JPS6028423B2 - 光受信装置 - Google Patents
光受信装置Info
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- JPS6028423B2 JPS6028423B2 JP52021220A JP2122077A JPS6028423B2 JP S6028423 B2 JPS6028423 B2 JP S6028423B2 JP 52021220 A JP52021220 A JP 52021220A JP 2122077 A JP2122077 A JP 2122077A JP S6028423 B2 JPS6028423 B2 JP S6028423B2
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- voltage
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- avalanche photodiode
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/60—Receivers
- H04B10/66—Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
- H04B10/69—Electrical arrangements in the receiver
- H04B10/691—Arrangements for optimizing the photodetector in the receiver
- H04B10/6911—Photodiode bias control, e.g. for compensating temperature variations
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- Light Receiving Elements (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明はアバランシフオトダイオードを用いた光受信装
置に関するものである。
置に関するものである。
アバランシフオトダィオードは光電流の増倍作用を有す
るＰＮ接合半導体光検出器であり、ブレークダウン電圧
近くまで逆バィアスした状態で使用され、強電界下にあ
る接合部に照射された光を光電流に変換し、この光電流
で衝撃なだれをおこすことによって光電流の増倍を行う
ものである。この糟倍作用がある為に通常のフオトダィ
オードでは受信できない様な微弱な光信号でもアバラン
シフオトダィオードを使うことによって受信することが
可能になる。しかしこの特長を生かす為には光電流増倍
度がある程度大きな状態で使用する必要があるが、その
様な状態では印加電圧やブレークダウン電圧のわずかな
変動によって光電流増倍度が大幅に変動する欠点がある
。一般に光通信では振幅変調方式を使用するので上記の
様な光電流増倍度の変動は望ましくなく、特にアナログ
変調信号を受信する様な場合には光電流増倍度を一定に
保つことが必要である。ブレークダウン電圧が温度によ
って変化するので、印加電圧の安定化だけでは不十分で
あり、したがって従来はブレークダウン電圧の温度係数
と同様な温度係数の定電圧電源を使用することによって
温度補償を行う方法かまたは定電流電源を使用すること
によって印加電流を一定とする方法が用いられている。
しかし前者の方法では印加電圧の温度係数を必要な精度
までブレークダウン電圧の温度係数に合せることがむず
かしく、さらに温度係数が同じ場合でも部品の実装位置
によって温度変化の様子が異なる為に、十分な温度補償
を行うことは困難である。また後者の方法では光入力電
力が変化した場合にアバランシフオトダィオードの光電
流増情度が変化する欠点がある。そこで本発明の目的は
、周囲温度や光入力電力が変化した場合でもアバランシ
フオトダィオードの光電流増倍度が一定になる様に制御
することが可能な光受信装置を提供することにある。
るＰＮ接合半導体光検出器であり、ブレークダウン電圧
近くまで逆バィアスした状態で使用され、強電界下にあ
る接合部に照射された光を光電流に変換し、この光電流
で衝撃なだれをおこすことによって光電流の増倍を行う
ものである。この糟倍作用がある為に通常のフオトダィ
オードでは受信できない様な微弱な光信号でもアバラン
シフオトダィオードを使うことによって受信することが
可能になる。しかしこの特長を生かす為には光電流増倍
度がある程度大きな状態で使用する必要があるが、その
様な状態では印加電圧やブレークダウン電圧のわずかな
変動によって光電流増倍度が大幅に変動する欠点がある
。一般に光通信では振幅変調方式を使用するので上記の
様な光電流増倍度の変動は望ましくなく、特にアナログ
変調信号を受信する様な場合には光電流増倍度を一定に
保つことが必要である。ブレークダウン電圧が温度によ
って変化するので、印加電圧の安定化だけでは不十分で
あり、したがって従来はブレークダウン電圧の温度係数
と同様な温度係数の定電圧電源を使用することによって
温度補償を行う方法かまたは定電流電源を使用すること
によって印加電流を一定とする方法が用いられている。
しかし前者の方法では印加電圧の温度係数を必要な精度
までブレークダウン電圧の温度係数に合せることがむず
かしく、さらに温度係数が同じ場合でも部品の実装位置
によって温度変化の様子が異なる為に、十分な温度補償
を行うことは困難である。また後者の方法では光入力電
力が変化した場合にアバランシフオトダィオードの光電
流増情度が変化する欠点がある。そこで本発明の目的は
、周囲温度や光入力電力が変化した場合でもアバランシ
フオトダィオードの光電流増倍度が一定になる様に制御
することが可能な光受信装置を提供することにある。
本発明によれば、アバランシフオトダィオ−ドと該アバ
ランシフオトダィオード‘こ印加された印加電圧と印加
電流の少なくとも一方に微弱な変調信号を重畳する手段
と、前記手段によって生ずる電流変動と電圧変動の少な
くとも一方の振幅を検出してアバランシフオトダィオー
ドの微分抵抗を求める手段と、実質的に前記微分抵抗と
印加電流の積を一定とする様に前記ァバランシフオトダ
ィオード‘こ印放された印加電圧ないいま印加電流を制
御する手段を含み、この制御によってァバランシフオト
ダィオードの光電流増情度の安定化を行うことができる
光受信装置を構成できる。
ランシフオトダィオード‘こ印加された印加電圧と印加
電流の少なくとも一方に微弱な変調信号を重畳する手段
と、前記手段によって生ずる電流変動と電圧変動の少な
くとも一方の振幅を検出してアバランシフオトダィオー
ドの微分抵抗を求める手段と、実質的に前記微分抵抗と
印加電流の積を一定とする様に前記ァバランシフオトダ
ィオード‘こ印放された印加電圧ないいま印加電流を制
御する手段を含み、この制御によってァバランシフオト
ダィオードの光電流増情度の安定化を行うことができる
光受信装置を構成できる。
次に図面を参照して本発明について詳細に説明する。
第１図は光電流をパラメータとしてアバランシフオトダ
ィオードの印放電圧とアバランシ電流の関係を図示した
ものである。
ィオードの印放電圧とアバランシ電流の関係を図示した
ものである。
その関係は、数式では光電流をｉｐ光電流増倍度をＭア
バランシ電流をｌｏとすると、アバランシ電流ｌｏは「
１。
バランシ電流をｌｏとすると、アバランシ電流ｌｏは「
１。
＝Ｍ・ｉＰ ｛１１となる。
また印加電圧をＶａ、ブレークダウン電圧をＶｂとする
と、光電流増倍度Ｍは定数ｎを使ってのように表わされ
る。
また印加電圧をＶａ、ブレークダウン電圧をＶｂとする
と、光電流増倍度Ｍは定数ｎを使ってのように表わされ
る。
従って■式を‘１｝式に代入することによって印加電圧
とアバランシ電流の関係を求めることができる。
とアバランシ電流の関係を求めることができる。
第１図および■式で明らかな様に、ブレークダウン電圧
の近傍では、光電流増倍度Ｍはブレークダウン電圧と印
加電圧の差にほぼ逆比例しており、従って光電流増倍度
を大きくする程印加電圧の変動の影響を受けやすくなる
ことが分る。
の近傍では、光電流増倍度Ｍはブレークダウン電圧と印
加電圧の差にほぼ逆比例しており、従って光電流増倍度
を大きくする程印加電圧の変動の影響を受けやすくなる
ことが分る。
第２図は本発明の原理の説明図で、アバランシフオトダ
ィオードの印加電圧に一定振幅の微弱な変調信号１を重
畳した場合の動作を表わしたものである。この印加電圧
の変調によって生ずるアバランシ電流の変動分を検出す
ると変調信号１に対応して変化する検出信号２が得られ
る。変調信号１の振幅電圧を△Ｖ、検出信号２の振幅電
流を△１とすると、両者の関係は〔１｝式より求めるこ
とができ、△１＝競．△ｖ：帯．鰐．△ｖｔ３’ となる。
ィオードの印加電圧に一定振幅の微弱な変調信号１を重
畳した場合の動作を表わしたものである。この印加電圧
の変調によって生ずるアバランシ電流の変動分を検出す
ると変調信号１に対応して変化する検出信号２が得られ
る。変調信号１の振幅電圧を△Ｖ、検出信号２の振幅電
流を△１とすると、両者の関係は〔１｝式より求めるこ
とができ、△１＝競．△ｖ：帯．鰐．△ｖｔ３’ となる。
また、（３｝式の織地式より求めるこ地でき、
鰐‐尊（・‐三）午 ‘４’
となる。
また通常、光電流増倍度Ｍは１よりもかなり大きい領域
で使用されることを考慮すると【４｝式は近似的に、ｄ
Ｍ ｎＭ２ ■ｄＶａ−Ｖｂ
と表わされる。
で使用されることを考慮すると【４｝式は近似的に、ｄ
Ｍ ｎＭ２ ■ｄＶａ−Ｖｂ
と表わされる。
アバランシフオトダィオードの微分抵抗をＲｄで表わす
と、微分抵抗Ｒｄは、‘３１式と畑式から求めることが
でき、Ｒｄ＝舎‐総Ｍ ‘６’ となる。
と、微分抵抗Ｒｄは、‘３１式と畑式から求めることが
でき、Ｒｄ＝舎‐総Ｍ ‘６’ となる。
さらに■式を変形して【７１式のごとく表わすこともで
きる。
きる。
ｖｂ ｖｂ △１ ‘７｝Ｍ＝嵐姉
＝市・河流‘７｝式において定数ｎ‘ま一定であり、ま
たブレークダウン電圧の変化率はごくわずかであるので
、ほぼ一定とみなして良く、従って微分抵抗Ｒｄとアバ
ランシ電流ｌｏの積を一定とする様な制御を行うことに
よって周囲温度や光入力電力が変化した場合でも光電流
増倍度Ｍをほぼ一定に保つことが可能である。
＝市・河流‘７｝式において定数ｎ‘ま一定であり、ま
たブレークダウン電圧の変化率はごくわずかであるので
、ほぼ一定とみなして良く、従って微分抵抗Ｒｄとアバ
ランシ電流ｌｏの積を一定とする様な制御を行うことに
よって周囲温度や光入力電力が変化した場合でも光電流
増倍度Ｍをほぼ一定に保つことが可能である。
この際に、もし印加電圧の変調振幅が一定であればアバ
ランシ電流１。とアバランシ電流の変動振幅△１の比を
一定とする様な制御を行なえばよい。なお上記の方法で
、印加電圧の変調信号１はごく微弱でよいので受信信号
の信号対雑音比の劣化はごくわずかであり、さらに変調
信号１の変調周波数を光入力信号の信号帯域外とするこ
とによって信号対雑音比の劣化を低減できる。
ランシ電流１。とアバランシ電流の変動振幅△１の比を
一定とする様な制御を行なえばよい。なお上記の方法で
、印加電圧の変調信号１はごく微弱でよいので受信信号
の信号対雑音比の劣化はごくわずかであり、さらに変調
信号１の変調周波数を光入力信号の信号帯域外とするこ
とによって信号対雑音比の劣化を低減できる。
また逆に光入力信号からアバランシフオトダイオードの
制御回路への影響は狭帯城ろ波器を使用して検出信号２
から変調周波数成分のみを抽出することによって防ぐこ
とができるので、本発明を光受信装置一般に適用するこ
とが可能である。なお上記の方法はアバランシフオトダ
ィオードの印加電圧に変調信号を童畳しアバランシ電流
の変動分を検出する方法であるが、逆にアバランシ電流
、すなわち印加電流に変調信号を重畳して電圧の変動分
を検出する方法でも同機な制御が可能である。
制御回路への影響は狭帯城ろ波器を使用して検出信号２
から変調周波数成分のみを抽出することによって防ぐこ
とができるので、本発明を光受信装置一般に適用するこ
とが可能である。なお上記の方法はアバランシフオトダ
ィオードの印加電圧に変調信号を童畳しアバランシ電流
の変動分を検出する方法であるが、逆にアバランシ電流
、すなわち印加電流に変調信号を重畳して電圧の変動分
を検出する方法でも同機な制御が可能である。
第３図は本発明の第１の実施例のブロック図を示したも
のである。
のである。
光入力信号３はアバランシフオトダィオード４で電気信
号に変換された後、増幅器５で増幅され受信信号として
使用される。
号に変換された後、増幅器５で増幅され受信信号として
使用される。
アバランシフオトダィオード４には定電圧電源６の出力
電圧に変調信号として低周波発振器７の微弱な出力信号
を重畳した電圧が印加されており、アバランシフオトダ
ィオード４に流れる電流はアバランシフオトダィオード
４に直列に接続された抵抗８を用いて検出される。アバ
ランシ電流の変動振幅電流△１および印加電圧の変調振
幅電圧△Ｖは、それぞれ増幅器９，１１で増幅を行った
後にそれぞれ検波器１０なし、し検波器１２において検
出され、さらにアバランシ電流ｌｏを含めた三種類の信
号を用いて演算回路１３において微分抵抗値とアバラン
シ電流の積すなわち三毒三が求められる。演算回路１３
からは三富三が設定値よりも大きければ定電圧電源の出
力電圧を高くする様な信号が出力され、また逆に三富三
が設定値よりも小さければ定電圧電源６の出力電圧を低
くする様な信号が出力される。この制御信号によって微
分抵抗値とアバランシ電流の積を一定とすることが可能
になり、前述したごとき原理に従ってアバランシフオト
ダィオード４の光電流増倍度を一定に制御することがで
きる。なお演算回路１３は市販されている演算器や乗除
算器などの集積回路を使用して容易に構成できる。また
第一の実施例において印加電圧の変調信号の振幅が一定
の場合には演算回路は極く簡単にできる。
電圧に変調信号として低周波発振器７の微弱な出力信号
を重畳した電圧が印加されており、アバランシフオトダ
ィオード４に流れる電流はアバランシフオトダィオード
４に直列に接続された抵抗８を用いて検出される。アバ
ランシ電流の変動振幅電流△１および印加電圧の変調振
幅電圧△Ｖは、それぞれ増幅器９，１１で増幅を行った
後にそれぞれ検波器１０なし、し検波器１２において検
出され、さらにアバランシ電流ｌｏを含めた三種類の信
号を用いて演算回路１３において微分抵抗値とアバラン
シ電流の積すなわち三毒三が求められる。演算回路１３
からは三富三が設定値よりも大きければ定電圧電源の出
力電圧を高くする様な信号が出力され、また逆に三富三
が設定値よりも小さければ定電圧電源６の出力電圧を低
くする様な信号が出力される。この制御信号によって微
分抵抗値とアバランシ電流の積を一定とすることが可能
になり、前述したごとき原理に従ってアバランシフオト
ダィオード４の光電流増倍度を一定に制御することがで
きる。なお演算回路１３は市販されている演算器や乗除
算器などの集積回路を使用して容易に構成できる。また
第一の実施例において印加電圧の変調信号の振幅が一定
の場合には演算回路は極く簡単にできる。
その場合のブロック図を第４図に示す。第４図で演算回
路１４ではアバランシ電流ｌｏとその変動振幅電流△１
の比が求められその値が設定値になる様に定電圧電源６
の出力電圧が制御されるのである。他の部分は第３図と
同様である。第５図は第２の実施例のブロック図を示し
たもので、第１の実施例とは逆にアバランシフオトダィ
オード４には定電流電源１５の出力電流に低周波発振器
７の微弱出力を重畳した印加電流が加えられており、印
加電流の変調によって生じた電圧変動の振幅を検出し、
第１の実施例と同様に微分抵抗とアバランシ電流の積が
一定となる様に印加電流を制御することによって光電流
増倍度を一定に制御するものである。
路１４ではアバランシ電流ｌｏとその変動振幅電流△１
の比が求められその値が設定値になる様に定電圧電源６
の出力電圧が制御されるのである。他の部分は第３図と
同様である。第５図は第２の実施例のブロック図を示し
たもので、第１の実施例とは逆にアバランシフオトダィ
オード４には定電流電源１５の出力電流に低周波発振器
７の微弱出力を重畳した印加電流が加えられており、印
加電流の変調によって生じた電圧変動の振幅を検出し、
第１の実施例と同様に微分抵抗とアバランシ電流の積が
一定となる様に印加電流を制御することによって光電流
増倍度を一定に制御するものである。
また第２の実施例において変調信号の振幅が−定の場合
には、演算回路は極〈簡単にでき、その場合のブロック
図を第６図に示す。
には、演算回路は極〈簡単にでき、その場合のブロック
図を第６図に示す。
第６図の演算回路１６はアバランシ電流ｌｏと印加電圧
の変動振幅電圧△Ｖの積を求め、その値が一定となる様
に印加電流を制御するものである。
の変動振幅電圧△Ｖの積を求め、その値が一定となる様
に印加電流を制御するものである。
以上詳述した様に本発明によればアバランシフオトダィ
オードの印加電圧ないいま印加電流に微弱な変調を行い
、それによって生ずる電圧変動と電流変動の振幅から微
分抵抗を求め、微分抵抗とアバランシ電流の積が一定と
なる様な制御を行うことによって、周囲温度や光入力電
力が変化した場合でも光電流増情度を一定に保つことが
できる。
オードの印加電圧ないいま印加電流に微弱な変調を行い
、それによって生ずる電圧変動と電流変動の振幅から微
分抵抗を求め、微分抵抗とアバランシ電流の積が一定と
なる様な制御を行うことによって、周囲温度や光入力電
力が変化した場合でも光電流増情度を一定に保つことが
できる。
第１図はアバランシフオトダィオードの電圧電流特性曲
線図、第２図は本発明の原理の説明図、第３図〜第６図
は本発明の実施例のブロック図である。 図において、１・・・変調信号、２・・・検出信号、３
・・・光入力信号、４・・・アバランシフオトダィオー
ド、５・・・増幅器、６・・・定電圧電源、７・・・低
周波発振器、８・・・抵抗、９，１１・・・検波器、１
０，１２・・・増幅器、１３，１４，１６…演算回路、
１５・・・定電流電源。 多≧′函 多≧乙図 第３図 鼻毛仏図 多毛５図 鼻毛５図
線図、第２図は本発明の原理の説明図、第３図〜第６図
は本発明の実施例のブロック図である。 図において、１・・・変調信号、２・・・検出信号、３
・・・光入力信号、４・・・アバランシフオトダィオー
ド、５・・・増幅器、６・・・定電圧電源、７・・・低
周波発振器、８・・・抵抗、９，１１・・・検波器、１
０，１２・・・増幅器、１３，１４，１６…演算回路、
１５・・・定電流電源。 多≧′函 多≧乙図 第３図 鼻毛仏図 多毛５図 鼻毛５図
Claims (1)
- １ アバランシフオトダイオードと、このアバランシフ
オトダイオードに印加される印加電圧と印加電流の少な
くとも一方に微弱な変調信号を重畳する手段と、この手
段によつて生じる電流変動と電圧変動の少なくとも一方
の振幅を検出してアバランシフオトダイオードの微分抵
抗を求める手段と、実質的に前記微分抵抗と印加電流の
積を一定とする様に前記アバランシフオトダイオードに
印加された印加電圧ないしは印加電流を制御する手段と
を含む光受信装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52021220A JPS6028423B2 (ja) | 1977-02-28 | 1977-02-28 | 光受信装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP52021220A JPS6028423B2 (ja) | 1977-02-28 | 1977-02-28 | 光受信装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS53105903A JPS53105903A (en) | 1978-09-14 |
| JPS6028423B2 true JPS6028423B2 (ja) | 1985-07-04 |
Family
ID=12048921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP52021220A Expired JPS6028423B2 (ja) | 1977-02-28 | 1977-02-28 | 光受信装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6028423B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02118426U (ja) * | 1989-03-06 | 1990-09-21 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5977729A (ja) * | 1983-09-26 | 1984-05-04 | Hitachi Ltd | 光通信装置 |
| JP5396982B2 (ja) * | 2009-04-13 | 2014-01-22 | 日本電気株式会社 | 半導体受光素子および半導体受光装置 |
-
1977
- 1977-02-28 JP JP52021220A patent/JPS6028423B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02118426U (ja) * | 1989-03-06 | 1990-09-21 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS53105903A (en) | 1978-09-14 |
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