(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波の周波数によって強度変調された入力変調光を分岐して、複数のフォトダイオード素子に、前記マイクロ波の位相に対して同位相で入力するとともに、前記複数のフォトダイオード素子の電気出力端子を並列に接続し、前記マイクロ波の位相に対して同位相で合成した電気出力を取り出すことを特徴とするフォトダイオードアレイ。
【請求項２】
請求項１に記載のフォトダイオードアレイの電気出力端子を、増幅回路を介さずにアンテナに接続することを特徴とする光マイクロ波伝送システム受信装置。
【請求項３】
請求項１に記載のフォトダイオードアレイにおいて、
光ファイバで送信した光信号を電気エネルギーに変換してバイアス電源として供給する変換手段をさらに備えた
ことを特徴とするフォトダイオードアレイ。
【請求項４】
請求項３に記載のフォトダイオードアレイにおいて、
前記変換手段により変換された電気エネルギーを蓄積して蓄積された電気エネルギーをバイアス電源として供給する蓄電手段をさらに備えた
ことを特徴とするフォトダイオードアレイ。
【請求項５】
請求項３または４に記載のフォトダイオードアレイを用いことを特徴とする光マイクロ波伝送システム受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、フォトダイオードを複数並列接続することにより、大電力を出力できるフォトダイオードアレイ及び光マイクロ波伝送システム受信装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フォトダイオードは、高速に動作する光検出器として光伝送装置などに広く用いられている。光ファイバ無線通信装置においても、フォトダイオードは、キーデバイスとして欠かすことができない。光ファイバ無線通信装置は、広帯域大容量の伝送が可能である、光の波長が短いため各種処理回路が小型にできる、伝送損失が非常に少ない、電磁干渉が極めて少ないなど、数々の利点を有する伝送装置である。【０００３】
光ファイバ無線通信装置では、光をＲＦ電気信号により変調して伝送し、その変調光をフォトダイオードで検波することにより、元のＲＦ電気信号を再生する。再生されたＲＦ電気信号は、次の処理回路に伝送されたり、アンテナにより空間に放射されたりする。【０００４】
一般に、フォトダイオードから出力される電気信号は微弱である。このため、フォトダイオードから取り出した電気信号を後段の回路に送る際、アンプなどの増幅回路により信号を増幅する必要がある。例えば、光ファイバ無線通信により伝送されてきた信号を直接アンテナから空間に放射する場合でも、フォトダイオードで電気信号を検波した後に、空間に放射できるように必要な電力にするため、増幅回路により電気信号を増幅する必要がある。【０００５】
しかし、アンプ等の増幅回路には電源が必要であり消費電力がかかってしまう。さらに、増幅回路のためのスペースが必要なため装置の小型化が困難になる。また、電力を供給する電力線が必要であり、この電力線からの電磁界により、電磁干渉が生じ、電磁干渉がない光ファイバ無線通信装置の特長を十分活かすことができない。【０００６】
フォトダイオードからの出力電気信号の電力を大きくする方法として、進行波型フォトダイオードが提案されている（例えば、特許文献１参照）。これは、複数のフォトダイオードに少しずつ遅延時間を与えながら光を入射し、出力される電気信号を先に与えた遅延時間を打ち消すように、徐々に遅延時間を与えながら取り出すものである。しかし、この方法では、遅延時間の整合を完全にとる必要があり、電力合成の際のインピーダンスマッチングが難しいことなどから、実際に得られる出力電力は未だ限られているのが現状である。【０００７】
【特許文献１】特表２００３−５１６６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように従来のこの種のフォトダイオードでは、出力される電気信号が微弱であるため、後段に増幅回路等が必要であり、装置の大型化、消費電力の増加、非電磁干渉性の劣化などの欠点がある。【０００９】
この発明は以上の問題を解決するためのものであり、大電力の電気信号を出力できるフォトダイオードアレイを得るためになされたものであり、また、光ファイバで電力を供給することにより、外部からの電力線が全く不要な光マイクロ波伝送システム受信装置を得るためになされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係るフォトダイオードアレイは、マイクロ波の周波数によって強度変調された入力変調光を分岐して、複数のフォトダイオード素子に、前記マイクロ波の位相に対して同位相で入力するとともに、前記複数のフォトダイオード素子の電気出力端子を並列に接続し、前記マイクロ波の位相に対して同位相で合成した電気出力を取り出すことを特徴とする。
【００１１】
また、この発明に係る光マイクロ波伝送システム受信装置は、前記フォトダイオードアレイの電気出力端子を、増幅回路を介さずにアンテナに接続することを特徴とする。【００１２】
また、この発明に係るフォトダイオードアレイは、前記フォトダイオードアレイに、光ファイバで送信した光信号を電気エネルギーに変換してバイアス電源として供給する変換手段をさらに備えたことを特徴とする。【００１３】
また、この発明に係るフォトダイオードアレイは、前記フォトダイオードアレイに、前記変換手段により変換された電気エネルギーを蓄積して蓄積された電気エネルギーをバイアス電源として供給する蓄電手段をさらに備えたことを特徴とする。【００１４】
さらに、この発明に係る光マイクロ波伝送システム受信装置は、前記フォトダイオードアレイを用い、外部からの電力線がないことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、大電力の電気信号を出力できるフォトダイオードアレイを得ることができ、また、光ファイバで電力を供給することにより、外部からの電力線が全く不要な光マイクロ波伝送システム受信装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１に係るフォトダイオードアレイを示す図、
【図２】この発明の実施の形態２に係る光マイクロ波伝送システム受信装置を示す図、
【図３】この発明の実施の形態３に係るフォトダイオードアレイを示す図、
【図４】この発明の実施の形態４に係るフォトダイオードアレイを示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るフォトダイオードアレイを示す図である。図１に示されるように、フォトダイオード素子１が複数配置されてフォトダイオードアレイが形成され、光入力端子４に入力された変調光は光分波回路２によって分岐され、複数のフォトダイオード素子１に入力する。フォトダイオード素子１で検波された電気信号は電力合成回路３により集約され、電気出力端子５から出力される。【００１８】
図１において、光分波回路２で分岐され複数のフォトダイオード素子１に入力するまでの光の伝搬経路は、全ての経路において変調マイクロ波の波長のオーダーに対し、ほぼ同じ長さになっている。また、複数のフォトダイオード素子１から出力され、電力合成回路３で合成されるまでの電気信号の伝搬経路は、全ての経路において出力マイクロ波の波長のオーダーに対し、やはりほぼ同じ長さになっている。【００１９】
したがって、複数のフォトダイオード素子１で検波された電気信号は、ほぼ同じ位相で電力合成され、電気出力端子５から出力される。このため、各フォトダイオード素子１から出力される電力が効率良く合成され、大きな電力を得ることができる。【００２０】
一般に、フォトダイオードが飽和していないとき、フォトダイオードから出力される電気信号のＲＦ電流ＩPDは次式（１）で表される。【００２１】
【数１】
0004675961.tif 000002
【００２２】
ここで、ηは量子効率、ＰCWは入力光パワー（変調光パワーの平均値）、ｍは変調度である。この出力電流をインピーダンスＺOの出力回路に接続したとき得られるＲＦ電力ＰPDは、次式（２）で表される。【００２３】
【数２】
0004675961.tif 000003
【００２４】
したがって、フォトダイオードから出力されるＲＦ電気出力の電力はフォトダイオードへ入力する光のパワーの二乗に比例して増大する。これは、フォトダイオードに入力する光を増加していけば、電気出力電力を非常に大きくすることができることを示している。【００２５】
図１のフォトダイオードアレイでは、複数のフォトダイオード素子１を用いることにより、大きなパワーの光が入力しても、各々のフォトダイオード素子１が飽和しないようにしている。このため、大きな出力ＲＦ電力を得ることができる。また、入力光パワーを大きくしていくことにより、入力光パワーより大きな出力ＲＦ電力を得ることも可能である。さらに、図１のフォトダイオードアレイでは、従来の進行波型フォトダイオードのように遅延時間の整合をとったり、各素子ごとの出力インピーダンスマッチングをとる必要がなく、容易に大きな出力電力が得られる効果がある。【００２６】
すなわち、式（２）より、出力される電気信号パワーＰPDは、入力する変調光パワーの平均値ＰCWの２乗に比例する。したがって、式の上からは、入力する変調光パワーの平均値ＰCWを大きくして、ある特定の値以上にすれば、出力される電気信号パワーＰPDが、入力する変調光パワーの平均値ＰCWよりも必ず大きくなる。【００２７】
しかし、従来のフォトダイオードでは、変調光パワーの平均値ＰCWを大きくするとフォトダイオードの飽和が生じ、式（２）が成り立たなくなるため、変調光パワーの平均値ＰCWよりも出力される電気信号パワーＰPDを大きくすることは事実上困難であった。【００２８】
図１のフォトダイオードアレイでは、複数のフォトダイオード素子１を並列に接続しているため、個々のフォトダイオード素子１が飽和することなく、変調光パワーの平均値ＰCWをより大きくしても式（２）がそのまま成り立つ。したがって、出力される電気信号パワーＰPDを、入力する変調光パワーの平均値ＰCWよりも大きくすることができる。【００２９】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２に係る光マイクロ波伝送システム受信装置を示す図である。
図２に示される光マイクロ波伝送システム受信装置において、図１に示す実施の形態１と同様な構成でなるフォトダイオードアレイ６には光入力端子４から光変調信号が入力している。この光変調信号はフォトダイオードアレイ６により検波され、ＲＦ電気信号として電気出力端子５から出力される。さらに、ＲＦ電気信号はアンテナ７に入力されアンテナ７から電磁波として空間に放射される。【００３０】
図２に示す光マイクロ波伝送システム受信装置では、フォトダイオードアレイ６から出力される電気信号をアンプなどの増幅回路に入力せずに直接アンテナ７に接続している。これは、従来と異なり、フォトダイオードアレイ６から出力される電気信号の電力が十分大きいため、直接アンテナ７から放射することができるためである。このため、従来必要だった増幅回路が不要になり、装置を小型化できるだけでなく、増幅回路に必要な電力を供給する必要がなく消費電力が小さい。また、増幅回路に電力を供給する電力線が不要であるため、電力線を介して生じる電磁干渉がなくなり、光ファイバ無線通信本来の低電磁干渉特性を得ることができる効果がある。【００３１】
なお、図２では、フォトダイオードアレイ６の出力を直接アンテナ７に接続している場合を図示しているが、この発明はこれに限らず、フォトダイオードアレイ６とアンテナ７の間にフィルタや分波器などの受動回路を挿入しても良い。また、分波器やサーキュレータなどによる分岐を設けて、アンテナ７から受信される信号用の回路を付加しても良く、この場合もこの発明の効果が得られる。【００３２】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３に係るフォトダイオードアレイを示す図である。図３に示されるフォトダイオードアレイ６は、実施の形態１および２と同様に、光入力端子４から入力された光変調信号を検波し、ＲＦ電気信号として電気出力端子５から出力する。さらに、図３に示されるフォトダイオードアレイ６には、バイアスに電力供給用フォトダイオード８が接続されている。【００３３】
この電力供給用フォトダイオード８は、電力供給用光入力端子９に光ファイバによって入力された光を電気エネルギーに変換し、フォトダイオードアレイ６に変換された電気エネルギーをバイアス電源として供給する電力変換手段を構成する。【００３４】
このため、フォトダイオード自体の電源を光で供給することができ、内部電源や外部からの電気電力供給を全く必要としないフォトダイオードが得られる。このため、電源回路や電力線による大きさ重量の問題や電磁干渉の問題が全くない、大電力フォトダイオードを得ることができる。【００３５】
実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４に係るフォトダイオードアレイを示す図である。図４に示されるフォトダイオードアレイ６は、図１に示す実施の形態１と同様な構成でなり、光入力端子４から光変調信号が入力している。この光変調信号はフォトダイオードアレイ６により検波され、ＲＦ電気信号として電気出力端子５から出力される。【００３６】
また、図３に示す実施の形態３と同様に、電力供給用フォトダイオード８によって変換された電気エネルギーがバイアス電源として供給されて動作する。このとき、電力供給用フォトダイオード８によって作られた電気エネルギーは、一旦、蓄電手段としての蓄電池１０に貯えられ、その後、フォトダイオードアレイ６にバイアス電源として供給される。【００３７】
このため、電力供給用フォトダイオード８へ入力される光の電力の大きさが変動しても、フォトダイオードアレイ６に安定したバイアス電源を供給することができ、安定に動作するフォトダイオードアレイを得ることができる。【００３８】
以上の実施の形態においては、フォトダイオードアレイ６に供給する電力エネルギーを得るために、電力供給用フォトダイオード８を用いた場合を示したが、この発明は、これに限らず、フォトダイオードの代わりに太陽電池により電力エネルギーを得ることもできる。この場合も光のみで動作するフォトダイオードアレイ６を得ることができる。【００３９】
また、以上に示したフォトダイオードアレイ６を、光マイクロ波伝送システム受信装置に適用すれば、小型化であり、かつ低消費電力で、電磁干渉が極めて少ない光マイクロ波伝送システム受信装置を得ることができる効果がある。
【図１】
0004675961.tif 000004
【図２】
0004675961.tif 000005
【図３】
0004675961.tif 000006
【図４】
0004675961.tif 000007