(57)【要約】【課題】Ｓ／Ｎ比を向上させた広帯域信号の長距離の伝送を可能にする無給電光伝送装置を提供することを目的とする。【解決手段】変調信号が光源から出射される光を光変調器により変調して伝送する無給電光伝送装置において、光を電気信号に変換する光電変換素子と、前記変調信号を増幅して、増幅した変調信号を前記光変調器に印加する増幅器とを設け、前記光電変換素子により変換した前記電気信号を前記増幅器の電源とすることに上記課題を解決する。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調信号が光源から出射される光を光変調器により変調して伝送する無給電光伝送装置において、
光を電気信号に変換する光電変換素子と、
前記変調信号を増幅して、増幅した変調信号を前記光変調器に印加する増幅器とを設け、
前記光電変換素子により変換した前記電気信号を前記増幅器の電源とすることを特徴とする無給電光伝送装置。
【請求項２】
前記光電変換素子は、外部からの光、及び／又は前記光源から分岐された一部の光を受けて電気信号に変換することを特徴とする請求項１に記載の無給電光伝送装置。
【請求項３】
前記光源と前記光変調器との間にあって、前記光変調器側に偏光無依存型偏光子を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の無給電光伝送装置。
【請求項４】
変調信号が光源から出射される光を光変調器により変調して伝送する無給電光伝送方法において、
光電変換素子を用いて光を電気信号に変換し、
前記光電変換素子により変換した前記電気信号を、前記変調信号を増幅する増幅器の電源とし、
前記増幅器により増幅した前記変調信号を前記光変調器に印加することを特徴とする無給電光伝送方法。
【請求項５】
前記光電変換素子は、外部からの光、及び／又は前記光源から分岐された一部の光を受けて電気信号に変換することを特徴とする請求項４に記載の無給電光伝送方法。
【請求項６】
前記光源から出射される光を前記光変調器に入力する前に偏光無依存型偏光子により偏光することを特徴とする請求項４又は５に記載の無給電光伝送方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無給電光伝送装置及び無給電光伝送方法に係り、特に、広帯域信号を光伝送するための無給電光伝送装置及び無給電光伝送方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、テレビ電波等をアンテナで受信し、そのアンテナで発生する変調信号における信号電圧を直接光変調器に印加することにより光量を変化させて、テレビジョン受信機あるいはビデオ装置等に伝送を行う光伝送装置は、前記アンテナで受信した電波（変調信号）により光源からの光を直接変調することができるため、外部からの電力を供給することなく無給電で信号を伝送することができる。
【０００３】
また、伝送路として絶縁体の光ファイバー等を用いた場合は、同軸ケーブル等と比較すると、外部からの電気雑音の影響を受けにくく、また、落雷等により伝送路が損傷を受けることも少ないという特徴があるため、伝送路として広く利用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の無給電型の光伝送装置は、アンテナからの変調信号により光を変調するが、微弱な電波の場合には変調信号における信号電圧が低くなるため、共振回路等を用いて特定の周波数の信号を増強する必要がある。この場合に共振回路の設定により共振する周波数が限定されるため帯域幅が狭くなり、例えば、テレビジョン信号のような帯域の広い信号を複数チャンネル伝送する場合には適用することができない。また、変調度も弱くなるため信号の長距離伝送を行うことが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、無給電光伝送装置及び無給電光伝送方法において、Ｓ／Ｎ比を向上させて効率的な光伝送を行うことができ、更に広帯域信号を伝送することができる無給電光伝送装置及び無給電光伝送方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本件発明は、以下の特徴を有する課題を解決するための手段を採用している。
【０００７】
請求項１に記載された発明は、変調信号が光源から出射される光を光変調器により変調して伝送する無給電光伝送装置において、光を電気信号に変換する光電変換素子と、前記変調信号を増幅して、増幅した変調信号を前記光変調器に印加する増幅器とを設け、前記光電変換素子により変換した前記電気信号を前記増幅器の電源とすることを特徴とする。
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、光電変換素子を用いて無給電で増幅器を動作させ変調信号を増幅することができる。また、増幅した変調信号により光変調を行うため、変調度を強くすることができ、Ｓ／Ｎ比を向上させて効率的な光伝送を行うことができる。更に、増幅器を用いることにより、伝送帯域に制限がなく広帯域の信号を伝送することができる。
【０００９】
請求項２に記載された発明は、前記光電変換素子は、外部からの光、及び／又は前記光源から分岐された一部の光を受けて電気信号に変換することを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明によれば、外部からの光、及び／又は前記光源から分岐された一部の光を用いることで、無給電で増幅器を動作させ変調信号を増幅することができる。
【００１１】
請求項３に記載された発明は、前記光源と前記光変調器との間にあって、前記光変調器側に偏光無依存型偏光子を設けたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明によれば、偏光子で生じる光量の減衰と、主に光ファイバー等で生じる偏光の乱れや光量の変動を減少させることができる。また、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００１３】
請求項４に記載された発明は、変調信号が光源から出射される光を光変調器により変調して伝送する無給電光伝送方法において、光電変換素子を用いて光を電気信号に変換し、前記光電変換素子により変換した前記電気信号を、前記変調信号を増幅する増幅器の電源とし、前記増幅器により増幅した前記変調信号を前記光変調器に印加することを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、光電変換素子を用いて無給電で増幅器を動作させ変調信号を増幅することができる。また、増幅した変調信号により光変調を行うため、変調度を強くすることができ、Ｓ／Ｎ比を向上させて効率的な光伝送を行うことができる。更に、増幅器を用いることにより、伝送帯域に制限がなく広帯域の信号を伝送することができる。
【００１５】
請求項５に記載された発明は、前記光電変換素子は、外部からの光、及び／又は前記光源から分岐された一部の光を受けて電気信号に変換することを特徴とする。
【００１６】
請求項５記載の発明によれば、外部からの光、及び／又は前記光源から分岐された一部の光を用いることで、無給電で増幅器を動作させ変調信号を増幅することができる。
【００１７】
請求項６に記載された発明は、前記光源から出射される光を前記光変調器に入力する前に偏光無依存型偏光子により偏光することを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明によれば、偏光子で生じる光量の減衰と、主に光ファイバー等で生じる偏光の乱れや光量の変動を減少させることができる。また、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、光源からの光を変調信号で光変調して伝送を行う光伝送装置において、例えば、変調信号が弱い場合であっても外部から供給される電源がなく変調度の強い光変調ができるように、光電変換素子を設けて光から電気信号（電圧）を発生し、発生させた電圧で増幅器を動作させて変調信号を増幅させて変調することを主眼とする。
【００２０】
上述の内容を詳細に説明すれば、例えば、レーザ光源から光ファイバーを伝わって伝送されてきた光を光電変換素子に照射させて電気を発生させ、発生させた電気により増幅器を動作させた後、アンテナ等から受信した微弱な電波（変調信号）を前記増幅器で増幅し、光変調器の変調電極に印加する。これにより、外部から電力を供給せずに光の変調度を強くすることができ、Ｓ／Ｎ比を向上させることができると共に、帯域の広い映像信号等の長距離伝送が可能となる。
【００２１】
更に、伝送路が絶縁体の光ファイバーを用いることで、落雷等の影響も受けにくくなる。
【００２２】
また、一般に、光変調器を効率よく動作させるために、光変調器に入射する光を直線偏光にすると共に、その偏光方向を一定の方向に合わせるために偏光子が用いられる。しかしながら、光ファイバーの曲がりや温度変化等により光の偏光方向が時間と共に複雑に変化するために信号の変動が発生する。また、非偏光の光を通常の偏光子を用いて偏光すると光パワーが約３ｄＢ減衰してしまう。
【００２３】
そこで、偏光子として入射光の偏光方向に依存しない偏光無依存型偏光子を用いることにより、光量の減衰と、主に光ファイバー等で生じる偏光の乱れや光量の変動を減少させることができ、ほとんど損失することなく偏光を得ることができるため、Ｓ／Ｎ比を向上させた無給電光伝送装置を提供することができる。
【００２４】
ここで、偏光無依存型偏光子とは、予め設定されている偏光方向を持つ偏光に変換する偏光子であり、例えば、本出願人による出願である特開平１１−１７４２２５号公報等で開示されている。
【００２５】
ここで、偏光無依存型偏光子の一例として、上述の公報にて開示されている偏光無依存型偏光子について、図を用いて説明する。
【００２６】
図１は、偏光無依存型偏光子の一例を示す図である。
【００２７】
図１の偏光無依存型偏光子１は、ルチル複屈折素子２と、１／２波長板３と、複屈折素子４と、複合複屈折素子５とを有するよう構成されている。
【００２８】
ルチル複屈折素子２は、厚さがｄでＯＡ方向に光学軸を持ち、入力光を複屈折させて、互いに直交する偏光面を持つ常光Ｏと、異常光Ｅとに分離する。１／２波長板３は、ルチル複屈折素子２から出射される常光Ｏの偏光方向を９０度回転させて前記異常光Ｅの偏光方向と同じ偏光方向を持つ常光Ｏ’を出射する。複合複屈折素子５は、厚さが１／２・ｄで、ＯＡ方向に光学軸を持つ２つの複屈折素子４ａ、４ｂを貼り合わせて構成され、ルチル複屈折素子２から出射された異常光Ｅと、１／２波長板３から出射される常光Ｏ’とを互いに接近する方向に複屈折させることにより、入射光の偏光方向に依存されない１つの光軸を持つ偏光にすることができる。
【００２９】
上述に示した偏光無依存型偏光子１を用いることにより、高い変換効率で予め設定されている偏光方向を持つ偏光に変換することができるため、温度変化や伝送路への圧力等により光ファイバー中で生じる偏光方向の乱れや光量の変動と通常の偏光子を用いると避けられない光量の減少を改善することができる。
【００３０】
次に、本発明の実施の形態について図を用いて説明する。なお、以下に示す実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の範囲で任意に変更可能である。
【００３１】
図２は、本発明における無給電光伝送装置の一実施の形態を示す概略構成図である。
【００３２】
図２の無給電光伝送装置１０は、レーザ光源１１と、光ファイバー１２と、光サーキュレータ１３と、入力偏光無依存型偏光子１４と、光ビームスプリッタ１５と、光変調器１６と、光反射板１７と、光電変換素子１８と、増幅器１９と、アンテナ２０と、テレビジョン受信機２１とを有するよう構成されている。
【００３３】
まず、搬送波として使用されるレーザ光源１１から出た光は、光ファイバー１２ａに入射され、光サーキュレータ１３は、光ファイバー１２ａから入射した光をそのまま光ファイバー１２ｂへ出力する。更に、上述した入力偏光無依存型偏光子１４に入射することにより、光は１つの偏光方向を持つ偏光になって出射される。
【００３４】
ここで、入力偏光無依存型偏光子１４における入射光の偏光の様子を図を用いて説明する。
【００３５】
図３は、入力偏光無依存型偏光子を用いた場合の偏光の一例の様子を示す図である。
【００３６】
入力偏光無依存型偏光子１４に入射する前の光は、図３（ａ）に示すように光の進行方向から光ファイバ１２ｂの歪みや温度変化等の影響により、偏光方向が時間と共に変化するが、入力偏光無依存型偏光子１４により、図１を用いて説明したような偏光が行われるため、図３（ｂ）に示す入力偏光無依存型偏光子１４に予め設定された偏光方向を出力することができる。すなわち、入力偏光無依存型偏光子１４を用いることにより、偏光に変換する際の損失を少なくすることができる。
【００３７】
なお、入力偏光無依存型偏光子１４を光ビームスプリッタ１５、及び光変調器１６に近づけて設置するよう構成することにより、入力偏光無依存型偏光子１４により偏光した光の伝送路中の変化を防止することができるため、光ビームスプリッタ１５により安定して光を分岐させることができ、光変調器１６による変調で使用される光の損失も少なくすることができる。
【００３８】
次に、入力偏光無依存型偏光子１４から出力された光は、光ビームスプリッタ１５により、光変調器１６側と光電変換素子１８ａ側とに分岐して伝送される。
【００３９】
光電変換素子１８ａに伝送された光は、光電変換素子１８ａで電気信号に変換され増幅器１９に出力される。増幅器１９は、光電変換素子１８ａからの電力により動作することができ、アンテナ２０により受信したテレビ電波（変調信号）を増幅して、増幅した変調信号（電圧）を光変調器１６に印加する。
【００４０】
光変調器１６は、例えば、電気光学効果を有する光学結晶基板１６−１上に、入射光を２分岐した後で再び合流させるための光導波路１６−２を形成し、分岐された２つの光導波路１６−２の近傍に、夫々変調用電極１６−３を配置した構成となっている。但し、本発明における光変調器の構成は、この限りではない。
【００４１】
光変調器１６は、光ビームスプリッタ１５により分岐された光を入射して、光導波路１６−２を通過中にアンテナ２０からの電圧を変調用電極１６−３に入力されることにより、光導波路１６−２に異なる屈折率変化を生じさせる。その後、２分岐された光が合流した時に２つの光の位相差により位相変調が起こり、入射された光を変調することができる。
【００４２】
また、光変調器１６において、光反射板１７を有することにより、光反射板１７で反射した光も変調することができるため、光変調器１６に入射された光に対して変調度を上げることができる。
【００４３】
次に、光変調器１６により変調された光信号は、光ビームスプリッタ１５及び入力偏光無依存型偏光子１４をそのまま通過して、光サーキュレータ１３に入射する。光サーキュレータ１３は、光ファイバー１２ｂから入射された光信号を、光ファイバー１２ｃに出力する。出力された光信号は、光電変換素子１８ｂで電気信号に変換されテレビジョン受像機２１に入力される。
【００４４】
上述したように、本実施例に示す無給電光伝送装置１０によれば、増幅器１９によりアンテナ２０からの変調信号を増幅することで、光変調器１６での変調度を強くすることができるため、Ｓ／Ｎ比が向上すると共に帯域の広い映像信号等の長距離伝送が可能となる。また、入力偏光無依存型偏光子１４を用いることで損失の少ない効率的な伝送を行うことができる。ここで、図４にＡ点における入射光量の様子と光電変換素子１８ｂに伝送される光信号の一例の概略を示す。
【００４５】
図４（ａ）は、図２のＡ点での入力偏光無依存型偏光子１４から出射される光の光量と時間の関係を示す図である。図４（ａ）に示すようにＡ点では一定の光量を持つ光が出射される。また、図４（ｂ）は、光電変換素子１８ｂに入力された光変調器１６で光変調が行われた光信号の光量と時間の関係を示す図である。図４（ｂ）に示すように、入力偏光無依存型偏光子１４を用いることにより偏光の乱れ等によって生じる光量の変動を少なくできるため、Ｓ／Ｎ比を向上させて効率的な伝送を行うことができる。
【００４６】
なお、上述した無給電光伝送装置１０における装置構成は、本発明においては、この限りではなく、例えば、光電変換素子１８ｂで得られる電気信号を別のアンテナを用いて再送信する構成にしてもよい。
【００４７】
更に、光電変換素子１８ａに照射する光を、レーザ光源１１から分岐させた光ではなく、太陽光や電灯等の外部からの光を利用することにより電気信号を発生させてもよい。また、増幅器１９には電池等から電圧を印加してもよい。ここで、本発明における無給電光伝送装置の第２の実施形態を示す概略構成図を図５に示す。
【００４８】
図５の無給電光伝送装置３０は、図２の無給電光伝送装置１０と比較すると、光ビームスプリッタ１５を具備せず、更に光電変換素子１８ａが太陽光を直接照射できるよう設置され、光電変換素子１８ａは太陽光からの光を電気信号に変換し、その電力を増幅器１９に供給できるように構成されている。
【００４９】
図５に示すような構成にすることにより、太陽光から変換された電気信号により増幅器１９を動作させることができ、また、増幅器１９によりアンテナ２０からの変調信号を増幅することで、光変調器１６での変調度を強くすることができるため、Ｓ／Ｎ比が向上すると共に帯域の広い映像信号等の長距離伝送が可能となる。なお、上述した第２の実施形態において、光電変換素子１８ａで受光可能な外部からの光は、上述の限りではなく、光エネルギーを有するものであればよい。
【００５０】
また、実施形態で示した無給電光伝送装置の構成は、上述の限りではなく、例えば、上述の無給電光伝送装置の構成を組み合わせて、光電変換素子１８ａにてレーザ光源１１からの光と太陽光等の外部からの光が入射できる構成にしてもよい。
【００５１】
上述したように、本発明における無給電光伝送装置又は無給電光伝送方法を用いることで、光電変換素子を用いて無給電で増幅器を動作させ変調信号を増幅することができる。また、増幅した変調信号により光変調を行うため、変調度を強くすることができ、Ｓ／Ｎ比を向上させた光伝送を行うことができる。更に、増幅器を用いることにより、共振回路を用いて変調度を上げる方式に比べ伝送帯域を広くでき、例えば、テレビジョン信号のような帯域の広い信号を複数チャンネル伝送することができる。
【００５２】
更に、偏光無依存型偏光子を用いることにより、伝送損失を減らすことができると共に偏光の乱れ等によって生じる光量の変動を減少させることができるのでＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００５３】
なお、本発明における無給電光伝送装置は、電源の供給が困難な高い山の上や海底、地中等における伝送路としても用いることができる。
【００５４】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、微弱な電気信号を増幅器で増幅し、増幅した電圧を光変調素子に印加して光強度を変調することにより変調度を高くすることができる。これにより、無給電で広帯域信号の光伝送を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】偏光無依存型偏光子の一例を示す図である。
【図２】本発明における無給電光伝送装置の一実施の形態を示す概略構成図である。
【図３】入力偏光無依存型偏光子を用いた場合の偏光の一例の様子を示す図である。
【図４】Ａ点におけるレーザ光源１１からの伝送光の様子と光電変換素子１８ｂに伝送される光信号の一例の概略を示す図である。
【図５】本発明における無給電光伝送装置の第２の実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１　偏光無依存型偏光子
２　ルチル複屈折素子
３　１／２波長板
４　複屈折素子
５　複合複屈折素子
１０，３０　無給電光伝送装置
１１　レーザ光源
１２　光ファイバー
１３　光サーキュレータ
１４　入力偏光無依存型偏光子
１５　光ビームスプリッタ
１６　光変調器
１７　光反射板
１８　光電変換素子
１９　増幅器
２０　アンテナ
２１　テレビジョン受信機
【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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