JPH02235450A - 光ヘテロダインホモダイン検波通信方法 - Google Patents

光ヘテロダインホモダイン検波通信方法

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JPH02235450A
JPH02235450A JP1057111A JP5711189A JPH02235450A JP H02235450 A JPH02235450 A JP H02235450A JP 1057111 A JP1057111 A JP 1057111A JP 5711189 A JP5711189 A JP 5711189A JP H02235450 A JPH02235450 A JP H02235450A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、光ヘテロダインホモダイン検波通信方法に関
する。
(従来の技術) 光ヘテロダイン検波通信(コヒーレント光通信)方法は
、光の強度を変調する直接検波通信方法と比べ犬幅に受
信感度が高く、また高密度周波数多重(FDM)通信に
も適しているという特徴が有る。これらの特徴のうち高
密度FDMを利用したコヒーレント光CATV(ケーブ
ルテレビ)システムは、高品位画像信号の様な大容皿の
信号を数十チャンネル数千加人者に分配できる方式とし
て期待されている。
(渋谷、山崎、下坂、村田、小野、鹿EEIfコヒーレ
ント光CATV−10チェンネルFDM伝送実験−]電
子情報通信学会技術研究報告OQE88−70. 19
88年lθ月24日) このコヒーレント光CATVでは、複数の信号光を相互
の周波数間隔を安定化させた後周波数多重して送信し、
受信部においては内蔵されている局部発振光源の光と信
号光を合波したものを光検出器で受光する。この場合、
光検出器の出力には信号光と局部発振光の周波数差に相
当するビートが中間周波数(IF)の電気信号゜として
現れ、これを復調することによってベースバンド信号を
得ることができる。このとき検出できるIF信号の周波
数局部は発振光と信号光の相対的な周波数差によって決
まるので、局部発振光の周波数を蹴ることによって任意
のチャンネルを受信することができる。
ところで、コヒーレント光CATVで用いられる光源は
通常半導体レーザが最も適していると考えられるが、半
導体レーザの発振周波数はバイアス電流、周囲温度によ
って大きく変動するため、絶対周波数の信頼製はマイク
ロ波発振器等と比べて極めて低いものである。このため
、コヒーレント光CATVでは送信側においては、各チ
ャンネルに対する信号光の相互の周波数間隔ならびに絶
対波長の安定化が行なわれる。一方受信側においては、
任意のチャンネルの瞬時選択製と長時間安定製及び動作
の再現性が要求されるのでこれらの機能が実現できる様
に局部発振光源の発振周波数の管理、制御が行なわれる
(発明が解決しようとする課題) ところでこれらの機能を実現する手段としては理想的に
言えば局部発振光源の絶対波長をアンモニア吸収線等の
波長基準を用いて管理しこの波長を基準点にして任意の
周波数に局部発振光を直接アクセスする方法が確実な手
段として考えられる。しかしながらこの方法はシステム
規模が大きくまた受信器が加入者内に設置されることを
考慮するとコストの点でもあまり現実的とはいえない。
また、絶対波長基準を用いずに任意チャンネルの瞬時選
択性と長時間安定性及び動作の再現性を実現した報告例
はまだ無い。
本発明は、コヒーレント光CATV用受信機ならびに1
チャンネル伝送系での受信機における上述の機能を絶対
波長基準等の特殊なデバイスを用いない簡易な構成で実
現する手段を新たに提供するものである。
(課題を解決するための手段) 本発明による光ヘテロダインホモダイン検波通信方法は
、特に周波数多重信号光の各チャンネルを受信するのに
必要となる前記局部発振光源の波長制御用のバイアス電
流値をアドレスバイアス電流値として記憶し、選局の際
に希望するチャンネルに対応した前記アドレスバイアス
電流値として記憶し、選局の際に希望するチャンネルに
対応した前記アドレスバイアス電流値を前記局部発振光
源に加えることによって選局して受信する方式において
、任意の1チャンネルを受信中に生じた前記局部発振光
周波数と信号光周波数の相対的なドリフト量を検出し、
このドリフト量を打ち消すのに必要な補正バイアス電流
値を換算してこれを既に記憶されている各チャンネルに
則応する前記アドレスバイアス電流値の全てに加算し、
別のチャンネルに切り換える時には、前記補正バイアス
電流値が加算された新たなアドレスバイアス電流値を取
り出して前記局部発振光源に加えることによってチャン
ネル選択を行なう。
また前記補正バイアス電流値が加算された全チャンネル
に対する前記アドレスバイアス電流値のうち1つでも前
記局部発振光源のバイアス電流の規定範囲を越えた時点
で前記局部発振光源の周囲温度を変化させて、前記規定
範囲内にアドレスバイアス電流値の全てが入る様に前記
アドレスバイアス電流値を常時監視し、前記局部発振光
源の温度を制御するものである。さらに受信再開時には
、前回受信時の温度の最終値に局部発振光源の温度を設
定することができる。
また、受信中に生じた局部発振光周波数と信号光周波数
の相対的なドリフト量を検出して、このドリフト量を打
ち消すのに必要な局部発振光源の補正バイアス電流値を
換算して、これを既に前記局部発振光源に供給している
バイアス電流値に加算して前記ドリフトの影響を抑圧す
る受信方式を有する光ヘテロダインホモダイン検波通信
方法において、前記補正バイアス電流値が加算された前
記局部発振光源のバイアス電流値が予め定められた規定
範囲を越えた時点で前記局部発振光源の周囲温度を変更
して前記補正バイアス電流値が加算された前記バイアス
電流値が前記規定範囲内に戻る様に周波数制御を行なう
ことを特徴とする光ヘテロダインホモダイン検波通信方
法である。
(作用) コヒーレント光CATV用受信機ならびに1チャンネル
伝送系の受信機において任意チャンネルの瞬時選択性と
長時間安定性及び動作の再現性を実現する上で、本質的
に重要となるのは、局部発振光自身の絶対周波数の管理
ではなくて、信号光周波数に対する相対的な周波数の関
係を常に把握し、これを長時間一定に保つということで
ある。ただしあくまでも信号光の相互の周波数間隔と絶
対周波数は管理されているものとする。
ところで信号光と局部発振光の相対的な周波数関係は、
直接把握するには分光器等の犬ががリな装置が必要とな
るため現実的ではない。そこで本発明では局部発振光の
周波数をバイアス電流を変えることによって信号光の全
周波数帯域にわたって掃引し、ビートが検出された時点
でのバイアス電流値を受信機内のメモリに記憶させる。
記憶された電流値はアドレスバイアス電流値と呼ばれ、
信号光と局部発し光の相対的な周波数関係を間接的に把
握する手がかりとなる。チャンネル選択を行なう場合は
希望のチャンネルに対応したアドレスバイアス電流を局
部発振光源に加えることによって瞬時にアクセスするこ
とができる。一方長期的な安定度を得るためには、信号
光周波数と局部発振光周波数の相対的な値のドリフトの
影響を抑圧する必要が有る。もしも受信中に局部発振光
の周波数がドリフトし、その後に別のチャンネルをアド
レスバイアス電流をそのまま呼び出して選択したとする
と誤動作が生じて希望するチャンネルのIF信号は受信
できなくなってしまう可能性が有る。(但しチャンネル
切換を行なう前の受信中は自動周波数制御系(AFC)
によってIFが一定の周波数に安定かされているのでフ
オリフトの影響は出てこない) そこで本発明では、あるチャンネルを受信中に生じたド
リフト量を前記AFCの周波数弁別器等から検出し、こ
のドリフト量をこれを打ち消す様な補正バイアス電流値
(局部発振光源に加える電流値)に換算した後既に記憶
されているアドレスバイアス電流値の全てに加算する。
これにより、別のチャンネルに切換えを行なう時には、
呼び出されるアドレスバイアス電流値がドリフトを補正
した値となっているので希望のチャンネルのIFを正し
く捕捉し受信することができる。
本発明では更に大きなドリフトが生じて、局部発振光源
の規定範囲内のバイアス電流では全信号チャンネルを受
信できなくなる場合についても対策がとられている。通
常局部発振光源に供給されるバイアス電流は信頼性を保
つために数十mAから百数十mA程度に設定されるため
、(規定範囲)、バイアス電流で制御できる周波数の範
囲には限界がある。そして、もし前記アドレスバイアス
電流値が1つでもこの規定範囲を大きく越えてしまうと
、そのチャンネルの選択は不能となってしまう。そこで
、本発明ではアドレスバイアス電流値を常に監視し、こ
の値がバイアスの規定範囲をわずかに越えそうになると
局部発振光源の温度を変化させて発振周波数を制御し、
アドレスバイアス電流値の全てを規定範囲内の安全な領
域に引き戻す。
尚、局部発振光源の発振周波数は温度依存性が非常に高
くバイアス電流を変化させた時よりもはるかに広い範囲
にわたって周波数を温度により制御することが可能であ
る。このため上記の様にバイアス電流制御に加えて温度
制御を行なうことによってチャンネル選択動作の長期信
頼性は大幅に向上す゛る。ところで、信号光周波数と局
部発振光周波数の相対的な値の大幅なドリフトは信号光
周波数が送信側で絶対安定化されてC・るので主に局部
発振光源自体の発振周波数の経時変化に起因している。
このため、上述の様に温度制御を行なうほど大幅な周波
数補正をする必要が出て来ると、一度受信機の電源を停
止した後再び受信を開始しようとしても、局部発振光の
周波数掃引範囲は全信号周波数帯をカバーできず、前回
と同じチャンネル選択受信できなくなる可能性が有る。
そこで本発明では、受信動作を停止する直前の局部発振
光源の温度の最終値を記憶しておき、受信を再開する時
には、この最終値に局部発振光源の温度を設定すること
によって上記の問題を回避している。以上詳しく述べて
きた光ヘテロダインホモダイン検波通信方法では、任意
のチャンネルのl瞬時選択性と長期安定性及び動作の再
現性を絶対波長基準を用いずに、小規模の制御回路のみ
で実現しており、低コストでシンプルな光ヘテロダイン
受信機を加入者に提供することができる。尚特許請求の
範囲第4項に記載の発明は、第2項に記載の発明を1チ
ャンネル伝送系の受信機用に拡張したものである。
(実施例) 第1の実施例は本発明を4チャネンルFDMコヒーレン
ト光CATVシステムに適用したものである。各チャン
ネルのビットレートは600Mb/sで、FSK(周波
数偏移)変調されている。本実施例の受信機の構成を第
1図に示す。第1図中における第1のコントローラ9、
温度制御回路11の各詳細な構成を第2図、第3図に示
した。FDMされた信号光1と局部発振光2は光カプラ
3で合波されたのち、フロントエンド4で光ヘテロダイ
ン検波される。このフロントエンド4から出力されるI
P信号はIFフィルタ5によって雑音が除去された後3
分岐されて周波数弁別回路7、IFレベルモニタ9、復
調回路6に入力される。周波数弁別回路7は遅延線とダ
ブルバランストミクサにより構成されておりIF中心周
波数1.2GHzに弁別特性の0クロス点(安定点)が
設定されている。この周波数弁別回路7によりIF信号
を1.2GHzに安定化するための制御信号作り出され
る。IFレベルモニタ8は、ダイオードとコンデンサと
抵抗によって溝成された整流回路である。これにより、
IF信号(ビート)の有無に応じてビートパルスが生成
される。復調回路6ではIF信号から元の変調信号が取
り出される。周波数弁別回路7、IFレベルモニタ8の
出力はIIのコントローラ9に入力される。第1のコン
トローラ9はこれらの入力信号及びチャンネル選択人力
10を元にして局部発信光源12のバイアス電流、温度
制御回路11の動作を制御する。以下でこの制御プロセ
スについて詳しく説明する。受信機全体の電源が投入さ
れた直後温度制御回路11の中では第3図に示すように
第2のメモリ33に書き込まれていた最終温度の値を第
2のマイクロコンピュータ34が呼び出しこの値を基準
値として局部発振光源12の温度制御をスタートする。
局部発振光源12内には白金抵抗体の温度センサとペル
チェ素子が内蔵されており、それぞれの端子は温度制御
回路11のgとiの端子と接続されている。端子gから
入力された温度センサの抵抗値はセンサモニタ31によ
って電圧に変換された後第2のA/Dコンバータ32に
よりデジタル信号に変換されて第2のマイクロコンピュ
ータ34に人力される。第2のマイクロコンピュータ3
4では前述の基準値にこのA/Dコンバータ32の出力
が等しくなる様に制御信号が生成される。この制御信号
は第2のD/Aコンバータ35でアナログ信号に変換さ
れた後ペルチェドライバ36によってベルチェ素子に供
給される。これにより局部発振光源l2の温度は前記の
最終温度に設定される。この状態になると第2のマイク
ロコンピュータ34の端子jから第2図に示す第1のマ
イクロコンピュータ23の端子fに向けて制御指令信号
が送られる。これに続いて第1のマイクロコンピュータ
23は、スイッチ25をオープンとするとともにD/A
コンバータ22に向けて掃引信号を送信する。D/Aコ
ンバータ22からは、局部発振光源12のバイアス電流
を40mAから100mAまで掃引するためのアナログ
信号が出力され、端子eを経て局部発振光源12に供給
される。信号光周波数は199.97THzから200
.OOTHzまで10GHz間隔で配置されており、一
方局部発振光周波数は前記バイアス電流掃引に対して、
199.96THzから200.01THzまで帰引さ
れる。これにより、IFレベルモニタ8の出力には第4
図に示される様なビートパルスが現れる。第1のマイク
ロコンピュータ23は、コノビートパルスの出た時点で
の掃引信号の値とチャンネル番号を第1のメモリ24に
記憶させる。そしてこの第1のメモリ24に記憶された
掃引信号の値がアドレスバイアス電流値となる。
続いてチャンネル選択入力10の端子Cからチャンネル
番号(例えば2番)が入力されると、第1のマイクロコ
ンピュータ23はこの番号(2チャンネル)に対応する
アドレスバイアス電流値を呼び出し、これを第1のD/
Aコンバータ22に送信する。そして第1のD/Aコン
バータ22からは60mAのバイアス電流が局部発振光
源12に供給される。これにより2チャンネルに対応す
るIF信号がIF帯域内に引き込まれる。
そして第1のマイクロコンピュータ23はスイッチ25
を閉じて、周波数弁別回路7の出力を局部発振光源に供
給する。これにより2チャンネルのIF信号の中心周波
数は1.2GHzに安定化される。
次に4チャンネルの選択要求がチャンネル選択入力10
から入力されると、4チャンネルに対応するアドレスバ
イアス電流値80mAが上記と同様のプロセスにより局
部発振光源12に供給され、チャンネル切換えが行なわ
れる。これらのプロセスはlmsという短時間のうちに
行われるので任意チャンネルの瞬時選択が実現される。
一方受信中に局部発振光周波数にドリフトが生じると、
周波数弁別回路7の出力には誤差電圧が生じる。第1の
A/Dコンバータ2工ではこの誤差電圧をデジタル交換
して第1のマイクロコンピュータ23に送信する第1の
マイクロコンピュータ23はこのデジタル化された誤差
電圧を0とする様な補正信号を生成し、これを第1のD
/Aコンバータ22に供給する。
これと同時にこの補正信号の値を第1のメモリ24に書
き込まれているアドレスバイアス電流値の全てに加える
。これらの動作は受信中リアルタイムで行われているの
で、いかなる時にチャンネル切換を行なっても確実に希
望のチャンネルのIF信号をIF帯域内に引き込むこと
ができる。但し局部発振光源の発振周波数バイアス依存
性にリニアリティが少ない場合は、前記補正信号の値を
この特性に合わせて修正した後アドレスバイアス電流値
に加算することでこの影響が抑圧される。ところで、局
部発振光源12のバイアス電流の規定範囲は40mAか
ら100mAに設定されている。このため前記のアドレ
スバイアス電流はこの範囲を越えることは許されない。
この要求を満たすために、第1のマイクロコンピュータ
23は第1のメモリ24に書き込まれているデジタル化
されたアドレスバイアス電流値の全てを監視しており、
これらのうち1つでも41mA以下又は99mA以上と
なった時点で、端子dから第2のマイクロコンピュータ
34に向けて温度変更指令を送信する。この指令を受け
た第2のマイクロコンピュータ34は、前記アドレスバ
イアス電流値の全てが45mA以上95mA以下となる
まで局部発振光源12の設定温度をずらして行く。そし
てこの条件を満たす温度に到達した時点で第2のマイク
ロコンピュータ34はその設定温度のデジタル値を第2
のメモリ33に記憶させる。この記憶された温度は、受
信機の電源が切られた後も最終温度として保持されてお
り、再度受信機の動作を開始する時には、局部発振光源
12の温度は、この最終温度に設定される。以上により
長期安定性を持ったチャンネル選択動作が再現される。
第2の実施例は、本発明を1チャンネルの通信に応用し
たものである。第5図にその構成を示す。基本的な構成
は第1図とほぼ同じであるが、第2のコントローラ41
の内部の{14成と動作が第1図における第1のコント
ローラ9と異なっている。尚信号光1は600Mb/s
のFSK信号1チャンネルのみである。以下では、第1
の実施例と異なる第2のこんとろーら41の動作につい
てのみ説明する。
第6図は第2のコントローラ41の詳細な構成を示すも
のである。第1のコントローラ9と異なるのはチャンネ
ル選択のための端子Cが無い点のみである。受信機の電
源が投入され、しばらくして温度制御回路11から制御
指令信号が第1のマイクロコンピュータ23に送信され
ると、第1のマイクロコンピュータ23は、第1のD/
Aコンバータ22に局部発振光源12のバイアス掃引を
送信する。これにより局部発振光2の周波数が掃引され
る。この掃引中にIF信号がIF帯域に現れ、IPレベ
ルモニタ8の出力にビートパルスが現れると、第1のマ
イクロコンピュータ23は、バイアス掃引を停止する。
これに続いてスイッチ25を閉じてIFの安定化を開始
する。信号光を受信中にIFのドリフトが生じると、周
波数弁別回路7には誤差電圧が生じるので、これを第1
のん0コンバータ21検出して、この値を0にする様第
1のマイクロコンピュータ23は第1のD/Aコンバー
タ22へ補正信号を送信する。そして第1のマイクロコ
ンピュータ23はこの補正されたバイアス電流値が第1
のメモリ24に予め記憶されている規定範囲(40mA
〜100mA)を越えそうになった時点で温度制御回路
11に温度変更指令を送信する。そして、温度制御回路
11は、前記の補正バイアス電流値が規定範囲の中央付
近に戻るまで設定温度をずらして行く。そしてこの条件
を満たす温度に到達した時点で第2のマイクロコンピュ
ータ34はその設定温度のデジタル値を第2のメモリ3
3に記憶させる。この記憶された温度は受信機の電源が
切られた後も最終温度として保持されており受信機の動
作を再開する時には、局部発振光源12の温度は、この
最終温度に設定される。以上により再現性の良く確実に
信号を捕捉、受信することが可能となる。
(発明の効果) 以上詳しく述べてきた様に本発明な゜用いることにより
、周波数多重信号光の任意チ¥ンネルの瞬時選択を安定
にかつ再現性良くシンプルな構成で実現することが可能
となる。また本発明の別な効果として1チャンネル伝送
系においても高い安定性と動作の再現性を実現すること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明第1の実施例を示す図、第2図は第1の
コントローラ9の詳細な構成図、第3図は温度制御回路
11の詳細な構成図、第4図は、受信機全体の動作を説
明する図、第5図は第2の実施例を示す図、第6図は第
2のコントローラ41の詳細な溝成図である。 各図において、 1・・・信号光、2・・・局部発振光、3・・・光カプ
ラ、4・・・フロントエンド、5・・・IFフイルク、
6・・・復調回路、7・・・周波数弁別回路、8・・・
IFレベルモニタ、9・・・第1のコントローラ、10
・・・チャンネル選択入力、11・・・音素制御回路、
12・・・局部発振光源、21・・・第1のA/Dコン
バータ、22・・・第1のD/Aコンバータ、23・・
・第1のマイクロコンピュータ、24・・・第1のメモ
リ、25・・・スイッチ、31・・・センサモニタ、3
2・・・第2のA/Dコンバータ、33・・・第2のメ
モリ、34・・・第2のマイクロコンピュータ、35・
・・第2のD/Aコンバータ、36・・・ベルチェドラ
イバ、41第2のコントローラ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)周波数多重信号光の中の任意の1チャンネルを局部
    発信光源の波長を変えることによって選局して受信する
    光ヘテロダインホモダイン検波通信方式であって、各チ
    ャンネルを受信するのに必要となる前記局部発振光源の
    波長制御用のバイアス電流値をアドレスバイアス電流値
    として記憶し、選局の際に希望するチャンネルに対応し
    た前記アドレスバイアス電流値を前記局部発振光源に加
    えることによって選局して受信する方式において、任意
    の1チャンネルを受信中に生じた局部発振光周波数と信
    号光周波数の相対的なドリフト量を検出し、このドリフ
    ト量を打ち消すのに必要な補正バイアス電流値を換算し
    てこれを既に記憶されている各チャンネルに対応する前
    記アドレスバイアス電流値の全てに加算し、別のチャン
    ネルに切り換える時には前記補正バイアス電流値が加算
    された新たなアドレスバイアス電流値を取り出して前記
    局部発振光源に加えることによってチャンネル選択を行
    なうことを特徴とする光ヘテロダインホモダイン検波通
    信方法。 2)周波数多重信号光の中の任意の1チャンネルを局部
    発振光源の波長を変えることによって選局して受信する
    光ヘテロダインホモダイン検波通信方式であって、各チ
    ャンネルに対応する前記局部発振光源の波長制御用の所
    用バイアス電流値をアドレスバイアス電流値として記憶
    し、選局の際に希望するチャンネルに対応した前記アド
    レスバイアス電流値を前記局部発振光源に加えることに
    よって選局して受信する方式において、任意の1チャン
    ネルを受信中に生じた局部発振光周波数と信号光周波数
    の相対的なドリフト量を補正バイアス電流値に換算して
    検出しこの値を既に記憶されている各チャンネルに対応
    する前記アドレスバイアス電流値に加算し、別のチャン
    ネルに切り換える時には前記補正バイアス電流値が加算
    された新たなアドレスバイアス電流値を取り出して前記
    局部発振光源に加えることによってチャンネル選択を行
    ない、前記補正バイアス電流値が加算された全チャンネ
    ルに対するアドレスバイアス電流値のうち1つでも前記
    局部発振光源のバイアス電流の規定範囲を越えた時点で
    、前記局部発振光源の周囲温度を変化させて、前記規定
    範囲内にアドレスバイアス電流値の全てが入る様に前記
    アドレスバイアス電流値を常時監視し前記局部発振光源
    の周囲温度を制御することを特徴とする光ヘテロダイン
    ホモダイン検波通信方法。 3)局部発振光源のバイアス電流及び周囲温度を変化さ
    せることによって局部発振光周波数を制御し周波数多重
    された1個あるいは複数の信号光の中から任意の1チャ
    ンネルを選局して受信する請求項2記載の光ヘテロダイ
    ンホモダイン検波通信方式であって、受信機の動作を再
    度開始する場合、前回動作させていた時の前記局部発振
    光源の周囲温度の最終値と同一の温度に前記局部発振光
    源の周囲温度を設定してから行なうことを特徴とする光
    ヘテロダインホモダイン検波通信方法。 4)受信中に生じた局部発振光周波数と信号光周波数の
    相対的なドリフト量を検出して、このドリフト量を打ち
    消すのに必要な局部発振光源の補正バイアス電流値を換
    算して、これを既に前記局部発振光源に供給しているバ
    イアス電流値に加算して前記ドリフトの影響を抑圧する
    受信方式を有する光ヘテロダインホモダイン検波通信方
    法において、前記補正バイアス電流値が加算された前記
    局部発振光源のバイアス電流値が予め定められた規定範
    囲を越えた時点で前記局部発振光源の周囲温度を変更し
    て前記補正バイアス電流値が加算された前記バイアス電
    流値が前記規定範囲内に戻る様に周波数制御を行なうこ
    とを特徴とする光ヘテロダインホモダイン検波通信方法
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