JPS59126338A - 光ヘテロダイン検波装置 - Google Patents

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】 この発明は光通信システムや元情報処理システム等に寂
ける光ヘテロダイン検波装置に関する。

一般に、光ヘテロゲイン検波方式は、通算の光検波方式
に比べて１０〜１００倍も光受信感度を高くできるため
、例えば光フアイバ通信においては長中継間隔伝送が可
能になる方式として、また光情報処理においては各種光
センサーの超高感度化が可能になる方式として注目され
ている。

この光ヘテロゲイン検波方式は、光受信部におい′Ｃ信
号光とわずかに波長のずれた局部発振光を用慧し、この
局部発振光と信号光を合波した後、その合波光を光検波
器に入射して篭気情′号に変換している。この電気信号
は局部発振光と信号光との波長差、すなわち周波数差を
中間周波数とした中間周波信号である。通常この中間周
波数は、信号伝送速度にもようが、数１００ＭＨｚ〜数
ＧＨｚが選はれており、この中間周波数の周波数安定度
としてはＩＯＭＨ２以下が要求されている。

従来、この中間周波数の安定度を尚めるために「オフセ
ットロッキング」という方法が用いられてきた。この方
法は中間周波数の設定値からのずれを電気的周波数弁別
器等で検知し、その誤差出力を局部発振光光源に帰還し
て発振周波数を制御し、中間周波数を設定値に安定化す
る方法である。

この局部発振光光源とし゛Ｃ１半導体レーザを考えた場
合、発振周波数は印加電流と周囲温度によって変るので
これを制御することによりオフセットロッキングが可能
である。

ところで、半導体レーザ発振周波数の印加電流および周
囲温度による依存性は大きく、それぞれ３ＧＨｚ／ｍＡ
、２００Ｈｚ／℃程もある。このため光検波装置の動作
を開始する時、局部発振光光源の発振周波数が信号光周
波数とは数１０ＧＨｚ〜数１００ＧＨｚも離れており、
電気的周波数弁別器の弁別範囲から外れＣいるのが一般
的である。この周波数弁別器の弁別範囲を大きくするた
めには、光検波器の電気回路の周波数帯域を大きくする
必要があるが、雑音増加、電気回路の烏価格化等の点で
好゛ましくない。また、弁別範囲が数十ＧＨｚ以上の電
気回路は未だ実現されていなかったので、自動的に周波
数の引込みが可能な光ヘテロダイン検波装置は実現でき
なかった。

本発明の目的は、局部発振光の周波数を信号光の周波数
に近接させる周波数弁別器の弁別範囲が広く、自動的な
オフセットロッキング調整が可能で、しかも電気回路と
して広周波数帯域の光検波器を必要としない光ヘテロダ
イン検波装置を提供することにある。

この発明の構成は、局部発振光の発振周波数を制御でき
る発振周波数制御部を有する局部発振光光源と、この局
部発振光光源からの前記局部発掘光と信号光とを合波す
る光合波部と、この光合波部から出力される第１の合波
光を受光して中間周波電気信号に変換する検波回路と、
前記中間周波電気信号の中間周波数を弁別する第１の周
波数弁別器と、前記光合波部から出力される第２の合波
光を受光して前記局部発振光と前記信号光の周波数弁別
を行う広帯域な第２の周波数弁別器とを含み、前記第１
の周波数弁別器および前記第２０周波数弁別器の各弁別
出力を前記発振周波数制御部に帰還させて前記中間周波
電気信号の中間周波数を所定値に制御することを特徴と
する。

この発明においては、従来の周波数弁別器である第１の
周波数弁別器に加えて、周波数引込み範囲がより広い第
２の周波数弁別器を設け、最初に第２の周波数弁別器を
作動させて局部発振光の発振周波数を信号光の周波数に
近づけ、局部発振光と信号光の差周波数が第１の周波数
弁別器の弁別範囲内にまで入ったら第１の周波数弁別器
を作動させて、その差周波数（中周周波数）を設定値に
まで制御し固定するようにしたものである。

この発明の光ヘテロダイン検波装置によれば、第２の周
波数弁別器の弁別範囲を十分広くしたので周波数自動引
込みが可能であり、また、第１の周波数弁別回路の弁別
範囲が従来の回路と同程度で良いので、光検波部の電気
回路の帯域を必要以上に高くする必要がなく、従っ゛Ｃ
雑音の増加、電気回路の筒価格化等の問題を生じない。

また、光合波器はハーフミラ−や導波路結合器５− で構成されるが、これらは光方向性結合器の一褌であり
、必要とする第１の合波光の他に第２の合波光を不可避
的に生じるがこの第２の合波光を用いて第２の周波数弁
別回路を作動させるので、第１の合波光を受光、検波す
る系に栄分な損失を生じさせないという利点もある。

次に図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の第１の実施例を示す構成図、第２図は
第２の周波数弁別器１３の構成図である。

光ファイバ１を出射した信号光２は、半透過ミラー３か
らなる光合波器４に入射する。一方、半導体レーザ５を
発光源とする局部発振光の光源６から出射された局部発
振光７も同様に光合波器４に導かれ、信号光２と合波さ
れてそれぞれ第１．第２の合波光８，９を生じる。第１
の合波光８は光検波回路３１に入射し′Ｃ１信号光２と
局部発掘光７の差周波数を中間周波数として出力される
電気信号１０に変換される。

この電気信号１０の中間周波数は第１の周波数弁別器１
１（電気回路）によって弁別されるが、　６− 中間周波数が設定値からずれている場合、ずれ量に比例
した＠１の制御信号１２が第１の周波数弁別回路１１か
ら出力され、局部発振光光源６の印加電流制御回路３２
に送られる。この印加電流制御回路３２は第１の制御イ
６号１２に応じて半導体レーザ５の印加電流を変え、そ
れによって局部発振光７の発振周波数、ひいては電気信
号１０の中間周波数が設定値に一致するよう制御する。

一方、第２の合波光９は広帯域な第２の周波数弁別器１
３に入射する。この周波数弁別器１３は回折格子対１４
とフォトダイオードアレイ１５およびフォトダイオード
アレイ１５上への光ビームの入射位置を検出する検出回
路１６を含む一釉の分光器である。この周波数弁別器１
３には、最初に信号光成分１７を導き、回折格子対１４
を通してフォトダイオードアレイ１５に入射さぜる。そ
の信号光成分の入射位置１９を検出回路１６に記憶させ
、次に局部発振光ツＣ源６を作動して、その局部発振ｙ
ｔＳ成分１８を第２の周波数弁別器１３に導き、同様に
７オトダイオードアレイ１５上に入射して局部発振光の
入射位１ｆ２０を検出回路１６によって検出する。

これら信号光成分１７と局部発振光成分１８の各波長（
周波数）が等しい場合、両入射位ｆｉ１９゜２０は一致
するが、それぞれの波長が異なると両入射位ｔｆ１９，
２０はずれる。このずれ量に比例した電気出力を第２の
制御信号２１として検出回路１６から出力し、局部発振
光光源６の温度制御回路２２に送る。温度制御回路２２
は第２の制御信号２１に応じ”Ｃ半導体レーザ５の周囲
温度を変え、それによって局部発振光７の発振波長（周
波？りを制御して、信号光２の波長に一致させるもので
ある。

本実施例において、電気信号１０の中間周波数は１．シ
（Ｊ　Ｈｚに設定されており、第１の周波数弁別器１１
は通常の電気回路による周波数弁別回路であり、その周
波数弁別範囲ば１２士Ｑ、　５　Ｇ　１−Ｊ　ｚとなっ
°〔いる。また、第２の周波数弁別器１３の弁別範囲は
光学的手段によっｒいるので広く、±２００（ＪＨｚ（
〜±１０Ｘ）に達する。局部発振光７の発振周波数を信
号光２の周波数（波長）に一致さするために、本実施例
では最初に第２の周波数弁別器を作動させ、半導体レー
ザ５の周囲温度を変えることによって局部発振光７の波
長を信号光２の波長に近づけ、それぞれの光の差周波数
が第１の周波数弁別回路１１の周波数弁別範囲内に入る
まで１ｈ制御する。そして弁別範囲内に差周波数が引込
゛まれたら、血ちに半導体レーザ５の印加電流制御回路
３２を作動させ、その差周波数を設定値１．２ＧＨｚに
゛まで制御して安定化させる。この一連の動作は多少複
雑であるが、マイクロプロセッサ（図示せず）を用いれ
ば容易に制御可能である。なお半導体レーザ５に許客佃
以上の電流が流れそうな時あるいは電流が発振閾値以下
になりそうな時は、温度制御回路２２が働いて周波数ず
れを補償するような機能もマイクロプロセッサには持た
せることもできる。

このようにして得られた光ヘテロゲイン検波装置は、第
２の周波数弁別器１３の周波数弁別範囲が十分広いので
周波数の自動引込みが可能である。

−９＝ また、第１の周波数弁別器１１の弁別範囲は従来のもの
と同程度であるから第１の光検波回路の周波数帯域を必
要以上に大きくする必要がなく、雑音の増加、電気回路
の高価格化等のｍ１題を生じない。さらに、第２の周波
数弁別器１３に入射する第２の合波光９は光合波器４に
よって不可避的に生じるものなので、電気信号１０に変
換される第１の合波光８に対して余分な損失を生じさせ
ることがない等の利点を有する。

第３図は本発明の第２の実施例を示すブロック図、第４
図、第５図は第３図の＠２の周波数弁別器１３の構成図
および動作原理を示す特性図である。この実施例の基本
構成は第１の実施例と同様であり、信号光２を伝送する
光ファイバ１９局部発振光光源６．光合波器４．光検波
回路３１．第１の周波数弁別器１１．広帯域な第２の周
波数弁別器１３９発振周波数制御装酋２３を含んで構成
される。信号光２と局部発振光７の周波数差に対応した
第１．第２の制御信号１２．２１がそれぞれ第１．第２
の周波数弁別回路１１．１３がら出１０− 力されて発振周波数制御装置２３に送られ、局部発振光
源６に含まれる半導体レーザ５の印加電流。

周囲温度を変えることにより、局部発振光７の周波数制
御を行なうものである。

この第２の実施例において、光合波器４は、局部発振光
７を伝送する第２の光ファイバ２４を光ファイバ１に近
接して融層させたものを使用し、これら近接させた二つ
の導波路間のモード結合を利用して第１１第２の合波光
８，９を得るものである。

また、周波数弁別器１３は、エタロン（ｅｔａｌｏｎ　
）板２５を用いたものを使用しており、２枚の対向した
半透過ミラー２６．２７から成るエタロン板２５と、こ
のエタロン板２５からの透過光２８の受光処理装置２９
と、これら半透過ミラー２６゜２７の間隔を調整できる
駆動装置３０とを含む一柚の分光器となっている。

エタロン板の透過光２８は、第５図の透過率−波長特性
図に示される。この第２の周波数弁別器１３に最初に信
号光成分１７を尋き、エタロン板２５を通して受光処理
装置２９に入射させる。このエタロン板２５の透過ピー
ク波長は、第５図のλｌ、λ２に示すように、半透過ミ
ラー２６．２７の間隔を駆動装置ｄ３０で調整すること
により変えることができるので、ここでは透過ピーク波
長λｌが信号光成分１７の波長Ａと一致するように半透
過ミラー２６．２７の間隔を調整する。次に、局部発振
光光源６を作動させて、その局部発振光成分１８を第２
の周波数弁別器１３に導く。ここで信号光成分１７の波
長Ａと局部発振光成分１８の波長Ｂとが、第５図のよう
にずれているとする。

このずれ量は、例えば半透過ミラー２６．２７の間隔を
微小振動させれば、エタロン板透過光２８もこの微小振
動周波数に対応した光強度変動を生じることから検知で
きる。そしてこのずれ量を示す第２の制御信号２１を用
いて発振周波数制御装置ｄ２３を制御することにより、
局部発振光７の波長（周波数）を信号光２０波長に一致
させることができる。この周波数弁別回路（１３）とし
ては、半透過ミラー２６．２７の間隔数十μｍで周波数
弁別範囲±１００ＧＨｚ（〜±５＾）をもつものが得ら
れている。

なお発振周波数制側１装置２３は、第１．第２の制御信
号１２．２１それぞれを適切に選択して、半導体レーザ
５の印加電流および周囲温度を変え局部発振光７の波長
を制御しているが、マイクロプロセッサ（図示せず）を
用いて第１の実施例と同様の一連の周波数引込み動作の
制御を行うことができる。

本発明においては、これら実施例の他にもさま機能を有
するものであれば利用が可能である。また、電気回路に
よる広帯域周波数弁別器が実現すれば、それを利用する
こともできる。光合波器４としては平面光導波路による
光合波器も使用可能である。局部発振光光源６としては
波長（周波数）制御が可能なものであれば、半導体レー
ザ以外のものであっても良い。

なお、信号光２の波長（周波数）が確定してい１３− る場合、第２の周波数弁別器３はその確定値に局部発振
光７の波長を一致させるように第２の制御信号２１を出
力すれば艮い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例のブロック図、第２図は
第１図中の第２の周波数弁別器１３の構成図、第３図は
本発明の第２の実施例のブロック図、架４．第５図は第
３図中の第２の周波数弁別器１３の構成図およびその動
作原理を示す特性図である。図において １．２４・・・・・・光ファイバ、２・・・・・・信号
光、３・・・・・・半透明ミラー、４・・・・・・光合
波器、５・・・・・・半導体レーザ、６・・・・・・局
部発振光源、７・・・・・・局部発振光、８．９・・・
・・・合波光、１０・・・・・・電気信号、１１．１３
・・・・・・周波数弁別器、１２．２１・・・・・・制
御信号、１４・・・・・・回折格子対、１５・・・・・
・フォトダイオードアレイ、１６°°°°゛°光位置検
出回路、１７・・・・・・信号光成分、１８・・・・・
・局部発振光成分、１９．２０・・・・・・入射位置、
２２・・・・・・温度制御回路、２３・・・・・・発振
周１４− 波数制御回路、２５・・・・・・エタロン板、２６．２
７・・・・・・半透明ミラー、２８・・・・・・透過光
、２９・・・・・・受光処理装置、３ｏ・・・・・・駆
にυ装置、３１・・°・・・光検波回路、３２・・・・
・・印加電流制御回路である。 １５− ２０１− 第２閃 第４図 筋！５閃

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 発振光の発振周波数を制御できる発振周波数制御部を有
   する局部発振光光源と、この局部発振光光源からの周部
   発振光と信号光とを合波する光合波部と、この光合波部
   から出力される第１０合波光を受光して中間周波電気信
   号に変換する検波回路と、前記中間周波電気信号の中間
   周波数を弁別する第１の周波数弁別器と、前記光合波部
   から出力される第２の合波光を受光して前記局部発振光
   と前記信号光の周波数弁別を行う広帯域な第２の周波数
   弁別器とを含み、前記第１の周波数弁別器および前記第
   ２の周波数弁別器の各弁別出力を前記発振周波数制御部
   に帰還させる構成としたことを％徴とする光へテロダイ
   ン検゛波装置。