JPS62128230A - 光送受信器 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は光通信システムに用いて好適な光送受信器に
関する。

（従来の技術） 従来、光通信分野に利用されている光ＰＦＭ（ｐｕｌｓ
ｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｍｏｃｌｕｌａｔ、ｉｏｎ　
）双方向通信の機能をもったシステムは、文献（昭和６
０年度電子通信学会総合全国大会講演論文集、分冊）／
ｆＭ２５６３゜Ａ　２５６４　’）に開示されているよ
うに、光信号の発光部及び受光部にそれぞれ別個の元素
子を用いた構成となっている。このような従来構成の光
送受内部構造は両者とも同一の構成となっているので同
一構成要件についての重複説明を省略する。

先ず、光送受信器工では、人力信号はＰＦＭ変調回路１
１によりＰＦＭ信号とされ、この信号はＬＥＤ（発光ダ
イオード）駆動回路１３と発光ダイオードＬＥＤとによ
って光ＰＦＭ信号として光ファイバ１５に出力される。

この光Ｐ（Ｊ信号は合分波器１７をｑイバ２１を経て受
光ダイオードＰＤに導びかれ、副の受光ダイオードＰＤ
と、ＰＤ（受光ダイオード）駆動回路２３とにより電気
的なＰＦＭ信号に変換され、さらにＰＦＭ復調回路２５
によって復調されて出力信号を出力する。

他方、光送受信器■かも■への光通信も前述と同様にし
て行なわれる。従って入力信号はＰＦＭ変調回路２７→
ＬＥＤ駆動回路及びＬＥＤ→光ファイバ２１→合分波器
１９→云送用光ファイバ１０→合分波器１７→光ファイ
バ１５→ＰＤ及びＰＤ駆動回路３１→ＰＦＭ復調回路３
３を経て出力信号を出力する。

ここで、光送受信器工及び■間での相互通信は、第８図
に示すように、相互の光送受信器Ｉ及び■が送信と受信
とを時分割的に行うことによって実現している。また、
上述した説明からも理解出来るように、光送受信器Ｉ及
び■間の伝送用光ファイバー０を一本としてこれを共通
利用しているため、この伝送用光ファイバー０は合分波
器１７及び１９をそれぞれ介して元ファイバー５及び２
１とそれぞれ結合されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来構成の光送受信−器は次
のような問題点があった。

′１す ｊ・１■　各光送受信器は、ＰＦＭ信号を得るたぬの必
要とするため、光送受信器全体としての回路構成が非常
に複雑となると共に、調整が複雑となっていた。

■　さらに、発光ダイオードや受光ダイオードと、伝送
用光ファイバとの接続を、合分波器を用いて行っている
ため、光送受信器の構成が一層複雑化、大型化し、光送
受信器自体が高価となり、しかも、合分波器に基因する
光信号の減衰が通常−３ｄＢ以上になるため、光通信の
可能な伝送距離が著しく短距離に限定されていた。

この発明の目的は、上述したような従来の光送受信器が
有していた問題を除去した構造の光送受信器を提供する
ことにある。

（問題点を解決するための手段） この目的の達成を図るため、この発明の光送受信器は、
送受信の個別の発光素子及び受光素子を′用いるのでは
なく、送受信兼用の一個の光素子、すなわち、Ｓ字形負
性抵抗をもつ光信号変換素子を用いた構成とする点に特
色がある。

このため、この発明の光送受信器においては、コイルと
し、第一容量手段を一個のコンデンサとし、光信号変換
素子の陽極側から陰極側へとコイル及びコンデンサを順
次に接続した直列共振回路とすることが出来る。

そして、この直列共振回路の第一容量手段の両端間に第
一抵抗手段と、送信又は発信に適した電圧を任意に設定
出来る電源とを有する電源回路を設ける。この場合、例
えば第一抵抗手段を抵抗とし、電源を送信用電圧を供給
する変調電源と受信用電圧を供給する復調電源とを切換
えてこの抵抗に選択接続出来るように構成することが出
来る。

さらに、元信号変換素子からインダクタンス手段を経て
第一容量手段の一端子に至る接続経路の一点と、この第
一容量手段の他端子と光信号変換素子との接続点との間
に第二抵抗手段及び第二容量手段から成る低域戸波器を
設ける。この場合、抵抗とコンデンサとから成る低域ｐ
波器を、第一容量手段の端子聞に接続してもよいし、或
いは又、インダクタンス手段及び光信号変換素子の接続
点と、電源及び光信号変換素子の接続点との間に接続す
る構成としてもよい。そして、この第二抵抗手段と第二
容量手段との接続点から復調出力を取り出すことが出来
るように構成する。

（作用） この発明の光送受信器の構成によれば、−個のＳ字形負
性抵抗を有する光信号変換素子を光送信及び光受信素子
として兼用し、僅かな部品点数の受動素子を組合わせた
回路構成で従来と同様な変調、復調及び駆動機能をもた
せることが出来るので、回路構成が簡単となり、製造コ
ストも低減出来る。又、この発明の構成では合分波器を
必要としないので光減衰に基因する伝送距離の制限を受
けることがない。又、この発明の回路構成では、使用電
力が小さくてすみ、従って小型の電源又は電池を使用す
ることが可能となり、設置場所が狭くてもよい。

（実施例） 以下、図面を参照して、この発明の実施例につき説明す
る。

第１図は、この発明の光送受信器の一実施例を示す回路
図である。元信号変換素子りはイングクタンス手段例え
ばコイルＬと、第一容量手段例えばコンデンサＣ工とに
より直列共振回路１を構成している。さらに、コンデン
サＣ工の両端子間には電源回路２が接続されている。こ
の電源回路は例、ｔば、コンデンサＣ１とコイルＬとの
接続点から第一抵抗手段である抵抗Ｒ工及び受信又は送
信っている。また光信号変換素子りには変調入力元ファ
イバ６と伝送用光ファイバ７とがそれぞれ接続された構
成となっている。

元信号変換素子りは電気的にＳ字形負性抵抗特性をもち
、負性抵抗特性が入射光量により変化する特性を示す半
導体素子であり、その構造および電気的、光学的特性に
つき説明する。

第２図は光信号変換素子の構造の一例を示す断面図であ
る。この素子はｎ形ＧａＡｓ基板◆ｌ上に、　　　Ｎ　
−ＡｌＧａＡｓクラッド層４２、ｐ彩ＧａＡｓ活性層４
３、ｎ形ＧａＡｓ活性層４４、Ｐ形Ａｄ　ＧａＡｓクラ
ッド層杢５゜ｐ形ＧａＡｓコンタクト層４６により構成
され、ｐ形ＧａＡｓコンタクト層４６上にｐ形オーミッ
クコンタクト電極（陽極）４７及びｎ１杉ＧａＡｓ基板
４１上にｎ形オーミックコンタクト電極（陰極）４８を
設けた構造となっている。光ＰＰＭ信号の入出力と変、
’１１”ｉｉ 渇トして示しである。この特性は、電圧なＯｖより増加
させても電流がわずかしか流れない高抵抗状態となるが
、電圧がターンオーバ電圧Ｖｔ　ＶＣ等しくなるとこの
素子の抵抗が急激に減少して導通状態となるＳ′ｒ−形
質性抵抗特性である。

さらに、ターン電圧ｖｔは光信号変換素子りに入射する
光量により減少する。この入射光量特性の一例を第４図
に示す。第４図は横軸に入射光量をμＷ単位で又、縦軸
にターンオーバ電圧をｖ単位でプロットして示す。尚、
入射波長λ　を例えば８１８　ｎｍとする。この図に示
すように、ターンオーバ電圧■ｔは入射光量の増大に伴
って単調に減少する特性を示す。

次に、第一図に示すこの発明の光送受信器の実施例“の
動作原理を説明する。

最初に、光信号変換素子Ｄ、コイルし、抵抗Ｒ□そして
電源Ｆ：ｏｌまたはＥ。２から構成される閉回路を考え
る。

変換素子りの内部抵抗上し、コイルＬの内部抵抗は無視
するものとする。第１図に示す回路における負荷線は第
５図に示すように、光信号変換素子Ｄの電圧−電流特性
曲線Ｉと負荷線「及び可の交ト 注を満たすようになっている。

まず、電源Ｅ。１側にスイッチＳＷを切替えた場合を考
える。光信号変換素子（以下、単に素子という）Ｄへの
入射光がない場合は、光信号変換素子りの端子電圧■ア
はＶＦ　＜　Ｖｔであるためこの素子りは遮断状態とな
っている。

次に、素子りに光が入射した場合は、既に第４図で説明
したように、素子りのターンオーバ電圧Ｖｔは入射光量
に比例して減少する特性を示すため、素子りの動作状態
は入射光量により制御されり、素子りの′電圧−電流特
性は第５図に点ａ工となる。

次に前述の閉回路にコンデンサＣ工を加えた、素子Ｄ、
コイルＬ１コンデンサＣ□、抵抗Ｒ１及び電源Ｅ。１か
ら構成される閉回路を考える。

この閉回路においては素子りの端子電圧はコ／′″″′
″Ｏ−Ｒに従って第５図の零点（点ａ　）より■。

（点ａ２）まで上昇する。素子りへの入射ｆｔ量が小さ
くてＶＦ　＜　Ｖｔ、の状態では素子りは端子電圧がＶ
Ｆまで上昇し、遮断状態であるが、入射光が十分にあり
Ｖ、　〉Ｖｔの状態では素子りの端子電圧が零からター
ンオーバ電圧ｖｔまで上昇した時点で、素子りが導通状
態となり第５図に示す点ａ工に動作点が移る。すなわち
、入射″’ｉｓに応じてターンオーバ電圧Ｖｔの値が減
少することにより素子りが導通状態となり、従って遮断
状態から導通状態になるまでの時間が制御されることが
わかる。

次に、素子りが導通状態となると、コンデンサＣ□の電
荷はコイルＬを通して素子りに流れ放電される。さらに
素子りとコイルＬ、コンデンサＣ１は直列共振回路を形
成しているため、コンデンサＣ□の電荷がなくなった次
の瞬間に素子りからコイルＬ１コンデンサＣ□の方向に
電流が流れる。

次に、第６図（Ａ）に示すような光が素子りに入射し；
た場合を考える。

１１゜ −”第６１図（４）は素子りへの入射光量の時間的変化
を示、シたものであり、横軸には時間及び縦軸には入射
光景を取って示す。第６図（Ｂ）は素子りの端子電圧の
時間的変化を示したもので、横軸には時間及び縦軸には
光信号変換素子りの端子電圧を取って示しである。今入
射光量値が点ｑよりも小さい場合は、素子りの端子電圧
は前述のように時定数τ、−Ｒ工・Ｃ□で上昇する。光
量が点Ｑに達するとく時刻１．、−）、端子電圧はター
ンオーバ電圧■ｔ工となり素子りが導通状態（ターンオ
ン）となる。

その後コンデンサＣ工の放電により再び遮断状態（ター
ンオフ）となる。ここで素子りの端子電圧に注目すると
、端子電圧は入射光の間隔Ｔ１．　Ｔ２゜・・・により
制御されることがわかる。例えば入射光の間隔Ｔ１がＴ
２に増すと、素子りの端子電圧の最大値がＶｔ、　　か
らｖｔ２上昇し、かつ端子電圧の時間的積分量（斜線１
２の領域）が８□から８２へと増すことがわかる。さら
にこの端子電圧の積分量ハ時定数τ、＝Ｃ工・Ｒ１に比
べて入射光間隔および入射″光量の変化量を素子りの動
作範囲にあるように十分に小さくとることにより、入射
光の間隔とは了比例している。したがって素子りの端子
電圧を１／π５旺で生ずる。

第１図に示す第二抵抗手段例えば抵抗Ｒ２及び第二容量
手段例えばコンデンサＣ２は低域戸波器４を構成すると
共に素子りの端子電圧を積分する回路を構成している。

この回路条件は抵抗Ｒ２とコンデンサＣによる時定数τ
２−Ｃ２・Ｒ２カτ、〈τ２でＲ１＜Ｒ２の条件を満す
ようにする。また、第１図の回路ではコンデンサＣ２の
端子電圧を、端分する杉となっているが、との抵抗Ｒ２
の一抱子をコンデンサＣ工に接続しないで素子りの陽ｆ
ｌ　ＭＭ子に接続してもよく、その場合にも素子りの端
子電圧の積分動作は同様に行われる。

次に電源３を准ｌ原Ｅ。２に切替えた場合を考える。

この状態ではＶｔ　＜　Ｅ。２であるため、第１１叉の
抵抗ＲコンデンサＣ工、コイルＬ、素子り及び電源Ｅ。

２より構成されるノーシボ形閉回路は入射光のるまでの
時間が減少する。すなわち入射光により光パルスの間隔
が変調（ＰＦＭ）されることがわかる。

１１逆って、この発明の光送受信号は第１−のスインこ
とが可能となる この発明の光送受信器は上述した第１図に示した基本回
路構成にのみ限定されるものではなく、直列共振回路１
、電源回路２、電源３及び低域濾波器４のそれぞれの構
成を所要に応じて変形又は変更することが出来る。

例えば、電源口′＃！２の′電源の切換えはスイッチＳ
Ｗを用いた切換方式でなくてもよく、送信用電圧を供給
する変調電源と、受信用心圧を供給する復調ｄ源とに送
信・受信に応じて切換え出来る構成となっていればよい
。

器を構成したものであり、以下：光示す効果が期待で、
　　きる。

路、ＰＤ％動回路の各機能をもたせることが出来るため
、回路構成が非常に簡単となる。さらにこの発明の光送
受信器を構成するための使用部品点数が従来構成に必要
とする部品点数よりも著しく、極減するため製造コスト
を著しく低減させることが出来る。

■　この発明の光送受信器は合分波器を使用しないため
、元信号の減衰がおこらず、伝送距離を長くできる。

■　この発明の光送受信器は回収構成が簡単になると同
時に使用電力が小さいため小形の電源または電池で十分
であり、これがため設置場所の制約が少なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の光送受信器の基本的回路構成を示す
回路図、 第２１’ｌはこの発明に用いる光信号変換素子の構造の
一実施例を示す断面図、 第３図は光信号変換素子の電流−電圧特性を説明するた
めの１副、 第４図は元信号変換素子のターンオーバ電圧Ｖｔと入射
ｆ、情の関係を説明するための図、第５図は元信号変換
素子の電流−直圧曲線とこ図、 第７図及び第８図は従来の光送受信Ａ；の説明ｌテであ
る。 ｌ・・・直列共振回路　　　２・・、Ｅ源回路３・・・
電源　　　　　　　手・・・低域戸波器５・・・復調出
力端子　　　６・・・変調人力九ファイバ７・・・伝送
用光ファイバ Ｌ・・・インダクタンス手段（コ・イル）Ｃ工・・・第
一容量手段（コンデンサ）Ｃ２・・・第二容量手段（コ
ンデンサ）Ｒ・・・第一抵抗手段　　Ｒ２・・・第二抵
抗手段Ｅｏ工・・・電源　　　　　　Ｅ。２・・・電源
ＳＷ・・・スイッチ ４１−−・ｎ形ＧａＡｓ基板 ４２−　Ｎ　−Ａ７ＧａＡｓクラッド層＋３　＝−ｐ　
−ＧａＡｓ活性層　４４−　ｎ形ＧａＡｓ活性層４５−
　Ｐ　−ＡｌＧａＡｓクラッド層１６・・・ｐ　−Ｇａ
Ａｓキャップ層 ４７・・・ｐ側オーミック電険 ４８・・・ｎ側オーミック電極 ４９・・・光信号変換素子の導通状態での動作点特許出
願人　　工業技術院長　等々力　　達ｌ：直列兵す星回
外、５”：４ｊＬ調出力ガ島チｚｒｉ源記ント　　　　
　　　　　　６　：変調入〃升、７フイハ゛３：電虐、
　　　　　　　　　　　　７　：／１云逮、用光ファイ
バ゛４　：　イＣ（輿ぜにシ戸）従」昭１ この発明の光送受う１勝 第１図 第２図 ５′＃形負″隨壬＆抗特性 第３図 入１７１量（ｔｔ　Ｗ　）　　λｐ＝ｌ／ｆｌｎｖｔ７
＼　身重　ヲａ−１千今　ｖｔ 第４図 （Ａ） 入射死量の的閏口９変化 （Ｂ） 赤子りの鱒皓チ電７圧、の吟ｐ月１乙 第６図 Ｆ　　　　　　　′ 言　　　　　　や 呆　　　　　　　　　　呆

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）入射光量により変化するＳ字形負性抵抗特性を有
   する光信号変換素子と、インダクタンス手段と、第一容
   量手段とを有する直列共振回路、 該第一容量手段の両端子間に、第一抵抗手 段と送信又は発信に適した電圧を設定出来る電源とを有
   する電源回路、及び 前記光信号変換素子から前記インダクタン ス手段を経て前記第一容量手段の一端に至る接続経路の
   一点と、該第一容量手段の他端及び前記光信号変換素子
   の接続点との間に直列に接続した第二抵抗手段及び第二
   容量手段を有し、該第二抵抗手段及び第二容量手段の接
   続点を復調出力端子とした低域濾波器 を具えることを特徴とする光送受信器。