(57)【要約】【課題】二次の非線形性のみを精度よく補償する。【解決手段】ＡＤ変換器１２が、入力電圧信号Ｖｉｎに比例する変換倍率ＧでＶｉｎをＡＤ変換し、得られたディジタルデータを変換出力データＤｃとして出力し、ＤＡ変換器１３が、変換出力データＤｃをＤＡ変換し、得られたアナログ電圧信号を、Ｖｉｎを二次非線形補償した出力電圧信号Ｖｏｕｔとして出力する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
時間に比例して電圧が上昇／下降する線形変化をする入力電圧信号を、二次関数的に変化する出力電圧信号に変換して出力する二次非線形補償回路であって、
前記入力電圧信号に比例する変換倍率で前記入力電圧信号をＡＤ変換し、得られたディジタルデータを変換出力データとして出力するＡＤ変換器と、
前記変換出力データをＤＡ変換し、得られたアナログ電圧信号を、入力電圧信号を二次非線形補償した出力電圧信号として出力するＤＡ変換器と
を備えることを特徴とする二次非線形補償回路。
【請求項２】
請求項１に記載の二次非線形補償回路において、
前記入力電圧信号に比例する変換倍率を示す設定電圧を生成して出力する設定電圧生成回路をさらに備え、
前記ＡＤ変換器は、前記設定電圧に応じた変換倍率で前記入力電圧信号をＡＤ変換する
ことを特徴とする二次非線形補償回路。
【請求項３】
時間に比例して電圧が上昇／下降する線形変化をする入力電圧信号に基づいて、駆動信号に対して非線形応答特性を有するデバイスを駆動するデバイス駆動回路であって、
請求項１または請求項２に記載の二次非線形補償回路と、
前記入力電圧信号に応じて前記二次非線形補償回路から出力された出力電圧信号に基づいて前記駆動信号を生成し、前記デバイスに出力する駆動回路と
を備えることを特徴とするデバイス駆動回路。
【請求項４】
時間に比例して電圧が上昇／下降する線形変化をする入力電圧信号に基づいて、波長可変レーザを駆動するレーザ駆動回路であって、
請求項１または請求項２に記載の二次非線形補償回路と、
前記入力電圧信号に応じて前記二次非線形補償回路から出力された出力電圧信号を電圧―電流変換し、得られた駆動電流を前記波長可変レーザに出力する駆動回路と
を備えることを特徴とするレーザ駆動回路。
【請求項５】
請求項４に記載のレーザ駆動回路と、
前記レーザ駆動回路から出力される駆動電流に応じた出力光波長のレーザ光を出力するＤＢＲレーザとを備える波長可変レーザ光源。
【請求項６】
時間に比例して電圧が上昇／下降する線形変化をする入力電圧信号を、二次関数的に変化する出力電圧信号に変換して出力する際に用いる二次非線形補償方法であって、
前記入力電圧信号に比例する変換倍率で前記入力電圧信号をＡＤ変換し、得られたディジタルデータを変換出力データとして出力するＡＤ変換ステップと、
前記変換出力データをＤＡ変換し、得られたアナログ電圧信号を、入力電圧信号を二次非線形補償した出力電圧信号として出力するＤＡ変換ステップと
を備えることを特徴とする二次非線形補償方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被駆動対象の非線形応答特性を補償する際、二次の非線形性のみを補償する二次非線形補償技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
物質の応答は通常非線形成分を有している。一例として、高周波デバイスにおいては、周波数上昇に対して出力パワーが二次関数的に飽和傾向を示す、いわゆる二次の非線形性は線形応答の誤差の原因となる典型的な物理的応答である。また別の例として、波長可変レーザにおいては、入力電圧に対して出力光波長変化が飽和傾向を示し、このことにより波長スペクトル測定用光源として用いる場合に、波長スペクトルに誤差が重畳される。
【０００３】
図３は、一般的な波長可変レーザ光源の構成例である。図３に示すように、この波長可変レーザ光源に対して、時間に比例して電圧が上昇する入力電圧信号Ｖｉｎを入力すると、波長可変レーザＬＤから時間に対して非線形に変化する出力光波長を有する、レーザ光ＬＢが生成される。
【０００４】
従来、このような非線形性を除去する技術として、半導体接合による指数関数回路を用いると補償できることが報告されている。図４は、従来の半導体接合による指数関数回路を用いた波長可変レーザ光源の構成例である。
図４に示すように、この波長可変レーザ光源は、トランジスタを用いて構成した指数関数回路ＥＦ、駆動回路ＤＲ、および波長可変レーザＬＤから構成されている。
【０００５】
ここで、Ｖｉｎは時間に比例して電圧が上昇する、線形変化をしている。指数関数回路ＥＦは、線形変化のＶｉｎを指数関数特性に基づき変換したＶｏｕｔを生成し、このＶｏｕｔを、駆動回路ＤＲを介して波長可変レーザＬＤに入力することによって、時間に対してほぼ線形に変化する出力光波長を有するレーザ光ＬＢが生成される。
また、非特許文献１には、トランジスタを用いて構成した指数関数回路により、ほぼ線形な出力光波長が生成されることが報告されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】郷原誠鷹ほか、「非線形電流掃引回路によるDBRレーザの波長掃引線形性の向上」、電子情報通信学会2017年総合大会、Ｃ−４−３、２０１７年３月２２日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような従来技術では、半導体接合を用いた指数関数回路を採用しているため、上記指数関数回路の応答には、二次よりも高次の非線形性成分が含まれることになる。したがって、二次の非線形性は補償できるが、余分な高次の非線形性が新たに付与されてしまい、その結果、完全には非線形性を補償することができないという問題があった。
【０００８】
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、二次の非線形性のみを精度よく補償できる二次非線形補償技術を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明にかかる二次非線形補償回路は、時間に比例して電圧が上昇／下降する線形変化をする入力電圧信号を、二次関数的に変化する出力電圧信号に変換して出力する二次非線形補償回路であって、前記入力電圧信号に比例する変換倍率で前記入力電圧信号をＡＤ変換し、得られたディジタルデータを変換出力データとして出力するＡＤ変換器と、前記変換出力データをＤＡ変換し、得られたアナログ電圧信号を、入力電圧信号を二次非線形補償した出力電圧信号として出力するＤＡ変換器とを備えている。
【００１０】
また、本発明にかかる上記二次非線形補償回路の一構成例は、前記入力電圧信号に比例する変換倍率を示す設定電圧を生成して出力する設定電圧生成回路をさらに備え、前記ＡＤ変換器は、前記設定電圧に応じた変換倍率で前記入力電圧信号をＡＤ変換するようにしたものである。
【００１１】
また、本発明にかかるデバイス駆動回路は、時間に比例して電圧が上昇／下降する線形変化をする入力電圧信号に基づいて、駆動信号に対して非線形応答特性を有するデバイスを駆動するデバイス駆動回路であって、前述したいずれかの二次非線形補償回路と、前記入力電圧信号に応じて前記二次非線形補償回路から出力された出力電圧信号に基づいて前記駆動信号を生成し、前記デバイスに出力する駆動回路と備えている。
【００１２】
また、本発明にかかるレーザ駆動回路は、時間に比例して電圧が上昇／下降する線形変化をする入力電圧信号に基づいて、波長可変レーザを駆動するレーザ駆動回路であって、前述したいずれかの二次非線形補償回路と、前記入力電圧信号に応じて前記二次非線形補償回路から出力された出力電圧信号を電圧―電流変換し、得られた駆動電流を前記波長可変レーザに出力する駆動回路とを備えている。
【００１３】
また、本発明にかかる波長可変レーザ光源は、前述したレーザ駆動回路と、前記レーザ駆動回路から出力される駆動電流に応じた出力光波長のレーザ光を出力するＤＢＲレーザとを備えている
【００１４】
また、本発明にかかる二次非線形補償方法は、時間に比例して電圧が上昇／下降する線形変化をする入力電圧信号を、二次関数的に変化する出力電圧信号に変換して出力する際に用いる二次非線形補償方法であって、前記入力電圧信号に比例する変換倍率で前記入力電圧信号をＡＤ変換し、得られたディジタルデータを変換出力データとして出力するＡＤ変換ステップと、前記変換出力データをＤＡ変換し、得られたアナログ電圧信号を、入力電圧信号を二次非線形補償した出力電圧信号として出力するＤＡ変換ステップとを備えている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、二次よりも高次の非線形性成分を含まない、入力電圧信号を二次非線形補償した出力電圧信号を得ることができる。このため、二次の非線形性のみを精度よく補償することが可能となる。したがって、入力される駆動信号に対して非線形応答特性を有するデバイスを、精度よく駆動することができ、デバイスとしてＤＢＲレーザに代表される波長可変レーザを駆動する場合、入力電圧信号と対応して時間的に線形変化をする出力光波長を持つレーザ光を、精度よく生成して出力することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】二次非線形補償回路の構成を示すブロック図である。
【図２】二次非線形補償回路のＡＤ変換特性例を示すグラフである。
【図３】一般的な波長可変レーザ光源の構成例である。
【図４】従来の半導体接合による指数関数回路を用いた波長可変レーザ光源の構成例である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
［二次非線形補償回路］
まず、図１を参照して、本実施の形態にかかる二次非線形補償回路１０について説明する。図１は、二次非線形補償回路の構成を示すブロック図である。
本実施の形態にかかる二次非線形補償回路１０は、時間に比例して電圧が上昇／下降する線形変化をする入力電圧信号Ｖｉｎを、二次関数的に変化する出力電圧信号Ｖｏｕｔに変換して出力する回路である。
【００１８】
二次非線形補償回路１０は、図１に示すように、主な回路部として、ＡＤ変換器１１、設定電圧生成回路１２、ＤＡ変換器１３を備えている。
【００１９】
ＡＤ変換器１１は、設定電圧生成回路１２で生成された設定電圧Ｖｓに応じた変換倍率に基づいて、入力電圧信号ＶｉｎをＡＤ変換し、得られたディジタルデータを、Ｖｉｎの変換出力データＤｃとしてＤＡ変換器１３に出力する機能を有している。
設定電圧生成回路１２は、Ｖｉｎに比例する変換倍率Ｇを示す設定電圧Ｖｓを生成し、ＡＤ変換器１１に出力する機能を有している。
ＤＡ変換器１３は、ＡＤ変換器１１から出力された変換出力データＤｃをＤＡ変換し、得られたアナログ電圧信号を、Ｖｉｎを二次非線形補償した出力電圧信号Ｖｏｕｔとして出力する機能を有している。
【００２０】
［レーザ駆動回路］
本実施の形態にかかる二次非線形補償回路１０は、例えばＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector：分布ブラッグ反射型）レーザなど、波長可変帯域が比較的広帯域である波長可変レーザＬＤを駆動するレーザ駆動回路（デバイス駆動回路）２０で用いられる。
本実施の形態にかかるレーザ駆動回路２０は、図１に示すように、主な回路部として、二次非線形補償回路１０と駆動回路１４とを備えている。
駆動回路１４は、二次非線形補償回路１０から出力された出力電圧信号Ｖｏｕｔを電圧−電流（ＶＩ）変換し、得られた駆動電流Ｉｄを波長可変レーザＬＤに出力する機能を有している。
【００２１】
なお、本実施の形態にかかる二次非線形補償回路１０の適用は、レーザ駆動回路２０に限定されるものではなく、入力される駆動信号に対して非線形応答特性を有するデバイスを駆動する、一般的なデバイス駆動回路に適用できる。
この際、デバイスを駆動する駆動信号は、Ｉｄに限定されるものではなく、駆動電圧を用いてデバイスを駆動する場合には、駆動回路１４で、二次非線形補償回路１０から出力されたＶｏｕｔに応じた駆動電圧（駆動信号）を生成して、デバイスに出力すればよい。
【００２２】
［波長可変レーザ光源］
また、本実施の形態にかかるレーザ駆動回路２０は、波長可変レーザＬＤと組み合わされて、波長可変レーザ光源１として用いられる。波長可変レーザ光源１は、例えば被測定物質にレーザ光ＬＢを照射し、得られた反射光または透過光の波長スペクトルに基づいて、被測定物質の成分を分析するシステムなどの、レーザ光源として用いられる。
【００２３】
本実施の形態にかかる波長可変レーザ光源１は、図１に示すように、主な回路部として、レーザ駆動回路２０と波長可変レーザＬＤとを備えている。
波長可変レーザＬＤは、ＤＢＲレーザなど、波長可変帯域が比較的広帯域である波長可変レーザからなり、レーザ駆動回路２０からの駆動電流Ｉｄに基づいて、入力電圧信号Ｖｉｎと対応して時間的に線形変化をする出力光波長を持つレーザ光ＬＢを出力する機能を有している。
【００２４】
［本発明の原理］
次に、図２を参照して、本発明の原理について説明する。図２は、二次非線形補償回路のＡＤ変換特性例を示すグラフである。
一般に、ＡＤ変換器には、入力電圧信号ＶｉｎをＡＤ変換する際、例えばＡＤ変換器内に設けられたＰＧＡ（Programmable Gain Amplifier）の増幅率を制御して、Ｖｉｎを任意の変換倍率Ｇで増幅して変換する機能を有している。
【００２５】
この変換倍率調整機能によれば、出力電圧信号Ｖｏｕｔは次の式（１）で表される。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ×Ｇ    …（１）
このため、ＧをＶｉｎに比例して制御すれば、ＶｏｕｔにＶｉｎの二乗成分に含まれることになる。本発明は、このようなＡＤ変換器の変換倍率調整機能に着目し、変換倍率Ｇを入力電圧信号Ｖｉｎに比例して制御することにより、Ｖｉｎを二次非線形補償したＶｏｕｔを出力するようにしたものである。
【００２６】
具体的には、ＶｉｎとＧとの比例係数をＮとした場合、Ｇは次の式（２）で表される。
Ｇ＝Ｖｉｎ×Ｎ    …（２）
これにより、式（１）のＧを式（２）で置換すれば、次の式（３）が得られる。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ2×Ｎ    …（３）
【００２７】
図２のＡＤ変換特性例では、横軸が入力電圧信号Ｖｉｎを示し、縦軸が出力電圧信号Ｖｏｕｔを示している。ここで、ＡＤ変換器１１における設定電圧Ｖｓと変換倍率Ｇとの関係が比例関係にあり、Ｇ＝Ｖｓ［Ｖ］／１［Ｖ］で示される場合、上記比例係数Ｎ＝１とすると、Ｖｉｎに応じたＧがＡＤ変換器１１に設定されることになる。この際、ＡＤ変換器１１の入力レンジは一定であるものとする。
【００２８】
したがって、例えばＶｉｎ＝１［Ｖ］の場合、Ｇは１倍（×１）となり、これに対応するＡＤ変換特性Ｇ１に基づいてＶｏｕｔ（＝Ｖｉｎ×Ｇ）も１（＝１×１）［Ｖ］となる。また、Ｖｉｎ＝２［Ｖ］の場合、これに対応するＡＤ変換特性Ｇ２に基づいてＧは２倍（×２）となり、Ｖｏｕｔは４（＝２×２）［Ｖ］となる。さらに、Ｖｉｎ＝３［Ｖ］の場合、これに対応するＡＤ変換特性Ｇ３に基づいてＧは３倍（×３）となり、Ｖｏｕｔは９（＝３×３）［Ｖ］となる。
これらＶｏｕｔは、Ｖｉｎに対して二次関数となっており、Ｖｉｎを二次非線形補償したＶｏｕｔが得られていることが分かる。
【００２９】
［二次非線形補償回路の動作］
次に、図１を参照して、本実施の形態にかかる二次非線形補償回路１０の動作について説明する。
二次非線形補償回路１０に入力された入力電圧信号Ｖｉｎは、ＡＤ変換器１１と設定電圧生成回路１２に並列的に入力される。
これにより、設定電圧生成回路１２は、入力されたＶｉｎと比例する変換倍率Ｇを示す設定電圧Ｖｓを生成してＡＤ変換器１１に出力する。
【００３０】
一方、ＡＤ変換器１１は、設定電圧生成回路１２から出力されたＶｓに応じたＧで、入力されたＶｉｎをＡＤ変換し、得られたディジタルデータを、Ｖｉｎの変換出力データＤｃとしてＤＡ変換器１３に出力する。
ＤＡ変換器１３は、ＡＤ変換器１１から出力された変換出力データＤｃをＤＡ変換し、得られたアナログ電圧信号を、Ｖｉｎを二次非線形補償した出力電圧信号Ｖｏｕｔとして出力する。
これにより、Ｖｉｎの二乗成分を含むＶｏｕｔ、すなわちＶｉｎを二次非線形補償したＶｏｕｔが、二次非線形補償回路１０から出力される。したがって、波長可変レーザＬＤなどの非線形応答特性を有する被駆動対象を、容易に駆動することが可能となる。
【００３１】
また、本実施の形態にかかる二次非線形補償回路１０が、レーザ駆動回路２０さらには波長可変レーザ光源１に適用されている場合、レーザ駆動回路２０において、ＶＩ変換回路ＶＩは、二次非線形補償回路１０から出力されたＶｏｕｔを電圧−電流（ＶＩ）変換し、得られた駆動電流Ｉｄを波長可変レーザＬＤに出力する。
この後、波長可変レーザ光源１において、波長可変レーザＬＤは、レーザ駆動回路２０からの駆動電流Ｉｄに基づいて、対応する波長および振幅を持つレーザ光ＬＢを出力する。これにより、波長可変レーザＬＤが、二次関数的な出力光波長の飽和特性を持つ場合、二次の非線形性が補償された、時間的に線形変化をする出力光波長を有するレーザ光ＬＢを得ることが可能となる。
【００３２】
［本実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、ＡＤ変換器１１が、入力電圧信号Ｖｉｎに比例する変換倍率ＧでＶｉｎをＡＤ変換し、得られたディジタルデータを変換出力データＤｃとして出力し、ＤＡ変換器１３が、変換出力データＤｃをＤＡ変換し、得られたアナログ電圧信号を、Ｖｉｎを二次非線形補償した出力電圧信号Ｖｏｕｔとして出力するようにしたものである。
【００３３】
これにより、二次よりも高次の非線形性成分を含まない、Ｖｉｎを二次非線形補償したＶｏｕｔを得ることができる。このため、二次の非線形性のみを精度よく補償することが可能となる。したがって、入力される駆動信号に対して非線形応答特性を有するデバイスを、精度よく駆動することができ、デバイスとしてＤＢＲレーザに代表される波長可変レーザＬＤを駆動する場合、Ｖｉｎと対応して時間的に線形変化をする出力光波長を持つレーザ光ＬＢを、精度よく生成して出力することが可能となる。
【００３４】
［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。
【００３５】
前述した二次非線形補償回路１０では、ＡＤ変換器１１内に設けられたＰＧＡの増幅率を、設定電圧Ｖｓにより変更することにより、ＡＤ変換器１１の変換倍率Ｇを制御する場合を例として説明したが、変換倍率Ｇの制御についてはこれに限定されるものではない。例えば、ＡＤ変換器１１の入力レンジ幅Ｒｉｎを入力電圧信号Ｖｉｎに応じて変更することにより、ＡＤ変換器１１の変換倍率Ｇを制御してもよい。
【００３６】
一般に、ＡＤ変換器には、入力電圧信号を変換する範囲を示す入力レンジを、外部から基準電圧により任意に設定する機能が設けられている。ＡＤ変換器１１において、Ｖｉｎの値を比例して変更する代わりに入力レンジ幅Ｒｉｎを変更しても、前述と同様に変換倍率Ｇを制御することができる。
【００３７】
例えば、図２において、Ｖｉｎ＝１［Ｖ］の場合に入力レンジを０〜１０［Ｖ］とした場合、得られるディジタルデータは入力レンジの１０％を示す値となる。一方、Ｖｉｎ＝２［Ｖ］の場合にＲｉｎを１／２にして入力レンジを０〜５［Ｖ］とした場合、得られるディジタルデータは２倍されて入力レンジの２０％を示す値となる。これにより、Ｖｉｎが２倍になった場合、これに比例して変換倍率Ｇも２倍に切り替えられていることがわかる。
【００３８】
一般的には、ＶｉｎとＧとの比例係数をＮとした場合、入力レンジ幅Ｒｉｎは、次の式（４）で表される。
Ｒｉｎ＝Ｎ／Ｖｉｎ    …（４）
したがって、設定電圧ＶｓをＡＤ変換器１１の基準電圧として用い、設定電圧生成回路１２において、Ｖｉｎに逆比例したＲｉｎを持つ基準電圧を示す設定電圧Ｖｓを生成すればよい。
【符号の説明】
【００３９】
１…波長可変レーザ光源、１０…二次非線形補償回路、１１…ＡＤ変換器、１２…設定電圧生成回路、１３…ＤＡ変換器、１４…駆動回路、２０…レーザ駆動回路、ＬＤ…波長可変レーザ、Ｖｉｎ…入力電圧信号、Ｖｓ…設定電圧、Ｄｃ…変換出力データ、Ｖｏｕｔ…出力電圧信号、Ｉｄ…駆動電流、ＬＢ…レーザ光、Ｇ…変換倍率、Ｎ…比例係数、Ｒｉｎ…入力レンジ幅。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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