JPS601605B2 - 光変調装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は電気光学効果を利用した光変調装置に関する
ものである。

近年、ビデオディスクあるいはＰＣＭ（Ｐ山ＳｅＣｏｄ
ｅＭｏｄｕｌａｔｂｎ）オーディオディスク等の記録の
ように、レーザビーム等の光東を高周波信号にて変調し
た光信号を扱う場合が多くなってきた。

光束を高周波信号にて変調する光変調装置として、電気
光学効果を用いたもの（以下ＥＯ型光変調装置という）
と超音波光偏向を用いたもの（以下ＡＯ型光変調装置と
いう）とがある。このうちＥｑ型変調器は広帯域で耐パ
ワー性があるが、反面ドリフトが非常に大きく使いにく
いという欠点があった。一方、Ａｑ型変調器はドリフト
が少なく扱いよいが、反面狭帯域で耐パワー性が不足し
ているという欠点があった。一般にビデオディスク等の
超高密度情報記録には広帯域であることが必要不可欠で
あり、そのためドリフトが大きく使いにくいという欠点
はあるが、Ｅｑ型変調器を使うことが多かった。

結晶の電気光学効果（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃｅｆ
企ｃｔ）を利用したこのＥＯ型変調器の基本構成および
その動作原理についてはしーザハンドブック（朝倉書店
）等に詳しく記載されているが、以下従来のＥＱ型光変
調装置を図について説明する。

第１図ａはＥＯ型変調器の変調特性を示す図で、縦軸に
出力光強度、横軸にバイアス電圧をとっている。

また同図の右側の信号波形は変調信号Ｅｉにより適正な
変調を行なった場合の変調光強度信号もの波形を示し、
同図ｂはバイアス点が高い方にずれた場合の変調光強度
信号ｉ，の波形を示し、同図ｃはバイアス点が低い方に
ずれた場合の変調光強度信号ｊ２の波形を示している。
第１図ａにおいて、バイアス電圧ＥＢに対する出力光強
度はＢ，であり、印加電圧（ＥＢ十ｅｉ）に対して出力
光強度は（Ｂ，十ｂｉ）となる。

したがって、バイアス電圧ＥＢに正弦波の変調信号Ｅｉ
を重畳した場合に、出力光強度はＡ，からＣ，の間で変
わり、変調光強度信号ｉｏが得られる。ＥＯ型変調器の
変調特性ＩＭはサイン２案特性を有するので、バイアス
点ＥＢが片寄れば変調光強度信号ｉは歪んだ波形の信号
になる。たとえば、バイアス点ＥＢが高い方に片寄った
場合の変調光強度信号ｉ，の波形は第１図ｂのようにな
り、また低い方に片寄った場合は第１図ｃのようになる
。

すなわち、変調光強度信号ｉの平均値は、第１図ａの場
合にＢ，、第１図ｂの場合にＢ２（＞Ｂ，）、第１図ｃ
の場合にＢ３（くＢ，）となる。このようにバイアス電
圧に従って変調光信号ｉの平均値レベルが変わり、適正
バイアスにて１００％変調を行なった場合、すなわち第
１図ａにおいてＡ，＝１００％、Ｃ，＝０％となる変調
を行なった場合、その平均値Ｂ，は最大出力光強度の５
０％になる。この特性を応用したのが従釆のバイアス調
整装置であり、その従来のバイアス調整装置を備えた従
来の光変調装置を第２図を用いて説明する。

第２図は従来のＥＯ型光変調装置のブロック図である。
同図において１は入力端子２からの変調信号を光変調器
３に供給する変調アンプ、４は変調器３への入力光５の
一部を取り出すビームスプリツタ、６は入力ビームスプ
リツタ４からの入力光５を検知し、電気信号に変換する
入力光検知器、７は入力光検知器６の出力信号を増幅す
る入力アンプ、８は入力アンプ７の出力ａを入力とし、
その入力信号の２分の１レベルの信号ｂを出力する基準
回路、９は前記変調器３の出力光１０の一部を取り出す
出力ビームスプリツタ、１１はこの出力ビームスプリッ
夕９からの出力光１０を検知し、電気信号に変換する出
力光検知器、１２は出力光検知器１１の出力信号を増幅
する出力アンプ、１３は出力アンプ１２の出力ｃの平均
値レベルの信号ｄを出力する平均値回路、１４は前記基
準回路８の出力ｂと前記平均値回路１３の出力ｄとを２
入力とする叢動アンプ、１５は差動アンプ１４の出力を
増幅し、変調器３にバイアス電圧として供給するバイア
スアンプである。なおこの回路はすべて直流結合になっ
ている。つぎにこの回路の動作について説明する。

入力光５は入力ビ−ムスプリッタ４により分割され、そ
の一部は入力光検知器６に向い、大部分は変調器３に向
う。入力光５は変調器３内において変調をうけ、出力光
１０になる。出力光１０は出力ビームスプリッタ９によ
り分割され、その一部は出力光検知器１１に向い、他の
大部分の出力光１０は変調装置の出力となる。入力光検
知器６は入力光５を検知して電気信号に変換し、入力ア
ンプ７に出力する。

入力アンプ７は入力信号を増幅し、その出力ａを基準回
路８に出力し、基準回路８は入力信号ａの２分の１のレ
ベルの信号ｂを差動アンプ１４の一方の入力に出力する
。一方、出力光検知器１１は出力光１０を検知して電気
信号に変換し、出力アンプ１２に出力する。出力アンプ
１２は入力信号を増幅し、その出力ｃを平均値回路１３
に出力する。出力光１０は変調器３の通過に際し変調を
受けた高周波信号であり、平均値回路１３はこの高周波
信号の平均値レベルの信号ｄを出力する。この出力信号
ｄは差動アンプ１４の他方の入力信号となる。差動アン
プ１４は、基準回路の出力信号ｂと平均値回路１３の出
力信号ｄとの差信号を増幅して、バイアスアンプ１５に
出力する。バイアスアンプ１５は差動アンプ１４の出力
信号を必要なしベルまで増幅して変調器３にバイアス電
圧を供給する。変調信号は入力端子２に入力され、変調
アンプ１にて増幅され、変調器３に供給される。ここで
、変調器３での入力光５の損失はなく、変調は第１図ａ
において、Ａ，＝１００％、Ｃ，＝０％となる１００％
変調とする。したがって光変調器３においては、差動ア
ンプ１４の出力の差信号に従ったバイアス点を中心とし
て、入力端子２からの変調信号に応じた変調が行なわれ
、入力光５は高周波変調をうけて出力光１０になる。

ここで第１図ａに示すように、適正なバイアスを供給し
た場合の変調光強度信号の平均値レベルＢ，は、最大出
力光強度の２分の１になる。

これは第１図ａにおいて、Ａ，＝１００％、Ｃ，＝０％
とした場合に明らかであり、この原理に基づいてバイア
ス制御が行なわれている。すなわち、入力アンプ７の出
力ａの信号レベルは入力光５の大きさを表わし、基準回
路８の出力ｂの信号レベルはその２分の１のレベルで、
適正バイアス時の変調光信号の平均値レベルと一致する
。この出力ｂの信号レベルがバイアス制御の基準になる
。一方、出力アンプ１２の出力信号ｃは出力光１０を検
知して得た高周波信号であり、この高周波信号は平均値
回路１３によりその平均値レベルが検出される。平均値
回路１３の出力信号ｄはその平均値を表わす信号であり
、バイアス制御を行なわない場合のこの平均値レベルは
、たとえば第１図ｂ，ｃに示すＢ２、あるいはＢ３であ
る。この平均値回路１３の出力信号ｄは基準回路８の出
力である基準信号ｂに対する比較信号である。このよう
に、適正なバイアスレベルを表わす基準信号ｂと、変調
状態を表わす比較信号ｄとの差信号を差動アンプ１４に
より生成し、バイアスアンプ１５を介して変調器３に供
給することにより、たとえば温度変化などによるバイア
ス点のドリフトを制御することができる。

そしてその結果、常に安定な変調光信号を得ることがで
きる。しかしながら、この従来装置では、変調器３への
光入口、変調器３からの光出口のそれぞれにビームスプ
リッタ、光検知器が必要であり、【１にれらの高価な部
品が必要なため価格が高くなる、【２｝光変調器の光軸
とこれらの部品の軸との軸合せが難しく、かなりの手間
を要する、という欠点があつた。この発明は、このよう
な従来のものの欠点を除去するためになされたもので、
ビームスプリツタ、あるいは光検知器がそれぞれ１個で
すむようにした光変調装置を提供するものである。

以下この発明の一実施例を図について説明する。

第３図はこの発明の一実施例による光変調装置のブロッ
ク図を示す。

同図において第２図で用いた符号のほか、２０は出力光
検知器１１の出力である変調光強度信号ｉを基準電源２
１の基準電圧Ｂと比較し、２値の電圧出力ｅを生成する
電圧比較器、２２は電圧比較器２０の出力ｅを反転する
反転回路としての反転アンプ、２３は電圧比較器２０の
出力ｅの平均値をとる第１の平均値回路としての第１の
ローパスフィルタ、２４は反転アンプ２２の出力ｆの平
均値をとる第２の平均値回路としての第２のローパスフ
ィルタであり、この第１、第２のローパスフィルタ２３
，２４の出力ｇ，ｈが叢勤アンプ１４の第１、第２の入
力に入力されている。なおこの回路において電圧比較器
２０以降は交流結合になっている。つぎにこの回路の動
作をその各部の信号波形を示す第４図とともに詳細に説
明する。

出力光検知器１１で変調光信号を電気信号に変換して得
た変調光強度信号ｉは電圧比較器２０に入力される。

この電圧比較器２０は入力信号ｉが基準電源２１の基準
電圧Ｂ（この場合Ｂ＝０）より大か小かに従って第４図
に示すような２値の電圧信号ｅを出力する。またその出
力信号ｅは反転アンプ２２により反転され、第４図に示
すような同じく２値の電圧信号ｆとなる。この２つの電
圧信号ｅ，ｆはそれぞれ第１、第２のローパスフィルタ
２３，２４で平均値化され、それぞれの平均値信号ｇ，
ｈが差動アンプ１４に入力される。差動アンプ１４は両
信号ｇ，ｈの差信号を生成し、バイアスアンプ１５を介
し光変調器３に供給する。ここで、バイアス点が適正バ
イアスのときは変調光強度信号ｉと基準電圧Ｂとを比較
する電圧比較器２０の出力ｅは第４図に示すようにデュ
ー７ィレシオ５０％のパルス信号となり、この世力ｅの
反転信号ｆも同じくデューティレシオ５０％で位相が反
対のパルス信号となる。

したがってそれぞれの信号ｅ，ｆのローパスフイルタ２
３，２４を経た平均値信号ｇ，ｈは同じ大きさの信号と
なり、差動アンプ１４の出力は０となり、バイアス点は
移動されず、そのままの適正バイアスで変調が行なわれ
る。ところが温度変化等によりバイアス点がドリフトす
ると、変調光強度信号ｉは第１図ｂまたはｃに示すよう
な信号となり、この場合には電圧比較器２０の出力ｅの
デューテイレシオは５０％からずれ、そのずれの方向は
バイアス点のずれと対応している。

また出力ｅの反転信号である出力ｆのデューティレシオ
は出力ｅとは反対方向にずれ、したがって両信号ｃ，ｆ
の平均値信号ｇ，ｈは等しくならず、差動アンプ１４の
出力には極性がデューティレシオのずれの方向に対応し
、かつ信号レベルがずれの量に対応した出力信号が得ら
れる。そしてこの信号がバイアスアンプ１５を介して光
変調器３に供給されることにより、変調光強度信号の基
準電圧レベルでのデューティレシオが５０％になるよう
に変調器のバイアスが制御され、所望の変調光世力が安
定に得られる。このような機成および動作を有するこの
実施例の光変調装置によれば、光変調器の入力側にビー
ムスプリッタや光検知器などの高価な部品が不要になり
、低価格化を図ることができる。

また光変調器とこれらの部品の融合わせ調整が不要にな
り、調整を簡単に行なうことができる。特に頻繁に光信
号のレベルを変える装置において大なる効果が得られる
ものである。なお、前記実施例では電圧比較器２０の基
準電圧Ｂを適正バイアス時の出力ｅのデューテイレシオ
が５０％になるよう０に設定したが、波形のひずんだ光
変調出力を得たいような場合には基準電源２１の基準電
圧Ｂをかえることにより適正バイアスよりずれた位置で
バイアス制御を行うこともできるものである。

以上のように、この発明の光変調装置によれば、変調光
信号と基準電圧とを比較する電圧比較器の出力の平均値
信号と、前記電圧比較器の反転出力の平均値信号との差
を光変調器にバイアスとして加えることにより、従来装
置と同等の機能が得られるばかりでなく、ビームスプリ
ッタや光検知器などが不要となって低価格化を図ること
ができ、またこれらの部品の軸合せ調整が不要になり、
調整を簡単に行なうことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは電気光学効果を利用した光変調器の変調特性
および適正バイアス時の変調信号、変調光強度信号の波
形を示す図、同図ｂ，ｃはそれぞれバイアス点が適正バ
イアスから上下にずれた場合の変調光強度信号の波形を
示す図、第２図は従来の光変調装置の一例のブロック図
、第３図はこの発明の一実施例による光変調装置のブロ
ック図、第４図は第３図の回路の各部の信号波形図であ
る。 ３・・・・・・光変調器、１４・・・・・・差動アンプ
、１５・・・・・・バイアスアンプ、２０…・・・電圧
比較器、２１・・・・・・基準電源、２２・…・・反転
回路としての反転アンプ、２３・・・・・・第１の平均
値回路としての第１のローパスフィルタ、２４・・…・
第２の平均値回路としての第２のローパスフィル夕。 なお図中、同一符号は同一または相当部分を示す。第２
図 第１図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光変調器の出力である変調光の強度信号と基準電圧
   とを比較し２値の電圧信号を出力する電圧比較器と、こ
   の電圧比較器の出力を反転する反転回路と、前記電圧比
   較器の出力の平均値をとる第１の平均値回路と、前記反
   転回路の出力の平均値をとる第２の平均値回路と、前記
   第１、第２の平均値回路の出力をそれぞれ第１、第２の
   入力とする差動アンプと、この差動アンプの出力を前記
   光変調器に供給するバイアスアンプとを備え、安定な変
   調光信号を得るようにしたことを特徴とする光変調装置
   。