JP2023055247A - 光送信器 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の信号を重畳して送信する場合に、信号の減衰を抑制することが可能な光送信器を提供する。【解決手段】光送信器１００は、複数の周波数の信号を重畳し、重畳した信号を送信する光送信器１００である。光送信器１００は、発光素子１３０と、第１外部変調器１１０ａと、第２外部変調器１１０ｂとを備える。発光素子１３０は、光信号を発光する。第１外部変調器１１０ａは、入力された第１の周波数の信号に基づいて、発光素子１３０によって発光された光信号を第１光信号に変調する。第２外部変調器１１０ｂは、入力された第２の周波数の信号に基づいて、第１光信号を第２光信号に変調し、第２光信号を外部に送信する。【選択図】図１

Description

本発明は、光送信器に関する。

従来、一本の光ファイバで多くの情報を伝送する方法として、例えばデジタル信号とアナログ信号とを重畳して伝送する方法が提案されている。特許文献１には、一本の伝送路で重畳信号の伝送を行うための送信装置が開示されている。特許文献１に開示された送信装置は、パルス信号等のデジタル信号と、無線信号等のアナログ信号とを重畳し、重畳信号を、光ファイバを介して伝送する。

特開２０２０－１１３８１０号公報

例えば特許文献１における送信装置は、電気信号の段階でデジタル信号とアナログ信号とを重畳し、送信部で重畳信号を光信号に変換し光ファイバに送信する。一般的に電気信号の状態で信号を重畳する場合には、カプラやアッテネータにより信号の減衰が生じる場合がある。

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして本発明の目的は、複数の信号を重畳して送信する場合に、信号の減衰を抑制することが可能な光送信器を提供することにある。

本発明の態様に係る光送信器は、複数の周波数の信号を重畳し、重畳した信号を送信する光送信器であって、光信号を発光する発光素子と、入力された第１の周波数の信号に基づいて、発光素子によって発光された光信号を第１光信号に変調する第１外部変調器と、入力された第２の周波数の信号に基づいて、第１光信号を第２光信号に変調し、第２光信号を外部に送信する第２外部変調器と、を備える。

本発明の他の態様に係る光送信器は、複数の周波数の信号を重畳し、送信する光送信器であって、第１の周波数の信号を直接変調し、第１光信号を発光する発光素子と、第２の周波数の信号に基づいて、第１光信号を第２光信号に変調し、第２光信号を外部に送信する外部変調器と、を備える。

本発明の他の態様に係る光送信器は、デジタル信号及びアナログ信号を重畳し、送信する光送信器であって、光信号を発光する発光素子と、デジタル信号に基づいて、発光素子によって発光された光信号を第１光信号に変調する第１外部変調器と、アナログ信号に基づいて、第１光信号を第２光信号に変調し、第２光信号を外部に送信する第２外部変調器と、を備える。

本発明の他の態様に係る光送信器は、デジタル信号及びアナログ信号を重畳し、送信する光送信器であって、アナログ信号を直接変調し、第１光信号を発光する発光素子と、デジタル信号に基づいて、第１光信号を第２光信号に変調し、第２光信号を外部に送信する外部変調器と、を備える。

本発明によれば、複数の信号を重畳して送信する場合に、信号の減衰を抑制することが可能な光送信器を提供することができる。

第１の実施形態に係る光送信器の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る光送信器の発光素子の出力における信号の周波数と振幅とを示す図である。 第１の実施形態に係る入力信号の周波数と振幅との関係を説明するための図である。 第１の実施形態に係る入力信号の周波数と振幅との関係を説明するための図である。 第１の実施形態に係る光送信器から送信される信号の周波数と振幅との関係を説明するための図である。 複数の周波数の信号を重畳して送信する送信装置について説明するための図である。 第１の実施形態に係る光送信器における送信信号の波形について説明するための図である。 第２の実施形態に係る光送信器の構成を示すブロック図である。 他の実施形態に係る光送信器の構成を示すブロック図である。 他の実施形態に係る光送信器の構成を示すブロック図である。

以下、図面を用いて本実施形態に係る光送信器１００について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる場合がある。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の係る光送信器１００の構成を示すブロック図である。第１の実施形態の係る光送信器１００は、アンテナ４００ａ及び増幅器５００ａ、並びにアンテナ４００ｂ及び増幅器５００ｂを介して受信した複数のＲＦ信号（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）を重畳して光ファイバ３００に伝送する。第１の実施形態に係る光送信器１００は、第１外部変調器１１０ａと、第２外部変調器１１０ｂと、発光素子１３０とを含んで構成される。

発光素子１３０は、発光素子１３０を駆動するための直流電源であるＤＣ電源２００から供給される電力に基づいて、光信号を発光する発光素子である。発光素子１３０は、例えばＶＣＳＥＬ（垂直共振器型面発光レーザ、Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）で構成される。なお、発光素子１３０の構成は実施形態を限定するものではなく、例えば、発光素子１３０は、分布帰還型（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａｃｋ ： ＤＦＢ）レーザ、又はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）で構成されてもよい。

図２Ａは、発光素子１３０から発光された光信号の波形の一例を示す図である。図２Ａに示すように、発光素子１３０から発光された光信号は、周波数の値によらず振幅はノイズ成分のみでほぼ０となる。

第１外部変調器１１０ａは、アンテナ４００ａ及び増幅器５００ａを介して受信した電気信号に基づいて、発光素子１３０から発光された光信号を第１光信号に変調する。第１外部変調器１１０ａは、例えば、一般的なマッハツェンダー変調器やＥＡ変調器（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）で構成される。

図２Ｂは、アンテナ４００ａで受信し、増幅器５００ａで増幅した電気信号の波形の一例を示す。図２Ｂに示す例においては、第１外部変調器１１０ａで受信する電気信号は、中心周波数を４．５ＧＨｚとし、周波数帯域幅が４００ＭＨｚの信号である。第１外部変調器１１０ａは、電気信号に基づいて、発光素子１３０から発光された光信号を第１光信号に変調する。なお、本実施形態において、第１外部変調器１１０ａで変調された信号も図２Ｂに示す波形と同様の波形となる。すなわち、信号の減衰を抑制した第１光信号が第１外部変調器１１０ａより出力される。

第２外部変調器１１０ｂは、アンテナ４００ｂ及び増幅器５００ｂを介して受信した電気信号に基づいて、第１外部変調器１１０ａで変調された第１光信号を第２光信号に変調する。また、第２外部変調器１１０ｂは、第１外部変調器１１０ａで変調された第１光信号と、アンテナ４００ｂ及び増幅器５００ｂを介して受信し、変調された光信号を重畳し、第２光信号として出力する。すなわち、第２外部変調器１１０ｂは、重畳された第２光信号を、光ファイバ３００を介して、外部に送信する。なお、第２外部変調器１１０ｂは、第１外部変調器１１０ａと同様に、例えば、一般的なマッハツェンダー変調器やＥＡ変調器（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）で構成される。

図２Ｃは、アンテナ４００ｂで受信し、増幅器５００ｂで増幅した電気信号の波形の一例を示す。図２Ｃに示す例においては、第２外部変調器１１０ｂで受信する電気信号は、中心周波数を２８ＧＨｚとし、周波数帯域幅が４００ＭＨｚの信号である。すなわち、本実施形態において第２外部変調器１１０ｂで受信する信号は、第１外部変調器１１０ａで受信する信号より中心周波数が高い。なお、第１の実施形態において、第１外部変調器１１０ａで受信する信号の周波数は、第１の周波数に相当する。また、第２外部変調器１１０ｂで受信する信号の周波数は、第２の周波数に相当する。

すなわち、第２外部変調器１１０ｂは、受信した電気信号に基づいて、第１外部変調器１１０ａから出された第１光信号を第２光信号に変調する。本実施形態において、第２外部変調器１１０ｂで変調された第２光信号も図２Ｄに示す波形となる。図２Ｄに示すように第２外部変調器１１０ｂから出力される信号には、中心周波数が４．５ＧＨｚの光信号と、中心周波数が２８ＧＨｚの光信号とが重畳されている。さらに、図２Ｄに示すように、第２外部変調器１１０ｂは、信号の減衰を抑制した第２光信号を出力する。

ここで、電気信号を重畳し、発光素子１３０によって発光された光信号を光ファイバ３００に送信する一般的な構成の比較例を、図３に示す。図３に示すように、比較例においては、アンテナ４００ａ及びアンテナ４００ｂを介して受信した無線信号を増幅器５００ａ及び増幅器５００ｂを経由してアッテネータ６００に入力する。

アッテネータ６００は、減衰器であり、信号が別の周波数のアンテナなどに進むことで、共振を起こさないようにするため、入力した信号を適切な値に減衰させる。例えば、アッテネータ６００においては、５ｄＢ程度の減衰が発生する。その後、アッテネータ６００で減衰された複数の電気信号は、カプラ７００に入力される。

カプラ７００は、アッテネータ６００から出力された信号を電気信号の状態で重畳する。このカプラ７００においては、３ｄＢ以上の信号の減衰が生じる。カプラ７００からの出力信号は、バイアスティー１４０（Ｂｉａｓ－Ｔｅｅ）を介して発光素子１３０に入力され、発光素子１３０から光信号として発光される。バイアスティー１４０は、高周波の回路において発光素子１３０などの能動素子にＤＣ電源２００からの電源を供給するために使用される。

すなわち、図３に示す比較例においては、アッテネータ６００及びカプラ７００による信号の減衰が発生する。例えば、上述の例においては、信号の重畳において、８ｄＢの減衰が発生する。

図４は、図３に示す比較例における発光素子１３０から発光される光信号の周波数と振幅との関係を示す図である。図４においては、図３に示す比較例の場合の波形を実線で示し、本実施形態に示す光送信器１００の場合の波形を点線で示す。図４に示すように、本実施形態における光送信器１００においては、図３に示す比較例における信号の減衰は発生せず、効率よく一本の光ファイバ３００で伝送することが可能となる。

なお、図１に示すブロック図において、発光素子１３０に近い第１外部変調器１１０ａに入力される信号を、複数の周波数の入力信号のうち、周波数の低い方の信号を割り当ててもよい。一般的に高い周波数ほど、信号の損失が大きくなりやすいため、この構成により、その高い周波数の信号が伝送する距離、及び変調器を通る数を減らすことで、光送信器１００としての良好な特性が得られることになる。

（第２の実施形態）
以上の通り、具体的な実施形態を一つ説明したが、上述した実施形態は例示であって実施形態を限定するものではない。例えば、上述の実施形態では、２つの外部変調器を用いて複数の周波数帯の信号を重畳する形態を例示した。ここではさらに、光送信器１００において、直接変調及び外部変調器を用いて信号の重畳を行う第２の実施形態に係る光送信器１００について、第１の実施形態と異なる構成について説明する。

第２の実施形態に係る光送信器１００は、一つの周波数の信号については、直接変調を用いて信号を変調する点で第１の実施形態に係る光送信器１００と異なる。図５は、第２の実施形態における光送信器１００の構成を示すブロック図である。図５に示すように、第２の実施形態における光送信器１００は、複数の周波数の入力信号のうち、一つの入力信号は、バイアスティー１４０と、発光素子１３０とによって信号を変調する直接変調が用いられる。また、第２の実施形態における光送信器１００は、もう一方の入力信号が、外部変調器１２０を介して重畳される。なお、第２の実施形態において、直接変調される信号の周波数は、第１の周波数に相当する。また、外部変調器１２０で受信する信号の周波数は、第２の周波数に相当する。

すなわち、第２の実施形態における光送信器１００は、複数の周波数の入力信号のうち、一方の入力信号を直接変調し、変調した第１光信号を発光する発光素子１３０を備える。また、第２の実施形態における光送信器１００は、他方の入力信号に基づいて、第１光信号を第２光信号に変調し、第２光信号を外部に送信する外部変調器１２０と、を備える。

このように、第２の実施形態における光送信器１００は、複数の周波数の入力信号のうち、一方の入力信号に対しては、直接変調に基づいて信号を変調することにより、システムの構成が容易となる。

なお、第２の実施形態において、例えば図５に示すアンテナ４００ａ及び増幅器５００ａを介して入力される信号を、複数の周波数の入力信号のうち、周波数が低い方の入力信号を割り当ててもよい。外部変調器１２０よりも直接変調の方が、周波数の帯域が限られるため、この構成とすることで伝送帯域の低い発光素子を用いることができるようになることから、より安価な構成とすることが可能となる。

また、第２の実施形態において、例えば図５に示すアンテナ４００ａ及び増幅器５００ａを介して入力される信号を、複数の周波数の入力信号のうち、周波数が高い方の入力信号を割り当ててもよい。この構成により、外部変調器１２０よりも直接変調の方が、周波数の帯域が限られるため、直接変調では高い周波数の信号に対して相互変調ひずみを生じにくくすることが可能となり、信号特性を良好にすることができる。

（他の実施形態）
実施形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明したが、以上の実施形態に記載した内容により本実施形態が限定されるものではない。また、上記に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、上記に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

上述の実施形態において、複数の周波数の信号に対して、第１外部変調器１１０ａ及び第２外部変調器１１０ｂを用いて信号を重畳する第１の実施形態を示した。また、上述の実施形態において、複数の周波数の信号に対して、外部変調器１２０及び直接変調を用いて信号を重畳する第２の実施形態を示した。例えば、第１の実施形態及び第２の実施形態における複数の周波数の信号に対し、アナログ信号及びデジタル信号に対して、信号を重畳する構成としてもよい。

図６は、図１に示す第１の実施形態における第１外部変調器１１０ａにデジタル信号発生源９００により発生されたデジタル信号が入力され、第２外部変調器１１０ｂにアナログ信号発生源８００により発生されたアナログ信号が入力される例を示す。この構成により、デジタル信号とアナログ信号との重畳において、電気信号ではなく光の変調で合波することにより、カプラやアッテネータによる損失が生じにくくなり、信号特性を良好にすることが可能となる。

また、図６に示すように、発光素子１３０に近い第１外部変調器１１０ａにデジタル信号を割り当てる構成としてもよい。高い周波数が用いられるアナログ信号の方が、信号の損失が大きくなりやすいため、図６に示す構成により、アナログ信号の伝送する距離が短く、また変調器を通る数を減らすことで、良好な特性が得られることになる。

なお、図６に示す構成は、実施形態の構成を限定するものではない。例えば、発光素子１３０に近い第１外部変調器１１０ａにアナログ信号を割り当てる構成としてもよい。この場合、アナログ信号の変調を先に行うことで、デジタル信号を含まない状態で変調することができ、相互変調歪の影響を受けやすいアナログ信号の信号品質の劣化を抑えることが可能となる。

図７は、アナログ信号発生源８００によって発生されたアナログ信号をバイアスティー１４０及び発光素子１３０により直接変調され、外部変調器１２０において、デジタル信号発生源９００で発生されたデジタル信号を重畳する例を示す。この構成で示すように、帯域が限られる直接変調にアナログ信号を割り当てることにより、相互変調歪の影響を小さくすることが可能となり、良好な伝搬特性が得られる。

以下に、光送信器１００の特徴について記載する。

第１の態様に係る光送信器１００は、複数の周波数の信号を重畳し、重畳した信号を送信する光送信器であって、発光素子１３０と、第１外部変調器１１０ａと、第２外部変調器１１０ｂとを備える。発光素子１３０は、光信号を発光する。第１外部変調器１１０ａは、入力された第１の周波数の信号に基づいて、発光素子１３０によって発光された光信号を第１光信号に変調する。第２外部変調器１１０ｂは、入力された第２の周波数の信号に基づいて、第１光信号を第２光信号に変調し、第２光信号を外部に送信する。

上記構成によれば、光送信器１００は、複数の周波数の信号の重畳において、カプラやアッテネータによる信号の減衰が発生せず、効率よく一本の光ファイバ３００で伝送することが可能となる。

第２の態様に係る光送信器１００は、複数の周波数の信号を重畳し、送信する光送信器であって、発光素子１３０と、外部変調器１２０とを備える。発光素子１３０は、第１の周波数の信号を直接変調し、光信号を発光する。外部変調器１２０は、発光素子１３０によって発光された光信号に基づいて、第２の周波数の信号を変調することで、第１の周波数の信号と、第２の周波数の信号とを重畳し、外部に送信する。

上記構成によれば、光送信器１００は、複数の周波数の入力信号のうち、一方の入力信号に対しては、直接変調に基づいて信号を変調することにより、システムの構成が容易となる。

第３の態様に係る光送信器１００の第１の周波数の信号は、第２の周波数の信号より周波数が高くてもよい。

上記構成によれば、光送信器１００は、外部変調器１２０よりも直接変調の方が、周波数の帯域が限られるため、直接変調では高い周波数の信号に対して相互変調ひずみを生じにくくすることが可能となり、信号特性を良好にすることができる。

第４の態様に係る光送信器１００第１の周波数の信号は、第２の周波数の信号より周波数が低くてもよい。

上記構成によれば、光送信器１００は、一般的に高い周波数ほど、信号の損失が大きくなりやすいため、その高い周波数の信号が伝送する距離、及び変調器を通る数を減らすことで、光送信器１００としての良好な特性が得られることになる。また、光送信器１００は、外部変調器１２０よりも直接変調の方が、周波数の帯域が限られるため、より安価な構成とすることが可能となる。

第５の態様に係る光送信器１００は、デジタル信号及びアナログ信号を重畳し、重畳した信号を送信する光送信器であって、発光素子１３０と、第１外部変調器１１０ａと、第２外部変調器１１０ｂとを備える。発光素子１３０は、光信号を発光する。第１外部変調器１１０ａは、デジタル信号に基づいて、発光素子１３０によって発光された光信号を第１光信号に変調する。第２外部変調器１１０ｂは、アナログ信号に基づいて、第１光信号を第２光信号に変調し、第２光信号を外部に送信する。

上記構成によれば、光送信器１００は、デジタル信号とアナログ信号との重畳において、電気信号ではなく光の変調で合波することにより、カプラやアッテネータによる損失が生じにくくなり、信号特性を良好にすることが可能となる。また、光送信器１００は、発光素子１３０に近い第１外部変調器１１０ａにデジタル信号を割り当てる構成とすることで、高い周波数を割り当てられたアナログ信号の伝送する距離が短く、また変調器を通る数を減らすことで、良好な特性が得られることになる。

第６の態様に係る光送信器１００は、デジタル信号及びアナログ信号を重畳し、重畳した信号を送信する光送信器であって、発光素子１３０と、外部変調器１２０とを備える。発光素子１３０は、アナログ信号を直接変調し、第１光信号を発光する。外部変調器１２０は、デジタル信号に基づいて、第１光信号を第２光信号に変調し、第２光信号を外部に送信する。

上記構成によれば、光送信器１００は、帯域が限られ、相互変調歪の小さな直接変調に高い周波数のアナログ信号を割り当てることにより、相互変調歪の影響を小さくすることが可能となり、良好な伝搬特性が得られる。

１００ 光送信器
１１０ａ 第１外部変調器
１１０ｂ 第２外部変調器
１２０ 外部変調器
１３０ 発光素子
１４０ バイアスティー

Claims (6)

1. 複数の周波数の信号を重畳し、重畳した信号を送信する光送信器であって、
   光信号を発光する発光素子と、
   入力された第１の周波数の信号に基づいて、前記発光素子によって発光された前記光信号を第１光信号に変調する第１外部変調器と、
   入力された第２の周波数の信号に基づいて、前記第１光信号を第２光信号に変調し、前記第２光信号を外部に送信する第２外部変調器と、
   を備える光送信器。
2. 複数の周波数の信号を重畳し、重畳した信号を送信する光送信器であって、
   第１の周波数の信号を直接変調し、第１光信号を発光する発光素子と、
   第２の周波数の信号に基づいて、前記第１光信号を第２光信号に変調し、前記第２光信号を外部に送信する外部変調器と、
   を備える光送信器。
3. 前記第１の周波数の信号は、前記第２の周波数の信号より周波数が高い、
   請求項２に記載の光送信器。
4. 前記第１の周波数の信号は、前記第２の周波数の信号より周波数が低い、
   請求項１又は２に記載の光送信器。
5. デジタル信号及びアナログ信号を重畳し、重畳した信号を送信する光送信器であって、
   光信号を発光する発光素子と、
   前記デジタル信号に基づいて、前記発光素子によって発光された前記光信号を第１光信号に変調する第１外部変調器と、
   前記アナログ信号に基づいて、前記第１光信号を第２光信号に変調し、前記第２光信号を外部に送信する第２外部変調器と、
   を備える光送信器。
6. デジタル信号及びアナログ信号を重畳し、重畳した信号を送信する光送信器であって、
   前記アナログ信号を直接変調し、第１光信号を発光する発光素子と、
   前記デジタル信号に基づいて、前記第１光信号を第２光信号に変調し、前記第２光信号を外部に送信する外部変調器と、
   を備える光送信器。

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