JPH04249930A - 低歪光通信システム - Google Patents

低歪光通信システム

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JPH04249930A
JPH04249930A JP3123187A JP12318791A JPH04249930A JP H04249930 A JPH04249930 A JP H04249930A JP 3123187 A JP3123187 A JP 3123187A JP 12318791 A JP12318791 A JP 12318791A JP H04249930 A JPH04249930 A JP H04249930A
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signal
optical
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feedback
electrical
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JP3123187A
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Henry L Pfizenmayer
ヘンリー・エル・フィーゼンメイヤー
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Motorola Inc
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は改善された光通信システ
ムに関し、さらに詳しくは、線形性が改善され、歪が低
減された光通信システムに関する。
【０００２】
【従来技術】光信号システムおよび通信システムは、当
技術において今日広範に利用されている。光信号は光フ
ァイバー・ケーブル，自由空間，またはミラーもしくは
レンズもしくは前記組み合わせを用いて送信できる。代
表的なシステムでは、電気信号は光信号に変換され、な
んらかの媒体を介して受信機に送出され、ついでなんら
かの受信媒体の特性を変調するのに直接使用され、およ
び／または電気信号に再変換されて、さらに処理される
。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような光通信シス
テムの重要な点はその線形性である、すなわち、送信器
の光出力または受信機の電気出力が、光通信システム内
に生成された高調波，相互変調および歪成分すべてを勘
案した上で、元の入力信号に相似する度合である。現在
のアナログ光送信システムもしくはアナログ光通信シス
テムの重要な問題点は、それらがあまり線形性を有して
いないことである。この問題が発生するのは、それらが
充分な光出力を獲得するために高レベルで動作しなけれ
ばならないことが多いことに一部起因する。非線形性の
結果、光信号は光システム内に発生する相当量の歪およ
び／またはスプリアス信号を含む可能性がある。この問
題は、たとえば、異なる平均周波数または異なる副搬送
波の複数の異なる入力信号で光搬送波を振幅変調するこ
とによって、複数の異なる情報の流れを同時に生成もし
くは送信する必要性のために悪化している。
【０００４】このようなスプリアス歪成分の非限定的例
には、二次高調波（すなわち、混変調）や三次高調波（
すなわち、相互変調およびトリプルビート［ｔｒｉｐｌ
ｅ−ｂｅａｔｓ］）がある。変調された光信号をフーリ
エ変換して調べると、これらの歪成分は、光搬送波また
は副搬送波を中心として変調ベース・バンドの外側にあ
るスプリアス側波帯として現れる。そのため、アナログ
光生成システムおよび／またはアナログ光送信システム
において歪成分を低減する必要が常にある。
【０００５】したがって本発明の目的は、改良された光
信号システムおよび方法を提供することである。本発明
の他の目的は、特に振幅変調された光信号システムにお
いて、線形性が改良され、歪が低減された手段および方
法を提供することである。本発明の更に他の目的は、光
信号システムの平均出力または非変調出力を安定化して
、ドリフトおよび熱暴走を低減するところの改良された
手段および方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記およびその他の目的
および利点は本発明に基づく装置によって提供され、こ
こで前記装置は、電気的に変調可能な発光手段；１つ以
上の電気入力信号と１つ以上のフィードバック信号とに
応答して前記発光手段を電気的に変調する変調器手段；
発光手段の光出力の第１部分を所定の信号宛先に配向さ
せ、かつ発光手段の光出力の第２部分を変調器手段に結
合された電気出力を有する光受信機に配向させる光スプ
リッタ手段によって構成され、ここで変調器手段は、光
受信機の電気出力を処理して、電気入力信号に信号シス
テム内で生じた歪成分を加えたものに正比例するフィー
ドバック信号を導出する電気信号調整手段によって構成
される。前記フィードバック信号は、発光手段を変調す
るために入力信号と反対の位相で合成されると、所定の
信号宛先に配向された光出力の線形性を改善する。前記
変調器手段は発光手段を振幅変調することが望ましいが
、必須ではない。
【０００７】信号調整手段は、入力信号と同じ速度で変
化する第１フィードバック信号と、発光手段の平均光出
力に正比例する第２フィードバック信号とを獲得する手
段によって構成されることが望ましい。さらに信号調整
手段は、第２フィードバック信号に応答して、平均光出
力を実質的に一定に保つ制御手段によって構成されるこ
とが望ましい。
【０００８】信号調整手段は、光受信機から受信された
電気信号を入力電気信号から差し引く、またはその逆を
行って、システム内で発生する歪成分に少なくとも部分
的に正比例するが位相は反対である合成信号を供給する
ことが望ましく、かつ変調器手段は前記合成信号で発光
手段を変調することが望ましい。
【０００９】光信号システム内の歪を低減する方法が提
供され、この方法は発光手段を変調してそこから光出力
を供給する段階；光出力を光スプリッタに配向させる段
階であって、ここで光出力の第１部分が所定の信号宛先
に配向され、第２部分が局部受信機に配向されところの
段階；光出力の第２部分を、入力信号とシステム内で生
じた歪のと合成成分を含む電気フィードバック信号に変
換する段階；電気フィードバック信号の位相を反転し、
前記信号の振幅を調整する段階；ならびに位相反転され
かつ振幅調整されたフィードバック信号を、信号宛先に
送出すべき入力信号と合成し、発光手段を変調するため
合成信号を供給する段階によって構成される。
【００１０】この方法はさらに、少なくとも入力信号速
度で変化する第１フィードバック信号と、発光手段の平
均光出力に正比例する第２フィードバック信号とを電気
フィードバック信号から得る段階；第１フィードバック
信号を入力信号に縮退（ｄｅ−ｇｅｎｅｒａｔｉｖｅｌ
ｙ）合成する段階；ならびに第２電気信号を用いて変調
器手段を制御し、発光手段の平均出力を実質的に一定に
保つ段階によって構成されることが望ましい。変調段階
は、入力信号に応答して振幅が変化するところの光入力
にエミッタを変調させる段階によって構成されることが
望ましい。
【００１１】
【実施例】図１は、第１実施例に基づく本発明の機能ブ
ロック図を示す。光信号を供給するシステム１０は、変
調器１２，発光器２０，光ビーム・スプリッタ２４およ
び光受信機３０によって構成される。変調器１２は電気
入力信号１４（すなわち、光信号システムによって送信
される情報）、電源入力１６、光受信機３０からの電気
フィードバック信号３２、およびエミッタ２０からのオ
プションの光フィードバック信号もしくは電気フィード
バック信号２１を受信し、かつ電気エミッタを駆動する
出力１８を有する。
【００１２】光エミッタ２０は、送信すべき情報を含む
ように変調された光出力２２と、オプションの熱フィー
ドバック出力または電気フィードバック出力２１とを供
給する。エミッタ２０はＬＥＤが便利であるが、電気的
に変調可能ないずれの光源でも構わない。本発明では発
光ダイオード（ＬＥＤ），ファブリ・ペロー（Ｆａｂｒ
ｙ−Ｐｅｒｏｔ）レーザー・ダイオード（ＦＰＬＤ）お
よびＤＦ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　　Ｆｅｅｄｂａｃ
ｋ）レーザー・ダイオード（ＤＦＬＤ）が有用である。 このようなデバイスは本技術において周知のものである
。他の有用な光エミッタの例には、電気的に励起された
トランスミッション（またはリフレクション）変調器の
使用によって直接もしくは間接的に変調可能な各種のレ
ーザーがある。このような装置は本技術では周知のもの
である。
【００１３】エミッタ２０からの光出力２２は第１の偏
向手段２３によってビーム・スプリッタ２４に配向され
る。ビーム・スプリッタ２４は光ビーム２２の第１部分
２６を、意図された信号宛先（図示せず）に送信し、別
の部分２８を第２の偏向手段２７を介して光受信機３０
に送信する。偏向手段２３，２７はミラー，プリズムま
たは光ビームを偏向可能なその他の装置でもよい。ビー
ム・スプリッタ２４は、部分的銀被覆ミラー，ダブル・
プリズム、または入力ビームを少なくとも２つの成分に
分割可能なその他の装置でもよい。
【００１４】エミッタ２０，ビーム・スプリッタ２４お
よび受信機３０は、空気もしくは空間を通過するように
見える光線２２，２６，２７によって結合されたものと
して図１に示されているが、これは単に説明を簡単にす
るためであって、当業者が理解するように、光ファイバ
ー・ケーブルの使用によって同じ結合が達成できる。光
線２２，２６，２８の一部もしくは全部を含むために光
ファイバー・ケーブルが使用される場合には、１つ以上
の偏向器２３，２７および／またはスプリッタ２４を削
除できる。これは、光ファイバー・ケーブルによって、
独立した偏向器の必要なしに各かどで光を屈折させるこ
とができ、入力ファイバーを介して入射する光（例、２
２）を２つの出力ファイバーを介して出る光線（例、２
６，２８）に分割できるからである。このような光ファ
イバー・ケーブル，ケーブル接合および光ファイバー・
ケーブル分割素子は当業者にとって周知のものである。
【００１５】受信機３０はエミッタ２０からの光線２２
の一部２８を電気信号３２に再変換する。好適実施例に
基づく受信機３０の内部配列は、図２の概略回路図とし
て示される。ここで受信機３０は光電検出器３１および
増幅器３３によって構成される。検出器３１は、たとえ
ば、光感性を有するように配列されたＰＩＮダイオード
またはＰＮ接合トランジスタのような、光感型ＰＮ接合
デバイスであることが望ましい。このような検出器は本
技術では周知のものである。本技術において周知の他の
種類の検出器も使用できる。検出器３１および増幅器３
３は線形性が高いこと、すなわち、自己歪ができるだけ
少ないことが重要である。このことは、受信機３０内に
生じる信号の歪が最小限に抑えられるように、検出器３
１および増幅器３３が比較的小さい信号レベルで動作す
るよう配列されているので可能になっている。
【００１６】検出器３１に入射する光２８により、増幅
器３３を通る電流３５が生じる。増幅器３３は“トラン
スインピーダンス（ｔｒａｎｓｉｍｐｅｎｄａｎｃｅ）
”増幅器であることが望ましい、すなわち、利得および
インピーダンスの変換（例、高入力インピーダンスおよ
び低出力インピーダンス）を同時に行う増幅器であるこ
とが望ましい。このようにして、検出器３１内に生じる
小電流が、電気フィードバック出力３２において変調器
１２内の制御回路にインタフェースされるのに都合がよ
いほど充分な電圧振幅に変換される。増幅器３３は受信
機３０の一部として示されるが、これは別の方法では変
調器１２に含めることができる。トランスインピーダン
ス増幅器は当業者にとって周知のものである。
【００１７】図３は変調器１２の電気概略図で、さらに
詳細を示すものである。変調器１２は、バッファー増幅
器４０，４２によって構成されることが望ましく、ここ
でフィードバック信号３２の位相は入力信号１４に対し
て反転される。バッファー／反転増幅器４０，４２から
の位相反転フィードバック信号３２Ｒは、レベル調整器
４４を介して合成器（ｃｏｍｂｉｎｅｒ）４６に供給さ
れ、ここで入力信号１４に代数的に加算される。レベル
調整器４４は、フィードバック信号およびフィードバッ
ク・ループ利得の大きさを制御するために設けられる。 可変抵抗器は、レベル調整器４４として都合よく機能す
るが、所望の値の範囲を有する可変インピーダンスを使
用してもよい。また、抵抗器は合成器４６としても都合
よく機能する。当業者は、本書の説明に基づいて当該構
成要素の数値の選択方法を理解するであろう。増幅器４
０，４２の通過帯域は少なくとも、低減すべきまたは排
除すべき歪成分の周波数を含まなければならない。
【００１８】位相反転信号３２Ｒを入力信号１４に加え
ることは、非位相反転信号３２を入力信号１４から引く
のと同じ効果を有する。合成器４６から増幅器５０，ト
ランス５２，コンデンサ５６，エミッタ２０，スプリッ
タ２４，受信機３０，レベル・アジャスト４４ヘとルー
プの周囲をまわって合成器４６に戻ってくるフィードバ
ックは縮退的、すなわち負のフィードバックであること
が望ましい。システム内から光信号２６に導入される歪
を低減するには、この合成された光電縮退フィードバッ
クを供給する手段が役に立つ。
【００１９】合成器４６での入力信号１４とフィードバ
ック信号３２Ｒとの合成の結果発生する信号４８は、ド
ライバ増幅器５０に供給される。増幅器５０は、出力光
ビーム２６上で送出される最高周波数を上回る帯域幅を
有していなければならない。増幅器５０は線形性である
ことが望ましいが、必須ではない。それは、フィードバ
ック・ループが、エミッタ２０によって光信号２２に導
入される歪のみならず、増幅器５０，トランス５２およ
びインダクタ５４によって導入される歪をも低減するか
らである。増幅器５０は、トランス５２およびコンデン
サ５６によって変調器出力１８に交流結合される。増幅
器５０の直流電力は、トランス５２の中央タップを介し
て直流入力端子１６から得るのが便利である。
【００２０】平均検出器５８は、フィードバック信号３
２の時間平均に正比例する出力５９を供給し、このフィ
ードバック信号３２の時間平均は、光出力２２の時間平
均値に関連する。検出器５８によって生成される時間平
均は、入力信号１４の最大期間以上の期間（この期間の
約１０倍であることが望ましい）にわたってとるべきで
ある。時間平均５９は直流コントローラ６０およびイン
ダクタ５４を介して、変調器出力１８にフィードバック
され、エミッタ２０からの平均光出力を実質的に一定に
保つ。これによってエミッタ２０の熱暴走および／また
は長期ドリフトを防止する。変調器出力信号１８に必要
な直流電力は、直流コントローラ６０を介して直流入力
１６から得るのが便利である。
【００２１】時間平均フィードバック信号に応答して直
流電力を制御する手段は当業者にとって周知のものであ
る。必要なのは、光出力２２が所定の所望値を越えて増
大することによって、コントローラ６０およびトランス
５４を介して供給される直流電力を減少させ、エミッタ
２０からの光出力２２を所定の光出力レベルに戻すこと
だけである。
【００２２】エミッタ２０からコントローラ６０へのオ
プションとしてのフィードバック・ループ２１は、たと
えば、エミッタ２０の温度に、エミッタ２０の電圧に、
エミッタ２０を通る電流に、または上記の組み合わせに
正比例する信号を供給する。また、このフィードバック
・ループ２１は、エミッタ２０の平均動作点を設定およ
び保持するのに使用でき、あるいは所定の最大値を越え
る温度を回避するのに使用できる。たとえば、ＬＥＤエ
ミッタ２０（例、同一の半導体チップ上の）に直接隣接
して設置された温度センサー（例、別のＰＮ接合）は、
ＬＥＤエミッタ２０の温度を測定でき、また必要な利得
および感度を提供する従来の手段を使用して、この温度
センサーは直流ドライブ・コントロール６０を調節して
、ＬＥＤ２０の温度を実質的に一定に、あるいは少なく
とも所定の値を下回るように保つことができる。フィー
ドバック温度コントロールを達成する手段は当業者にと
って周知のものである。
【００２３】フィードバック信号２１は、エミッタ内に
消散される電力またはエミッタの温度に基づいており、
光出力には基づいていないので、フィードバック信号２
１は望ましい。たとえば、非常に高レベルで動作される
ＬＥＤの光出力効率は時間と共に徐々に減少する可能性
があることが知られている。そのため、平均光出力（例
、フィードバック信号５９）のみに基づいた安定化シス
テムは、効率損を補償するために直流ドライブ電流を徐
々に増加することになる。これに対応して、電力消散お
よびエミッタ温度が増加する。温度フィードバックまた
は直流電力消散フィードバック（例、フィードバック信
号２１）がないかぎり、エミッタの熱定格または電力定
格を越える可能性がある。
【００２４】図４は本発明の別の実施例６２を示す。こ
こでエミッタ２０，スプリッタ２４および検出器３０の
諸機能は素子６４に統合されている。素子６４は、検出
器３１’に光学的に密接に結合されたエミッタ３０’（
例、ＬＥＤ）を含んでおり、そのため光学フィードバッ
ク信号２８’はエミッタ３０’から受信機３１’へと、
最小限の介在素子または最小限の距離で実質的に直接通
過し、また光学出力信号２６’はスプリッタ２４の必要
なしに意図する信号受信機に配向される。スプリッタ２
４は、素子６４に実質的に内蔵されている。これは、た
とえば、ＬＥＤエミッタ３０’と検出器３１’とを同一
の基板上に作り、それぞれの発光接合と光感知接合とを
これら接合間で光学結合が可能なように配列させること
によって達成される。
【００２５】発光ＰＮ接合および光感知ＰＮ接合を、共
通ＩＩＩ−Ｖ族チップ上または隣接するＩＩＩ−Ｖ族チ
ップ上、または密接に結合された１対のＩＩＩ−Ｖ族エ
ミッタとＳｉセンサー・チップ上に作る手段は、本技術
において周知のものである。図５は、ＩＩＩ−Ｖエミッ
タ３０’およびＳｉ検出器３１’が出力レンズ７２を有
する共通ハウジング７０内に並んで配置されている特に
簡略化した配列を示すもので、ここでハウジング７０お
よび／またはレンズ７２から反射する少量の散乱光は、
光学フィードバック信号２８’を検出器３１’に供給す
るのに充分である。
【００２６】図４の変調器１２は、前述したのと同じ方
法で機能し、ドライブ信号１８を供給して、エミッタ３
０’を駆動する。フィードバック信号３２’は、前述と
同じ方法で検出器３１’から増幅器３３’を介して得ら
れる。増幅器３３’は検出器３１’と一体化または統合
でき、素子６４を特に小型化できることが当業者に理解
される。
【００２７】
【発明の効果】上記の説明に基づき、本発明が、改良さ
れた光信号システムおよび方法を提供し、特に振幅変調
された光信号システムに関連して、線形性が改善され、
歪が低減された手段および方法を提供することは明かで
あろう。さらにまた、本発明が、光信号システムの平均
出力もしくは非変調出力を安定化してドリフトおよび熱
暴走を低減するところの、改良された手段および方法を
提供することは、当業者にとって明かである。
【００２８】本発明は特定の例に関して説明してきたが
、当業者は、ここで提示された資料に基づき、これは単
に説明上の便宜のためだけであって、制限することを目
的としていないことを理解するであろう。たとえば、エ
ミッタ３０はＬＥＤが望ましいと説明されているが、他
の変調可能な光源を使用してもよい。さらに、所望の縮
退的光電フィードバックを提供するために特定の一組の
素子を図示してきたが、他の組み合わせおよび構造を使
用してもよい。したがって、前述の特許請求の説明に基
づき、当業者が考え及ぶようなこれらおよびその他の変
形を含むことを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す機能ブロック図であ
る。
【図２】図１のブロック図のうち受信機３０を示す概略
図である。
【図３】図１のブロック図のうち変調器１２を示す概略
図出ある。
【図４】本発明の別の実施例に基づく、図１と同様の機
能ブロック図である。
【図５】本発明に関連して使用するのに適した光エミッ
タと検出器を合成したものについての部分断面図である
。
【符合の説明】
１０　　システム １２　　変調器 １４　　入力信号 １６　　直流入力 １８　　ドライブ信号 ２０　　エミッタ ２１　　フィードバック信号 ２２　　光出力 ２３，２７　　偏向器 ２４　　スプリッタ ２６　　光学出力信号 ２８　　フィードバック信号 ３０　　エミッタ ３１　　検出器 ３２　　フィードバック信号 ３３　　増幅器 ３５　　電流 ４０，４２　　増幅器 ４４　　レベル調整器 ４６　　合成器 ４８　　合成信号 ５０　　増幅器 ５２　　トランス ５４　　インダクタ ５６　　コンデンサ ５８　　検出器、 ６０　　直流ドライブ・コントロール ６４　　素子 ７０　　ハウジング ７２　　レンズ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　光出力（２２）を発生する電気的に変
    調可能な発光手段（２０）と、１つ以上の電気入力信号
    （１４）および１つ以上のフィードバック信号（３２）
    に応答して発光手段（２０）を電気的に変調する変調器
    手段（１２）と、光出力（２２）の第１部分（２６）を
    所定の第１信号宛先に配向させ、かつ光出力（２２）の
    第２部分（２８）を光出力に関連した電気出力（３２）
    を有する光受信機（３０）に配向させる手段（２４）と
    によって構成される光信号システム（１０）であって、
    ここで前記変調器手段（１２）が、光受信機（３０）の
    電気出力（３２）を処理して、電気入力信号（１４）に
    信号システム（１０）内で生じる歪成分を加えたものに
    正比例するフィードバック信号を得る電気信号調整手段
    （３１，３３）によって構成され、前記フィードバック
    信号が、入力信号（１４）と合成されて発光手段（２０
    ）を変調するとき、光信号システム（１０）の線形性を
    改良することを特徴とする光信号システム（１０）。
  2. 【請求項２】　　光信号システム（１０）内で歪を低減
    する方法であって：発光手段（２０）を変調して光出力
    （２２）を供給する段階；光出力（２２）の第１部分（
    ２６）を所定の信号宛先に、また第２部分（２８）を光
    検出器（３１）に配向させる段階；光検出器（３１）に
    おいて、光出力（２２）の第２部分を、入力信号（１４
    ）情報と発光手段（２０）内で生じる歪との合成成分を
    含む電気フィードバック信号（３２）に変換する段階；
    電気フィードバック信号（３２）の第１部分（３２Ｒ）
    の位相を反転し、その振幅を調整する段階；ならびにフ
    ィードバック信号（３２）の第１部分（３２Ｒ）を、信
    号宛先に送信されるべき入力信号（１４）に縮退合成し
    、発光手段（２０）を変調する合成信号（４８）を供給
    する段階；によって構成されることを特徴とする方法。
JP3123187A 1990-03-05 1991-03-05 低歪光通信システム Pending JPH04249930A (ja)

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