JPH0148707B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光フアイバによる信号伝送システムに
係り、特に半導体レーザと光フアイバとを組合せ
てなる広帯域アナログ信号伝送時におけるレーザ
雑音を軽減するのに好適な信号伝送システムに関
するものである。

第１図は従来より知られている広帯域アナログ
式光信号伝送システムの構成図であり、特に光源
としてレーザを用い、光信号伝送に光フアイバを
用いたものの構成を示してある。第２図、第３図
はそれぞれ半導体レーザの動作特性を説明するた
めの線図である。

第１図において、入力端子１に入つてきたRF
信号、例えばVHF7波合成信号（90〜222MHz）
は、増幅器２で増幅され、レーザ３を駆動する。
レーザ３からの発光出力は、結合部４、短尺光フ
アイバ６ａ、光コネクタ５、伝送用光フアイバ６
ｂ、光コネクタ５′、短尺光フアイバ６a′、結合
部４′と伝播し、受光素子７に入り、ここで電気
信号に変換され、増幅器８を経て出力端子９より
出力される。

ところで、半導体レーザダイオードは、第２図
に示すように、その発光特性が折線３０のように
なつており、あらかじめバイアス電流IB（この値
はしきい電流Ithより少し大きく設定されてい
る。）を与えておき、この状態で交流入力信号３
１を印加し、強度変調された光出力３２を得るよ
うにしてある。

さて、第３図の曲線３３は、半導体レーザダイ
オードの発振波長の温度特性を示したもので、温
度が２〜３℃上昇する毎に、発振波長は約0.3mm
ジヤンプする。この現象は第３図を見ればわかる
ように、ヒステリシスをともない、かつ、発振波
長が安定している。すなわち、ジヤンプ現象を起
さない温度範囲３４は極めて狭い（通常±0.3〜
±0.4℃）。

もし、運悪くレーザ温度が不安定領域３５に設
定されたとすると、波長のジヤンプ現象が生じ、
この結果、光フアイバを伝送する光信号の波長や
モード構成が時間的に不規則に変動する。

一般に伝送系では、結合部４，４′、光コネク
タ５，５′、光フアイバ６ａ，６ｂ，６a′のいず
れもその伝送損失が波長依存性やモード構成依存
性を有しているのは周知の事実である。したがつ
て、波長変動や波長ジヤンプの結果として生じた
モード構成の変動が、伝送損失変動をもたらす。
いいかえれば、光キヤリア自体の振幅が時間内に
不規則に変動し、その結果、受光素子７で光検波
した後の電気信号に不要振幅変調成分が相重さ
れ、これが雑音となる。

すなわち、光キヤリアをcos wet（we：光の角
周波数）とすると、入力信号ｆ（ｔ）で強度変調
された後の光信号は｛１＋mf（ｔ）｝cos wet
（ｍ：変調度）で表わされ、これに対して、上記
したように光キヤリア自体の振幅が不規則に変動
したとすると、光信号は｛１＋mf（ｔ）｝｛１＋ｎ
（ｔ）｝cos wetとなる。ここに、ｎ（ｔ）は不規
則変動成分を表す項である。したがつて、光検波
後は電気出力として、 ｛１＋mf（ｔ）｝｛１＋ｎ（ｔ）｝＝１
＋mf（ｔ）＋ｎ（ｔ）＋mf（ｔ）ｎ（ｔ）……(1) が得られる。(1)式において、右辺第１項「１」は
DC成分、第２項mf（ｔ）は所要の信号、第３項
ｎ（ｔ）はノイズ成分、第４項mf（ｔ）ｎ（ｔ）は
ノイズと所要信号との干渉成分である。

一般にｎ（ｔ）は低周波成分の強い信号なので、
第３項はフイルタによつて除去可能であるが、第
４項はほぼ信号ｆ（ｔ）と同じ帯域の信号となり、
妨害信号となる。

さて、以上述べたように、レーザの波長変動に
より、受信信号には雑音信号が含まれるという問
題点があるが、この現象は伝送距離が長いほど顕
著である。

その理由は、伝送距離とともにレーザ側の乱れ
が拡大されるからである。

この結果、数百メートルの伝送でも伝送信号の
乱れが大きく、VHF帯多重TV信号を送るよう
な場合、画質の乱れが大きく見るにたえなくなつ
てしまう。

この問題を本質的に解決するには、半導体レー
ザの温度管理を十分にして、レーザ温度が常に温
度範囲３４（第３図参照）にあるようにすればよ
いが、この温度範囲は、前述したように±0.3〜
±0.4℃と極めて狭く、これを維持することは容
易でない。

本発明者らは、ペルチエ素子を利用してレーザ
温度の変動範囲を0.1℃以内に抑えることに成功
したが、温度制御のための電力消費が多く、装置
自体も大形になるなどの欠点があり、安価で高精
度な温度制御を行うことは不可能であつた。

本発明は、受信信号に雑音が現われるのを防止
するために、上述のように半導体レーザに対して
直接的な温度制御を行うのでなく、まつたく異な
つた方法により結果的にそれと同等な効果が安価
に得られ、その結果、VHF帯多重信号の高品質
の伝送を可能とすることができる光フアイバによ
る信号伝送システムを堤供するものであり、本発
明の特徴は、半導体レーザの後面光もしくは前面
光の一部を監視用光フアイバに導びき、この監視
用光フアイバからの光を監視用受光素子により電
気信号に戻し、この電気信号を低域フイルタと整
流回路とを通して半導体レーザの波長変動に基く
雑音信号成分を抽出・検波した後、比較標準入力
端子に所定電圧を与えてある比較器に入力させ、
この比較器の出力をレーザバイアスコントローラ
に与え、このレーザバイアスコントローラの出力
により、上記半導体レーザのレーザバイアスを加
減してレーザ動作を安定化させる手段を具備させ
た構成とした点にある。

以下本発明を第４図に示した実施例を用いて詳
細に説明する。

第４図は本発明の光フアイバによる信号伝送シ
ステムの一実施例を示す構成図で、第４図におい
て、第１図と同一部分は同じ符号で示し、ここで
は説明を省略する。

第４図においては、レーザ出力は、普通、前
面、後面の２出力が得られるので、前面光を信号
伝送に用い、後面光を結合部４″を経て監視用光
フアイバ６ｃに導びき、この光フアイバ６ｃの長
さはレーザ波形の乱れが伝送中に十分拡大される
だけの長さ（100mm以上）とし、この監視用光フ
アイバ６ｃの出力を結合部４を経て監視用受光
素子７′に入れてやり、その出力を低域フイルタ
１０を通して(1)式の右辺の第３項ｎ（ｔ）のノイ
ズ成分を抽出させるようにした。

このｎ（ｔ）はレーザが安定動作しているとき
は、ほとんど無視できるが、第３図を用いて説明
したジヤンプ領域３５に置かれると振幅が増大す
る。

そこで、低域フイルタ１０の後段に整流回路１
１を置き、この整流回路１１の出力をコンパレー
タ１２に与え、コンパレータ１２の比較標準入力
端子１３には所定の電圧を与えておいて、コンパ
レータ１２の入力が、上記所定電圧を越えたと
き、すなわちノイズｎ（ｔ）が所定値より増大し
たときに、コンパレータ１２から「ノイズ増大」
を示す信号（例えば、ｎ（ｔ）≒０のときはロー
レベル信号、ｎ（ｔ）増大のときは、ハイレベル
信号）を送出させ、この出力をレーザバイアスコ
ントローラ１４に与え、コンパレータ１２の出力
が反転、すなわち、ローレベル信号になるまで、
増幅器２のバイアスを加減するようにしてある。

なお、レーザバイアスコントローラ１４として
は、マイクロプロセツサシステムを用いるのが望
ましい。

また、監視用光フアイバ６ｃはボビン巻きとし
ておくのが好ましい。

ところで、半導体レーザチツプの熱抵抗は、
300℃／Ｗであり、またレーザ端子電圧は、2V程
度であるから、バイアス電流IBを１ｍＡ程度変
えても、 300（℃／Ｗ）×２（Ｖ）×10^-3(A)＝0.6（℃） の温度変化を生ずる。

したがつて、バイアス電流１ｍＡ程度の加減で
十分チツプ温度のコントロールが可能である。

上記した本発明の実施例によれば、下記に示す
効果がある。

(1) レーザ波長変動による信号乱れ現象はランダ
ム現象なので、これを防ぐには、まず第１にレ
ーザ温度を厳密にコントロールして安定領域に
保つことが考えられるが、前述したようにこの
コントロールは容易でない。また、レーザの経
年変化等によつてコントロールすべき温度も変
えてやらねばならない。しかし、上記した本発
明の実施例によれば、実際にそれを検知して安
定動作点に設定するようにしているので、実際
的である。

(2) 波長乱れによる雑音発生が生じても、電気回
路でバイアス調整を行うので、ごく短時間での
補正が可能であり、人間の視覚特性上画面の乱
れが認識されるようなことはない。

(3) RF信号としては、どのような帯域のRF信号
を用いる場合にも、波長乱れの検出には光検波
後のベースバンド信号を用いるので、同一回路
（第４図の４″，６ｃ，４，７′，１０〜１４）
を用いることができる。

以上説明したように、本発明によれば、VHF
帯多重信号の高品質の伝送が可能になるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の広帯域アナログ式光伝送システ
ムの構成図、第２図、第３図は半導体レーザダイ
オードの動作特性を示す線図、第４図は本発明の
光フアイバによる信号伝送システムの一実施例を
示す構成図である。 ２，８：増幅器、３：レーザダイオード、４，
４′，４″，４：結合部、５，５′：光コネクタ、
６ａ，６a′，６ｂ，６ｃ：光フアイバ、７，
７′：受光素子、１０：低域フイルタ、１１：整
流回路、１２：コンパレータ、１３：比較標準入
力端子、１４：レーザバイアスコントローラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ RF信号で強度変調をかけた半導体レーザの
   前面光を光フアイバに入射させ、該光フアイバの
   他端で受光素子により前記光フアイバからの光を
   電気信号に戻すようにしてなる光フアイバによる
   信号伝送システムにおいて、前記半導体レーザの
   後面光もしくは前面光の一部を監視用光フアイバ
   に導き該監視用光フアイバからの光を監視用受光
   素子により電気信号に戻し、該電気信号を低減フ
   イルタと整流回路とを通して前記半導体レーザの
   波長変動に基く雑音信号成分を抽出・検波した後
   比較標準入力端子に所定電圧を与えてある比較器
   に入力させ、該比較器の出力をレーザバイアスコ
   ントローラに与え、該レーザバイアスコントロー
   ラの出力により前記半導体レーザのレーザバイア
   スを加減してレーザ動作を安定化させる手段を具
   備していることを特徴とする光フアイバによる信
   号伝送システム。