(57)【要約】【課題】周囲温度が変化した場合にも、伝送する変調信号の強度を安定化させることが可能な変調信号伝送装置を得る。【解決手段】光信号を発生させる光源（１）と、変調信号を発生させる変調信号発生器（３）と、光信号に対して変調信号による強度変調をかける光強度変調器（２）と、強度変調後の光信号を増幅する光増幅器（４）と、増幅後の光信号をモニタ用光信号と出力用光信号とに分配する光分配器（５）と、モニタ用光信号をモニタ用電気信号に変換するモニタ用受光素子（６）と、モニタ用電気信号の強度が一定となるように光増幅器にフィードバック制御をかけるサーボ回路（８）と、出力用光信号を伝送路を介して受信し、出力用電気信号に変換する出力用受光素子（９）とを備え、モニタ用受光素子の温度を一定化するためのモニタ用温調回路（７ａ）をさらに備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を発生させる光源と、
変調信号を発生させる変調信号発生器と、
前記光信号に対して前記変調信号による強度変調をかける光強度変調器と、
前記光強度変調器による強度変調後の光信号を増幅する光増幅器と、
前記光増幅器による増幅後の光信号をモニタ用光信号と出力用光信号とに分配する光分配器と、
前記光分配器による分配後の前記モニタ用光信号をモニタ用電気信号に変換するモニタ用受光素子と、
前記モニタ用受光素子により変換された前記モニタ用電気信号の強度が一定となるように前記光増幅器にフィードバック制御をかけるサーボ回路と、
前記光分配器による分配後の前記出力用光信号を光ファイバによる伝送路を介して受信し、出力用電気信号に変換する出力用受光素子と
を備える変調信号伝送装置において、
前記モニタ用受光素子の温度を一定化するためのモニタ用温調回路をさらに備えることを特徴とする変調信号伝送装置。
【請求項２】
請求項１に記載の変調信号伝送装置において、
前記出力用受光素子の温度を一定化するための出力用温調回路をさらに備えることを特徴とする変調信号伝送装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の変調信号伝送装置において、
前記光増幅器と前記光分配器との間に挿入され、前記光分配器による分配比率に関する入力偏波依存性を平均化させる偏波スクランブラをさらに備えることを特徴とする変調信号伝送装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の変調信号伝送装置において、
波長が異なる２つ以上の光を合波する波長多重光合波器と、
波長多重された光信号を波長ごとに分離する波長多重光分配器と
をさらに備え、
前記光源は、２つ以上の異なる波長からなる光信号を発生させ、
前記変調信号発生器は、２つ以上の異なる変調周波数の変調信号を発生させ、
光強度変調器は、２つ以上の異なる波長からなる前記光信号のそれぞれに対して、２つ以上の異なる変調周波数の前記変調信号による強度変調をかけ、
前記波長多重光合波器は、前記光強度変調器による波長が異なる２つ以上の変調後の光信号を合波し、
前記光増幅器は、前記波長多重光合波器による合波後の光信号を増幅し、
前記波長多重光分配器は、前記光分配器による分配後の波長多重されている出力用光信号を前記伝送路を介して受信し、波長ごとに分離し、
前記出力用受光素子は、前記波長多重光分配器による分離後のそれぞれの波長の出力用光信号を出力用電気信号に変換する
ことを特徴とする変調信号伝送装置。
【請求項５】
請求項４に記載の変調信号伝送装置において、
前記モニタ用受光素子により変換された前記モニタ用電気信号を２つ以上の電気信号に分配する電気信号分配器と、
前記電気信号分配器により分配された前記電気信号の各々に対し、前記２つ以上の異なる変調周波数と同じ周波数成分を通す２つ以上のバンドパスフィルタと
をさらに備え、
前記サーボ回路は、前記モニタ用受光素子により変換された前記モニタ用電気信号に基づいて前記光増幅器にフィードバック制御をかけるかわりに、前記２つ以上のバンドパスフィルタを通過したそれぞれの電気信号に基づいて、前記それぞれの電気信号が一定となるように、前記２つ以上の異なる変調周波数の変調信号を発生させる前記変調信号発生器にフィードバック制御をかける
ことを特徴とする変調信号伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号に対し強度変調をかけた後、光ファイバを介してこの変調信号を光信号にのせて伝送する変調信号伝送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の変調信号伝送装置としては、特に、高周波の変調信号を長距離伝送する場合において、伝搬ロスの小さい光ファイバを介して伝送するものがある（例えば、非特許文献１参照）。これにより、変調信号を電気信号のまま伝送する場合と比較して、低損失で伝送できるというメリットが得られる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｊ．Ｄ．ＭｃＫｉｎｎｅｙ  ｅｔ  ａｌ．、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ、５７、ｐ．２０９３、２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
非特許文献１をはじめとした従来の変調信号伝送装置では、伝送する変調信号の強度を安定化させる上で、次に述べる問題があった。
【０００５】
伝送強度を安定化させるにおいては、伝送する光信号のレベルを制御する目的として、光増幅器を用いる制御方法が一般的である。しかしながら、周囲温度が変化する際に、受光素子であるＰＤ（ｐｈｏｔｏ  ｄｉｏｄｅ）のエタロン効果の問題により、この光信号のレベル制御が正常に機能しないという課題があった。
【０００６】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、周囲温度が変化した場合にも、伝送する変調信号の強度を安定化させることが可能な変調信号伝送装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る変調信号伝送装置は、光信号を発生させる光源と、変調信号を発生させる変調信号発生器と、光信号に対して変調信号による強度変調をかける光強度変調器と、光強度変調器による強度変調後の光信号を増幅する光増幅器と、光増幅器による増幅後の光信号をモニタ用光信号と出力用光信号とに分配する光分配器と、光分配器による分配後のモニタ用光信号をモニタ用電気信号に変換するモニタ用受光素子と、モニタ用受光素子により変換されたモニタ用電気信号の強度が一定となるように光増幅器にフィードバック制御をかけるサーボ回路と、光分配器による分配後の出力用光信号を光ファイバによる伝送路を介して受信し、出力用電気信号に変換する出力用受光素子とを備える変調信号伝送装置において、モニタ用受光素子の温度を一定化するためのモニタ用温調回路をさらに備えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る変調信号伝送装置によれば、モニタ用ＰＤの温度を一定化する温調回路を備えることで変調信号のフィードバック制御系の安定化を図ることにより、周囲温度が変化した場合にも、伝送する変調信号の強度を安定化させることが可能な変調信号伝送装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１における変調信号伝送装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるモニタ用ＰＤのエタロン効果を示す模式図である。
【図３】本発明の実施の形態１における変調信号伝送装置の別の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態２における変調信号伝送装置の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態３における変調信号伝送装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の変調信号伝送装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における変調信号伝送装置の構成を示す模式図である。図１に示す本実施の形態１における変調信号伝送装置は、光源１、光強度変調器２、変調信号発生器３、光増幅器４、光分配器５、モニタ用ＰＤ６、２つの温調回路７ａ、７ｂ、サーボ回路８、および出力用ＰＤ９を備えて構成されている。
【００１２】
この図１において、光源１と光強度変調器２との間、光強度変調器２と光増幅器４との間、光増幅器４と光分配器５との間、光分配器５とモニタ用ＰＤ６との間、および光分配器５と出力用ＰＤ９との間は、全て光ファイバにより接続されている。
【００１３】
また、図１において、変調信号発生器３と光強度変調器２との間、モニタ用ＰＤ６とサーボ回路８との間、サーボ回路８と光増幅器４との間は、全て電気信号線により接続されている。
【００１４】
また、図１において、温調回路７ａおよび７ｂは、モニタ用ＰＤ６および出力用ＰＤ９にそれぞれ接続されており、受光素子であるモニタ用ＰＤ６および出力用ＰＤ９を温度調整して一定温度に保持する機能を有している。
【００１５】
次に、図１に示した変調信号伝送装置の動作について、詳細に説明する。
【００１６】
まず、光源１は、ＣＷ（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｗａｖｅ）光信号を送信する。一方、変調信号発生器３は、ＣＷからなる変調信号を発生させる。そして、光強度変調器２は、光源１からのＣＷ光信号に対して、変調信号発生器３からの変調信号により強度変調をかける。次に、光増幅器４は、変調後の信号を増幅する。
【００１７】
光分配器５は、光増幅器４による増幅後の光信号を２分配し、一方を長距離の光ファイバを介して出力側である出力用ＰＤ９に送り、他方をモニタ用ＰＤ６に送る。次に、モニタ用ＰＤ６は、光分配器５から得た光信号を直接検波して、電気信号に変換し、この信号をサーボ回路８に送る。
【００１８】
サーボ回路８は、モニタ用ＰＤ６からの電気信号を検出し、この値が一定となるように、光増幅器４に対しフィードバック制御をかける。このようなフィードバック制御により、光分配器５からの出力における変調信号の強度を安定化させることができる。この結果、長距離光ファイバを介して伝送される、出力用ＰＤ９からの出力信号の強度を安定化させることができる。
【００１９】
次に、本願発明の解決課題として挙げたＰＤのエタロン効果の影響について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態１におけるモニタ用ＰＤのエタロン効果を示す模式図である。図２に示すように、モニタ用ＰＤ６には、微小ではあるがエタロン効果に伴う感度の波長依存性が存在する。周囲温度が変化することでエタロン特性が変化すると、一定の信号強度で変調信号が伝送されている場合においても、モニタ用ＰＤ６の感度が変化する。すなわち、モニタ用ＰＤ６から出力される電気信号は、変調信号の強度が変動していない場合にも、周囲温度の変化の影響を受けて変動してしまうこととなる。
【００２０】
この場合、モニタ用ＰＤ６からの電気信号を受信したサーボ回路８は、あたかも伝送される変調信号の強度が変動しているかのごとく検出してしまう。そして、結果的にフィードバック制御が逆効果となり、伝送強度が変動してしまうこととなる。
【００２１】
このような問題に対して、本実施の形態１によれば、温調回路７ａの働きにより、モニタ用ＰＤ６の温度を一定化している。このため、エタロン特性は固定され、モニタ用ＰＤ６での信号強度モニタが相対的に正確となる。これにより、周囲温度が変化する場合においても、その影響を受けずに、変調信号の強度変化に基づくフィードバック制御を実現でき、安定した強度で変調信号を伝送することが可能となる。
【００２２】
また、エタロン効果は、出力用ＰＤ９にも存在する。そこで、このような場合にも対処するためには、さらに、出力用ＰＤ９に対しても温調回路７ｂを接続することが考えられる。図１に示したように、温調回路７ｂの働きにより、出力用ＰＤ９の温度を一定化することができる。このため、受光感度が一定化され、安定した強度で出力信号を生成することが可能となる。
【００２３】
また、本実施の形態１における図１の構成において、光分配器５の分配比率が入力偏波により変動する場合がある。そこで、この場合には、光増幅器４と光分配器５との間に、偏波スクランブラ１０を挿入することで、別の効果を得ることができる。
【００２４】
図３は、本発明の実施の形態１における変調信号伝送装置の別の構成を示す模式図である。図３に示すように、光増幅器４と光分配器５との間に偏波スクランブラ１０を挿入することで、上述した光分配器５の分配比率に関する入力偏波依存性を平均化させることができる。この結果、分配比率が統計的に安定化され、光分配器５の分配比率が入力偏波により変動する場合にも、伝送する変調信号の強度を安定化させることが可能となる。
【００２５】
以上のように、実施の形態１によれば、温調回路の働きによりモニタ用ＰＤの温度を一定化することで、エタロン特性を固定させることができる。この結果、周囲温度の変化の影響を受けずに、変調信号の強度変化に基づくフィードバック制御を実現でき、安定した強度で変調信号を伝送することのできる変調信号伝送装置を実現できる。
【００２６】
また、温調回路の働きにより出力用ＰＤの温度を一定化することで、出力用ＰＤにおけるエタロン特性をさらに固定させることができる。この結果、受光感度が一定化され、安定した強度で出力信号を生成することのできる変調信号伝送装置を実現できる。
【００２７】
さらに、光増幅器と光分配器との間に、偏波スクランブラを挿入することで、光分配器の分配比率に関する入力偏波依存性を平均化させることができる。この結果、分配比率が統計的に安定化され、光分配器の分配比率が入力偏波により変動する場合にも、伝送する変調信号の強度を安定化させることのできる変調信号伝送装置を実現できる。
【００２８】
実施の形態２．
先の実施の形態１では、光強度変調器２と出力用ＰＤ９がそれぞれ１台で構成された変調信号伝送装置について説明した。これに対して、本実施の形態２では、光強度変調器２と出力用ＰＤ９がそれぞれ複数台（２台以上）で構成され、各々異なる波長のＣＷ光信号を用いる変調信号伝送装置について説明する。なお、本実施の形態1では、説明を簡略化するため、光強度変調器２と出力用ＰＤ９がそれぞれ２台であり、異なる２つの波長を用いる場合について説明する。
【００２９】
図４は、本発明の実施の形態２における変調信号伝送装置の構成を示す模式図である。図４に示す本実施の形態２における変調信号伝送装置は、光源１ａ、１ｂ、光強度変調器２ａ、２ｂ、変調信号発生器３ａ、３ｂ、波長多重光合波器１１、光増幅器４、光分配器５、モニタ用ＰＤ６、温調回路７ａ、７ｂ、７ｃ、サーボ回路８、波長多重光分配器１２、および出力用ＰＤ９ａ、９ｂを備えて構成されている。
【００３０】
先の実施の形態１における図１の構成と比較すると、本実施の形態２における図４の構成は、異なる２つの波長に対応するために、必要な構成要素が２台ずつ設けられているとともに、波長多重光合波器１１および波長多重光分配器１２をさらに備えている点が異なっている。また、１台のモニタ用ＰＤ６と２台の出力用ＰＤ９ａ、９ｂに対応して、合計３台の温調回路７ａ、７ｂ、７ｃが設けられている。
【００３１】
なお、新たに追加されている波長多重光合波器１１および波長多重光分配器１２は、それぞれの前後に接続された構成要素と、全て光ファイバにより接続されている。
【００３２】
図４において、２台の光源１ａ、１ｂは、各々異なる波長（図４中では、第１の波長λ１と第２の波長λ２として示している）のＣＷ光信号を出力する機能を有している。また、２台の変調信号発生器３ａ、３ｂは、それぞれ光強度変調器２ａ、２ｂに接続されており、各々異なる変調信号（図４中では、第１の変調周波数ｆ１と第２の変調周波数ｆ２として示している）を出力する機能を有している。
【００３３】
波長多重光合波器１１は、２つの光強度変調器２ａ、２ｂのそれぞれからの変調後の光信号を合波する機能を有している。一方、波長多重光分配器１２は、２波長の光を分配して出力する機能を有している。さらに、波長多重光分配器１２により分配された２波長に対応して、第１の波長λ１用の出力用ＰＤ９ａおよび温調回路７ｂと、第２の波長λ２用の出力用ＰＤ９ｂおよび温調回路７ｃとが設けられている。
【００３４】
次に、本実施の形態２における図４に示した変調信号伝送装置の動作について、詳細に説明する。まず、２台の光源１ａ、１ｂから、２波長のＣＷ光信号を送信する。
【００３５】
次に、光源１ａ、１ｂからの光信号は、それぞれ光強度変調器２ａ、２ｂに送られ、各々に関し、変調信号発生器３ａ、３ｂによる個別の変調信号により変調をかけられた後、波長多重光合波器１１により合波され、光増幅器４に送られる。
【００３６】
光増幅器４による増幅後の光信号は、先の実施の形態１と同様に、光分配器５によりモニタ用と出力用に分配される。そして、モニタ系では、フィードバック制御により伝送される変調信号の強度を安定化させ、安定化された変調信号は、出力用に分配され、伝送路である長距離光ファイバを介して伝送される。さらに、出力用の変調信号は、波長多重光分配器１２により各波長成分に分配され、２台の出力用ＰＤ９ａ、９ｂのそれぞれにより電気信号に変換された後、出力信号１、２として出力される。
【００３７】
本実施の形態２においても、３台の温調回路７ａ、７ｂ、７ｃを用いることで、周囲温度が変化する場合においても、モニタ用ＰＤ６および出力用ＰＤ９ａ、９ｂでの感度が一定化される。この結果、安定した強度で変調信号の伝送が可能となる。
【００３８】
以上のように、実施の形態２によれば、異なる複数の波長のＣＷ光信号を用いる変調信号伝送装置においても、受光素子の温度を一定に保つための温調回路を設けることで、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
なお、図示していないが、本実施の形態２においても、光増幅器と光分配器との間に、偏波スクランブラを挿入することで、光分配器の分配比率に関する入力偏波依存性を平均化させることができる。この結果、異なる複数の波長のＣＷ光信号を用いる変調信号伝送装置においても、先の実施の形態１と同様に、分配比率が統計的に安定化され、光分配器の分配比率が入力偏波により変動する場合にも、伝送する変調信号の強度を安定化させることのできる変調信号伝送装置を実現できる。
【００４０】
実施の形態３．
先の実施の形態２では、光強度変調器２と出力用ＰＤ９がそれぞれ複数台で構成され、各々異なる波長のＣＷ光信号を用いる変調信号伝送装置において、光増幅器４に対してフィードバック制御をかける場合について説明した。これに対して、本実施の形態３では、光増幅器４に対してフィードバック制御をかける代わりに、２台の変調信号発生器３ａ、３ｂに対してフィードバック制御をかける場合について説明する。
【００４１】
図５は、本発明の実施の形態３における変調信号伝送装置の構成を示す模式図である。図５に示す本実施の形態２における変調信号伝送装置は、先の図４に示す実施の形態２における変調信号伝送装置の構成に加え、電気信号分配器１３および２台のバンドパスフィルタ１４ａ、１４ｂをさらに備えて構成されている。
【００４２】
図５において、電気信号分配器１３は、バンドパスフィルタ１４ａ、１４ｂ、およびモニタ用ＰＤ６に接続されている。また、バンドパスフィルタ１４ａ、１４ｂの出力は、サーボ回路８に接続されている。さらに、サーボ回路８の出力は、変調信号発生器３ａ、３ｂに接続されている。
【００４３】
図５における変調信号の伝送動作は、基本的には、先の実施の形態２と同じである。ただし、光分配器５での分配後のモニタ系において、電気信号分配器１３により電気信号を２つに分配することで、サーボ回路８は、周波数ｆ１およびｆ２の各々について変調信号の強度をモニタする。
【００４４】
すなわち、２台のバンドパスフィルタ１４ａ、１４ｂのそれぞれは、２台の変調信号発生器の変調周波数ｆ１、ｆ２と同じ周波数成分を通過させ、サーボ回路８に与える。この結果、サーボ回路８は、２台のバンドパスフィルタ１４ａ、１４ｂを通過した２つのモニタ値に基づいて、２つの変調信号発生器３ａ、３ｂの各々に対しフィードバック制御をかけることができる。これにより、２つの変調信号の伝送強度をさらに安定化させることが可能となる。
【００４５】
以上のように、実施の形態３によれば、複数の変調周波数における変調信号強度をモニタしてフィードバック制御をかける構成を備えることで、複数の変調信号の伝送強度をさらに安定化させることのできる変調信号伝送装置を実現できる。
【符号の説明】
【００４６】
１、１ａ、１ｂ  光源、２、２ａ、２ｂ  光強度変調器、３、３ａ、３ｂ  変調信号発生器、４  光増幅器、５  光分配器、６  モニタ用ＰＤ（モニタ用受光素子）、７ａ  温調回路（モニタ用温調回路）、７ｂ、７ｃ  温調回路（出力用温調回路）、８  サーボ回路、９  出力用ＰＤ（出力用受光素子）、１０  偏波スクランブラ、１１  波長多重光合波器、１２  波長多重光分配器、１３電気信号分配器、１４ａ、１４ｂ  バンドパスフィルタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2012022136.tif 000005
【図４】
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【図５】
2012022136.tif 000007