JPS59207756A - 光信号発生器 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は電気信号を光信号に変換するための光信号発生
器に関し、特に良好な直線性を有する光信号発生器に関
する。

〔従来技術及びその問題点〕

電気信号を対応する光信号に変換するレーザ・ダイオー
ドに増幅器を介して高周波電気信号をり６える構成の回
路が知られている。長距離メツセージ伝送を行なうため
に、このレーザービームな光ファイバに与えることがで
きる。伝送品質が電気信号から光信号への変換によりで
きる限り損なわれない様にするため、当該変換で生起す
る誤差や歪は好ましくは最小に保持されねばならない。

電気−光変換な線形化するための回路として、後方レー
ザ信号（ｒｉｃｋｗｍｒｔｉｇｅ　Ｌａｓｅｒｓｉｇｎ
ａｌ　）を電気信号に変換し、この電気信号を差動増幅
器の一方の入力に与えるものが知られている。差動増幅
が現われ、この誤差信号が変換されるべき電気信号の増
幅度を制御する。この既知の回路で特に問題となるのは
、フィードバック・ループには後方レーザ信号が４えら
れるのだが、この後方レーザ信号は信号用ビームとして
用いられる主光線（Ｈａｕｐｔｓｔｒａｈｌ　）と比べ
たとき比較的大きな偏差を有するという点である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は従来の問題点を除去し、広い周波数範囲
にわたって充分に歪の小さい変換を考慮に入れた電気入
力信号を光出力信号に変換する光信号発生器を提供する
ことにある。

〔発明の概要〕

本発明の光信号発生器においては、レーザ・ダイオード
によって発生された主光線中から、光透過柱鏡またはガ
ラス板（Ｇｌａｓｓｃｈｅｉｂｅ　）を用いることによ
り、制御ビームを分離する。この制御ビームはフォトダ
イオードによって検出される。制御ビームの強度は主光
線の強度の数パーセントの範囲（たとえば４％）にある
。鏡またはガラス板を通り抜けた主光線（たとえば９６
％）は信号ビームとして用いることができる。フォトダ
イオードは制御ビームに従って電気信号を発生する。こ
の電気信号はもっばら線形素子を経由して目標信号（Ｓ
ｏｌｌ−８ｉｇｎａｌ　）　　と相互接続される。この
相互接続の態様は、これにより誤差信号が発生し、この
誤差信号か変換されるべき電気入力信号に対し利得調整
用増幅器（Ｒｅｇｅｌｖｅｒｓｔ”Ｍｒｋｅｒ　）を介
して重ねられる様に行なわれる。

誤差信号は好ましくは以下の様にして得られも変換され
るべき電気入力信号が与えられる回路の入力は遅延線を
介してフォトダイオードのアノードに接続される。また
遅延線に直列に抵抗が挿入される。一方、フォトダイオ
ードのカソードには正の直流が印加される。この構成に
より、誤差信号はフォトダイオードと抵抗との接点に生
起すも光出力信号を調節するため、電気入力信号を差動
増幅器の逆相入力に与える。この差動増幅器は可制御増
幅器とも呼ぶことができるのだが、これは好ましくは広
帯域直流増幅器として設計されたものである。この逆相
入力側は利得変化用増幅器の出力に接続さＪする。利得
変化用増幅器はレーザ制御電流の補正のために設けられ
ており、誤差信号により対応する制御信号を出力端に発
生する。

利得調整用増幅器の周波数帯域を可制御増幅器よりもか
なり低い帯域として、利得調整用増幅器の帯域外の周波
数については本システムが制御されない無帰還増幅器と
して動作する様にしても良い。

これによれば、誤差の平均直だけが依然として監視され
ている。これによって、可制御増幅器の制御入力へ直流
電圧が供給されて良い。この制御入力は同相入力であっ
て良く、また電気人力信号は逆相入力に印加される。レ
ーザ・ダイオードに直列に接続さｊする可制御増幅器の
増幅周波数帯域幅は上述の様な調節によっては影響を受
けない。

本発明の１つの好ましい実施例においては、可制御増幅
器には更に出力における増幅度が調節可能である増幅度
補正器が設けられている。この増幅度補正器は可制御増
幅器の一部分を成す乗算要素として設計されることがで
きる。増幅度補ＩＥ器の増幅度の調整は高い周波数と低
い周波数とで異なる変換係数が互いに合致する様に行な
われる。

これにより、全周波数範囲にわたって電気入力信号から
光出力信号への変換係数をほぼ一定にすることができる
。

本構成によれば、安定動作点においで広い帯域幅が得ら
れ、また低及び中域の周波数において高度の直線性が得
られる。

増幅度補ＩＥ器の増幅度の調整は好ましくはマイクロプ
ロセッサによりなされる。この目的のため、試験信号を
本光信号発生器の入力に印加する。そしてその結果得ら
れた誤差信号をマイクロプロセッサが評価する。マイク
ロプロセッサは夫々先行する誤差信号に従って増幅度補
正器の増幅度を調整する。これにより増幅度の調整は、
誤差信号が所望の最小化に到達するまで何段階かの調整
ステップを履行することにより達成することができる。

（直が存在する区間を次々に細分していくことにより、
真値な狭い区間へ追込んで行（方法等により、マイクロ
プロセッサを用いて達成される。

制御ビームな分離するため、主光線の光路中に薄いガラ
ス板を置いても良い。このガラス板を比較的小さく傾け
て主光線の入射角が約８°　となる様にすれば特に有益
である。干渉を防止するためこのガラス板のレーザ・ダ
イオードとは反対向きの面を反射防止処理して良い。し
かし、この反対向きの面が他方の向と平向になっていな
いガラス板を使用することもできる。

よ（知られている様に、ガラス板の反射率は入射光の偏
光に依存する。レーザ・ダイオードの変調度の変化の結
果偏光方向が変化するが、この変化に対応して反射率が
変化する。これにより一般に主光線と制御ビームとの間
に非線形の関係が生じる。しかし、入射角が小さい場合
（４５°未満、好ましくは８°程度にとれば充分である
）の反射率のこの偏移は比較的小さい。従って、この場
合には多くの応用においてはこの偏移な考慮する必要は
ない。しかし、制御ビーム分離時の上述の影響を回避す
るため、レーザーダイオードとガラス板との間に更に偏
光フィルタを設けることもできる。

〔発明の実施例〕

以下、図面に基いて本発明の詳細な説明する。

第１図には本発明の一実施例の光信号発生器のブロック
図を示す。同図において、電気入力信号（ＪＥ　が光出
力信号に変換される。同図の光信号発生器には広帯域差
動増幅器ｖｌが設げられ、その後に増幅度補正器ｖ２が
置かれている。広帯域差動増幅器ｖｌは直流増幅器とし
て設計され、また増幅度補正器ｖ２は乗算要素として設
計されている。光に変換されるべき電気入力信号ＵＰは
広帯域増幅器ｖｌの逆相入力に与えられる。またその同
相入力は制御入力Ｓｌとして働く。増幅度補正器■２の
出力はアノードが接地されているレーザ・ダイオードＬ
に接続される。レーザ・ダイオードＬは受は取った電気
信号を光信号に変換し、主光線Ｈ８として出力する。後
部側レーザ鏡（ｒｕｃｋｗａｒｔ＋ｇｅｎ　Ｌａｓｅｒ
ｓｐｉｅｇｅｌ　）　　から外へ出る後方ビーＡ　（ｒ
ｕｃｋｗ菖ｒｔｉｇｅ　５ｔｒａｈｌ　）　Ｒ８は電気
−光変換の線形化のためには使用されない。

主光線Ｈ８の小部分が、傾けられたガラス板ｌで制御ビ
ームとして向きを変更され、フォトダイオードＦへ与え
られる。主光線Ｈ８の大部分は信号ビームＮＳとしてガ
ラス窓ｌの背面２から外へ出る。

フォトダイオードＦは正電圧ＵＩＩ　により非導通方向
にバイアスされている。フォトダイオードＦのアノード
側は調整可能の抵抗Ｒ１更に遅延線Ｖｚを通して本光信
号発生器の入力Ｅに接続されている。フォトダイオード
Ｆのアノードはまた利得調整用増幅器１（Ｖの逆相入力
にも接続されている。

利得調整用増幅器ＲＶの出力は制御人力Ｓｌに接続され
ている。利得調整用増幅器ＲＶの同相入力には基準電圧
ＵＲが与えられる。

抵抗ＲとフォトダイオードＦとの間の接続点には誤差信
号Ｆ’Ｓが発生する。この誤差信号ＦＳは演算増幅器と
して設計された利得調整用増幅器ＲＶに与えられる。レ
ーザの主光線Ｈ８は、利得調整用増幅器ＦＬＹと広帯域
差動増幅器ｖ１を介して、電気入力信号ＵＥ　との線形
な結合関係が得られる様に制御される。このフィードバ
ック・ループは常時活動状態にある。レーザ・ダイオー
ドＬの動作点は基準電圧ＵＲによって調整することがで
きる。

フォトダイオードＦは好ましくはＰＩＮダイオードが用
いられ、ここで発生される信号は抵抗Ｒを経由した電気
入力信号Ｕ、と加え合わされる。

従って誤差信号ＦＳはまた相信号とも呼ぶことができる
。この誤差信号ＦＳは理想的には直流電圧ＵＲと同一に
なるものである。フィードバックにより、帯域内におけ
るレーザ・パラメータの線形化及び温度及び経時変化に
対するレーザ・ダイオードの安定化がなされる。

フィードバック・ループ内で用いられる抵抗Ｒやフォト
ダイオード（好ましくはＰＩＮダイオード）Ｆ等の部品
は高度に直線性の良好な部品であり、フィードバック・
ループの帯域内では高い直線性が得らｊする。制御ルー
プのＡ　１ｆＷＲ動を最適化するため、入力′電気信号
ＵＥがフォトダイオードＦの出力と位相が同じになる様
に、遅延線ｖＺを経由させて入力電気信号Ｕ、を遅延さ
せる。

制御ループの周波数帯域外の周波数に対しては、広帯域
差動増幅器ｖｌは制御されない非負帰還増幅動作を行な
い、これによって主光線Ｈ８の平均端だけがなおも監視
されていることになる。この結果制御人力Ｓｌには直流
が現れる。

高い周波数と低い周波数で％なる変換率を適合させるた
め、広帯域差動増幅器Ｖ１の後に増幅度補正器ｖ２が設
けられる。増幅度補正器ｖ２の増幅度は制御入力Ｓ２を
介１−で調整することができる。増幅度補正器ｖ２はア
ナログ乗篇器であり、これは広帯域差動増幅器ｖｌの一
部分をなしていても良い。第３図には増幅度補正器■２
と一体になった広帯域差動増幅器ｖ１の一例が示されで
いる。

無帰還時の変換率の調整な行なうため、別個の試験信号
が入力Ｅに与えられる。そして広帯域の増幅度は誤差信
号が最小化される様に制御人力Ｓ２で調整される。第２
図に示す好適な実施例においては、広帯域の増幅度の調
整はマイクロプロセッサＰによって行なわれる。

主光線Ｈ８と制御ビームＫＳとの関係が全周波数帯域に
わたってほぼ線形であることを保証するため、入射角ψ
は好ましくは小さな角度とすべきである。レーザ・ダイ
オードＬ及びフォト・ダイオード（ＰＩＮダイオード）
Ｆの容器の寸法の都合Ｆ、この入射角ψをいくらでも小
さくすることはできない。というのももしその様にした
ならばレーザ・ダイオードＬとガラス窓１との間の距離
が過度に大きくなってしまうからである。実験の結果、
入射角ψを８°にとれば、レーザ・ダイオードＬの変調
についての主光線Ｈ８と制御ビームＫＳとの関係を充分
に線形化できることがわかった。

この入射角ψにおいては、ガラス板ｌの反射率はほぼ４
％となる。これにより、偏光方向がいろいろに変化して
も僅かの変移しかもたらされない。

ガラス板ｌの背面２は主光線Ｈ８の波長域について反射
防止処理されている。これにより、制御ビームＫＳに望
ましくない影響を４える可能性がある余分な反射が起ら
ない様にする。信号ビームＮＳは更に伝送するためガラ
ス・ファイバ３に俟えても良い。

第２図に示された構成において、増幅度補正器ｖ２の増
幅度はマイクロプロセッサＰにより調整される。この目
的を達成するため、誤差信号ＦＳは検波器４に与えられ
る。検波器４の出力はサンプル／ホールド回路（Ｓ／Ｈ
）５醍び比較器（Ｋ）６の入力に辱えられる。比較器６
のもう一方の入力はサンプル／ホールド回路５の出力に
接続されている。比較器６の出力はマイクロプロセッサ
Ｐに接続されている。マイクロプロセッサＰはサンプル
／ホールド回路５を制御するとともに、デジタル／アナ
ログ・コンバータ７を介して増幅度補正器ｖ２の制御入
力Ｓ２に与えられる制御信号を出す。

増幅度補正器ｖ２の調整のため、試験信号が入力ＥＫ与
えられる。

マイクロプロセッサＰはその結果得られる誤差信号ＦＳ
を評価し、誤差信号Ｉ’Ｓが予め定められた限度内に収
まるまで逐次的に増幅度補正器ｖ２の増幅度を変化させ
る。サンプル／ホールド回路５は誤差信号ＦＳの前回の
測定値を夫々保持し、比較器６がこれに対応して２つの
継起した測定性を比較できる様にする。増幅度補正器Ｖ
２の増幅度の調整にあたって、マイクロプロセッサＰは
先ずある出発値をディジタル／アナログ変換器７を経由
して制御入力Ｓ２に供給する。その後マイクロプロセッ
サＰはサンプル／ホールド回路５を保持状態にすること
により、出発値の増幅度による誤差信号ＦＳがサンプル
／ホールド回路５に保持される様にする。次いでマイク
ロブロセッ？Ｐにより調整された新しい増幅度が制御入
力Ｓ２に与えられる。これにより新たな誤差信号Ｆ’Ｓ
が生じるのでこｊｔをサンプル／ホールド回路５に保持
されている前回の値と比較器６で比較する。この比較結
果に基いてマイクロプロセッサＰは増幅度補正器ｖ２の
増幅度を誤差信号Ｆ’Ｓが小さくなる様に補正する。こ
の過程はたとえば二分法等を用いて予め定められた最小
値に達するまで繰り返される。

増幅度補正のためのデータ語の上限及び下限をマイクロ
プロセッサＰに入れておき、この限界呟を越えた場合は
表示させる様にすることができる。

この様にすれば、故障その他の差し支えのある大きな誤
りを検出・表示することができる。

第３図には増幅度補正器ｖ２を組込んだ広帯域差動増幅
器ｖ１の一例の原理的回路を示す。これはよく知られた
回路であり、本回路においては電流ＩＩ、Ｉ２は相補的
になっている。また電流Ｉ３の値が与えらｉすることに
より、相補的な電流Ｉ４゜■５の和が決まる。すなわち
、 ■３二Ｔ４＋Ｉ５ また、所与の電流１．は電流Ｉｔ、Ｉ２．Ｉ３の合計と
ほぼ等しい。１与わち、 ＩＥ＝Ｉ　１＋Ｉ　２＋Ｉ　３ 動作点を適切に選択すれば、■３二〇とすることにより
、レーザ・ダイオードＬを流れる電流Ｉ２と入力′電圧
ＵＥとの間には下式で示す線形の関係が得られる： ｌ２＝＝−Ｕｓ／Ｒ１ また、電流■３により、ｆ式に示す様に変換率を変化さ
せることができる。

なお、電流Ｉ２を表わす式においては直流分を除外した
信号成分を表わしている。

トランジスタＴｌとＴ４はベース同士で相互接続され、
ここに直流電圧ＵＩＩＩが与えられている。

制御人力Ｓ２によりトランジスタＴ　７の電流■３が制
御され、か（ｌ−で増幅度補正器ｖ２の増幅度を調整す
ることができる。

高い周波数における変換率の調整は長い間隔を置いてマ
イクロプロセッサＰにより制御され、必要な場合には修
止がなされる。たとえばこの動作は電源投入直後に行な
って良い。高い周波数についての変換率の調整は連続的
に行なう必要はない。

というのもレーザの経時変化及びこれに関連したレーザ
特注の変化は極めてゆっくりしたものだからである。

〔発明の効果〕

以Ｅで説明した様に、本発明によれば広い周波数範囲に
わたって良好な直線性を有する光信号発生器が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の光信号発生器のブロック図
、第３図は本発明の光信号発生器中で用いることができ
る増幅度補正器が組込まれた広帯域差動増幅器の一例を
示す図である。 ｌニガラス板、２：背面、３ニガラス・ファイバ、４：
検波器、５：サンプル／ホールド回路、６：比較器、７
：ディジタル／アナログ変換器、Ｕパ電気入力信号、　
ｖｌ：広帯域差動増幅器、■２：増幅度補正器、Ｅ：入
力、Ｓｔ、８２：制御入力、Ｌ：レーザ・ダイオード、
Ｆ：フォトダイオード、Ｈ８：主光線、Ｒ８：後方ビー
ム、ＮＳ：信号ビーム、ＫＳ：制御ビーム、Ｕｌｌ：正
電圧、ｖｚ：遅延線、Ｒ：抵抗、ＦＳ：誤差電圧、ｒｔ
Ｖ：利得調整用増幅器、ＵＲ：基準電圧、Ｐ：マイクロ
プロセッサ。 出願人　横筒・ヒーーレノト・バッカード株式会社代理
人　弁理士　　長　谷　川　　次　　男二ｔシｒ２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電気入力信号を入力して増幅する制御可能な増幅器と、 前記増幅器により増幅された電気入力信号に基いて光信
   号を発生する手段と を有する光信号発生器において、 前記発生された光信号の一部を光路上で分離し該分離さ
   れた光信号を検出する光検出手段を設け、前記光検出手
   段の出力は前記電気入力信号と実質的に線形な素子を介
   して接続されることにより誤差信号が発生され、 前記誤差信号に基いて前記増幅器を制御することを特徴
   とする光信号発生器。