局発用レーザの出力光を混合した後に光電変換
する受光手段と、受光手段により光電変換して得た中間
周波数信号を入力する周波数弁別手段と、基準電圧を発
生する基準電圧発生手段と、周波数弁別手段の出力と基
準電圧発生手段の出力との差に基づいて中間周波数信号
の誤差を検出して出力する周波数誤差検出手段と、周波
数弁別手段の出力の温度変動を補償する信号を出力する
温度補償手段と、周波数誤差検出手段の出力端に印加す
る出力電圧と温度補償手段の出力を加算する加算手段
と、加算手段の加算出力に基づいて変調用レーザにバイ
アス電流を制御するバイアス電流制御手段と、加算出力
に基づいて変調用レーザの温度を制御する温度制御手段
とを備えたものである。

【０００９】この発明では、変調用レーザの出力光と局
発用レーザの出力光を混合した後、受光手段により光電
変換することにより、中間周波数信号を得る光信号伝送
系にあって、中間周波数が入力された周波数弁別手段の
出力と基準信号との差と、周波数弁別手段の出力の変動
に応じて温度を補償する温度補償手段の出力を加算手段
で加算して得た加算出力により変調用レーザのバイアス
電流と温度を制御する中間周波数安定化制御装置であ
り、周波数弁別手段の出力の温度に対する変動を補償
し、温度変動に対しても安定な制御をすることができ
る。

【００１０】本発明の中間周波数安定化制御装置は、変
調用レーザの出力光と局発用レーザの出力光を混合した
後に光電変換する受光手段と、受光手段により光電変換
して得た中間周波数信号を入力する周波数弁別手段と、
基準信号を発生する基準信号発生手段と、周波数弁別手
段の出力と基準信号発生手段の出力との差に基づいて中
間周波数信号の誤差を検出して出力する周波数誤差検出
手段と、周波数弁別手段の出力の温度変動を補償する温
度補償手段と、周波数誤差検出手段から出力する中間周
波数信号の誤差に対応する信号を増幅する増幅手段と、
増幅手段の出力と温度補償手段の出力とを加算する信号
加算手段と、信号加算手段の加算出力に基づいて変調用
レーザにバイアス電流を制御するバイアス電流制御手段
と、加算出力に基づいて変調用レーザの温度を制御する
温度制御手段とを備えたものである。

【００１１】この発明では、変調用レーザの出力光と局
発用レーザの出力光を混合した後、受光手段により光電
変換することにより、中間周波数信号を得る光信号伝送
系にあって、中間周波数が入力された周波数弁別手段の
出力と基準信号との差から周波数誤差を出力し、その出
力を増幅手段で増幅したものと、周波数弁別手段の出力
の温度変動を補償する温度補償手段の出力とを加算して
得た加算出力に基づいて変調用レーザのバイアス電流と
温度を制御する中間周波数安定化制御装置であり、周波
数弁別手段の出力の温度に対する変動を補償し、温度変
動に対しても安定な制御をすることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図を用いて説明する。図１は本発明の中間周波数安
定化制御装置の第１実施形態に適用し得るヘテロダイン
検波を用いた光信号送信機の構成を示すブロック図、図
２は出力電圧と周波数の関係を示す特性図、図３は図１
に示す温度補償回路の構成例を示す図である。

【００１３】図１において、変調用レーザ１は変調に用
いるレーザであり、局発用レーザ２は局部発振用のレー
ザである。変調用レーザ１と局発用レーザ２は共に光カ
プラ３と光ファイバにより接続され、変調用レーザ１、
局発用レーザ２より出力された光は、光カプラ３で合波
する。

【００１４】光カプラ３は、受光手段である受光器４と
光ファイバで接続し、光カプラ３で合波した合波光を受
光器４で光信号から電気信号に光電変換する。受光器４
は、高周波アンプ５に接続し、受光器４で得たビート信
号を高周波アンプ５で増幅する。

【００１５】高周波アンプ５は、電気カプラ６とケーブ
ルにより接続し、電気カプラ６は、２つのケーブルの一
方が送信用レーザ７に接続され、他方が周波数弁別手段
である周波数弁別器８に接続される。高周波アンプ５の
出力は、電気カプラ６を経て２つに分岐され、二つの出
力のうち一方を周波数弁別器８に入力し、他方を送信用
レーザ７から光ファイバにより被送信装置〈図示省略〉
側に送信する。

【００１６】中間周波数安定化制御（ＡＦＣ）回路９
は、基準信号を発生する基準信号発生手段である基準電
圧発生回路１０、周波数弁別器８の出力に基づいて周波
数誤差を検出する周波数誤差検出手段としての周波数誤
差検出回路１１、周波数弁別器８の出力の温度変動を補
償する温度補償手段である温度補償回路１２、周波数誤
差検出回路１１の出力と温度補償回路１２の出力を加算
する信号加算手段である電圧加算回路１３及び電圧加算
回路１３の出力を増幅するアンプ１４からなる。

【００１７】温度補償回路１２は、例えば周波数弁別器
８の出力を後述する図３における温度センサ３０で検出
し、周波数弁別器８の出力の温度変動に合わせてオフセ
ット電圧発生回路３１のオフセット電圧を調整し、アン
プ３２で出力を増幅することにより温度を補償する。

【００１８】周波数弁別器８の出力は、ＡＦＣ回路９に
入力する。ＡＦＣ回路９内の周波数誤差検出回路１１
は、目標中間周波数に対する周波数弁別器８の出力、す
なわち基準電圧発生回路１０の出力と周波数弁別器８の
実際の出力との出力差を検出し、後段のアンプ１４にて
ＡＦＣ回路９のフイードバックゲインに見合うゲインで
増幅する。

【００１９】ＡＦＣ回路９のアンプ１４の出力は、バイ
アス電流制御手段であるバイアス電流制御回路１５，１
７及び温度制御手段である温度制御回路１６，１８に入
力し、変調用レーザ１あるいは局発用レーザ２を制御す
ることにより、周波数変動方向と逆方向に周波数が変動
するように温度、バイアス電流を変化させる。

【００２０】以上に説明したようにして、変調用レーザ
１、局発用レーザ２の出力を受光器４で光電変換して中
間周波数を一定に制御したビート信号が電気カプラ６を
経て送信用レーザ７に入力し、その出力を光ファイバに
て被送信装置〈図示省略〉側に伝送する。

【００２１】なお、温度補償回路１２は、周波数弁別器
８の温度に対する出力変動を抑制する作用を行うもの
で、周波数弁別器８の出力電圧の温度依存性を打ち消す
ような温度依存性をもつ素子とオペアンプから構成され
ている。図３は前記温度補償回路１２の一例の回路図で
ある。２０は温度センサであり、出力電圧が線形の温度
依存性を持つものである。オフセット電圧発生回路２１
は温度センサ２０のオフセット電圧を供給するものであ
り、またアンプ２２は周波数弁別器８の出力の温度依存
性を打ち消すように温度センサ２０の出力を増幅するも
のである。

【００２２】図４は図１における周波数弁別器の一つで
ある遅延検波方式の復調器を採用した場合の特性を示す
図で、図４（ａ）は復調器の出力電圧と温度との関係を
示す特性図、図４（ｂ）は図１における温度補償回路の
出力電圧と温度との関係を示す特性図であり、図４
（ｃ）は、図４（ａ）と図４（ｂ）に示す特性を合成し
た後の出力電圧と温度との関係を示す図である。

【００２３】以上のように構成された光信号送信機の動
作を図１、図３及び図４を参照して説明する。先ず、基
準となる温度（Ｔｃ）のとき「０」になるように、図３
に示す温度センサー３０の出力とオフセット電圧発生回
路３１の出力を加算する。その加算結果をアンプ３２で
増幅する。このときの出力と温度との関係を示す特性図
が図４の（ｂ）に示す特性図である。

【００２４】次に、図１に示す温度補償回路１２の出力
と、周波数弁別器８の出力と基準電圧との差とを加算す
る。その加算した結果は図４の（ｃ）に示す特性にな
る。このとき電圧加算回路１３の出力電圧を図１に示す
ＡＦＣ回路９のフイードバックゲインに見合うようにア
ンプ１４で増幅する。そして、ＡＦＣ回路９の出力を変
調用レーザ１のバイアス電流制御回路１５、温度制御回
路１６に入力し、周波数変動方向と逆方向に周波数が変
動するように温度、バイアス電流を変化させる。以上に
説明したようにして中間周波数を一定に制御したビート
信号を電気カプラ６経由で送信用レーザ７に送り、送信
用レーザ７の出力を光ファイバにて被送信装置（図示省
略）側に伝送する。

【００２５】本発明の実施の形態によるビート周波数と
温度との関係を示す図が図５である。

【００２６】この図５から明らかなように、本実施形態
による中間周波数安定化制御装置は、ビート周波数の変
動に対して温度を補償することができるので、中間周波
数を安定して制御することができる優れた効果が得られ
る。以上のように本実施形態によれば、図１に示す温度
補償回路１２を設けることにより、ビート周波数が温度
により変動しても、温度による変動分を速やかに補償す
ることができるので、中間周波数を安定して自動制御を
することができる。

【００２７】（実施形態２）図６は、本発明の光信号伝
送系における中間周波数安定化制御装置の実施形態２に
適用するヘテロダイン検波を用いた光信号送信機の構成
を示すブロック図である。本実施形態２は、実施形態１
の場合と同様に、従来の技術に示した光信号送信機の構
成に周波数弁別器の出力電圧の変動に伴う温度を補償す
る温度補償回路などを用いる点では共通する。第１実施
形態と同一の構成については、同一の符号を付し、詳し
い説明を省略し、異なる構成について詳しく説明する。

【００２８】図６において、ＡＦＣ回路１９は、基準信
号を発生する基準信号発生手段である基準電圧発生回路
１０、周波数弁別器８の出力に基づいて周波数誤差を検
出する周波数誤差検出手段としての周波数誤差検出回路
１１、周波数弁別器８の出力による温度変動を補償する
温度補償手段である温度補償回路１２、周波数誤差検出
回路１１の出力を増幅する増幅手段であるアンプ２０、
アンプ２０の増幅出力と温度補償回路１２の出力に基づ
いて信号を加算する信号加算手段である電圧加算回路２
１及び電圧加算回路２１の出力を増幅するアンプ２２か
らなる。

【００２９】図６を参照して本発明の第２実施形態の動
作を説明する。図６の説明においては、図５のように構
成された光信号送信機を例にその動作を説明する。周波
数弁別器８の出力電圧と基準電圧との差をアンプ２０に
て増幅したものと、温度補償回路１２の出力を電圧加算
回路２１で加算する。ここで、電圧加算回路２１の電圧
加算後におけるアンプ２２のゲインはＡＦＣ回路１９の
フィードバックゲインに見合うように設定する。

【００３０】以上のように本発明の第２実施形態によれ
ば、周波数弁別器８の出力電圧と基準電圧との差をアン
プ２０で増幅してから温度補償回路１２の出力と加算す
ることで、周波数弁別器８の出力電圧と基準電圧との差
が微小である場合に、より精度良く温度を補償すること
ができる。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明は、中間周波数が入
力された周波数弁別器の出力電圧と基準電圧の差に、周
波数弁別器の出力電圧の温度依存性を打ち消すような温
度依存性をもつ素子の出力を加算することにより、温度
変動に対しても周波数の安定な制御ができるという効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態における中間周波数安定
化制御装置を適用した光信号送信機のブロック図

【図２】図１に示す周波数弁別器の出力と周波数との関
係を示す図

【図３】図１に示す中間周波数安定化制御装置に適用し
た光信号送信機の温度補正回路の具体的なブロック図

【図４】図１に示す周波数弁別器の出力と温度との関係
を示す特性図

【図５】図１に示す中間周波数安定化制御装置の動作説
明のためのビート周波数と温度との関係を示す図

【図６】本発明の第２実施形態における中間周波数安定
化制御装置を適用した光信号送信機のブロック図

【図７】従来の中間周波数安定化制御装置を適用した光
信号送信機のブロック図

【符号の説明】

１ 変調用レーザ ２ 局発用レーザ ３ 光カプラ ４ 受光器（受光手段） ５ 高周波アンプ ６ 電気カプラ ７ 送信用レーザ ８ 周波数弁別器（周波数弁別手段） ９，１９ ＡＦＣ回路 １０ 基準電圧発生回路（基準電圧発生手段） １１ 周波数誤差検出回路（周波数誤差検出手段） １２ 温度補償回路（温度補償手段） １３ 電圧加算回路〈電圧加算手段〉 １４，２０，２２ アンプ １５，１７ バイアス電流制御回路（バイアス電流制御
手段） １６，１８ 温度制御回路（温度制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── 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） // Ｇ０２Ｆ 2/02

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変調用レーザの出力光と局発用レーザの
   出力光を混合した後に光電変換する受光手段と、 前記受光手段により光電変換して得た中間周波数信号を
   入力する周波数弁別手段と、 基準信号を発生する基準信号発生手段と、 前記周波数弁別手段の出力と前記基準信号発生手段の出
   力に基づいて前記中間周波数信号の誤差を検出して出力
   する周波数誤差検出手段と、 前記周波数弁別手段の出力信号の温度変動を補償する信
   号を出力する温度補償手段と、 前記周波数誤差検出手段の出力と前記温度補償手段の出
   力を加算する出力信号加算手段と、 前記出力信号加算手段の加算出力に基づいて前記変調用
   レーザのバイアス電流を制御するバイアス電流制御手段
   と、 前記加算出力に基づいて前記変調用レーザに温度制御信
   号を入力する信号制御手段とを備えた中間周波数安定化
   制御装置。
2. 【請求項２】 変調用レーザの出力光と局発用レーザの
   出力光を混合した後に光電変換する受光手段と、 前記受光手段により光電変換して得た中間周波数信号を
   入力する周波数弁別手段と、 基準信号を発生する基準信号発生手段と、 前記周波数弁別手段の出力と前記基準電圧発生手段の出
   力との差に基づいて前記中間周波数信号の誤差を検出し
   て出力する周波数誤差検出手段と、 前記周波数弁別手段の出力の温度変動を補償する信号を
   出力する温度補償手段と、 前記周波数誤差検出手段の出力信号を増幅する増幅手段
   と、 前記増幅手段の出力信号と前記温度補償手段の出力信号
   とを加算する信号加算手段と、 前記信号加算手段の加算出力に基づいて前記変調用レー
   ザのバイアス電流を制御するバイアス電流制御手段と、 前記加算出力に基づいて前記変調用レーザの温度を制御
   する温度制御手段とを備えた中間周波数安定化制御装
   置。