JP4499265B2 - Photodetector - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コヒーレント光通信の分野やコヒーレントOTDR(Optical Time Domain Reflectometry)及びその他の光ヘテロダイン検波を応用した光計測器の分野において、同相雑音成分を除去するためのバランス型光検出器に関する。
【0002】
【従来の技術】
光計測の分野においては、光検出器で捉えた光強度の総量よりも、むしろその微弱な変化分あるいは変調成分を測定の対象とする場合が多い。典型的な例としては、外部の光源から導入した光に対して、被測定物を反射および透過する間に生じた光強度の微弱な変化を測定する場合が挙げられる。そのような測定では、光源自身の僅かな光強度変動(光強度雑音)が測定の感度に大きく影響を及ぼすことになる。そのため、測定の感度を高めるためには、当然のことながら光源側で光強度雑音を可能な限り低減する必要がある。しかし、その一方で、検出側でも光源自身の光強度変動の影響を回避する対策が必要になる。
【0003】
一般的に施される対策としては、光源からの光路を二分岐して、その一方を測定用の光として被測定物に導入し、他方を参照用の光として利用する方法がある。光源自身の光強度雑音を除去した光強度の測定量を得るためには、被測定光と参照用の光の光強度を別々の光検出器で測定し、電気信号に変換した後で、両者に対して電気的あるいは数値的な演算を行えば良いということになる。
【0004】
単に両者の同相雑音成分として光源自身の光強度雑音を除去する場合には、予め両光検出器の出力レベルのバランスを適度に調整した上にで、電気的に両者の差をとるだけで良いことがわかる。このような光の同相雑音成分を除去する目的で二つの光検出器と増幅器を組み合わせた装置が既に考案されており、光バランスドレシーバとして知られている。
【0005】
光バランスドレシーバは、上で述べた光強度の微弱な変化の測定以外に、微弱光そのものを感度良く検出する場合にも使用される。一般に、微弱光を測定する場合には、主に光検出器側の電流雑音が感度を制限する要因となる。ここで、被測定光が波長、位相および波面のそろったレーザ光のような光(コヒーレント光)であれば、光ヘテロダイン検出法を適用してより感度を高めることが可能となる。光ヘテロダイン検出法は、波長が異なった光強度の大きな別のコヒーレント光(局部発振光あるいは局発光)を被測定光である微弱光に重畳し、発生したビート周波数成分から微弱光強度を得る方法である。光強度の大きな別のコヒーレント光と重畳した結果、ビート周波数成分の光強度は被測定光よりも大きくなり、光検出器側の雑音の影響が小さくなる。ところが、そのままでは光強度の大きな直流成分も同時に発生しているため、局発光の光強度雑音の影響により感度が左右される。そこで、光ヘテロダイン検出法では、その直流成分を排除するために、3dB光結合器と組み合わせた光バランスドレシーバが使用されることが多い。
【0006】
コヒーレント光通信やコヒーレントOTDR等では、光ヘテロダイン検波法を使用する。よって、光バランスドレシーバは、コヒーレント光通信やコヒーレントOTDRには欠かせない。
【0007】
光バランスドレシーバは、文字通りバランス型の光検出器であるため、通常は二つの個別の受光素子を組み合わせてそれらの出力の差を検出する回路(平衡検出回路)を構成するだけで実現できる。
【0008】
二つの個別の受光素子の特性が一致しているほど、光バランスドレシーバとしての性能が良く、平衡検出回路の構成も簡単になる。よって、受光素子としては、同一ウエハで作製されたアレイ型のフォトダイオード対を使用する方が有利である。
【0009】
このような光バランスドレシーバの構成を図5に示す。3dB光結合器(光カプラ)101は二個の光入力端子102、103を有する。光ヘテロダイン検波法を使用する場合の動作を説明する。光入力端子102、103から入力されたコヒーレント光は3dB光結合器101の中央部で重畳し合い、互いに逆位相のビート周波数成分に分離されてフォトダイオード105、106に導かれる。それと同時に、フォトダイオード105、106には同位相の直流成分も加わっている。よって、フォトダイオード105、106は直列に接続、すなわち一方のアノードを他方のカソードに接続して同相成分を除去する。このように、直列に接続されたフォトダイオード105、106をツインフォトダイオードあるいはデュアルフォトダイオードという。
【0010】
ここで、フォトダイオード105、106の、光入力に対する同相雑音成分除去比(コモンモード除去比、CMRR)は性能を左右する最も重要な要因である。このCMRRを向上させるためには、フォトダイオード105、106の感度のみならず、周波数応答特性やそれらの温度依存性といった各種特性を可能な限り一致させた方が有利である。そこで、フォトダイオード105、106の特性を一致させ、しかも装置を小型化するために、一体化して作製された素子であることが好ましい。なお、装置の小型化および実装コストの低減のためにフォトダイオード105、106を3dB光結合器101と一体化した光集積回路として作製してもよい。
【0011】
光電流I1と光電流I2とに差がある場合(光電流の逆相成分がある場合)には、その差の電流のみが電流−電圧変換型の増幅回路104によって電圧に変換され出力端子111に出力される。なお、増幅回路104は図5の例ではトランスインピーダンスアンプである。従って、増幅回路104は、電流を電圧に変換する帰還抵抗110と、反転増幅器109とを有する。
【0012】
なお、フォトダイオード105とフォトダイオード106との間に感度の差が生ずる場合や、フォトダイオード105と3dB光結合器101との光結合効率とフォトダイオード106と3dB光結合器101との光結合効率とに差が生ずる場合は、図6に示すように、抵抗回路網112をフォトダイオード105とフォトダイオード106との間に設けることがある。
【0013】
すなわち、抵抗回路網112内の可変抵抗の調整あるいは抵抗のトリミングによって、フォトダイオード105とフォトダイオード106との感度差や光結合効率の差を補償する。このような回路は、特開平9−93206号公報に記載されている。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、直列に接続して一体化したフォトダイオード105、106すなわちデュアルフォトダイオードの製造方法は複雑である。
【0015】
そこで、本発明は、製造が容易な光検出器を提供することを課題とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
本発明は、二つのコヒーレント光を重畳して、互いに逆位相を有する二つのビート周波数成分光を出力する光結合手段と、二つのビート周波数成分光を受光し、それぞれのカソードに同じ直流電圧が印加される二個のフォトダイオードと、二個のフォトダイオードが生成する電流の差分を電圧に変換する差分変換手段と、を備えるように構成される。
【0017】
上記のように構成された光検出器によれば、二個のフォトダイオードのカソードに同じ直流電圧を印加すれば、差分変換手段が二個のフォトダイオードが生成する電流の差分を電圧に変換するので、直流の同相成分が打ち消し合う。
【0018】
よって、二個のフォトダイオードのカソードに同じ直流電圧を印加すれば、二個のフォトダイオードを直列に接続する等の労力を省くことができ、製造が容易な光検出器を提供できる。
【0019】
本発明は、二個のフォトダイオードはカソードを共通とする、ものである。
【0020】
二個のフォトダイオードのカソードを共通にしたので、光検出器の小型化が図れる。
【0021】
本発明は、差分変換手段は、二個のフォトダイオードのアノードの電位差を増幅して出力する差動増幅器と、差動増幅器の出力と、二個のフォトダイオードの内の一つのフォトダイオードのアノードとを接続する帰還抵抗と、二個のフォトダイオードの内のさらに他のフォトダイオードのアノードを接地する接地抵抗と、差動増幅器の出力の電位と接地電位との電位差を検出する電位差検出部と、を備えるように構成される。
【0022】
本発明は、帰還抵抗と接地抵抗とは同一の抵抗値を有する、ものである。
【0023】
本発明は、帰還抵抗および接地抵抗の少なくとも一方は可変抵抗である、ものである。
【0024】
本発明は、差分変換手段は、二個のフォトダイオードの内の一つのフォトダイオードのアノードと接地電位との電位差を増幅して出力する第一差動増幅器と、第一差動増幅器の出力と、一つのフォトダイオードのアノードとを接続する第一帰還抵抗と、二個のフォトダイオードの内のさらに他のフォトダイオードのアノードと、第一差動増幅器の出力とを接続する接続抵抗と、他のフォトダイオードのアノードの電位と、接地電位との電位差を検出する電位差検出部と、を備えるように構成される。
【0025】
本発明は、第一帰還抵抗と接続抵抗とは同一の抵抗値を有する、ものである。
【0026】
本発明は、第一帰還抵抗および接続抵抗の少なくとも一方は可変抵抗である、ものである。
【0027】
本発明は、他のフォトダイオードのアノードの電位と、接地電位との電位差を増幅する第二差動増幅器を備え、電位差検出部は第二差動増幅器の出力の電位を検出する、ものである。
【0028】
本発明は、第二差動増幅器の出力と、他のフォトダイオードのアノードとを接続する第二帰還抵抗を、備えるように構成される。
【0029】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0030】
第一の実施形態
図1は、本発明の第一の実施形態にかかる光検出器の回路図である。光検出器1は、光結合器10、カソードコモン型フォトダイオード20、差分変換手段30を備える。
【0031】
光結合器10は、例えば3dB光カプラであり、光入力端子12、14、光出力端子16、18、を有する。光入力端子12、14にはそれぞれコヒーレント光が入力される。光入力端子12、14に入力された二つのコヒーレント光は重畳されて、互いに逆位相のビート周波数成分光が光出力端子16、18から出力される。
【0032】
カソードコモン型フォトダイオード20はフォトダイオード22、24を有する。フォトダイオード22はカソード22a、アノード22bを有し、フォトダイオード24はカソード24a、アノード24bを有する。カソード22aとカソード24aとは接続されており、直流電圧Vsがかけられている。原理的には、カソード22aとカソード24aとに同じ直流電圧を印加しさえすればよいが、カソード22aとカソード24aとが接続されていることが光検出器1の小型化のためには好適である。すなわち、カソードコモン型フォトダイオード20は、カソードが共通でアノードが分離された一般的な2チャンネルフォトダイオードアレイである。フォトダイオード22、24にはそれぞれ、光出力端子16、18から出力されたビート周波数成分光が入射される。
【0033】
差分変換手段30は、差動増幅器32、帰還抵抗34、接地抵抗36、出力端子37、接地端子38を有する。差動増幅器32は、アノード24bの電位からアノード22bの電位を減じた電位差を増幅して出力端子37から電圧として出力する。差動増幅器32の入力インピーダンスが高いことが好ましい。帰還抵抗34は、出力端子37とアノード22bとを接続する。接地抵抗36は、アノード24bを接地する。出力端子37は、差動増幅器32の出力端子であり、接地端子38は接地されている。出力端子37および接地端子38が差動増幅器32の出力の電位と接地電位との電位差を検出する電位差検出部に相当する。
【0034】
なお、接地抵抗36は可変抵抗であるが、帰還抵抗34もまた可変抵抗としてもよい。あるいは、帰還抵抗34を可変抵抗として、接地抵抗36の抵抗値を固定的にしておいてもよい。また、帰還抵抗34と接地抵抗36とは同一の抵抗値を有するようにするのが一般的である。しかし、フォトダイオード22、24の感度の差や、フォトダイオード22、24と光結合器10との光結合効率の差を補正するために、接地抵抗36の抵抗値と帰還抵抗34の抵抗値とをやや差をつけてもよい。
【0035】
次に、第一の実施形態の動作を説明する。コヒーレント光が光入力端子12、14に入射されると、光結合器10にて重畳され、互いに逆位相のビート周波数成分光が光出力端子16、18から出力される。光出力端子16、18から出力されたビート周波数成分光を、カソードコモン型フォトダイオード20のフォトダイオード22、24が受光して、フォトダイオード22、24に電流が流れる。フォトダイオード22、24を流れる電流の差分をとれば、直流の同相成分を除去できる。差分変換手段30は、フォトダイオード22、24を流れる電流の差分を電圧に変換する。
【0036】
まず、フォトダイオード22、24の感度、光結合器10との光結合効率が同一であるとする。差動増幅器32が高入力インピーダンスであるので、フォトダイオード22、24から差動増幅器32へ入力される電流は微小であると考えられる。そこで、帰還抵抗34および接地抵抗36の抵抗値が共にRであるとすれば、フォトダイオード22、24を流れる電流の差分I1−I2は、帰還抵抗34の両端電位差R*I1と接地抵抗36の両端電位差R*I2との差分R*(I1−I2)を帰還抵抗34および接地抵抗36の抵抗値Rで割った値になる。よって、フォトダイオード22、24を流れる電流の差分が、電位差に変換される。
【0037】
一方、差動増幅器32は、帰還抵抗34が負帰還経路となるため、差動増幅器32の二つの入力端子が等電位に保たれているとみてよい。よって、出力端子37の接地端子38に対する電位差を−Vdefとすれば、帰還抵抗34の両端電位差R*I1と接地抵抗36の両端電位差R*I2との差分R*(I1−I2)は、Vdefとなる。よって、フォトダイオード22、24を流れる電流の差分は、出力端子37の接地端子38に対する電位差の符号を逆にして、帰還抵抗34および接地抵抗36の抵抗値Rで割った値になる。
【0038】
なお、フォトダイオード22、24の感度、光結合器10との光結合効率が同一ではない場合は、帰還抵抗34の抵抗値と接地抵抗36の抵抗値を同一にならないようにずらしてやれば補正可能である。
【0039】
第一の実施形態によれば、カソードコモン型フォトダイオード20を使用すれば、フォトダイオード22、24を流れる電流の差分に相当する値を電圧として取出すことができ、ダイオードを直列に接続するといった複雑な製造工程をとらずにすむ。
【0040】
しかも、出力端子37の出力は差動増幅器32の出力そのものであるので、負荷に対する依存性が少ない出力が得られる。
【0041】
第二の実施形態
第二の実施形態は、第一の実施形態と比べて差分変換手段の構成が相違する。以下、第一の実施形態と同様な部分は同一の番号を付して説明を省略する。
【0042】
光検出器1は、光結合器10、カソードコモン型フォトダイオード20、差分変換手段40を備える。光結合器10、カソードコモン型フォトダイオード20は、第一の実施形態と同様の構成である。
【0043】
差分変換手段40は、第一差動増幅器42、第一帰還抵抗44、出力端子46、接続抵抗41、アノード電極43、接地電極45を有する。
【0044】
第一差動増幅器42は、接地電位からアノード22bの電位を減じた電位差を増幅して出力端子46に電圧として出力する。第一差動増幅器42の入力インピーダンスが高いことが好ましい。第一帰還抵抗44は、出力端子46とアノード22bとを接続する。接続抵抗41は、出力端子46とアノード24bとを接続する。アノード電極43は、アノード24bに接続されている。接地電極45は接地されている。アノード電極43および接地電極45が、アノード24bと接地電位との電位差を検出する電位差検出部に相当する。
【0045】
なお、接続抵抗41は可変抵抗であるが、第一帰還抵抗44もまた可変抵抗としてもよい。あるいは、第一帰還抵抗44を可変抵抗として、接続抵抗41の抵抗値を固定的にしておいてもよい。また、接続抵抗41と第一帰還抵抗44とは同一の抵抗値を有するようにするのが一般的である。しかし、フォトダイオード22、24の感度の差や、フォトダイオード22、24と光結合器10との光結合効率の差を補正するために、接続抵抗41の抵抗値と第一帰還抵抗44の抵抗値とにやや差をつけてもよい。
【0046】
次に、第二の実施形態の動作を説明する。コヒーレント光が光入力端子12、14に入射されると、光結合器10にて重畳され、互いに逆位相のビート周波数成分光が光出力端子16、18から出力される。光出力端子16、18から出力されたビート周波数成分光を、カソードコモン型フォトダイオード20のフォトダイオード22、24が受光して、フォトダイオード22、24に電流が流れる。フォトダイオード22、24を流れる電流の差分をとれば、直流の同相成分を除去できる。差分変換手段40は、フォトダイオード22、24を流れる電流の差分を電圧に変換する。すなわち、電流の差分に相当する値を電圧として取出す。
【0047】
まず、フォトダイオード22、24の感度、光結合器10との光結合効率が同一であるとする。第一差動増幅器42が高入力インピーダンスであるので、第一差動増幅器42へ入力される電流は微小であると考えられる。そこで、フォトダイオード22から流れる電流は、ほとんど全て第一帰還抵抗44で電圧に変換される。しかも、第一帰還抵抗44が第一差動増幅器42の負帰還経路であるため、第一差動増幅器42の入力端子は接地電位に保たれる。
【0048】
また、接地電極45の負荷は、接続抵抗41よりも十分に大きいとみなせることが多いため、フォトダイオード24から流れる電流は、ほとんど全て接続抵抗41で電圧に変換される。
【0049】
よって、第一帰還抵抗44および接続抵抗41の抵抗値が共にRであるとすれば、フォトダイオード22、24を流れる電流の差分I1−I2は、第一帰還抵抗44の両端電位差R*I1と接続抵抗41の両端電位差R*I2との差分R*(I1−I2)を第一帰還抵抗44および接続抵抗41の抵抗値Rで割った値になる。よって、フォトダイオード22、24を流れる電流の差分が、電位差に変換される。
【0050】
一方、第一帰還抵抗44および接続抵抗41の一端は共に出力端子46であるので、一端の電位が共通する。第一帰還抵抗44の両端電位差R*I1と接続抵抗41の両端電位差R*I2との差分R*(I1−I2)は、第一差動増幅器42の入力端子のアノード24bに対する電位差となる。ここで、第一差動増幅器42の入力端子の電位は接地電位に保たれている。よって、アノード24bの接地電位に対する電位差の符号を逆転した値が、第一帰還抵抗44の両端電位差R*I1と接続抵抗41の両端電位差R*I2との差分となる。
【0051】
よって、アノード電極43の接地電極45に対する電位差を−Vdefとすれば、第一帰還抵抗44の両端電位差R*I1と接続抵抗41の両端電位差R*I2との差分R*(I1−I2)は、Vdefとなる。よって、フォトダイオード22、24を流れる電流の差分は、アノード電極43の接地電極45に対する電位差の符号を逆にして、第一帰還抵抗44および接続抵抗41の抵抗値Rで割った値になる。
【0052】
なお、フォトダイオード22、24の感度、光結合器10との光結合効率が同一ではない場合は、第一帰還抵抗44の抵抗値と接続抵抗41の抵抗値を同一にならないようにずらしてやれば補正可能である。
【0053】
第二の実施形態によれば、カソードコモン型フォトダイオード20を使用すれば、フォトダイオード22、24を流れる電流の差分に相当する値を電圧として取出すことができ、ダイオードを直列に接続するといった複雑な製造工程をとらずにすむ。
【0054】
しかも、第一の実施形態においては、差動増幅器32の入力端子の電位が同相で変動し、差動増幅器32のCMRR特性の影響を受けやすい。しかし、第二の実施形態においては、第一差動増幅器42の入力端子の電位は接地電位に固定されるので、第一差動増幅器42のCMRR特性の影響を受けにくくできる。
【0055】
しかも、出力端子46の電位からフォトダイオード22が受光した光の強度を監視できる。
【0056】
さらに、第一差動増幅器42および第一帰還抵抗44による、フォトダイオード22に流れる電流の電圧への変換に際して誤差が大きい場合には、第一帰還抵抗44の抵抗値と接続抵抗41の抵抗値を同一にならないようにずらしてやれることにより、補正可能である。
【0057】
つまり、第一差動増幅器42自身の利得が小さい場合には、第一帰還抵抗44の両端電位差をフォトダイオード22に流れる電流I1で割れば、第一帰還抵抗44の抵抗値Rよりも若干小さくなる。そこで、接続抵抗41の抵抗値を第一帰還抵抗44の抵抗値よりも若干小さくすることで補正できる。
【0058】
なお、第二の実施形態の変形例として、アノード電極43と接地電極45との後に高入力インピーダンスの第二差動増幅器47を接続した光検出器1を図3に示す。第二差動増幅器47は、アノード電極43の接地電極45に対する電位差を増幅して出力端子48に出力するものである。
【0059】
第三の実施形態
第三の実施形態は、第二の実施形態の光検出器1におけるアノード電極43および接地電極45に、トランスインピーダンスアンプを接続した点が異なる。第二の実施形態と同様な部分は、説明を省略する。
【0060】
第二差動増幅器47は、アノード電極43と接地電極45との後に接続されている。第二差動増幅器47は、高入力インピーダンスである。第二差動増幅器47は、接地電位からアノード電極43の電位を減じた電位差を増幅して電圧として出力する。第二帰還抵抗49は、第二差動増幅器47の出力端子48とアノード電極43とを接続するものである。
【0061】
次に、第三の実施形態の動作を説明する。第二帰還抵抗49が第二差動増幅器47の負帰還経路であるため、第二差動増幅器47の入力端子の電位は接地電位に保たれる。また、第二の実施形態と同様に、第一差動増幅器42の入力端子は接地電位に保たれる。よって、第一帰還抵抗44の両端電位差と接続抵抗41の両端電位差とは等しい。したがって、接続抵抗41にはフォトダイオード22から流れる電流I1に等しい電流しか流れない。しかも、第二差動増幅器47は高入力インピーダンスであるため、フォトダイオード24を流れる電流I2からフォトダイオード22を流れる電流I1を減じた電流I2―I1が第二帰還抵抗49に流れることになる。第二帰還抵抗49のアノード電極43側の電位は設置電位すなわち0Vであるから、出力端子48側の電位は、0−R*(I2―I1)=R*(I1−I2)となる。よって、出力端子48側の電位をVdefとすれば、Vdef/Rが、フォトダイオード22、24を流れる電流の差分となる。さらに、トランスインピーダンスアンプを使用しているため、第二の実施形態よりも高速になる。
【0062】
第三の実施形態によっても、第二の実施形態と同様の効果を奏する。
【0063】
【発明の効果】
本発明によれば、二個のフォトダイオードのカソードに同じ直流電圧を印加すれば、二個のフォトダイオードを直列に接続する等の労力を省くことができ、製造が容易な光検出器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施形態にかかる光検出器1の回路図である。
【図2】本発明の第二実施形態にかかる光検出器1の回路図である。
【図3】本発明の第二実施形態の変形例にかかる光検出器1の回路図である。
【図4】本発明の第三実施形態にかかる光検出器1の回路図である。
【図5】従来技術における光バランスドレシーバの一例の回路図である。
【図6】従来技術における光バランスドレシーバのさらなる一例の回路図である。
【符号の説明】
1 光検出器
10 光結合器
12、14 光入力端子
16、18 光出力端子
20 カソードコモン型フォトダイオード
22、24 フォトダイオード
22a、24a カソード
22b、24b アノード
30 差分変換手段
32 差動増幅器
34 帰還抵抗
36 接地抵抗
37 出力端子
38 接地端子
40 差分変換手段
41 接続抵抗
42 第一差動増幅器
43 アノード電極
44 第一帰還抵抗
45 接地電極
46 出力端子
47 第二差動増幅器
48 出力端子
49 第二帰還抵抗
101 3dB光結合器(光カプラ)
102、103 光入力端子
104 増幅回路
105、106 フォトダイオード
109 反転増幅器
110 帰還抵抗
111 出力端子
112 抵抗回路網[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a balanced photodetector for removing common-mode noise components in the field of coherent optical communication, the field of optical measuring instruments to which coherent OTDR (Optical Time Domain Reflectometry) and other optical heterodyne detection are applied.
[0002]
[Prior art]
In the field of optical measurement, there are many cases where the measurement is performed on the weak change or modulation component rather than the total amount of light intensity captured by the photodetector. As a typical example, there is a case where a slight change in light intensity that occurs during reflection and transmission of an object to be measured is measured with respect to light introduced from an external light source. In such a measurement, slight light intensity fluctuation (light intensity noise) of the light source itself greatly affects the sensitivity of the measurement. Therefore, in order to increase the sensitivity of measurement, it is naturally necessary to reduce light intensity noise as much as possible on the light source side. However, on the other hand, it is necessary to take measures to avoid the influence of the light intensity fluctuation of the light source itself on the detection side.
[0003]
As a countermeasure generally taken, there is a method in which an optical path from a light source is bifurcated, one of them is introduced as a measurement light into the object to be measured, and the other is used as a reference light. In order to obtain a light intensity measurement amount from which the light intensity noise of the light source itself has been removed, the light intensity of the light to be measured and the reference light is measured with separate photodetectors, converted into electrical signals, and then both Therefore, it is sufficient to perform an electrical or numerical operation on the.
[0004]
If the light intensity noise of the light source itself is simply removed as the common-mode noise component of both, it is only necessary to adjust the balance between the output levels of the two photodetectors in advance and then electrically take the difference between the two. I understand that. In order to remove such in-phase noise components of light, a device combining two photodetectors and an amplifier has already been devised, and is known as an optical balanced receiver.
[0005]
The light balanced receiver is used not only for measuring the weak change in light intensity described above, but also for detecting weak light itself with high sensitivity. In general, when measuring weak light, current noise on the photodetector side is a factor limiting sensitivity. Here, if the light to be measured is light (coherent light) such as laser light having a uniform wavelength, phase, and wavefront, the sensitivity can be further improved by applying the optical heterodyne detection method. Optical heterodyne detection method is a method to obtain weak light intensity from the generated beat frequency component by superimposing another coherent light (local oscillation light or local light) with different light intensity at different wavelengths on the weak light being measured light. It is. As a result of superimposing with another coherent light having a high light intensity, the light intensity of the beat frequency component becomes larger than that of the light to be measured, and the influence of noise on the photodetector side is reduced. However, since a direct current component having a large light intensity is generated at the same time as it is, the sensitivity depends on the influence of the light intensity noise of local light. Therefore, in the optical heterodyne detection method, an optical balanced receiver combined with a 3 dB optical coupler is often used in order to eliminate the DC component.
[0006]
In coherent optical communication, coherent OTDR, and the like, an optical heterodyne detection method is used. Therefore, the optical balanced receiver is indispensable for coherent optical communication and coherent OTDR.
[0007]
Since the optical balanced receiver is literally a balanced photodetector, it can be realized usually only by combining two individual light receiving elements and detecting a difference between the outputs (balance detection circuit).
[0008]
The more the characteristics of the two individual light receiving elements match, the better the performance as an optical balanced receiver and the simpler the configuration of the balanced detection circuit. Therefore, it is advantageous to use an array type photodiode pair made of the same wafer as the light receiving element.
[0009]
The configuration of such an optical balanced receiver is shown in FIG. The 3 dB optical coupler (optical coupler) 101 has two
[0010]
Here, the common-mode noise component rejection ratio (common mode rejection ratio, CMRR) of the
[0011]
When there is a difference between the photocurrent I1 and the photocurrent I2 (when there is an antiphase component of the photocurrent), only the current of the difference is converted into a voltage by the current-voltage conversion
[0012]
It should be noted that when there is a difference in sensitivity between the
[0013]
That is, the sensitivity difference between the
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
However, the manufacturing method of the
[0015]
Therefore, an object of the present invention is to provide a photodetector that can be easily manufactured.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The present invention superimposes two coherent lights and outputs two beat frequency component lights having opposite phases, receives the two beat frequency component lights, and receives the same DC voltage on each cathode. Two photodiodes to be applied, and difference conversion means for converting a difference between currents generated by the two photodiodes into a voltage are provided.
[0017]
According to the photodetector configured as described above, if the same DC voltage is applied to the cathodes of the two photodiodes, the difference conversion means converts the difference between the currents generated by the two photodiodes into a voltage. Therefore, the DC common-mode components cancel each other.
[0018]
Therefore, if the same DC voltage is applied to the cathodes of the two photodiodes, labor such as connecting the two photodiodes in series can be saved, and a photodetector that can be easily manufactured can be provided.
[0019]
In the present invention, two photodiodes share a cathode.
[0020]
Since the cathodes of the two photodiodes are shared, the size of the photodetector can be reduced.
[0021]
In the present invention, the difference conversion means includes a differential amplifier that amplifies and outputs a potential difference between the anodes of two photodiodes, an output of the differential amplifier, and an anode of one photodiode of the two photodiodes. A feedback resistor that connects to the ground, a ground resistor that grounds the anode of another photodiode of the two photodiodes, and a potential difference detection unit that detects a potential difference between the output potential of the differential amplifier and the ground potential. Are configured.
[0022]
In the present invention, the feedback resistance and the ground resistance have the same resistance value.
[0023]
In the present invention, at least one of the feedback resistor and the ground resistor is a variable resistor.
[0024]
In the present invention, the differential conversion means amplifies and outputs a potential difference between the anode of one of the two photodiodes and the ground potential, and an output of the first differential amplifier. A first feedback resistor that connects the anode of one photodiode, a connection resistor that connects the anode of another photodiode of the two photodiodes, and the output of the first differential amplifier, and the other And a potential difference detector for detecting a potential difference between the anode potential of the photodiode and the ground potential.
[0025]
In the present invention, the first feedback resistor and the connection resistor have the same resistance value.
[0026]
In the present invention, at least one of the first feedback resistor and the connection resistor is a variable resistor.
[0027]
The present invention includes a second differential amplifier that amplifies a potential difference between an anode potential of another photodiode and a ground potential, and a potential difference detection unit detects an output potential of the second differential amplifier. .
[0028]
The present invention is configured to include a second feedback resistor that connects the output of the second differential amplifier and the anode of another photodiode.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0030]
First Embodiment FIG. 1 is a circuit diagram of a photodetector according to a first embodiment of the present invention. The
[0031]
The
[0032]
The cathode
[0033]
The differential conversion means 30 includes a
[0034]
The
[0035]
Next, the operation of the first embodiment will be described. When the coherent light is incident on the
[0036]
First, it is assumed that the sensitivity of the
[0037]
On the other hand, the
[0038]
If the sensitivity of the
[0039]
According to the first embodiment, if the cathode
[0040]
Moreover, since the output of the
[0041]
Second Embodiment The second embodiment differs from the first embodiment in the configuration of difference conversion means. Hereinafter, the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0042]
The
[0043]
The difference conversion means 40 includes a first
[0044]
The first
[0045]
The
[0046]
Next, the operation of the second embodiment will be described. When the coherent light is incident on the
[0047]
First, it is assumed that the sensitivity of the
[0048]
Further, since the load of the
[0049]
Therefore, if the resistance values of the
[0050]
On the other hand, since one end of the
[0051]
Therefore, if the potential difference between the
[0052]
If the sensitivity of the
[0053]
According to the second embodiment, if the cathode
[0054]
Moreover, in the first embodiment, the potential of the input terminal of the
[0055]
In addition, the intensity of light received by the
[0056]
Further, when the first
[0057]
In other words, when the gain of the first
[0058]
As a modification of the second embodiment, FIG. 3 shows a
[0059]
Third Embodiment The third embodiment is different in that a transimpedance amplifier is connected to the
[0060]
The second
[0061]
Next, the operation of the third embodiment will be described. Since the
[0062]
The third embodiment also has the same effect as the second embodiment.
[0063]
【The invention's effect】
According to the present invention, if the same DC voltage is applied to the cathodes of two photodiodes, it is possible to save labor such as connecting the two photodiodes in series, and provide a photodetector that is easy to manufacture. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a
FIG. 2 is a circuit diagram of a
FIG. 3 is a circuit diagram of a
FIG. 4 is a circuit diagram of a
FIG. 5 is a circuit diagram of an example of a conventional optical balanced receiver.
FIG. 6 is a circuit diagram of a further example of a conventional optical balanced receiver.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
102, 103
Claims (6)
前記二つのビート周波数成分光を受光し、それぞれのカソードに同じ直流電圧が印加される二個のフォトダイオードと、
前記二個のフォトダイオードが生成する電流の差分を電圧に変換する差分変換手段と、
を備え、
前記差分変換手段は、
前記二個のフォトダイオードの内の一つのフォトダイオードの前記アノードと接地電位との電位差を増幅して出力する第一差動増幅器と、
前記第一差動増幅器の出力と、前記一つのフォトダイオードの前記アノードとを接続する第一帰還抵抗と、
前記二個のフォトダイオードの内のさらに他のフォトダイオードの前記アノードと、前記第一差動増幅器の出力とを接続する接続抵抗と、
前記他のフォトダイオードの前記アノードの電位と、前記接地電位との電位差を検出する電位差検出部と、
を有し、
前記電位差検出部により検出された電位差が、前記二個のフォトダイオードが生成する電流の差分に相当する値である、
光検出器。Optical coupling means for superimposing two coherent lights and outputting two beat frequency component lights having opposite phases to each other;
Two photodiodes that receive the two beat frequency component lights and that have the same DC voltage applied to their respective cathodes;
Difference conversion means for converting a difference between currents generated by the two photodiodes into a voltage;
With
The difference conversion means includes
A first differential amplifier that amplifies and outputs a potential difference between the anode and ground potential of one of the two photodiodes;
A first feedback resistor connecting the output of the first differential amplifier and the anode of the one photodiode;
A connection resistor connecting the anode of the other photodiode of the two photodiodes and the output of the first differential amplifier;
A potential difference detection unit that detects a potential difference between the potential of the anode of the other photodiode and the ground potential;
Have
The potential difference detected by the potential difference detection unit is a value corresponding to a difference between currents generated by the two photodiodes.
Photo detector.
前記電位差検出部は前記第二差動増幅器の出力の電位を検出する、
請求項1ないし4のいずれか一項に記載の光検出器。A second differential amplifier for amplifying a potential difference between the anode potential of the other photodiode and the ground potential;
The potential difference detection unit detects an output potential of the second differential amplifier;
The photodetector according to any one of claims 1 to 4 .
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