JP2004045730A

JP2004045730A - Optical fiber transmitter

Info

Publication number: JP2004045730A
Application number: JP2002202773A
Authority: JP
Inventors: Giyou Chin; 陳　凝; Yoshiaki Tarusawa; 垂澤　芳明; Tsuneyoshi Terada; 寺田　矩芳
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2004-02-12

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical fiber transmitter capable of holding an optimum optical path position and obtaining stable electric/optic conversion characteristics. <P>SOLUTION: The optical fiber transmitter for converting high frequency signals to optical signals by using an electric/optic conversion device, coupling light emitted from the electric/optic conversion device to an optical fiber by using an optical coupling system and transmitting it comprises: an optical signal electric power measuring means for measuring the electric power value of the optical signal coupled to the optical fiber; an optical axis deviation detecting means for detecting the deviation of the optical axis of the emitted light outputted from the electric/optic conversion device and the optical axis of the optical coupling system by the change of the electric power value of the optical signals measured by the optical signal electric power measuring means; and an optical axis deviation correcting means for adjusting the position of the optical coupling system on the basis of a detection result of the optical axis deviation detecting means and correcting the deviation of the optical axis. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波信号を光ファイバーケーブルを用いて伝送する光ファイバ伝送装置に係り、詳しくは、移動通信用の基地局アンテナの送受信高周波信号の伝送に利用される光ファイバ伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来技術による高周波信号の光ファイバ伝送を説明するためのブロック図である。同図において、この光ファイバ伝送装置は、高周波信号の入力端子Ａ１００、電気／光変換装置３００、光ファイバケーブル４００、光／電気変換装置５００、高周波信号の出力端子Ｂ２００とから構成される。入力端子Ａ１００から入力された高周波信号は電気／光変換装置３００によって光信号に変換される。この光信号は光ファイバケーブル４００にて伝送され、光／電気変換装置５００に入力された後、高周波信号に変換されて出力端子Ｂ２００より出力されるようになっている。この光ファイバ伝送装置は、例えば、移動通信用基地局のアンテナと離れた場所に設置される送受信機との間の高周波信号の伝送に用いられる。このような光ファイバ伝送装置は、高周波信号を同軸ケーブルを用いて伝送する場合と比して、軽量で設置性が優れると共に、長距離伝送の場合低損失の特徴がある。
【０００３】
上記電気／光変換装置３００は、一般に電気／光変換素子を用いて光強度変調される。これは、電気／光変換素子の駆動電流の大きさを高周波信号の波形にしたがって変動させることによって、電気／光変換素子の出力光の強度を変化させるものである。このような光ファイバ伝送装置の特性、例えば、利得、歪、雑音特性は、電気／光変換素子の変換効率、非線形特性、及び雑音特性等の電気／光変換特性に支配される。一方、電気／光変換素子の電気／光変換特性は動作温度に依存する性質があるため、低い動作温度が好ましい。電気／光変換素子が動作するときには、発熱による内部温度の上昇が発生する。現状では、この内部温度の上昇を防ぐために、電気／光変換素子に冷却効果のあるペルチェ素子を取りつけることで動作温度の安定化を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術において、電気／光変換素子の動作温度の設定は、ペルチェ素子の冷却能力の限界となる室温付近の範囲となっている。電気／光変換素子の最適な電気／光変換特性を得るためには、その動作温度をマイナス数十度以下の非常に低い温度まで下げることが必要となってくる。これは冷却能力の高い冷却装置を用いることで実現できるが、動作温度を非常に低い温度まで下げた場合、低温収縮によって、電気／光変換素子、及び冷却装置の装着面に機械的変形が発生する。電気／光変換素子の出力光は、一般的に放射状のビームとなって電気／光変換素子から出射される。この出射光のビームを光学結合系により光ファイバのコアに集約して入射させる。光学結合系は、例えば、レンズを用いて実現することができる。出射光のビームを最大限に光ファイバケーブルに集約するためには、出射光のビームの中心軸すなわち光軸と、光学結合系の光軸を一直線に合わせ、かつ電気／光変換素子と光学結合系間の距離を最適にすることが必要である（このように最適化される光路の位置を“最適光路位置”という）。ところが、この最適光路位置の設定を、室温条件で行っても、前述した電気／光変換素子の低温収縮の影響により、機械的変形が発生し、光路位置のずれが発生してしまう。
【０００５】
また、上記機械的変形により、電気／光変換素子、及び冷却装置の装着面の材質内部において応力が発生し、この応力によって機械的変形の経時変化が発生し、光路位置のずれの経時変化が引起される。この光路位置のずれは、光軸合わせ不良を引き起こし、光ファイバへの光結合が精度良く行えないといった問題を生じさせる。さらに、この光路位置のずれ発生により、光を完全に光ファイバのコアに集約して入射させることができなくなり、光の一部がコア以外の部分に照射される。この部分の光は乱反射により反射され、一部の反射光は光学結合系を経て再び電気／光変換素子に入射される。この結果、電気／光変換素子内部で不安定な発振が引き起こり、電気／光変換素子の電気／光変換特性を劣化させるといった欠点があった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、最適光路位置を保持し、安定した電気／光変換特性を得ることのできる光ファイバ伝送装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載されるように、高周波信号を電気／光変換素子により光信号に変換し、該電気／光変換素子からの出射光を光学結合系により光ファイバに結合させて伝送する光ファイバ伝送装置において、　前記光ファイバに結合される光信号の電力値を測定する光信号電力測定手段と、　前記光信号電力測定手段により測定される前記光信号の電力値の変化により前記電気／光変換素子から出力される出射光の光軸と前記光学結合系の光軸のずれを検出する光軸ずれ検出手段と、前記光軸ずれ検出手段での検出結果に基づいて前記光学結合系の位置を調整して前記光軸のずれを修正する光軸ずれ修正手段とを備えたことを特徴している。
【０００８】
本発明の請求項２は、前記光ファイバ伝送装置において、前記光信号電力測定手段は、前記光ファイバにて伝送される光信号を分岐する光信号分岐手段と、その分岐された光信号の電力値を検出するレベル検出手段とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
本発明の請求項３は、前記光ファイバ伝送装置において、前記光信号電力測定手段にて得られる光信号の電力値が平均電力値であることを特徴としている。
【００１０】
本発明の請求項４は、前記光ファイバ伝送装置において、前記光軸ずれ検出手段は、前記光ファイバの光信号の電力値がもっとも強く観測される位置関係に、前記電気／光変換素子と前記光学結合系がなったときに、そのもっとも強く観測された光信号の電力値を最大値として記憶する光信号最大値記録手段と、前記光信号電力測定手段により測定された前記光信号の電力値と前記記憶された光信号の最大値とを比較し、その比較結果に基づいて前記電気／光変換素子から出力される出射光の光軸と前記光学結合系の光軸のずれ発生を判断する光軸ずれ発生判断手段とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
本発明の請求項５は、前記光ファイバ伝送装置において、前記光軸ずれ発生判断手段は、前記測定された前記光信号の電力値が前記記憶された光信号の最大値より小さいと判定されたときに前記電気／光変換素子から出力される出射光の光軸と前記光学結合系の光軸のずれが発生したと判断し、当該光軸のずれを修正するに必要な情報を出力する光軸修正情報出力手段を備えたことを特徴としている。
【００１２】
本発明の請求項６は、前記光ファイバ伝送装置において、前記光軸ずれ修正手段は、前記光学結合系の制御が可能な微動台を備え、前記光軸修正情報出力手段により出力された修正情報に基づいて、前記光学結合系に備えられた微動台を制御して前記光軸のずれの修正することを特徴としている。
【００１３】
本発明の請求項７は、高周波信号を電気／光変換素子により光信号に変換し、該電気／光変換素子からの出射光を光学結合系により光ファイバに結合させて伝送する光ファイバ伝送装置において、前記高周波信号と異なる周波数で所定レベルのパイロット信号を発生させるパイロット信号発生手段と、前記高周波信号と前記パイロット信号を合成して前記電気／光変換素子に入力する合成手段と、前記合成手段により合成され、前記光ファイバに結合されるパイロット信号の電力値を測定するパイロット信号レベル測定手段と、前記パイロット信号レベル測定手段により測定されたパイロット信号の電力値に基づいて、前記電気／光変換素子から出力される出射光の光軸と前記光学結合系の光軸との光軸のずれを検出する光軸ずれ検出手段と、前記光軸ずれ検出手段での検出結果に基づいて前記光学結合系の位置を調整して前記光軸のずれを修正する光軸ずれ修正手段とを備えたことを特徴としている。
【００１４】
上記本発明の構成によれば、光ファイバケーブルに結合される光信号の平均パワーを求め、その求めた光信号の平均パワーが、最適光路位置設定時に測定・保持された光信号の平均パワーの最大値に近づくよう光学結合系の位置調整が行われるため、低温冷却による機械的変形が生じても最適光路位置からの光軸のずれを修正することができる。また、上記光信号の平均パワーが常に測定されるので、最適光路位置からの光軸のずれをほぼリアルタイムに修正することができ、安定した電気／光変換素子の電気／光変換特性を得ることができる。
【００１５】
また、一定のレベルのパイロット信号を伝送すべき光信号に重畳し、抽出されたパイロット信号のレベルから光路位置のずれを判断することで、平均値が時間的に変動するような高周波信号を入力した場合であっても、時間的変動の影響を受けずに光路位置のずれを判断することができる。その結果、光路位置のずれの誤判断を低減させることができ、より精度の高い光路位置のずれ修正が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
（第１実施例）
図１に本発明の光ファイバ伝送装置の第１実施例を示す。図１において、この光ファイバ伝送装置は、電気／光変換素子（レーザダイオード）１０、出射光ビーム１１、出射光ビームの光軸１２、冷却装置２０、光学結合系３０、レンズ３１、光ファイバ支持具３２、光学結合系支持具３３、光学結合系の光軸３４、電気ケーブル４０、光ファイバケーブル５０、光カプラ６０、光路位置制御装置６１、微動台６２、で構成され、光路位置制御装置６１は、さらに、フォトダイオード６３、フィルタ６４、レベル検出器６５、制御出力器６６とから構成される。
【００１８】
入力高周波信号は電気ケーブル４０を介して電気／光変換素子１０に入力される。電気／光変換素子１０の出力光信号（高周波信号→光信号に変換）の強度は、入力された高周波信号により強度変調される。その後、電気／光変換素子１０の出力光信号は、出射光ビーム１１となって空間へ伝わる。この出射光ビーム１１の形状は放射状である。出射光ビーム１１の中心軸は出射光ビームの光軸１２となる。電気／光変換素子１０は冷却装置に設置され、所定の非常に低い動作温度で動作する。
【００１９】
光ファイバケーブル５０の始端には、電気／光変換素子１０の出力光を光ファイバケーブル５０に結合するための光学結合系３０が取りつけられる。この光学結合系３０は、レンズ３１と、光ファイバ支持具３２で構成され、レンズ３１を用いて出射光ビーム１１を絞り、その絞った出射光ビーム１１を光ファイバケーブル５０の始端のコアに入射させる。光ファイバケーブル５０の始端は、光ファイバ支持具３２に固定されて、レンズ３１と共に光学結合系支持具３３に固定される。この光学結合系支持具３３は微動台６２に固定される。光学結合系３０の中心軸は、光学結合系の光軸３４となる。電気／光変換素子１０の出射光を最大に光ファイバケーブル５０に結合するためには、出射光ビームの光軸１２と光学結合系の光軸３４とを一直線に合わせ、電気／光変換素子１０の光学結合系３０の距離を適切に設定する必要がある。このときの電気／光変換素子１０と光学結合系３０との位置関係は　“最適光路位置”になる。
【００２０】
前述したように、電気／光変換素子１０は冷却装置２０により非常に低い温度に冷却される際、電気／光変換素子１０、及び冷却装置２０装着面の材質の低温収縮によって、機械的変形が発生する。さらに、この機械的変形は、電気／光変換素子１０、及び及び冷却装置２０の装着面の材質内部における応力の働きにより経時変化が引起される。このような機械変形によって、光路位置は最適光路位置がずれ、かつ経時変動は発生する。この光路位置のずれ（＝光軸のずれ）及び経時変動が生じると、光ファイバケーブル５０に結合される光信号の電力（以下、パワーという）が低下すると同時に、光の反射により電気／光変換素子１０の動作が不安定（電気／光変換特性が劣化する）になるが、本発明は光路位置のずれを図２に示すような手順に従って修正する。図２は光路位置制御装置６１での光路位置ずれ修正の処理を示すフローチャートである。
【００２１】
同図において、光路位置制御装置６１は、最適光路位置が設定されたときの光ファイバケーブル５０に結合される光パワー（以下、Ｐ１ｍａｘという）を予め測定（光パワーの測定方法については後述する）し、制御出力器６６内の所定メモリに記憶（Ｓ１）する。この最適光路位置設定時の光パワー（Ｐ１ｍａｘ）の上記メモリへの登録は、例えば、手動で光路位置が最適光路位置となるよう調整した後、後述する光パワー測定を行い、測定結果をメモリに登録する方法がある。
【００２２】
このようにして最低光路位置での光パワー（Ｐ１ｍａｘ）が設定されると、次いで光ファイバケーブル５０に結合される光パワーの測定が開始される。
【００２３】
ここで、光パワーの測定方法について説明する。光パワーの測定（本例では、光平均パワーが測定される）は、本例では説明を平易にするために、ｉ番目、ｉ＋１番目〜と時系列で順次測定されると想定する。なお、この光パワーの測定に際し、初期値ｉ＝１が予め設定（Ｓ２）されるものとして、以下説明を進める。
【００２４】
光ファイバケーブル５０の中の光信号は、同ケーブルに挿入された光カプラ６０を通して、一部が取り出される（Ｓ３）。このとき、光カプラ６０の分周比を適切に設定することで、分配による光ファイバケーブル５０中の光信号のパワー損失を最小限に抑えることができる。光カプラ６０により取り出された光信号は、その後、フォトダイオード６３にて光強度変調され、光信号の照射により電流が発生する。この発生した電流の直流成分は光信号の平均パワーに比例し、フィルタ６４によって取り出された後、レベル検出器６５にてその大きさが測定される。すなわち、フォトダイオード６３に入力された光信号の平均パワーは、レベル検出器６５で測定された直流電流の大きさから求めることができる。換言すれば、レベル検出器６５での測定値と、光カプラ６０の分配比から、光ファイバケーブル５０に結合される光信号の光パワー（Ｐ１，１）が求められる（Ｓ４）。上記（Ｐ１，１）は、Ｐ１ｍａｘ設定後、最初（＝１番目）に測定された光パワーという意味である。なお、Ｐ１は“電力名”の呼称である。上記のような光ファイバケーブル５０に結合される光パワーの測定法は、前述の光パワーＰ１ｍａｘ測定の際にも適用される。
【００２５】
上記のようにして光パワー（Ｐ１，１）が求められると、予め記憶しておいた光パワーＰ１ｍａｘと上記光パワー（Ｐ１，１）が制御出力器６６において比較判定（Ｓ５）される。制御出力器６６はこの判定（Ｓ５）で（Ｐ１，１）がＰ１ｍａｘより小さいと判定（Ｓ５でＹｅｓ）した場合、光路位置のずれが発生したと判断し、微動台６２を制御して光路位置を修正させるための制御情報を生成して出力（Ｓ６）する。その後、初期値ｉが＋１インクリメント（Ｓ７）されて最初の処理に戻る。一方、上記判定（Ｓ５）で、（Ｐ１，１）がＰ１ｍａｘより小さくないと判定（Ｓ５でＮｏ）された場合、制御出力器６６は光路位置にずれがないと判断し、初期値ｉを＋１インクリメント（Ｓ７）して最初の処理に戻る。これ以後は、光パワー（Ｐ１，２）（Ｐ１，３），…，（Ｐ１，ｎ）が順次測定され、その都度、Ｐ１ｍａｘと比較されて光路位置ずれの発生があるかどうかが判定される。
【００２６】
このように光路位置調整制御装置６１は、常に（Ｐ１，ｉ）を測定し、光路位置にずれが生じたかどうかを判断する。そして、この判断で光路位置にずれが生じていると判断された場合、光路位置のずれを修正するための制御情報を微動台６２に出力する。
【００２７】
次に、光路位置のずれ修正方法について図３を用いて説明する。図３は、光路位置のずれ修正を説明するための図である。図３において、電気／光変換素子１０の発行端面の位置を直交座標系の原点Ｏにあるとし、出射光ビームの光軸１２はｘ軸にあるとする。この位置と光軸の向きを原点Ｏに位置する
【００２８】
【数１】

を用いて表す。一方、最適光路位置おいて、光学結合系３０はＴにあり、その光軸が原点Ｏに向ける状態であり、ベクトル
【００２９】
【数２】

を用いて表す。光路位置のずれが発生した後の光学結合系３０の位置はＡにあるとし、その光軸は同図に示したベクトル
【００３０】
【数３】

の向きをとっているとする。ここで、Ａの座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とし、
【００３１】
【数４】

ＸＹ平面とではさむ角度をα、
【００３２】
【数５】

Ｙ平面における投影とＸ軸とではさむ角度をβとする。光路位置制御装置６１はｘ，ｙ，ｚ，α，β、ぞれぞれの要素を調整することによって、
【００３３】
【数６】

を
【００３４】
【数７】

にもっていき、光路位置のずれを修正する。上記ｘ，ｙ，ｚ，α，βの調整は、例えば、次のよな手順で行われる。
【００３５】
（ｘ，ｙ，ｚ，α，βの調整）
例えば、ｘを調整する場合、他の調整要素であるｙ，ｚ，α，βを保ったまま行う。具体的には、まず、ｘを微小な変化量Δをもって増大し、これによって（Ｐ１，ｉ）が増大すれば、ｘを増加する方向に調整すべきことが判る。逆に（Ｐ１，ｉ）が低下する場合、ｘを減少する方向に調整すべきことが判る。このようにしてｘを調整していき最適値を求める。Ｘを正しい方向へ調整していくと、Ｐ１は単調的に増加するが、ｘの最適値を過ぎるとＰ１は再び減少する。したがって、Ｐ１が減少しかかる位置の手前の位置はｘの最適値である。ｙ，ｚ，α，βについても、上記同様な方法によってそれぞれの最適値が決められる。光路位置制御装置６１の中に備えられた制御出力器６６は、（Ｐ１，ｉ）がＰ１ｍａｘに近づくようｘ，ｙ，ｚ，α，βの調整量（Δ）を制御情報として微動台６２に出力して光学結合系３０を制御し、それぞれの調整要素（ｘ，ｙ，ｚ，α，β）が最適値となるよう微調整を行う。これにより、光学結合系の光軸３４と電気／光変換素子１０の光路位置のずれが修正される。
【００３６】
上述したように、本実施例１によれば、光ファイバケーブルに結合される光信号の平均パワーを求め、その求めた光信号の平均パワーが、最適光路位置設定時に測定・保持された光信号の平均パワーの最大値に近づくよう光路位置制御装置６１にて光学結合系の位置調整が行われるため、低温冷却による機械的変形が生じても最適光路位置からの光軸のずれを修正することができる。また、上記光信号の平均パワーが常に測定されるので、最適光路位置からの光軸のずれをほぼリアルタイムに修正することができ、安定した電気／光変換素子１０の電気／光変換特性を得ることができる。
【００３７】
（第２実施例）
図４に本発明の光ファイバ伝送装置の第２実施例を示す。図４において、この光ファイバ伝送装置は、電気／光変換素子１０、出射光ビーム１１、出射光ビームの光軸１２、冷却装置２０、光学結合系３０、レンズ３１、光ファイバ支持具３２、光学結合系支持具３３、光学結合系の光軸３４、電気ケーブル４０、光ファイバケーブル５０、光カプラ６０、光路位置制御装置６１、微動台６２、パイロット信号発生装置８０、合成器８１で構成され、光路位置制御装置６１は、さらに、フォトダイオード６３、フィルタ６４、レベル検出器６５、制御出力器６６とから構成される。
【００３８】
本実施例において、前述の第１実施例と異なる点は次の通りである。第１実施例では、光路位置が最適光路位置からずれた場合、光ファイバケーブル５０に結合された光信号の平均パワーを常に測定し、該平均パワーの変化から光路位置のずれ発生を判断している。これに対して、第２実施例における光路位置のずれ発生判断は、パイロット信号のレベルを測定することで判断する。
【００３９】
第１実施例は、平均値が時間的に変動しないような高周波信号に適用している。この場合、光路位置のずれがなければ、前述の光信号の平均パワーＰ１（＝Ｐ１ｍａｘ）も変化しない。言い換えれば、光信号の平均パワーＰ１が変化すれば、光路位置のずれが発生したことが判る。しかし、平均値が時間的に変動するような高周波信号の場合、光路位置のずれがなくても、測定した光信号の平均パワーＰ１も時間的に変動する。このため、Ｐ１の変動からは、高周波信号の平均値の変動と、光路位置のずれによる平均値の変動との分別ができない。そこで、第２実施例は、平均値が時間的に変動するような高周波信号に対応する
図４において、パイロット信号発生装置８０は、入力高周波信号と別の周波数のパイロット信号を発生する。このパイロット信号発生装置８０で発生されるパイロット信号のレベルは一定である。合成器８１は入力高周波信号とパイロット信号を合成する。合成器８１で合成された電気信号は電気／光変換素子１０によって光信号に変換される。電気／光変換素子１０からの光信号の出射光ビーム１１は、第１実施例と同様、光学結合系３０を介して光ファイバケーブル５０に結合される。その後、光ファイバケーブル５０に挿入された光カプラ６０を通して、光信号の一部が光ファイバケーブル５０より取り出されてフォトダイオード６３に入力される。フォトダイオード６３はこの光カプラ６０により分配された光信号を電気信号に変換する。フィルタ６４では該電気信号に重畳されているパイロット信号の周波数帯域のみを通過させ、該電気信号からパイロット信号を抽出してレベル検出器６５に出力する。レベル検出器６５は入力されたパイロット信号のレベルを検出する。
【００４０】
図５はパイロット信号を用いて光路位置制御装置６１で光路位置ずれ修正を行う際の処理を示すフローチャートである。
【００４１】
図２において、光路位置制御装置６１は、最適光路位置が設定されたときのレベル検出器６５により検出されたパイロット信号のレベル（以下、Ｐ２ｍａｘという）制御出力器６６内の所定メモリに記憶（Ｓ１１）する。このパイロット信号のレベルの記憶設定は、例えば、手動で光路位置が最適光路位置となるよう調整した後に上記パイロット信号のレベル測定を行って記憶させる方法がある。
【００４２】
このようにして最低光路位置でのパイロット信号のレベル（Ｐ２ｍａｘ）が設定されると、光ファイバケーブル５０に結合される光パワーの測定が開始される。パイロット信号のレベル測定は、ｉ番目、ｉ＋１番目〜と時系列で順次測定される。ここでは、初期値ｉ＝１が設定（Ｓ１２）されているものとして、以下説明を進める。
【００４３】
光ファイバケーブル５０中の光信号の一部が光カプラ６０により取り出され（Ｓ１３）、フィルタ６４によりパイロット信号の周波数帯域が通過させされた後、レベル検出器６５においてパイロット信号のレベル（Ｐ２，１）が求められる（Ｓ１４）。上記のようにしてパイロット信号のレベル（Ｐ２，１）が求められると、予め記憶しておいた光パワーＰ１ｍａｘと上記パイロット信号のレベル（Ｐ２，１）が制御出力器６６において比較判定（Ｓ１５）される。制御出力器６６はこの判定（Ｓ１５）で（Ｐ２，１）がＰ１ｍａｘより小さいと判定（Ｓ１５でＹｅｓ）した場合、光路位置のずれが発生したと判断し、微動台６２を制御して光路位置を修正させるための制御情報を生成して出力（Ｓ１６）する。その後、初期値ｉが＋１インクリメント（Ｓ１７）されて最初の処理に戻る。一方、上記判定（Ｓ１５）で、（Ｐ２，１）がＰ１ｍａｘより小さくないと判定（Ｓ１５でＮｏ）された場合、光路位置にずれがないと判断し、初期値ｉを＋１インクリメント（Ｓ１７）して最初の処理に戻る。これ以後は、パイロット信号のレベル（Ｐ２，２）（Ｐ２，３），…，（Ｐ２，ｎ）が順次測定され、その都度、Ｐ２ｍａｘと比較されて光路位置ずれの発生があるかどうかが判定される。
【００４４】
このように光路位置調整制御装置６１は、常に、パイロット信号のレベル（Ｐ２，ｉ）を測定し、光路位置にずれが生じたかどうかを判断する。そして、この判断で光路位置にずれが生じていると判断された場合、光路位置のずれを修正するための制御情報を微動台６２に出力する。光路位置のずれ修正方法は、前述した第１実施例の中で説明した方法（図３参照）と同様である。
【００４５】
（効果）
上述したように、本実施例２によれば、一定のレベルのパイロット信号を伝送すべき光信号に重畳し、抽出されたパイロット信号のレベルから光路位置のずれを判断するので、平均値が時間的に変動するような高周波信号を入力した場合であっても、時間的変動の影響を受けずに光路位置のずれを判断することができる。その結果、光路位置のずれの誤判断を低減させることができ、より精度の高い光路位置のずれ修正が可能となる。
【００４６】
（第３実施例）
図６に本発明の光ファイバ伝送装置の第３実施例を示す。図６において、この光ファイバ伝送装置は、電気／光変換素子１０、出射光ビーム１１、出射光ビームの光軸１２、冷却装置２０、光学結合系３０、レンズ３１、光ファイバ支持具３２、光学結合系支持具３３、光学結合系の光軸３４、電気ケーブル４０、光ファイバケーブル５０、光カプラ６０、光路位置制御装置６１、微動台６２、真空チェンバー７０で構成され、光路位置制御装置６１は、さらに、フォトダイオード６３、フィルタ６４、レベル検出器６５、制御出力器６６とから構成される。また、真空チェンバー７０の両端には、気密形電気信号コネクタ７１、気密形光信号コネクタ７２が具備される。
【００４７】
電気／光変換素子１０は、冷却装置２０により所定の温度に冷却される。電気／光変換素子１０、冷却装置２０、光学結合系３０、光学結合系支持具３３、光カプラ６０、光路位置制御装置６１、及び微動台６２が真空チェンバー７０に収容されている。真空チェンバー７０における真空状態は、電気／光変換素子１０を冷却する際に、電気／光変換素子１０における結露の発生を防ぐことができる。また、空気による熱伝導をなくすことにより、光学結合系３０を電気／光変換素子１０に接近させて設置する場合であっても、光学結合系３０の温度は電気／光変換素子１０と冷却装置２０の温度に影響されない。その結果、光学結合系３０自身の非常に低い温度条件での変形が発生しない。電気ケーブル４０及び光ファイバケーブル５０は、真空チェンバー７０の壁面に装着される気密形電気信号コネクタ７１及び気密形光信号コネクタ７２により、真空チェンバー７０を通過する。
【００４８】
上述したように、本実施例３によれば、上述した実施例１、２の光ファイバ伝送装置を真空チェンバーに収容するため、電気／光変換素子１０を非常に低い温度に冷却した際の、空気による結露及び熱伝導をなくすことができる。この結果、安定な電気／光変換素子１０の電気特性が得られるようになり、かつ光学結合系の機械的安定性を保持することができる。
【００４９】
上記例において、光路位置制御装置６１のレベル検出器６５のレベル検出機能が光信号電力測定手段、レベル検出手段、パイロット信号レベル測定手段に、同装置６１の制御出力器６６の光軸ずれ修正機能が光軸ずれ検出手段及び光軸ずれ修正手段、光軸ずれ発生判断手段、光軸修正情報出力手段、光信号の光パワー記憶機能が光信号最大値記録手段、パイロット信号最大値記録手段に対応する。また、光カプラ６０の光信号分岐機能が光信号分岐手段に対応する。さらに、パイロット信号発生装置８０のパイロット信号発生機能がパイロット信号発生手段に、合成器８１の信号合成機能が合成手段に対応する。
【００５０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本願発明によれば、光ファイバケーブルに結合される光信号の平均パワーを求め、その求めた光信号の平均パワーが、最適光路位置設定時に測定・保持された光信号の平均パワーの最大値に近づくよう光路位置制御装置にて光学結合系の位置調整が行われるため、低温冷却による機械的変形が生じても最適光路位置からの光軸のずれを修正することができる。
【００５１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すブロック構成図である。
【図２】光路位置制御装置での光路位置ずれ修正の処理（その１）を示すフローチャートである。
【図３】光路位置のずれ修正を説明するための図である。
【図４】本発明の第２実施例を示すブロック構成図である。
【図５】光路位置制御装置での光路位置ずれ修正の処理（その２）を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第３実施例を示すブロック構成図である。
【図７】従来の光ファイバ伝送装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０　電気／光変換素子
１１　出射光ビーム
１２　出射光ビームの光軸
２０　冷却装置
３０　光学結合系
３１　レンズ
３２　光ファイバ支持具
３３　光学結合系支持具
３４　光学結合系の光軸
４０　電気ケーブル
５０　光ファイバケーブル
６０　光カプラ
６１　光路位置制御装置
６２　微動台
６３　フォトダイオード
６４　フィルタ
６５　レベル検出器
６６　制御出力器
７０　真空チェンバー
７１　気密形電気信号コネクタ
７２　気密形光信号コネクタ
８０　パイロット信号発生装置
８１　合成器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical fiber transmission device for transmitting a high-frequency signal using an optical fiber cable, and more particularly, to an optical fiber transmission device used for transmitting and receiving high-frequency signals of a base station antenna for mobile communication.
[0002]
[Prior art]
FIG. 7 is a block diagram for explaining optical fiber transmission of a high-frequency signal according to the related art. In this figure, this optical fiber transmission device includes an input terminal A100 for a high-frequency signal, an electric / optical converter 300, an optical fiber cable 400, an optical / electric converter 500, and an output terminal B200 for a high-frequency signal. The high-frequency signal input from the input terminal A100 is converted into an optical signal by the electrical / optical converter 300. This optical signal is transmitted through the optical fiber cable 400, and is input to the optical / electrical converter 500, converted into a high-frequency signal, and output from the output terminal B200. This optical fiber transmission device is used, for example, for transmitting a high-frequency signal between an antenna of a mobile communication base station and a transceiver installed at a remote place. Such an optical fiber transmission device has features that it is lightweight and has excellent installability as compared with a case where a high-frequency signal is transmitted using a coaxial cable, and has a low loss in long-distance transmission.
[0003]
The electric / optical converter 300 is generally subjected to light intensity modulation using an electric / optical conversion element. This is to change the intensity of the output light of the electro-optical conversion element by changing the magnitude of the drive current of the electro-optical conversion element according to the waveform of the high-frequency signal. The characteristics of such an optical fiber transmission device, for example, gain, distortion, and noise characteristics are governed by the electric / optical conversion characteristics such as the conversion efficiency, non-linear characteristics, and noise characteristics of the electric / optical conversion element. On the other hand, since the electrical / optical conversion characteristics of the electrical / optical conversion element depend on the operating temperature, a low operating temperature is preferable. When the electric / optical conversion element operates, the internal temperature rises due to heat generation. At present, in order to prevent the internal temperature from rising, the operating temperature is stabilized by attaching a Peltier element having a cooling effect to the electric / optical conversion element.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described conventional technology, the setting of the operating temperature of the electro-optical conversion element is in a range around room temperature, which is the limit of the cooling capacity of the Peltier element. In order to obtain the optimal electrical / optical conversion characteristics of the electrical / optical conversion element, it is necessary to lower the operating temperature to a very low temperature of minus several tens degrees or less. This can be achieved by using a cooling device with high cooling capacity, but when the operating temperature is lowered to a very low temperature, mechanical deformation occurs on the mounting surface of the electric / optical conversion element and the cooling device due to low temperature shrinkage. I do. The output light of the electrical / optical conversion element is generally emitted as a radial beam from the electrical / optical conversion element. The beam of the emitted light is collected and incident on the core of the optical fiber by the optical coupling system. The optical coupling system can be realized using, for example, a lens. In order to concentrate the outgoing light beam to the optical fiber cable to the maximum, the central axis of the outgoing light beam, that is, the optical axis, is aligned with the optical axis of the optical coupling system, and the optical coupling with the electric / optical conversion element is performed. It is necessary to optimize the distance between the systems (the position of the optical path optimized in this way is called “optimal optical path position”). However, even if this optimum optical path position is set at room temperature, mechanical deformation occurs due to the above-described low-temperature shrinkage of the electro-optical conversion element, and the optical path position shifts.
[0005]
In addition, due to the mechanical deformation, stress is generated inside the material of the mounting surface of the electric / optical conversion element and the cooling device, and this stress causes a temporal change of the mechanical deformation, and a temporal change of the optical path position shift. Is triggered. This shift in the optical path position causes a poor alignment of the optical axis, and causes a problem that the optical coupling to the optical fiber cannot be performed accurately. Furthermore, due to the occurrence of the shift in the optical path position, light cannot be completely collected and incident on the core of the optical fiber, and a part of the light is irradiated to a part other than the core. This part of the light is reflected by irregular reflection, and part of the reflected light is again incident on the electric / light conversion element via the optical coupling system. As a result, there is a disadvantage that unstable oscillation is caused inside the electric / optical conversion element, and the electric / optical conversion characteristics of the electric / optical conversion element are deteriorated.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide an optical fiber transmission device capable of maintaining an optimal optical path position and obtaining stable electric / optical conversion characteristics. It is to be.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention converts a high-frequency signal into an optical signal by an electric / optical conversion element and converts light emitted from the electric / optical conversion element into an optical coupling system. An optical fiber transmission device for transmitting the optical signal coupled to the optical fiber by: an optical signal power measuring unit for measuring a power value of an optical signal coupled to the optical fiber; and the optical signal measured by the optical signal power measuring unit. Optical axis deviation detecting means for detecting a deviation between the optical axis of the outgoing light output from the electric / optical conversion element and the optical axis of the optical coupling system due to a change in the power value of the electric / optical conversion element, and detection by the optical axis deviation detecting means An optical axis shift correcting unit that adjusts the position of the optical coupling system based on the result and corrects the shift of the optical axis is provided.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, in the optical fiber transmission device, the optical signal power measuring unit includes an optical signal branching unit that branches an optical signal transmitted through the optical fiber, and a power of the branched optical signal. Level detecting means for detecting a value.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in the optical fiber transmission device, the power value of the optical signal obtained by the optical signal power measuring means is an average power value.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, in the optical fiber transmission device, the optical axis shift detecting means sets the electric / optical conversion element and the electric / optical conversion element in a positional relationship where a power value of an optical signal of the optical fiber is most strongly observed. When an optical coupling system is formed, an optical signal maximum value recording unit that stores a power value of the optical signal that is most strongly observed as a maximum value, and a power value of the optical signal measured by the optical signal power measuring unit. Is compared with the maximum value of the stored optical signal, and based on the result of the comparison, it is determined whether or not the optical axis of the outgoing light output from the electric / optical conversion element is shifted from the optical axis of the optical coupling system. An optical axis shift occurrence determining means is provided.
[0011]
According to a fifth aspect of the present invention, in the optical fiber transmission device, the optical axis shift occurrence determining means determines that the measured power value of the optical signal is smaller than the maximum value of the stored optical signal. Sometimes, it is determined that a deviation between the optical axis of the outgoing light output from the electric / optical conversion element and the optical axis of the optical coupling system has occurred, and light for outputting information necessary for correcting the deviation of the optical axis. The present invention is characterized in that axis correction information output means is provided.
[0012]
According to a sixth aspect of the present invention, in the optical fiber transmission device, the optical axis deviation correcting unit includes a fine adjustment table capable of controlling the optical coupling system, and the correction information output by the optical axis correction information output unit. And correcting a deviation of the optical axis by controlling a fine movement table provided in the optical coupling system.
[0013]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an optical fiber transmission apparatus for converting a high-frequency signal into an optical signal by an electric / optical conversion element, and coupling outgoing light from the electric / optical conversion element to an optical fiber by an optical coupling system for transmission. , A pilot signal generating means for generating a pilot signal of a predetermined level at a frequency different from the high-frequency signal, a synthesizing means for synthesizing the high-frequency signal and the pilot signal and inputting the pilot signal to the electric / optical conversion element, Signal level measuring means for measuring a power value of a pilot signal combined with the optical fiber, and the electric / optical conversion based on the power value of the pilot signal measured by the pilot signal level measuring means. Optical axis shift detecting means for detecting the shift of the optical axis between the optical axis of the outgoing light output from the element and the optical axis of the optical coupling system; Is characterized in that an optical axis deviation correcting means for correcting the deviation of the adjustment to the optical axis position of the optical coupling system on the basis of the detection result in the optical axis deviation detection means.
[0014]
According to the configuration of the present invention, the average power of the optical signal coupled to the optical fiber cable is determined, and the determined average power of the optical signal is equal to the average power of the optical signal measured and held at the time of setting the optimal optical path position. Since the position adjustment of the optical coupling system is performed so as to approach the maximum value, it is possible to correct the deviation of the optical axis from the optimal optical path position even if mechanical deformation occurs due to low-temperature cooling. Further, since the average power of the optical signal is constantly measured, the deviation of the optical axis from the optimum optical path position can be corrected almost in real time, and a stable electric / optical conversion characteristic of the electric / optical conversion element can be obtained. Can be.
[0015]
In addition, a high-frequency signal whose average value fluctuates with time is input by superimposing a pilot signal of a certain level on an optical signal to be transmitted and judging a deviation of an optical path position from the level of the extracted pilot signal. Even in this case, it is possible to determine the deviation of the optical path position without being affected by temporal fluctuation. As a result, erroneous determination of the optical path position shift can be reduced, and more accurate correction of the optical path position shift can be performed.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
(First embodiment)
FIG. 1 shows a first embodiment of the optical fiber transmission device of the present invention. In FIG. 1, the optical fiber transmission device includes an electric / optical conversion element (laser diode) 10, an outgoing light beam 11, an outgoing light beam optical axis 12, a cooling device 20, an optical coupling system 30, a lens 31, and an optical fiber support. The optical path position control device 61 comprises a fixture 32, an optical coupling system support 33, an optical axis 34 of the optical coupling system, an electric cable 40, an optical fiber cable 50, an optical coupler 60, an optical path position control device 61, and a fine moving table 62. Further comprises a photodiode 63, a filter 64, a level detector 65, and a control output unit 66.
[0018]
The input high-frequency signal is input to the electric / optical conversion element 10 via the electric cable 40. The intensity of the output optical signal (converted from a high-frequency signal to an optical signal) of the electric / optical conversion element 10 is intensity-modulated by the input high-frequency signal. After that, the output optical signal of the electric / optical conversion element 10 is transmitted to the space as an output light beam 11. The shape of the emitted light beam 11 is radial. The central axis of the outgoing light beam 11 becomes the optical axis 12 of the outgoing light beam. The electro-optical conversion device 10 is installed in a cooling device and operates at a predetermined very low operating temperature.
[0019]
At the beginning of the optical fiber cable 50, an optical coupling system 30 for coupling the output light of the electric / optical conversion element 10 to the optical fiber cable 50 is attached. The optical coupling system 30 is composed of a lens 31 and an optical fiber support 32. The lens 31 is used to narrow the outgoing light beam 11, and the narrowed outgoing light beam 11 is incident on the core at the beginning of the optical fiber cable 50. Let it. The starting end of the optical fiber cable 50 is fixed to the optical fiber support 32, and is fixed to the optical coupling system support 33 together with the lens 31. The optical coupling system support 33 is fixed to the fine moving table 62. The central axis of the optical coupling system 30 is the optical axis 34 of the optical coupling system. In order to couple outgoing light of the electric / optical conversion element 10 to the optical fiber cable 50 at the maximum, the optical axis 12 of the output light beam and the optical axis 34 of the optical coupling system are aligned, and the electric / optical conversion element 10 It is necessary to appropriately set the distance of the optical coupling system 30. At this time, the positional relationship between the electric / optical conversion element 10 and the optical coupling system 30 is “optimal optical path position”.
[0020]
As described above, when the electrical / optical conversion element 10 is cooled to a very low temperature by the cooling device 20, mechanical deformation is caused by low-temperature shrinkage of the material of the electrical / optical conversion element 10 and the cooling device 20 mounting surface. appear. Further, the mechanical deformation is changed over time by the action of stress in the material of the mounting surface of the electric / optical conversion element 10 and the cooling device 20. Due to such mechanical deformation, the optical path position deviates from the optimal optical path position, and the optical path position varies with time. When the optical path position shifts (= optical axis shift) and changes over time occur, the power of the optical signal coupled to the optical fiber cable 50 (hereinafter, referred to as power) decreases, and at the same time, the electrical / optical conversion due to the reflection of light. Although the operation of the element 10 becomes unstable (electrical / optical conversion characteristics deteriorate), the present invention corrects the deviation of the optical path position according to a procedure as shown in FIG. FIG. 2 is a flowchart showing a process of correcting an optical path position shift in the optical path position control device 61.
[0021]
In the figure, the optical path position control device 61 measures in advance the optical power (hereinafter referred to as P1max) coupled to the optical fiber cable 50 when the optimal optical path position is set (the optical power measuring method will be described later). Then, it is stored in a predetermined memory in the control output device 66 (S1). The registration of the optical power (P1max) in the memory at the time of setting the optimal optical path position is performed, for example, by manually adjusting the optical path position to be the optimal optical path position, performing optical power measurement described later, and storing the measurement result in the memory. There is a way to register.
[0022]
When the optical power (P1max) at the lowest optical path position is set in this way, the measurement of the optical power coupled to the optical fiber cable 50 is then started.
[0023]
Here, a method for measuring the optical power will be described. In this example, it is assumed that the measurement of the optical power (in this example, the optical average power is measured) is sequentially measured in chronological order from the i-th to the (i + 1) -th to simplify the explanation. Note that the following description will be made on the assumption that the initial value i = 1 is set in advance (S2) in the measurement of the optical power.
[0024]
A part of the optical signal in the optical fiber cable 50 is extracted through the optical coupler 60 inserted into the cable (S3). At this time, by appropriately setting the frequency division ratio of the optical coupler 60, the power loss of the optical signal in the optical fiber cable 50 due to distribution can be minimized. The optical signal extracted by the optical coupler 60 is then subjected to light intensity modulation by the photodiode 63, and a current is generated by irradiation of the optical signal. The DC component of the generated current is proportional to the average power of the optical signal. After being extracted by the filter 64, the level is measured by the level detector 65. That is, the average power of the optical signal input to the photodiode 63 can be obtained from the magnitude of the DC current measured by the level detector 65. In other words, the optical power (P1, 1) of the optical signal coupled to the optical fiber cable 50 is obtained from the measured value of the level detector 65 and the distribution ratio of the optical coupler 60 (S4). The above (P1, 1) means the optical power measured first (= 1st) after setting P1max. Note that P1 is a name of “power name”. The method for measuring the optical power coupled to the optical fiber cable 50 as described above is also applied to the above-described optical power P1max measurement.
[0025]
When the optical power (P1, 1) is obtained as described above, the control output device 66 compares and determines the previously stored optical power P1max and the optical power (P1, 1) (S5). When the control output device 66 determines that (P1, 1) is smaller than P1max in this determination (S5) (Yes in S5), the control output device 66 determines that an optical path position shift has occurred, and controls the fine moving table 62 to control the optical path position. Is generated and output (S6). Thereafter, the initial value i is incremented by +1 (S7), and the process returns to the initial processing. On the other hand, if it is determined in the above determination (S5) that (P1, 1) is not smaller than P1max (No in S5), the control output device 66 determines that there is no deviation in the optical path position, and sets the initial value i to +1. Increment (S7) and return to the first process. Thereafter, the optical powers (P1, 2) (P1, 3),..., (P1, n) are sequentially measured, and are compared with P1max each time to determine whether or not there is an optical path position shift. .
[0026]
As described above, the optical path position adjustment control device 61 always measures (P1, i) and determines whether or not the optical path position has shifted. Then, when it is determined that the optical path position is shifted, the control information for correcting the optical path position shift is output to the fine moving table 62.
[0027]
Next, a method of correcting a deviation of the optical path position will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram for explaining the correction of the deviation of the optical path position. In FIG. 3, it is assumed that the position of the issue end face of the electro-optical conversion element 10 is at the origin O of the orthogonal coordinate system, and that the optical axis 12 of the emitted light beam is on the x-axis. This position and the direction of the optical axis are located at the origin O.
[0028]
(Equation 1)

Is represented by On the other hand, in the optimal optical path position, the optical coupling system 30 is at T, and its optical axis is directed to the origin O, and the vector is
[0029]
(Equation 2)

Is represented by It is assumed that the position of the optical coupling system 30 after the occurrence of the optical path position shift is at A, and the optical axis is the vector shown in FIG.
[0030]
[Equation 3]

Suppose you are in the direction of Here, the coordinates of A are (x, y, z),
[0031]
(Equation 4)

The angle between the XY plane is α,
[0032]
(Equation 5)

The angle between the projection on the Y plane and the X axis is β. The optical path position control device 61 adjusts x, y, z, α, β, and each element,
[0033]
(Equation 6)

The
[0034]
(Equation 7)

To correct the optical path position deviation. The adjustment of x, y, z, α, and β is performed, for example, in the following procedure.
[0035]
(Adjustment of x, y, z, α, β)
For example, when adjusting x, the adjustment is performed while maintaining other adjustment elements y, z, α, and β. Specifically, first, x is increased with a small change amount Δ, and if (P1, i) is increased by this, it is understood that x should be adjusted in the increasing direction. On the other hand, when (P1, i) decreases, it is understood that x should be adjusted in a decreasing direction. In this manner, x is adjusted to obtain an optimum value. As X is adjusted in the correct direction, P1 monotonically increases, but after the optimal value of x, P1 decreases again. Therefore, the position before the position where P1 is about to decrease is the optimum value of x. With respect to y, z, α, and β, respective optimum values are determined by the same method as described above. The control output device 66 provided in the optical path position control device 61 sends the adjustment amount (Δ) of x, y, z, α, β to the fine moving table 62 as control information so that (P1, i) approaches P1max. The output is used to control the optical coupling system 30, and fine adjustment is performed so that each adjustment element (x, y, z, α, β) has an optimum value. As a result, the deviation between the optical axis 34 of the optical coupling system and the optical path position of the electric / optical conversion element 10 is corrected.
[0036]
As described above, according to the first embodiment, the average power of the optical signal coupled to the optical fiber cable is determined, and the determined average power of the optical signal is measured and held at the time of setting the optimal optical path position. Since the position of the optical coupling system is adjusted by the optical path position control device 61 so as to approach the maximum value of the average power of the optical path, it is necessary to correct the deviation of the optical axis from the optimal optical path position even if mechanical deformation due to low-temperature cooling occurs. Can be. Further, since the average power of the optical signal is constantly measured, the deviation of the optical axis from the optimal optical path position can be corrected almost in real time, and the stable electrical / optical conversion characteristics of the electrical / optical conversion element 10 can be obtained. be able to.
[0037]
(Second embodiment)
FIG. 4 shows a second embodiment of the optical fiber transmission device of the present invention. In FIG. 4, the optical fiber transmission device includes an electric / optical conversion element 10, an outgoing light beam 11, an outgoing light beam optical axis 12, a cooling device 20, an optical coupling system 30, a lens 31, an optical fiber support 32, an optical It is composed of a coupling support 33, an optical coupling system optical axis 34, an electric cable 40, an optical fiber cable 50, an optical coupler 60, an optical path position control device 61, a fine moving table 62, a pilot signal generator 80, and a combiner 81. The optical path position control device 61 further includes a photodiode 63, a filter 64, a level detector 65, and a control output device 66.
[0038]
This embodiment is different from the first embodiment in the following points. In the first embodiment, when the optical path position deviates from the optimal optical path position, the average power of the optical signal coupled to the optical fiber cable 50 is constantly measured, and the occurrence of the optical path position deviation is determined from the change in the average power. I have. On the other hand, in the second embodiment, the occurrence of the optical path position shift is determined by measuring the level of the pilot signal.
[0039]
The first embodiment is applied to a high-frequency signal whose average value does not fluctuate with time. In this case, if there is no shift in the optical path position, the average power P1 (= P1max) of the optical signal does not change. In other words, if the average power P1 of the optical signal changes, it is understood that the optical path position has shifted. However, in the case of a high-frequency signal whose average value fluctuates with time, the average power P1 of the measured optical signal also fluctuates with time even if the optical path position does not shift. For this reason, it is not possible to discriminate the fluctuation of P1 from the fluctuation of the average value of the high-frequency signal and the fluctuation of the average value due to the deviation of the optical path position. Therefore, the second embodiment corresponds to a high-frequency signal whose average value varies with time.
In FIG. 4, a pilot signal generator 80 generates a pilot signal having a frequency different from that of the input high-frequency signal. The level of the pilot signal generated by pilot signal generator 80 is constant. The combiner 81 combines the input high-frequency signal and the pilot signal. The electric signal synthesized by the synthesizer 81 is converted into an optical signal by the electric / optical conversion element 10. An outgoing light beam 11 of an optical signal from the electric / optical conversion element 10 is coupled to an optical fiber cable 50 via an optical coupling system 30 as in the first embodiment. After that, a part of the optical signal is extracted from the optical fiber cable 50 through the optical coupler 60 inserted into the optical fiber cable 50 and input to the photodiode 63. The photodiode 63 converts the optical signal distributed by the optical coupler 60 into an electric signal. The filter 64 passes only the frequency band of the pilot signal superimposed on the electric signal, extracts the pilot signal from the electric signal, and outputs the pilot signal to the level detector 65. The level detector 65 detects the level of the input pilot signal.
[0040]
FIG. 5 is a flowchart showing a process when the optical path position controller 61 corrects an optical path position deviation using a pilot signal.
[0041]
2, the optical path position control device 61 stores the pilot signal level (hereinafter, referred to as P2max) detected by the level detector 65 in a predetermined memory in the control output device 66 when the optimum optical path position is set (S11). ). As the storage setting of the pilot signal level, for example, there is a method in which the optical path position is manually adjusted so as to be the optimum optical path position, and then the pilot signal level is measured and stored.
[0042]
When the level (P2max) of the pilot signal at the lowest optical path position is set in this way, measurement of the optical power coupled to the optical fiber cable 50 is started. The level measurement of the pilot signal is sequentially measured in chronological order from the i-th to the (i + 1) -th. Here, it is assumed that the initial value i = 1 has been set (S12), and the following description will proceed.
[0043]
A part of the optical signal in the optical fiber cable 50 is extracted by the optical coupler 60 (S13), and after the frequency band of the pilot signal is passed by the filter 64, the level of the pilot signal (P2, 1) is detected by the level detector 65. ) Is required (S14). When the level (P2, 1) of the pilot signal is obtained as described above, the optical power P1max stored in advance and the level (P2, 1) of the pilot signal are compared and determined by the control output unit 66 (S15). Is done. When the control output device 66 determines that (P2, 1) is smaller than P1max in this determination (S15) (Yes in S15), the control output device 66 determines that the optical path position shift has occurred, and controls the fine moving table 62 to control the optical path position. Is generated and output (S16). Thereafter, the initial value i is incremented by +1 (S17), and the process returns to the first processing. On the other hand, if it is determined in the above determination (S15) that (P2, 1) is not smaller than P1max (No in S15), it is determined that there is no shift in the optical path position, and the initial value i is incremented by +1 (S17). To return to the first process. Thereafter, the levels (P2, 2) (P2, 3),..., (P2, n) of the pilot signal are sequentially measured and compared with P2max each time to determine whether or not the optical path position shift has occurred. Is done.
[0044]
As described above, the optical path position adjustment control device 61 always measures the level (P2, i) of the pilot signal and determines whether or not the optical path position has shifted. Then, when it is determined that the optical path position is shifted, the control information for correcting the optical path position shift is output to the fine moving table 62. The method of correcting the deviation of the optical path position is the same as the method described in the first embodiment (see FIG. 3).
[0045]
(effect)
As described above, according to the second embodiment, a pilot signal of a certain level is superimposed on an optical signal to be transmitted, and the deviation of the optical path position is determined from the level of the extracted pilot signal. Even when a high-frequency signal that fluctuates periodically is input, it is possible to determine the deviation of the optical path position without being affected by temporal fluctuation. As a result, erroneous determination of the optical path position shift can be reduced, and more accurate correction of the optical path position shift can be performed.
[0046]
(Third embodiment)
FIG. 6 shows a third embodiment of the optical fiber transmission device of the present invention. In FIG. 6, this optical fiber transmission device includes an electric / optical conversion element 10, an outgoing light beam 11, an outgoing light beam optical axis 12, a cooling device 20, an optical coupling system 30, a lens 31, an optical fiber support 32, an optical The coupling system support 33, the optical axis 34 of the optical coupling system, the electric cable 40, the optical fiber cable 50, the optical coupler 60, the optical path position control device 61, the fine moving table 62, and the vacuum chamber 70 are comprised. And a photodiode 63, a filter 64, a level detector 65, and a control output unit 66. At both ends of the vacuum chamber 70, an airtight electrical signal connector 71 and an airtight optical signal connector 72 are provided.
[0047]
The electric / optical conversion element 10 is cooled to a predetermined temperature by the cooling device 20. The electric / optical conversion element 10, the cooling device 20, the optical coupling system 30, the optical coupling system support 33, the optical coupler 60, the optical path position control device 61, and the fine moving table 62 are accommodated in the vacuum chamber 70. The vacuum state in the vacuum chamber 70 can prevent the occurrence of dew condensation in the electric / optical conversion element 10 when the electric / optical conversion element 10 is cooled. Further, by eliminating heat conduction by air, even when the optical coupling system 30 is installed close to the electric / optical conversion element 10, the temperature of the optical coupling system 30 is controlled by the electric / optical conversion element 10 and the cooling device. 20 temperature independent. As a result, the optical coupling system 30 itself does not deform under very low temperature conditions. The electric cable 40 and the optical fiber cable 50 pass through the vacuum chamber 70 by an airtight electrical signal connector 71 and an airtight optical signal connector 72 mounted on the wall of the vacuum chamber 70.
[0048]
As described above, according to the third embodiment, the optical fiber transmission device according to the first and second embodiments is housed in the vacuum chamber, so that the electric / optical conversion element 10 is cooled to a very low temperature. Dew condensation and heat conduction by air can be eliminated. As a result, stable electric characteristics of the electric / optical conversion element 10 can be obtained, and the mechanical stability of the optical coupling system can be maintained.
[0049]
In the above example, the level detecting function of the level detector 65 of the optical path position control device 61 is replaced by the optical signal power measuring means, the level detecting means, and the pilot signal level measuring means. The optical axis deviation detecting means and the optical axis deviation correcting means, the optical axis deviation occurrence determining means, the optical axis correction information output means, the optical power storage function of the optical signal correspond to the optical signal maximum value recording means and the pilot signal maximum value recording means. I do. The optical signal branching function of the optical coupler 60 corresponds to an optical signal branching unit. Further, the pilot signal generating function of the pilot signal generator 80 corresponds to the pilot signal generating means, and the signal combining function of the combiner 81 corresponds to the combining means.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the average power of the optical signal coupled to the optical fiber cable is determined, and the determined average power of the optical signal is measured and held at the time of setting the optimal optical path position. Since the position of the optical coupling system is adjusted by the optical path position control device so as to approach the maximum value of the average power of the optical path, it is possible to correct the deviation of the optical axis from the optimal optical path position even if mechanical deformation occurs due to low temperature cooling. it can.
[0051]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a process (part 1) of correcting an optical path position shift in the optical path position control device.
FIG. 3 is a diagram for explaining correction of a deviation of an optical path position.
FIG. 4 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a process (part 2) of correcting an optical path position shift in the optical path position control device.
FIG. 6 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing a conventional optical fiber transmission device.
[Explanation of symbols]
10 Electric / optical conversion element
11 Outgoing light beam
12 Optical axis of outgoing light beam
20 Cooling device
30 Optical coupling system
31 lenses
32 Optical fiber support
33 Optical coupling system support
34 Optical axis of optical coupling system
40 electric cable
50 Optical fiber cable
60 optical coupler
61 Optical path position control device
62 Fine movement table
63 Photodiode
64 filters
65 level detector
66 Control output device
70 Vacuum chamber
71 Airtight electrical signal connector
72 Airtight optical signal connector
80 Pilot signal generator
81 Synthesizer

Claims

An optical fiber transmission device for converting a high-frequency signal into an optical signal by an electric / optical conversion element and coupling outgoing light from the electric / optical conversion element to an optical fiber by an optical coupling system for transmission.
Optical signal power measuring means for measuring the power value of the optical signal coupled to the optical fiber,
An optical axis shift for detecting a shift between the optical axis of the outgoing light output from the electric / optical conversion element and the optical axis of the optical coupling system due to a change in the power value of the optical signal measured by the optical signal power measuring means. Detecting means;
An optical fiber transmission device comprising: an optical axis shift correcting unit that adjusts a position of the optical coupling system based on a detection result of the optical axis shift detecting unit to correct the shift of the optical axis.

The optical fiber transmission device according to claim 1,
The optical signal power measuring unit includes an optical signal branching unit that branches an optical signal transmitted through the optical fiber, and a level detecting unit that detects a power value of the branched optical signal. Fiber optic transmission equipment.

The optical fiber transmission device according to claim 1 or 2,
An optical fiber transmission device, wherein the power value of the optical signal obtained by the optical signal power measuring means is an average power value.

The optical fiber transmission device according to claim 1 or 2,
The optical axis shift detecting means, when the electric / optical conversion element and the optical coupling system are in a positional relationship where the power value of the optical signal of the optical fiber is most strongly observed, is most strongly observed. Optical signal maximum value recording means for storing the power value of the optical signal as a maximum value,
The power value of the optical signal measured by the optical signal power measuring unit is compared with the maximum value of the stored optical signal, and the output light of the electric / optical conversion element is output based on the comparison result. An optical fiber transmission device comprising: an optical axis shift occurrence determining means for determining occurrence of a shift between an optical axis and an optical axis of the optical coupling system.

The optical fiber transmission device according to claim 4,
The optical axis shift occurrence determining means is configured to determine whether or not the measured power value of the optical signal is smaller than the maximum value of the stored optical signal, An optical fiber comprising: an optical axis correction information output unit that determines that a shift between an optical axis and an optical axis of the optical coupling system has occurred and outputs information necessary for correcting the shift of the optical axis. Transmission equipment.

The optical fiber transmission device according to claim 1, wherein
The optical axis deviation correcting means includes a fine adjustment table capable of controlling the optical coupling system,
An optical fiber transmission device, wherein a shift of the optical axis is corrected by controlling a fine movement table provided in the optical coupling system based on the correction information output by the optical axis correction information output means.

An optical fiber transmission device for converting a high-frequency signal into an optical signal by an electric / optical conversion element and coupling outgoing light from the electric / optical conversion element to an optical fiber by an optical coupling system for transmission.
Pilot signal generating means for generating a pilot signal of a predetermined level at a frequency different from the high-frequency signal,
Combining means for combining the high-frequency signal and the pilot signal and inputting the combined signal to the electric / optical conversion element;
Pilot signal level measuring means for measuring a power value of a pilot signal combined with the optical fiber, which is combined by the combining means,
Based on the power value of the pilot signal measured by the pilot signal level measuring means, a deviation of the optical axis between the optical axis of the emitted light output from the electric / optical conversion element and the optical axis of the optical coupling system is detected. Optical axis deviation detecting means,
An optical fiber transmission device comprising: an optical axis shift correcting unit that adjusts a position of the optical coupling system based on a detection result of the optical axis shift detecting unit to correct the shift of the optical axis.

The optical fiber transmission device according to claim 7,
The pilot signal level measuring unit includes an optical signal branching unit that branches an optical signal transmitted through the optical fiber, and a level detecting unit that detects a power value of a pilot signal in the branched optical signal. An optical fiber transmission device, characterized in that:

The optical fiber transmission device according to claim 7 or 8,
The optical axis deviation detecting means is configured to position the electric / optical conversion element and the optical element in a positional relationship where the power value of the modulated light component corresponding to the pilot signal in the optical signal transmitted through the optical fiber is observed most strongly. When a coupling system is formed, a pilot signal maximum value recording unit that stores a power value of a modulated light component corresponding to a pilot signal in the most strongly observed optical signal as a maximum value,
The power value of the pilot signal in the optical signal measured by the pilot signal level measuring means is compared with the maximum value of the stored pilot signal, and the output value is output from the electric / optical conversion element based on the comparison result. An optical fiber transmission device comprising: an optical axis shift occurrence determining means for determining the shift between the optical axis of the emitted light and the optical axis of the optical coupling system.

The optical fiber transmission device according to claim 9,
The optical axis shift occurrence determining means is configured to determine whether or not the measured power value of the pilot signal is smaller than the maximum value of the stored pilot signal. An optical fiber comprising: an optical axis correction information output unit that determines that a shift between an optical axis and an optical axis of the optical coupling system has occurred and outputs information necessary for correcting the shift of the optical axis. Transmission equipment.

The optical fiber transmission device according to claim 1 or 10,
The optical axis deviation correcting means includes a fine adjustment table capable of controlling the optical coupling system,
An optical fiber transmission device, wherein a shift of the optical axis is corrected by controlling a fine movement table provided in the optical coupling system based on the correction information output by the optical axis correction information output means.

The optical fiber transmission device according to any one of claims 1 to 11,
An optical fiber transmission device further comprising a vacuum maintaining means in which an input / output end of a high-frequency signal of the optical fiber transmission device is hermetically joined.