(57)【要約】【課題】本発明の課題は、最適光路位置を保持し、安定した電気／光変換特性を得ることのできる光ファイバ伝送装置を提供することである。【解決手段】上記課題は、高周波信号を電気／光変換素子により光信号に変換し、該電気／光変換素子からの出射光を光学結合系により光ファイバに結合させて伝送する光ファイバ伝送装置において、前記光ファイバに結合される光信号の電力値を測定する光信号電力測定手段と、前記光信号電力測定手段により測定される前記光信号の電力値の変化により前記電気／光変換素子から出力される出射光の光軸と前記光学結合系の光軸のずれを検出する光軸ずれ検出手段と、前記光軸ずれ検出手段での検出結果に基づいて前記光学結合系の位置を調整して前記光軸のずれを修正する光軸ずれ修正手段とを備えたことを特徴とする光ファイバ伝送装置にて解決される。【選択図】　図１
2004045730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高周波信号を電気／光変換素子により光信号に変換し、該電気／光変換素子からの出射光を光学結合系により光ファイバに結合させて伝送する光ファイバ伝送装置において、
前記光ファイバに結合される光信号の電力値を測定する光信号電力測定手段と、
前記光信号電力測定手段により測定される前記光信号の電力値の変化により前記電気／光変換素子から出力される出射光の光軸と前記光学結合系の光軸のずれを検出する光軸ずれ検出手段と、
前記光軸ずれ検出手段での検出結果に基づいて前記光学結合系の位置を調整して前記光軸のずれを修正する光軸ずれ修正手段とを備えたことを特徴とする光ファイバ伝送装置。
【請求項２】
請求項１記載の光ファイバ伝送装置において、
前記光信号電力測定手段は、前記光ファイバにて伝送される光信号を分岐する光信号分岐手段と、その分岐された光信号の電力値を検出するレベル検出手段とを備えたことを特徴とする光ファイバ伝送装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光ファイバ伝送装置において、
前記光信号電力測定手段にて得られる光信号の電力値が平均電力値であることを特徴とする光ファイバ伝送装置。
【請求項４】
請求項１又は２記載の光ファイバ伝送装置において、
前記光軸ずれ検出手段は、前記光ファイバの光信号の電力値がもっとも強く観測される位置関係に、前記電気／光変換素子と前記光学結合系がなったときに、そのもっとも強く観測された光信号の電力値を最大値として記憶する光信号最大値記録手段と、
前記光信号電力測定手段により測定された前記光信号の電力値と前記記憶された光信号の最大値とを比較し、その比較結果に基づいて前記電気／光変換素子から出力される出射光の光軸と前記光学結合系の光軸のずれ発生を判断する光軸ずれ発生判断手段とを備えたことを特徴とする光ファイバ伝送装置。
【請求項５】
請求項４記載の光ファイバ伝送装置において、
前記光軸ずれ発生判断手段は、前記測定された前記光信号の電力値が前記記憶された光信号の最大値より小さいと判定されたときに前記電気／光変換素子から出力される出射光の光軸と前記光学結合系の光軸のずれが発生したと判断し、当該光軸のずれを修正するに必要な情報を出力する光軸修正情報出力手段を備えたことを特徴とする光ファイバ伝送装置。
【請求項６】
請求項１又は５記載の光ファイバ伝送装置において、
前記光軸ずれ修正手段は、前記光学結合系の制御が可能な微動台を備え、
前記光軸修正情報出力手段により出力された修正情報に基づいて、前記光学結合系に備えられた微動台を制御して前記光軸のずれの修正することを特徴とする光ファイバ伝送装置。
【請求項７】
高周波信号を電気／光変換素子により光信号に変換し、該電気／光変換素子からの出射光を光学結合系により光ファイバに結合させて伝送する光ファイバ伝送装置において、
前記高周波信号と異なる周波数で所定レベルのパイロット信号を発生させるパイロット信号発生手段と、
前記高周波信号と前記パイロット信号を合成して前記電気／光変換素子に入力する合成手段と、
前記合成手段により合成され、前記光ファイバに結合されるパイロット信号の電力値を測定するパイロット信号レベル測定手段と、
前記パイロット信号レベル測定手段により測定されたパイロット信号の電力値に基づいて、前記電気／光変換素子から出力される出射光の光軸と前記光学結合系の光軸との光軸のずれを検出する光軸ずれ検出手段と、
前記光軸ずれ検出手段での検出結果に基づいて前記光学結合系の位置を調整して前記光軸のずれを修正する光軸ずれ修正手段とを備えたことを特徴とする光ファイバ伝送装置。
【請求項８】
請求項７記載の光ファイバ伝送装置において、
前記パイロット信号レベル測定手段は、前記光ファイバにて伝送される光信号を分岐する光信号分岐手段と、その分岐された光信号中のパイロット信号の電力値を検出するレベル検出手段とを備えたことを特徴とする光ファイバ伝送装置。
【請求項９】
請求項７又は８記載の光ファイバ伝送装置において、
前記光軸ずれ検出手段は、前記光ファイバにて伝送される光信号中のパイロット信号に対応した変調光成分の電力値がもっとも強く観測される位置関係に、前記電気／光変換素子と前記光学結合系がなったときに、そのもっとも強く観測された光信号の中のパイロット信号に対応した変調光成分の電力値を最大値として記憶するパイロット信号最大値記録手段と、
前記パイロット信号レベル測定手段により測定された前記光信号中のパイロット信号の電力値と前記記憶されたパイロット信号の最大値とを比較し、その比較結果に基づいて前記電気／光変換素子から出力される出射光の光軸と前記光学結合系の光軸のずれ発生を判断する光軸ずれ発生判断手段とを備えたことを特徴とする光ファイバ伝送装置。
【請求項１０】
請求項９記載の光ファイバ伝送装置において、
前記光軸ずれ発生判断手段は、前記測定された前記パイロット信号の電力値が前記記憶されたパイロット信号の最大値より小さいと判定されたときに前記電気／光変換素子から出力される出射光の光軸と前記光学結合系の光軸のずれが発生したと判断し、当該光軸のずれを修正するに必要な情報を出力する光軸修正情報出力手段を備えたことを特徴とする光ファイバ伝送装置。
【請求項１１】
請求項１又は１０記載の光ファイバ伝送装置において、
前記光軸ずれ修正手段は、前記光学結合系の制御が可能な微動台を備え、
前記光軸修正情報出力手段により出力された修正情報に基づいて、前記光学結合系に備えられた微動台を制御して前記光軸のずれの修正することを特徴とする光ファイバ伝送装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１いずれか１項記載の光ファイバ伝送装置において、
当該光ファイバ伝送装置の高周波信号の入出力端を気密に接合した真空維持手段をさらに備えたことを特徴とする光ファイバ伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波信号を光ファイバーケーブルを用いて伝送する光ファイバ伝送装置に係り、詳しくは、移動通信用の基地局アンテナの送受信高周波信号の伝送に利用される光ファイバ伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来技術による高周波信号の光ファイバ伝送を説明するためのブロック図である。同図において、この光ファイバ伝送装置は、高周波信号の入力端子Ａ１００、電気／光変換装置３００、光ファイバケーブル４００、光／電気変換装置５００、高周波信号の出力端子Ｂ２００とから構成される。入力端子Ａ１００から入力された高周波信号は電気／光変換装置３００によって光信号に変換される。この光信号は光ファイバケーブル４００にて伝送され、光／電気変換装置５００に入力された後、高周波信号に変換されて出力端子Ｂ２００より出力されるようになっている。この光ファイバ伝送装置は、例えば、移動通信用基地局のアンテナと離れた場所に設置される送受信機との間の高周波信号の伝送に用いられる。このような光ファイバ伝送装置は、高周波信号を同軸ケーブルを用いて伝送する場合と比して、軽量で設置性が優れると共に、長距離伝送の場合低損失の特徴がある。
【０００３】
上記電気／光変換装置３００は、一般に電気／光変換素子を用いて光強度変調される。これは、電気／光変換素子の駆動電流の大きさを高周波信号の波形にしたがって変動させることによって、電気／光変換素子の出力光の強度を変化させるものである。このような光ファイバ伝送装置の特性、例えば、利得、歪、雑音特性は、電気／光変換素子の変換効率、非線形特性、及び雑音特性等の電気／光変換特性に支配される。一方、電気／光変換素子の電気／光変換特性は動作温度に依存する性質があるため、低い動作温度が好ましい。電気／光変換素子が動作するときには、発熱による内部温度の上昇が発生する。現状では、この内部温度の上昇を防ぐために、電気／光変換素子に冷却効果のあるペルチェ素子を取りつけることで動作温度の安定化を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術において、電気／光変換素子の動作温度の設定は、ペルチェ素子の冷却能力の限界となる室温付近の範囲となっている。電気／光変換素子の最適な電気／光変換特性を得るためには、その動作温度をマイナス数十度以下の非常に低い温度まで下げることが必要となってくる。これは冷却能力の高い冷却装置を用いることで実現できるが、動作温度を非常に低い温度まで下げた場合、低温収縮によって、電気／光変換素子、及び冷却装置の装着面に機械的変形が発生する。電気／光変換素子の出力光は、一般的に放射状のビームとなって電気／光変換素子から出射される。この出射光のビームを光学結合系により光ファイバのコアに集約して入射させる。光学結合系は、例えば、レンズを用いて実現することができる。出射光のビームを最大限に光ファイバケーブルに集約するためには、出射光のビームの中心軸すなわち光軸と、光学結合系の光軸を一直線に合わせ、かつ電気／光変換素子と光学結合系間の距離を最適にすることが必要である（このように最適化される光路の位置を“最適光路位置”という）。ところが、この最適光路位置の設定を、室温条件で行っても、前述した電気／光変換素子の低温収縮の影響により、機械的変形が発生し、光路位置のずれが発生してしまう。
【０００５】
また、上記機械的変形により、電気／光変換素子、及び冷却装置の装着面の材質内部において応力が発生し、この応力によって機械的変形の経時変化が発生し、光路位置のずれの経時変化が引起される。この光路位置のずれは、光軸合わせ不良を引き起こし、光ファイバへの光結合が精度良く行えないといった問題を生じさせる。さらに、この光路位置のずれ発生により、光を完全に光ファイバのコアに集約して入射させることができなくなり、光の一部がコア以外の部分に照射される。この部分の光は乱反射により反射され、一部の反射光は光学結合系を経て再び電気／光変換素子に入射される。この結果、電気／光変換素子内部で不安定な発振が引き起こり、電気／光変換素子の電気／光変換特性を劣化させるといった欠点があった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、最適光路位置を保持し、安定した電気／光変換特性を得ることのできる光ファイバ伝送装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載されるように、高周波信号を電気／光変換素子により光信号に変換し、該電気／光変換素子からの出射光を光学結合系により光ファイバに結合させて伝送する光ファイバ伝送装置において、　前記光ファイバに結合される光信号の電力値を測定する光信号電力測定手段と、　前記光信号電力測定手段により測定される前記光信号の電力値の変化により前記電気／光変換素子から出力される出射光の光軸と前記光学結合系の光軸のずれを検出する光軸ずれ検出手段と、前記光軸ずれ検出手段での検出結果に基づいて前記光学結合系の位置を調整して前記光軸のずれを修正する光軸ずれ修正手段とを備えたことを特徴している。
【０００８】
本発明の請求項２は、前記光ファイバ伝送装置において、前記光信号電力測定手段は、前記光ファイバにて伝送される光信号を分岐する光信号分岐手段と、その分岐された光信号の電力値を検出するレベル検出手段とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
本発明の請求項３は、前記光ファイバ伝送装置において、前記光信号電力測定手段にて得られる光信号の電力値が平均電力値であることを特徴としている。
【００１０】
本発明の請求項４は、前記光ファイバ伝送装置において、前記光軸ずれ検出手段は、前記光ファイバの光信号の電力値がもっとも強く観測される位置関係に、前記電気／光変換素子と前記光学結合系がなったときに、そのもっとも強く観測された光信号の電力値を最大値として記憶する光信号最大値記録手段と、前記光信号電力測定手段により測定された前記光信号の電力値と前記記憶された光信号の最大値とを比較し、その比較結果に基づいて前記電気／光変換素子から出力される出射光の光軸と前記光学結合系の光軸のずれ発生を判断する光軸ずれ発生判断手段とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
本発明の請求項５は、前記光ファイバ伝送装置において、前記光軸ずれ発生判断手段は、前記測定された前記光信号の電力値が前記記憶された光信号の最大値より小さいと判定されたときに前記電気／光変換素子から出力される出射光の光軸と前記光学結合系の光軸のずれが発生したと判断し、当該光軸のずれを修正するに必要な情報を出力する光軸修正情報出力手段を備えたことを特徴としている。
【００１２】
本発明の請求項６は、前記光ファイバ伝送装置において、前記光軸ずれ修正手段は、前記光学結合系の制御が可能な微動台を備え、前記光軸修正情報出力手段により出力された修正情報に基づいて、前記光学結合系に備えられた微動台を制御して前記光軸のずれの修正することを特徴としている。
【００１３】
本発明の請求項７は、高周波信号を電気／光変換素子により光信号に変換し、該電気／光変換素子からの出射光を光学結合系により光ファイバに結合させて伝送する光ファイバ伝送装置において、前記高周波信号と異なる周波数で所定レベルのパイロット信号を発生させるパイロット信号発生手段と、前記高周波信号と前記パイロット信号を合成して前記電気／光変換素子に入力する合成手段と、前記合成手段により合成され、前記光ファイバに結合されるパイロット信号の電力値を測定するパイロット信号レベル測定手段と、前記パイロット信号レベル測定手段により測定されたパイロット信号の電力値に基づいて、前記電気／光変換素子から出力される出射光の光軸と前記光学結合系の光軸との光軸のずれを検出する光軸ずれ検出手段と、前記光軸ずれ検出手段での検出結果に基づいて前記光学結合系の位置を調整して前記光軸のずれを修正する光軸ずれ修正手段とを備えたことを特徴としている。
【００１４】
上記本発明の構成によれば、光ファイバケーブルに結合される光信号の平均パワーを求め、その求めた光信号の平均パワーが、最適光路位置設定時に測定・保持された光信号の平均パワーの最大値に近づくよう光学結合系の位置調整が行われるため、低温冷却による機械的変形が生じても最適光路位置からの光軸のずれを修正することができる。また、上記光信号の平均パワーが常に測定されるので、最適光路位置からの光軸のずれをほぼリアルタイムに修正することができ、安定した電気／光変換素子の電気／光変換特性を得ることができる。
【００１５】
また、一定のレベルのパイロット信号を伝送すべき光信号に重畳し、抽出されたパイロット信号のレベルから光路位置のずれを判断することで、平均値が時間的に変動するような高周波信号を入力した場合であっても、時間的変動の影響を受けずに光路位置のずれを判断することができる。その結果、光路位置のずれの誤判断を低減させることができ、より精度の高い光路位置のずれ修正が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
（第１実施例）
図１に本発明の光ファイバ伝送装置の第１実施例を示す。図１において、この光ファイバ伝送装置は、電気／光変換素子（レーザダイオード）１０、出射光ビーム１１、出射光ビームの光軸１２、冷却装置２０、光学結合系３０、レンズ３１、光ファイバ支持具３２、光学結合系支持具３３、光学結合系の光軸３４、電気ケーブル４０、光ファイバケーブル５０、光カプラ６０、光路位置制御装置６１、微動台６２、で構成され、光路位置制御装置６１は、さらに、フォトダイオード６３、フィルタ６４、レベル検出器６５、制御出力器６６とから構成される。
【００１８】
入力高周波信号は電気ケーブル４０を介して電気／光変換素子１０に入力される。電気／光変換素子１０の出力光信号（高周波信号→光信号に変換）の強度は、入力された高周波信号により強度変調される。その後、電気／光変換素子１０の出力光信号は、出射光ビーム１１となって空間へ伝わる。この出射光ビーム１１の形状は放射状である。出射光ビーム１１の中心軸は出射光ビームの光軸１２となる。電気／光変換素子１０は冷却装置に設置され、所定の非常に低い動作温度で動作する。
【００１９】
光ファイバケーブル５０の始端には、電気／光変換素子１０の出力光を光ファイバケーブル５０に結合するための光学結合系３０が取りつけられる。この光学結合系３０は、レンズ３１と、光ファイバ支持具３２で構成され、レンズ３１を用いて出射光ビーム１１を絞り、その絞った出射光ビーム１１を光ファイバケーブル５０の始端のコアに入射させる。光ファイバケーブル５０の始端は、光ファイバ支持具３２に固定されて、レンズ３１と共に光学結合系支持具３３に固定される。この光学結合系支持具３３は微動台６２に固定される。光学結合系３０の中心軸は、光学結合系の光軸３４となる。電気／光変換素子１０の出射光を最大に光ファイバケーブル５０に結合するためには、出射光ビームの光軸１２と光学結合系の光軸３４とを一直線に合わせ、電気／光変換素子１０の光学結合系３０の距離を適切に設定する必要がある。このときの電気／光変換素子１０と光学結合系３０との位置関係は　“最適光路位置”になる。
【００２０】
前述したように、電気／光変換素子１０は冷却装置２０により非常に低い温度に冷却される際、電気／光変換素子１０、及び冷却装置２０装着面の材質の低温収縮によって、機械的変形が発生する。さらに、この機械的変形は、電気／光変換素子１０、及び及び冷却装置２０の装着面の材質内部における応力の働きにより経時変化が引起される。このような機械変形によって、光路位置は最適光路位置がずれ、かつ経時変動は発生する。この光路位置のずれ（＝光軸のずれ）及び経時変動が生じると、光ファイバケーブル５０に結合される光信号の電力（以下、パワーという）が低下すると同時に、光の反射により電気／光変換素子１０の動作が不安定（電気／光変換特性が劣化する）になるが、本発明は光路位置のずれを図２に示すような手順に従って修正する。図２は光路位置制御装置６１での光路位置ずれ修正の処理を示すフローチャートである。
【００２１】
同図において、光路位置制御装置６１は、最適光路位置が設定されたときの光ファイバケーブル５０に結合される光パワー（以下、Ｐ１ｍａｘという）を予め測定（光パワーの測定方法については後述する）し、制御出力器６６内の所定メモリに記憶（Ｓ１）する。この最適光路位置設定時の光パワー（Ｐ１ｍａｘ）の上記メモリへの登録は、例えば、手動で光路位置が最適光路位置となるよう調整した後、後述する光パワー測定を行い、測定結果をメモリに登録する方法がある。
【００２２】
このようにして最低光路位置での光パワー（Ｐ１ｍａｘ）が設定されると、次いで光ファイバケーブル５０に結合される光パワーの測定が開始される。
【００２３】
ここで、光パワーの測定方法について説明する。光パワーの測定（本例では、光平均パワーが測定される）は、本例では説明を平易にするために、ｉ番目、ｉ＋１番目〜と時系列で順次測定されると想定する。なお、この光パワーの測定に際し、初期値ｉ＝１が予め設定（Ｓ２）されるものとして、以下説明を進める。
【００２４】
光ファイバケーブル５０の中の光信号は、同ケーブルに挿入された光カプラ６０を通して、一部が取り出される（Ｓ３）。このとき、光カプラ６０の分周比を適切に設定することで、分配による光ファイバケーブル５０中の光信号のパワー損失を最小限に抑えることができる。光カプラ６０により取り出された光信号は、その後、フォトダイオード６３にて光強度変調され、光信号の照射により電流が発生する。この発生した電流の直流成分は光信号の平均パワーに比例し、フィルタ６４によって取り出された後、レベル検出器６５にてその大きさが測定される。すなわち、フォトダイオード６３に入力された光信号の平均パワーは、レベル検出器６５で測定された直流電流の大きさから求めることができる。換言すれば、レベル検出器６５での測定値と、光カプラ６０の分配比から、光ファイバケーブル５０に結合される光信号の光パワー（Ｐ１，１）が求められる（Ｓ４）。上記（Ｐ１，１）は、Ｐ１ｍａｘ設定後、最初（＝１番目）に測定された光パワーという意味である。なお、Ｐ１は“電力名”の呼称である。上記のような光ファイバケーブル５０に結合される光パワーの測定法は、前述の光パワーＰ１ｍａｘ測定の際にも適用される。
【００２５】
上記のようにして光パワー（Ｐ１，１）が求められると、予め記憶しておいた光パワーＰ１ｍａｘと上記光パワー（Ｐ１，１）が制御出力器６６において比較判定（Ｓ５）される。制御出力器６６はこの判定（Ｓ５）で（Ｐ１，１）がＰ１ｍａｘより小さいと判定（Ｓ５でＹｅｓ）した場合、光路位置のずれが発生したと判断し、微動台６２を制御して光路位置を修正させるための制御情報を生成して出力（Ｓ６）する。その後、初期値ｉが＋１インクリメント（Ｓ７）されて最初の処理に戻る。一方、上記判定（Ｓ５）で、（Ｐ１，１）がＰ１ｍａｘより小さくないと判定（Ｓ５でＮｏ）された場合、制御出力器６６は光路位置にずれがないと判断し、初期値ｉを＋１インクリメント（Ｓ７）して最初の処理に戻る。これ以後は、光パワー（Ｐ１，２）（Ｐ１，３），…，（Ｐ１，ｎ）が順次測定され、その都度、Ｐ１ｍａｘと比較されて光路位置ずれの発生があるかどうかが判定される。
【００２６】
このように光路位置調整制御装置６１は、常に（Ｐ１，ｉ）を測定し、光路位置にずれが生じたかどうかを判断する。そして、この判断で光路位置にずれが生じていると判断された場合、光路位置のずれを修正するための制御情報を微動台６２に出力する。
【００２７】
次に、光路位置のずれ修正方法について図３を用いて説明する。図３は、光路位置のずれ修正を説明するための図である。図３において、電気／光変換素子１０の発行端面の位置を直交座標系の原点Ｏにあるとし、出射光ビームの光軸１２はｘ軸にあるとする。この位置と光軸の向きを原点Ｏに位置する
【００２８】
【数１】
2004045730.tif 000003
を用いて表す。一方、最適光路位置おいて、光学結合系３０はＴにあり、その光軸が原点Ｏに向ける状態であり、ベクトル
【００２９】
【数２】
2004045730.tif 000004
を用いて表す。光路位置のずれが発生した後の光学結合系３０の位置はＡにあるとし、その光軸は同図に示したベクトル
【００３０】
【数３】
2004045730.tif 000005
の向きをとっているとする。ここで、Ａの座標を（ｘ，ｙ，ｚ）とし、
【００３１】
【数４】
2004045730.tif 000006
ＸＹ平面とではさむ角度をα、
【００３２】
【数５】
2004045730.tif 000007
Ｙ平面における投影とＸ軸とではさむ角度をβとする。光路位置制御装置６１はｘ，ｙ，ｚ，α，β、ぞれぞれの要素を調整することによって、
【００３３】
【数６】
2004045730.tif 000008
を
【００３４】
【数７】
2004045730.tif 000009
にもっていき、光路位置のずれを修正する。上記ｘ，ｙ，ｚ，α，βの調整は、例えば、次のよな手順で行われる。
【００３５】
（ｘ，ｙ，ｚ，α，βの調整）
例えば、ｘを調整する場合、他の調整要素であるｙ，ｚ，α，βを保ったまま行う。具体的には、まず、ｘを微小な変化量Δをもって増大し、これによって（Ｐ１，ｉ）が増大すれば、ｘを増加する方向に調整すべきことが判る。逆に（Ｐ１，ｉ）が低下する場合、ｘを減少する方向に調整すべきことが判る。このようにしてｘを調整していき最適値を求める。Ｘを正しい方向へ調整していくと、Ｐ１は単調的に増加するが、ｘの最適値を過ぎるとＰ１は再び減少する。したがって、Ｐ１が減少しかかる位置の手前の位置はｘの最適値である。ｙ，ｚ，α，βについても、上記同様な方法によってそれぞれの最適値が決められる。光路位置制御装置６１の中に備えられた制御出力器６６は、（Ｐ１，ｉ）がＰ１ｍａｘに近づくようｘ，ｙ，ｚ，α，βの調整量（Δ）を制御情報として微動台６２に出力して光学結合系３０を制御し、それぞれの調整要素（ｘ，ｙ，ｚ，α，β）が最適値となるよう微調整を行う。これにより、光学結合系の光軸３４と電気／光変換素子１０の光路位置のずれが修正される。
【００３６】
上述したように、本実施例１によれば、光ファイバケーブルに結合される光信号の平均パワーを求め、その求めた光信号の平均パワーが、最適光路位置設定時に測定・保持された光信号の平均パワーの最大値に近づくよう光路位置制御装置６１にて光学結合系の位置調整が行われるため、低温冷却による機械的変形が生じても最適光路位置からの光軸のずれを修正することができる。また、上記光信号の平均パワーが常に測定されるので、最適光路位置からの光軸のずれをほぼリアルタイムに修正することができ、安定した電気／光変換素子１０の電気／光変換特性を得ることができる。
【００３７】
（第２実施例）
図４に本発明の光ファイバ伝送装置の第２実施例を示す。図４において、この光ファイバ伝送装置は、電気／光変換素子１０、出射光ビーム１１、出射光ビームの光軸１２、冷却装置２０、光学結合系３０、レンズ３１、光ファイバ支持具３２、光学結合系支持具３３、光学結合系の光軸３４、電気ケーブル４０、光ファイバケーブル５０、光カプラ６０、光路位置制御装置６１、微動台６２、パイロット信号発生装置８０、合成器８１で構成され、光路位置制御装置６１は、さらに、フォトダイオード６３、フィルタ６４、レベル検出器６５、制御出力器６６とから構成される。
【００３８】
本実施例において、前述の第１実施例と異なる点は次の通りである。第１実施例では、光路位置が最適光路位置からずれた場合、光ファイバケーブル５０に結合された光信号の平均パワーを常に測定し、該平均パワーの変化から光路位置のずれ発生を判断している。これに対して、第２実施例における光路位置のずれ発生判断は、パイロット信号のレベルを測定することで判断する。
【００３９】
第１実施例は、平均値が時間的に変動しないような高周波信号に適用している。この場合、光路位置のずれがなければ、前述の光信号の平均パワーＰ１（＝Ｐ１ｍａｘ）も変化しない。言い換えれば、光信号の平均パワーＰ１が変化すれば、光路位置のずれが発生したことが判る。しかし、平均値が時間的に変動するような高周波信号の場合、光路位置のずれがなくても、測定した光信号の平均パワーＰ１も時間的に変動する。このため、Ｐ１の変動からは、高周波信号の平均値の変動と、光路位置のずれによる平均値の変動との分別ができない。そこで、第２実施例は、平均値が時間的に変動するような高周波信号に対応する
図４において、パイロット信号発生装置８０は、入力高周波信号と別の周波数のパイロット信号を発生する。このパイロット信号発生装置８０で発生されるパイロット信号のレベルは一定である。合成器８１は入力高周波信号とパイロット信号を合成する。合成器８１で合成された電気信号は電気／光変換素子１０によって光信号に変換される。電気／光変換素子１０からの光信号の出射光ビーム１１は、第１実施例と同様、光学結合系３０を介して光ファイバケーブル５０に結合される。その後、光ファイバケーブル５０に挿入された光カプラ６０を通して、光信号の一部が光ファイバケーブル５０より取り出されてフォトダイオード６３に入力される。フォトダイオード６３はこの光カプラ６０により分配された光信号を電気信号に変換する。フィルタ６４では該電気信号に重畳されているパイロット信号の周波数帯域のみを通過させ、該電気信号からパイロット信号を抽出してレベル検出器６５に出力する。レベル検出器６５は入力されたパイロット信号のレベルを検出する。
【００４０】
図５はパイロット信号を用いて光路位置制御装置６１で光路位置ずれ修正を行う際の処理を示すフローチャートである。
【００４１】
図２において、光路位置制御装置６１は、最適光路位置が設定されたときのレベル検出器６５により検出されたパイロット信号のレベル（以下、Ｐ２ｍａｘという）制御出力器６６内の所定メモリに記憶（Ｓ１１）する。このパイロット信号のレベルの記憶設定は、例えば、手動で光路位置が最適光路位置となるよう調整した後に上記パイロット信号のレベル測定を行って記憶させる方法がある。
【００４２】
このようにして最低光路位置でのパイロット信号のレベル（Ｐ２ｍａｘ）が設定されると、光ファイバケーブル５０に結合される光パワーの測定が開始される。パイロット信号のレベル測定は、ｉ番目、ｉ＋１番目〜と時系列で順次測定される。ここでは、初期値ｉ＝１が設定（Ｓ１２）されているものとして、以下説明を進める。
【００４３】
光ファイバケーブル５０中の光信号の一部が光カプラ６０により取り出され（Ｓ１３）、フィルタ６４によりパイロット信号の周波数帯域が通過させされた後、レベル検出器６５においてパイロット信号のレベル（Ｐ２，１）が求められる（Ｓ１４）。上記のようにしてパイロット信号のレベル（Ｐ２，１）が求められると、予め記憶しておいた光パワーＰ１ｍａｘと上記パイロット信号のレベル（Ｐ２，１）が制御出力器６６において比較判定（Ｓ１５）される。制御出力器６６はこの判定（Ｓ１５）で（Ｐ２，１）がＰ１ｍａｘより小さいと判定（Ｓ１５でＹｅｓ）した場合、光路位置のずれが発生したと判断し、微動台６２を制御して光路位置を修正させるための制御情報を生成して出力（Ｓ１６）する。その後、初期値ｉが＋１インクリメント（Ｓ１７）されて最初の処理に戻る。一方、上記判定（Ｓ１５）で、（Ｐ２，１）がＰ１ｍａｘより小さくないと判定（Ｓ１５でＮｏ）された場合、光路位置にずれがないと判断し、初期値ｉを＋１インクリメント（Ｓ１７）して最初の処理に戻る。これ以後は、パイロット信号のレベル（Ｐ２，２）（Ｐ２，３），…，（Ｐ２，ｎ）が順次測定され、その都度、Ｐ２ｍａｘと比較されて光路位置ずれの発生があるかどうかが判定される。
【００４４】
このように光路位置調整制御装置６１は、常に、パイロット信号のレベル（Ｐ２，ｉ）を測定し、光路位置にずれが生じたかどうかを判断する。そして、この判断で光路位置にずれが生じていると判断された場合、光路位置のずれを修正するための制御情報を微動台６２に出力する。光路位置のずれ修正方法は、前述した第１実施例の中で説明した方法（図３参照）と同様である。
【００４５】
（効果）
上述したように、本実施例２によれば、一定のレベルのパイロット信号を伝送すべき光信号に重畳し、抽出されたパイロット信号のレベルから光路位置のずれを判断するので、平均値が時間的に変動するような高周波信号を入力した場合であっても、時間的変動の影響を受けずに光路位置のずれを判断することができる。その結果、光路位置のずれの誤判断を低減させることができ、より精度の高い光路位置のずれ修正が可能となる。
【００４６】
（第３実施例）
図６に本発明の光ファイバ伝送装置の第３実施例を示す。図６において、この光ファイバ伝送装置は、電気／光変換素子１０、出射光ビーム１１、出射光ビームの光軸１２、冷却装置２０、光学結合系３０、レンズ３１、光ファイバ支持具３２、光学結合系支持具３３、光学結合系の光軸３４、電気ケーブル４０、光ファイバケーブル５０、光カプラ６０、光路位置制御装置６１、微動台６２、真空チェンバー７０で構成され、光路位置制御装置６１は、さらに、フォトダイオード６３、フィルタ６４、レベル検出器６５、制御出力器６６とから構成される。また、真空チェンバー７０の両端には、気密形電気信号コネクタ７１、気密形光信号コネクタ７２が具備される。
【００４７】
電気／光変換素子１０は、冷却装置２０により所定の温度に冷却される。電気／光変換素子１０、冷却装置２０、光学結合系３０、光学結合系支持具３３、光カプラ６０、光路位置制御装置６１、及び微動台６２が真空チェンバー７０に収容されている。真空チェンバー７０における真空状態は、電気／光変換素子１０を冷却する際に、電気／光変換素子１０における結露の発生を防ぐことができる。また、空気による熱伝導をなくすことにより、光学結合系３０を電気／光変換素子１０に接近させて設置する場合であっても、光学結合系３０の温度は電気／光変換素子１０と冷却装置２０の温度に影響されない。その結果、光学結合系３０自身の非常に低い温度条件での変形が発生しない。電気ケーブル４０及び光ファイバケーブル５０は、真空チェンバー７０の壁面に装着される気密形電気信号コネクタ７１及び気密形光信号コネクタ７２により、真空チェンバー７０を通過する。
【００４８】
上述したように、本実施例３によれば、上述した実施例１、２の光ファイバ伝送装置を真空チェンバーに収容するため、電気／光変換素子１０を非常に低い温度に冷却した際の、空気による結露及び熱伝導をなくすことができる。この結果、安定な電気／光変換素子１０の電気特性が得られるようになり、かつ光学結合系の機械的安定性を保持することができる。
【００４９】
上記例において、光路位置制御装置６１のレベル検出器６５のレベル検出機能が光信号電力測定手段、レベル検出手段、パイロット信号レベル測定手段に、同装置６１の制御出力器６６の光軸ずれ修正機能が光軸ずれ検出手段及び光軸ずれ修正手段、光軸ずれ発生判断手段、光軸修正情報出力手段、光信号の光パワー記憶機能が光信号最大値記録手段、パイロット信号最大値記録手段に対応する。また、光カプラ６０の光信号分岐機能が光信号分岐手段に対応する。さらに、パイロット信号発生装置８０のパイロット信号発生機能がパイロット信号発生手段に、合成器８１の信号合成機能が合成手段に対応する。
【００５０】
【発明の効果】
以上、説明したように、本願発明によれば、光ファイバケーブルに結合される光信号の平均パワーを求め、その求めた光信号の平均パワーが、最適光路位置設定時に測定・保持された光信号の平均パワーの最大値に近づくよう光路位置制御装置にて光学結合系の位置調整が行われるため、低温冷却による機械的変形が生じても最適光路位置からの光軸のずれを修正することができる。
【００５１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示すブロック構成図である。
【図２】光路位置制御装置での光路位置ずれ修正の処理（その１）を示すフローチャートである。
【図３】光路位置のずれ修正を説明するための図である。
【図４】本発明の第２実施例を示すブロック構成図である。
【図５】光路位置制御装置での光路位置ずれ修正の処理（その２）を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第３実施例を示すブロック構成図である。
【図７】従来の光ファイバ伝送装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０　電気／光変換素子
１１　出射光ビーム
１２　出射光ビームの光軸
２０　冷却装置
３０　光学結合系
３１　レンズ
３２　光ファイバ支持具
３３　光学結合系支持具
３４　光学結合系の光軸
４０　電気ケーブル
５０　光ファイバケーブル
６０　光カプラ
６１　光路位置制御装置
６２　微動台
６３　フォトダイオード
６４　フィルタ
６５　レベル検出器
６６　制御出力器
７０　真空チェンバー
７１　気密形電気信号コネクタ
７２　気密形光信号コネクタ
８０　パイロット信号発生装置
８１　合成器
【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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【図６】
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【図７】
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