(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のバイアス電流で駆動される光増幅素子、および前記光増幅素子と光結合し、入力信号電圧で駆動される波長選択性反射器を有する第１のレーザ光源と、前記第１のレーザ光源より出射される第１のレーザ光と合波される第２のレーザ光を出射する第２のレーザ光源と、
前記第１および第２のレーザ光を合波する光合波器と、
前記光合波器で合波された光信号をＦＭ電気信号に変換する光電変換手段を備え、
前記波長選択性反射器は、前記入力信号電圧を印加される電極と、前記入力信号電圧に基づく電界により屈折率が変化する物質によって形成された光導波手段を有し、前記第１のレーザ光源に入力する信号を位相反転回路にも入力すると共に、前記位相反転回路の出力を前記第２のレーザ光源の入力に接続し、前記第２のレーザ光源は、前記第１のレーザ光源と同じ光増幅素子、および前記第１のレーザ光源と同じ波長選択性反射器によって構成されることを特徴とする広帯域ＦＭ変調器。
【請求項２】
前記光増幅素子は、一端に光反射面を有し、他端に光透過面を有した半導体光増幅素子であり、
前記波長選択性反射器は、前記光透過面を介して前記半導体光増幅素子と光結合し、前記電界によって屈折率が変化するニオブ酸リチウムで形成された光導波手段を有し、この光導波手段上にグレーティングが形成されている構成の請求項１記載の広帯域ＦＭ変調器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広帯域ＦＭ変調器に関し、特に、歪および雑音を少なくしたＦＭ信号を発生する広帯域ＦＭ変調器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４（ａ）は従来の光映像伝送システムを示し、多チャンネルのＡＭ映像信号６１を発生するＡＭ映像信号発生回路６０と、多チャンネルのＡＭ映像信号６１を一括してＦＭ信号６２にする広帯域ＦＭ変調器１００と、ＦＭ信号６２に応じた光信号を出射するレーザダイオード２０と、レーザダイオード２０からの光信号を複数の光ファイバ４０に分配する光分配器３０と、光ファイバ４０から光信号を入力する加入者５０によって構成されている。加入者５０は光信号を電気信号にするフォトダイオード５１と、フォトダイオード５１からの電気信号を復調して多チャンネルＡＭ映像信号６３を発生するＦＭ復調器５２と、多チャンネルＡＭ映像信号６３に基づいて映像を表示する受像機５３を有する。
【０００３】
以上の構成において、多チャンネルＡＭ映像信号６１はＦＭ変調器１００にてＦＭ信号６２に一括変換され、レーザダイオード２０を直接変調して光信号を出射させる。光信号は光分配器３０で多数に分配され光ファイバ４０を通して加入者５０に送られる。加入者５０では、光信号がフォトダイオード５１で電気信号に変換されたあと、ＦＭ復調器５２で多チャンネルのＡＭ映像信号６３に復調され、受像機５３に分配される。
【０００４】
図４（ｂ）はＡＭ映像信号発生回路６０より出力される多チャンネルＡＭ映像信号６１を示し、図４（ｃ）はＦＭ変調器１００によって変調されたＦＭ信号６２を示し、図４（ｄ）はＦＭ復調器５２によって復調された多チャンネルＡＭ映像信号６３を示す。
【０００５】
図５は、図４（ａ）の光信号映像伝送システムの広帯域ＦＭ変調器１００を示し、ＤＦＢ−ＬＤ（分布帰還型レーザダイオード）１７０と、外部共振型のレーザダイオード（ＬＤ）である局部発振光光源１２０と、光合波器１３０と、フォトダイオード１４０を有する。ＤＦＢ−ＬＤ１７０，局部発振光光源１２０，光合波器１３０，およびフォトダイオード１４０は光ファイバ１５０によって接続されている。ＤＦＢ−ＬＤ１７０には、バイアス電流に変調信号電流を重畳した電流が印加される。このとき、変調信号の振幅は順方向電流全体に比べて十分小さくする。電流が変動すると、ＤＦＢ−ＬＤ１７０のチャープにより電流変動に合わせてＤＦＢ−ＬＤ１７０の発振波長がわずかに変動し、これが光波長変調信号となる。局部発振光光源１２０をＤＦＢ−ＬＤ１７０の発振波長の近傍波長で発光させて、光合波器１３０でこの光波長変調信号と合波する。局部発振光光源１２０として、外部共振型の半導体レーザを用いたのは、スペクトル純度の高い局部発振光が必要なためである。２つの光を合波すると、ビートが発生し、これをフォトダイオード１４０によって検波すれば、２つの光の光周波数の差に等しいキャリア周波数を持つ広帯域なＦＭ電気信号が得られる。このように光という非常に周波数の高い領域で信号処理を行うため、電気回路では難しい広帯域ＦＭ変調器が簡単な構成で実現できる。
【０００６】
一般に、ＦＭ信号はＡＭ信号に比べて雑音に強いため、光受信機への光入力レベルが小さく、受信信号の信号対雑音比が低くても映像の劣化が少ない。このため、ＦＭ信号を用いて伝送を行えば、光分岐数を多くすることができ、１加入者あたりの伝送システムコストを低く抑えることができる。しかし、通常、家庭の受像機はＦＭ復調器ではなく、ＡＭ復調器のみを備えているため、家庭にＦＭ映像信号をそのまま配信すると、受像機毎にＦＭ復調器を取り付ける必要がある。図４のように、放送局で多チャンネルＡＭ映像信号６１を一括してＦＭ信号６２に変換し、光伝送の部分のみをＦＭで伝送し、加入者５０のＦＭ復調器５２で一括して復調すれば、加入者５０の受像機に入力される信号は従来の地上波放送と同じ多チャンネルのＡＭ映像信号６３となる。このため、加入者５０は従来のＣＡＴＶや地上波放送を視聴するのと何ら変わらない方法で選局、視聴することができる。
【０００７】
ＦＭ変調器１００において、数十チャンネルＡＭ映像信号６１を確保する必要があるため、変調信号は数百ＭＨｚとなる。ＦＭ伝送による耐ノイズ性はＦＭ信号の占有帯域幅が広いほど向上し、このシステムに実用上のメリットを得るには、数ＧＨｚのＦＭ信号の占有帯域幅を確保する必要がある。変調周波数帯域、ＦＭ信号の帯域とも非常に広いため、通常用いられている電気のＦＭ変調回路では対応できない。また、多チャンネルのＡＭ映像信号６１を扱うため、この広い帯域幅に渡って歪も小さく抑える必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図５に示した従来の広帯域ＦＭ変調器によると、変調用の光源にＤＦＢ−ＬＤ１７０を用いているため、出力光の波長がチャープにより容易に変調されるという利点があるが、ＤＦＢ−ＬＤ１７０は外部共振型のような光源にくらべると出力光の位相ノイズが大きく、波長の線幅も広いため、生成されるＦＭ信号の雑音が増加し、その分、図４のシステムを構成したとき、光分岐数を大きくすることができなくなる。また、ＤＦＢ−ＬＤ１７０の電流−波長変換の線形性が低いため、変調時に信号歪が生じやすい。波長の変調はＤＦＢ−ＬＤ１７０の電流を変動させて行うため、波長の他、出力光の振幅も同時にわずかに変動してしまう。このため、この振幅変動による歪が生じやすいという問題もある。
【０００９】
以上のように、ＤＦＢ−ＬＤ１７０のチャープを利用して光波長変調を行う方法では、広帯域ＦＭ変調器が単純な構成で容易に実現できるという反面、低ノイズ、および低歪の実現が困難である問題点がある。このため、光分岐数をあまり大きくできないだけでなく、実用的には歪補償等の回路が必要となり、コストアップにつながる可能性がある。
【００１０】
従って、本発明の目的は、低雑音、および低歪を実現し、かつ、適用される光映像伝送システムの低コスト化を実現する広帯域ＦＭ変調器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、
所定のバイアス電流で駆動される光増幅素子、および前記光増幅素子と光結合し、入力信号電圧で駆動される波長選択性反射器を有する第１のレーザ光源と、
前記第１のレーザ光源より出射される第１のレーザ光と合波される第２のレーザ光を出射する第２のレーザ光源と、
前記第１および第２のレーザ光を合波する光合波器と、前記光合波器で合波された光信号をＦＭ電気信号に変換する光電変換手段を備え、
前記波長選択性反射器は、前記入力信号電圧を印加される電極と、前記入力信号電圧に基づく電界により屈折率が変化する物質によって形成された光導波手段を有し、第１のレーザ光源に入力する信号を位相反転回路にも入力すると共に、位相反転回路の出力を第２のレーザ光源の入力に接続し、第２のレーザ光源は、第１のレーザ光源と同じ光増幅素子、および第１のレーザ光源と同じ波長選択性反射器によって構成されることを特徴とする広帯域ＦＭ変調器を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の広帯域ＦＭ変調器の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】
図１は本発明の広帯域ＦＭ変調器に適用される波長変調器の実施の形態を示す。この波長変調器１１０はニオブ酸リチウムからなる波長選択性反射器１１１と、半導体光増幅器１１５から成り、半導体光増幅器１１５は片端が反射面１１７であり、他端が透過面１１８であり、所定のバイアス電流Ｉ１  をかけられる活性層１１６を有する。透過面１１８側には波長選択性反射器１１１が配置されており、全体で特定波長でのみ発振するレーザ共振器が構成される。波長選択性反射器１１１の反射波長はこの中に形成された光導波路１１２の中のグレーティングによって決定される。レーザ光は集光レンズ１１４で集光され、光ファイバ１１９に出力される。
【００１４】
ニオブ酸リチウムは電界により屈折率が変化する。波長選択性反射器１１１に形成された電極１１３に多チャンネル映像信号に応じた信号電圧Ｖ２  をかけると、ニオブ酸リチウムからなる光導波路１１２に電界がかかり、光導波路１１２の屈折率が変化し、反射波長が変化する。従って、この外部共振型レーザ光源の出力光の波長は電極１１３に印加される映像信号に従って変化させることができ、波長変調器として動作する。
【００１５】
図２は図１で示した波長変調器１１０を用いた本発明の広帯域ＦＭ変調器の実施の形態を示す。この広帯域ＦＭ変調器は、波長変調器１１０と、局部発振光光源１２０と、合波器１３０と、フォトダイオード１４０を有する。局部発振光は線幅が狭い必要があるため、局部発振光光源１２０として外部共振型のレーザ光源を用いる。ただし、図１で示したような発振波長を変化させる機構は持たなくてもよい。２つのレーザ光を光合波器１３０で合波すると、それぞれのレーザ光の発振周波数の差に等しいビートが生じ、それを光ファイバ１５０を介してフォトダイオード１４０で検波すると、ＦＭ変調された電気信号であるＦＭ信号１４１が得られる。ここでＦＭ信号１４１のキャリア周波数が２つのレーザ光の周波数差に等しくなるので、局部発振光の波長を変えれば任意のキャリア周波数を持つＦＭ信号１４１が得られる。
【００１６】
波長変調器１１０は外部共振型レーザ光源であるため、従来より用いていたＤＦＢ−ＬＤに比べて位相ノイズを小さくしやすい。また、ニオブ酸リチウムの電界に対する屈折率の変化は線形性が高いため、歪が小さく抑えられる。さらに、変調信号によってレーザ光の強度は変動しないので、従来より問題とされたレーザ光の強度変化に起因する歪みも生じない。従って、従来より大幅に低雑音、低歪なＦＭ信号が得られるため、光映像伝送システムの低コスト化を効率よく実現できる。
【００１７】
図３は、本発明の広帯域ＦＭ変調器の他の実施の形態を示し、局部発振光光源として波長変調器１１０と同じ波長変調器１１０Ａを使用し、これに位相反転回路１６０で生成した波長変調器１１０に入力する信号とは逆位相の信号を加える構成である。このような構成では、１つの波長変調器に加える信号振幅が同じ場合、得られるＦＭ信号の周波数遷移は約２倍になり、ダイナミックレンジを拡大できる。
【００１８】
図４のシステムでは、ＦＭ信号の周波数遷移、即ち、帯域幅を広げるほど雑音に強くなるので、光映像伝送システムの効率を向上させることが可能になる。また、２つの波長変調用レーザ光源の周波数遷移量が同じになるように調整すれば、２次歪をキャンセルすることができる。ＦＭ信号の周波数遷移量を同じとした場合、個々の変調用レーザに入力する変調信号レベルを小さくできるので、これも歪を小さく抑える効果となる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の広帯域ＦＭ変調器によれば、低雑音、および低歪を実現し、かつ、適用される光映像伝送システムの低コスト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の広帯域ＦＭ変調器に適用される共振型レーザ光源となる波長変調器の実施の形態を示す説明図。
【図２】図１の波長変調器を用いて構成した本発明の広帯域ＦＭ変調器の実施の形態を示すブロック図。
【図３】図１の波長変調器を用いて構成した本発明の広帯域ＦＭ変調器の他の実施の形態を示すブロック図。
【図４】（ａ）従来の光映像伝送システムを示す説明図。
（ｂ）従来の光映像伝送システムにおける変調前の多チャンネルＡＭ映像信号を示す説明図。
（ｃ）従来の光映像伝送システムにおいて変調されたＦＭ信号を示す説明図。
（ｄ）従来の光映像伝送システムにおける復調後の多チャンネルＡＭ映像信号を示す説明図。
【図５】従来の光映像伝送システムの広帯域ＦＭ変調器を示す説明図。
【符号の説明】
２０，レーザダイオード
３０，光分配器
４０，光ファイバ
５０，加入者
５１，フォトダイオード
５２，ＦＭ復調器
５３，受像機
６ｌ，多チャンネルＡＭ映像信号
６２，ＦＭ信号
６３，多チャンネルＡＭ映像信号
１００，ＦＭ変調器
１１０，１１０Ａ，波長変調器
１１１，波長選択型反射器
１１２，光導波路
１１３，電極
１１４，レンズ
１１５，半導体光増幅器
１１６，活性層
１１７，光反射面
１１８，光透過面
１１９，光ファイバ
１２０，局部発振光光源
１３０，光合波器
１４０，フォトダイオード
１５０，光ファイバ
１６０，位相反転回路
１７０，変調光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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