(57)【要約】【課題】照射光が弱くても、周波数変移幅が十分に確保される光制御型発振器を提供する。【解決手段】検出回路２１は、発振回路１０への電源供給を行うと共に、ＨＥＭＴ１１のドレイン電流を検出して電圧信号ＶＤに変換する。制御回路２２は、この電圧信号ＶＤからＨＥＭＴ１１の特性の変化、ひいては光の照射状態を特定し、光の照射時と未照射時とでＨＥＭＴ１１に印加するゲート電圧を切り替える。これにより、光の照射時と未照射時とで変化するドレイン電流の変化量は、光の照射により生じる変化分だけでなく、ゲート電圧を変化させることにより生じる変化分も加わった非常に大きなものとなり、その結果、発振回路１０の発振周波数が大きく変化する。【選択図】  図１
2004356548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の照射によって特性が変化する回路素子を備え、該回路素子の特性の変化に応じて発振周波数が変化する光制御型発振器において、
光の照射による前記回路素子の特性の変化を検出する検出手段と、
該検出手段での検出結果に従って、発振周波数の変化が増大するように当該発振器の動作を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする光制御型発振器。
【請求項２】
前記回路素子への照射光を減衰させる光減衰手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の光制御型発振器。
【請求項３】
前記回路素子は、トランジスタであることを特徴とする請求項１又は２に記載の光制御型発振器。
【請求項４】
前記検出手段は、前記トランジスタのドレイン電流の変化を検出することを特徴とする請求項３に記載の光制御型発振器。
【請求項５】
前記制御手段は、前記トランジスタのゲート電圧を増減することにより、当該発振器の動作を制御することを特徴とする請求項３又は４に記載の光制御型発振器。
【請求項６】
前記トランジスタは、ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓのＨＥＭＴであることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の光制御型発振器。
【請求項７】
モノリシックマイクロ波集積回路として構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光制御型発振器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の照射により発振周波数が変化する光制御型発振器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、光を照射されると特性が変動するトランジスタをマイクロ波回路に利用して発振器を構成し、この発振器に照射する光をオン／オフ制御することにより、ＦＳＫ変調された高周波信号を発生させる光制御型発振器が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２９８０３４号公報（段落、図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、マイクロ波やミリ波を扱う回路を製造する場合、一般的に、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）が用いられている。但し、ＭＭＩＣにて構成された発振器では、比較的大きな位相雑音が発生することが知られている。
【０００５】
また、ＦＳＫ変調では、位相雑音と通信品質との間に相関関係があり、この位相雑音の影響を抑えるためには、ＦＳＫ変調の周波数変移幅を大きくする必要がある。
そして、上述の光制御発振器において、大きな位相変位幅を確保するには、照射する光の強度を高める必要があるが、照射光の強度を高めると、光に反応する半導体層でのキャリアの生成・消滅確率が増加することにより、位相雑音の増大や周波数安定度の低下が生じる。このため、照射光の強度を高めても通信品質を十分に改善することができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するために、照射光が弱くても、周波数変移幅が十分に確保される光制御型発振器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本発明の光制御型発振器では、検出手段が、光の照射による回路素子の特性の変化を検出すると、制御手段が、その検出結果に従って、発振周波数の変化が増大するように当該発振器の動作を制御する。
【０００８】
従って、本発明の光制御型発振器によれば、照射光の強度がどれだけ弱くても、その照射光に基づく回路素子の特性の変化を検出できさえすれば、発振周波数を任意の大きさで変化させることができる。
このため、例えば、本発明の光制御型発振器をＦＳＫ変調器として使用した場合、照射光が弱くても周波数変移幅を十分に確保することができる。
【０００９】
また、このように本発明の光制御型発振器では、照射光が弱くても動作が可能なため、回路素子への照射光を導く導光路（例えば光ファイバなど）等に、その照射光を減衰させる光減衰手段を設けてもよい。
この場合、当該発振器での位相雑音の発生も抑制されるため、ＦＳＫ変調器などとして使用した場合に、通信品質をより向上させることができる。
【００１０】
なお、光が照射される回路素子がトランジスタである場合、検出手段は、例えば、そのトランジスタのドレイン電流の変化を検出するように構成すればよい。
また、制御手段は、例えば、そのトランジスタのゲート電圧を増減することにより、当該発振器の動作を制御するように構成すればよい。
【００１１】
そして、トランジスタとして、具体的には、ＩｎＰ基板上に形成されたＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓのＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）を好適に用いることができる。
また、本発明の光制御型発振器は、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）として構成されていてもよい。この場合、製造コストの低減、再現性の向上（品質の安定化）を図ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本発明が適用された実施形態のＦＳＫ変調器の構成を示すブロック図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態のＦＳＫ変調器１は、光ファイバＦを介して照射される光信号に従って、発振周波数が変化する光制御型発振器（以下、単に「発振器」と称する。）３と、発振器３の出力を増幅する増幅器５と、増幅器５の出力を送信信号として電波を送出するアンテナ７とを備えている。
【００１４】
なお、発振器３と増幅器５との間、及び増幅器５とアンテナ７との間には、それぞれ直流カット用のコンデンサ４，６が接続されている。また、発振器３及び増幅器５は、モノリシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）として構成されている。
【００１５】
このうち、増幅器５は、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）５１を中心にして、伝送線路（スタブ）５２〜５５、直流カット用のコンデンサ５６，５７により構成されたソース接地型の増幅回路からなる周知のものである。なお、伝送線路５２，５３は入力整合回路を構成し、伝送線路５４，５５は出力整合回路を構成している。また、増幅器５は、伝送線路５５とコンデンサ５７との接続点を給電点として、図示しない電源回路から電源供給を受けるように構成されている。
【００１６】
一方、発振器３は、ＨＥＭＴ１１を中心にして、伝送線路（スタブ）１２〜１５、及び直流カット用のコンデンサ１６，１７により構成された直列帰還型の発振回路１０と、発振回路１０への電源供給、及び発振回路１０の発振周波数の制御を行う制御部２０と、光ファイバＦに接続され、光ファイバＦにて伝送される光信号を減衰させる光減衰器３０とを備えている。
【００１７】
なお、光ファイバＦは、その端部から放出される光信号がＨＥＭＴ１１に照射されるように配置されている。
また、発振回路１０の共振条件は、ＨＥＭＴ１１及び伝送線路１２，１３の特性により決定され、本実施形態では、光の未照射時に発振周波数が３７ＧＨｚとなるように伝送線路１２，１３の特性が設定されている。また、発振回路１０の伝送線路１４，１５は出力整合回路を構成している。
【００１８】
ここでＨＥＭＴ１１は、図２に示すような断面構造を有するものが用いられている。
即ち、ＩｎＰ基板１０１上に、バッファ層１０２（Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ）、光吸収層１０３（Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ）、チャネル層１０４（Ｉｎ０．８０Ｇａ０．２０Ａｓ）、スペーサ層１０５（Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ）、プレーナドープ層１０６（Ｓｉ  δ−ｄｏｐｉｎｇ）、ゲートコンタクト層１０７（Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ）、キャップ層１０８（ｎ−Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ）が積層されている。
【００１９】
そして、キャップ層１０８に溝（リセス）１０９を形成することでゲートコンタクト層１０７を露出させた部分には、ゲート電極１１０が形成されると共に、溝１０９を挟んで両側に位置するキャップ層１０８には、ソース及びドレイン電極１１１，１１２が形成されている。また、プレーナドープ層１０６は、スペーサ層１０５の形成後に、Ｓｉをシートキャリア濃度ｎｓ＝５×１０１２ｃｍ−２だけドープすることにより形成されている。
【００２０】
なお、このような構成を有するＨＥＭＴ１１については、例えば特開平１１−２９７９８３号公報に詳述されている。
ここで図３は、ＨＥＭＴ１１のドレイン電圧対ドレイン電流の特性を示すグラフである。但し、照射光の強度を１．８ｍＷとした場合を示す。
【００２１】
また、図４は、照射光の強度に対する発振回路１０の発振周波数の変化量を示すグラフである。
図３に示すように、ドレイン電圧、ゲート電圧を固定した場合、光の照射時（図中点線で示す）には、光の未照射時（図中実線で示す）と比較してドレイン電流が増大し、その結果、発振回路１０での発振周波数が低下する。
【００２２】
つまり、光ファイバＦを介してＨＥＭＴ１１に光信号を照射すると、その光信号に従って、発振回路１０での発振周波数、ひいてはＦＳＫ変調器１が送出する電波の周波数が変化する。
但し、照射光の強度に対するドレイン電流の変化量や、一定強度の照射光をオンオフした時の周波数変移幅は、ゲート電圧に関わらずほぼ一定である。例えば、光強度が１．８ｍＷである光信号をオン，オフした場合、ドレイン電流の変化量は約１ｍＡであり（図３参照）、また、光強度が１．５ｍＷである光信号をオン，オフした場合、周波数変移幅は約２００ＭＨｚである（図４参照）。
【００２３】
次に、制御部２０は、伝送線路１５とコンデンサ１７との接続点を給電点として発振回路１０への電源供給を行うと共に、この給電点を流れるＨＥＭＴ１１のドレイン電流を検出して電圧信号ＶＤに変換する検出回路２１と、検出回路２１からの電圧信号ＶＤに従って、ＨＥＭＴ１１のゲート電圧を制御する制御回路２２とからなる。
【００２４】
なお、制御回路２２は、電圧信号ＶＤの信号レベルに応じて２種類のゲート電圧ＶＧ１，ＶＧ２を発生させるように構成されている。具体的には、図５に示すように、制御回路２２の出力が第１のゲート電圧ＶＧ１である時には、電圧信号ＶＤが第１しきい値ＴＨ１以下であれば、出力を第１のゲート電圧ＶＧ１に維持し、電圧信号ＶＤが第１しきい値ＴＨ１より大きくなると、出力を第２のゲート電圧ＶＧ２に切り替える。また、制御回路２２の出力が第２のゲート電圧ＶＧ２である時には、電圧信号ＶＤが第２しきい値以上ＴＨ２であれば、出力を第２のゲート電圧ＶＧ２に維持し、電圧信号ＶＤが第２しきい値ＴＨ２より小さくなると、出力を第１のゲート電圧ＶＧ１に切り替えるように構成されている。このような回路は、コンパレータ等を用いることで簡単に作製することができる。
【００２５】
但し、第１しきい値ＴＨ１は、第１のゲート電圧ＶＧ１の印加時に、照射光の照射時と未照射時とで検出されるドレイン電流の中間値に対応する電圧信号ＶＤの大きさに設定し、また、第２しきい値ＴＨ２は、第２のゲート電圧ＶＧ２の印加時に、照射光の照射時と未照射時とで検出されるドレイン電流の中間値に対応する電圧信号ＶＤの大きさに設定する。
【００２６】
つまり制御回路２２は、初期状態では第１のゲート電圧ＶＧ１を出力しているものとすると、光の未照射時には、電圧信号ＶＤは第１しきい値ＴＨ１以下となるため、第１のゲート電圧ＶＧ１が維持される。そして、光が照射されると、ドレイン電流が増加して、電圧信号ＶＤが第１しきい値ＴＨ１より大きくなるため、第２のゲート電圧ＶＧ２に切り替わる。また、光の照射中は、電圧信号ＶＤが第２しきい値ＴＨ２以上となるため、第２のゲート電圧ＶＧ２が維持される。その後、再び未照射の状態に戻ると、ドレイン電流が減少して、電圧信号ＶＤが第２しきい値ＴＨ２より小さくなるため、第１のゲート電圧ＶＧ１に切り替わる。
【００２７】
従って、光の照射時と未照射時とで変化するドレイン電流の変化量は、光の照射により生じる変化分だけでなく、ゲート電圧を変化させることにより生じる変化分も加わり、非常に大きなものとなる。
例えば、照射光の強度を１．８ｍＷとし、第１のゲート電圧をＶＧ１＝−０．４Ｖ、第２のゲート電圧をＶＧ２＝０Ｖとした場合には、図３から明らかなように、光の照射によるドレイン電流の変化分は約１ｍＡであり、ゲート電圧を変化させることによるドレイン電流の変化分は約６ｍＡであるため、合計の変化分は約７ｍＡとなる。
【００２８】
つまり、光の照射のみによってドレイン電流を変化させる従来装置と比較して、ドレイン電流を７倍も変化させることができ、その結果、発振回路１０での発振周波数もより大きく変化させることができるのである。
しかも、周波数変移幅は、第１及び第２ゲート電圧ＶＧ１，ＶＧ２を調整することにより、任意の大きさに設定することが可能である。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態のＦＳＫ変調器１によれば、ドレイン電流の変化からＨＥＭＴ１１の特性の変化、即ち光の照射状態を検出し、光の照射時と未照射時とでＨＥＭＴ１１に印加するゲート電圧を切り替えるようにされている。このため、照射光が弱くても、発振回路１０の発振周波数を大きく変化させることができ、ＦＳＫ変調に必要な周波数変移幅を十分に確保することができる。また、逆に言えば、ＨＥＭＴ１１への照射光を弱くして位相雑音の発生を抑えることが可能なため、通信品質をより向上させることができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、電圧信号ＶＤに応じて２種類のゲート電圧ＶＧ１，ＶＧ２を切り替えて出力するように制御部２０を構成したが、この制御部２０を、ドレイン電流に応じてゲート電圧を連続的に変化させるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のＦＳＫ変調器の構成を示す回路図である。
【図２】ＨＥＭＴの断面構造を示す説明図である。
【図３】ＨＥＭＴのドレイン電圧対ドレイン電流の特性を示すグラフである。
【図４】発振回路の照射光強度対周波数変移量の特性を示すグラフである。
【図５】第１及び第２しきい値の設定や制御回路の動作を示すための説明図である。
【符号の説明】
１…ＦＳＫ変調器、３…発振器、４，６，１６，１７，５６，５７…コンデンサ、５…増幅器、７…アンテナ、１０…発振回路、１１，５１…高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、１２〜１５，５２〜５５…伝送線路、２０…制御部、２１…検出回路、２２…制御回路、３０…光減衰器、１０１…ＩｎＰ基板上、１０２…バッファ層、１０３…光吸収層、１０４…チャネル層、１０５…スペーサ層、１０６…プレーナドープ層、１０７…ゲートコンタクト層、１０８…キャップ層、１０９…溝、１１０…ゲート電極、１１１…ソース電極、１１２…ドレイン電極、Ｆ…光ファイバ。
【図１】
2004356548.tif 000003
【図２】
2004356548.tif 000004
【図３】
2004356548.tif 000005
【図４】
2004356548.tif 000006
【図５】
2004356548.tif 000007