JPH02140006A - 直流結合型光受信器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔（既　　　　　要〕 通常の強度変調直流検波（ＩＭ−ＤＤ）方式光通信やコ
ヒーレント光通信に適用可能な直流結合型光受信器に関
し、 光受信器の広４１Ｆ域特性を実現することを目的とし、 光信号を電気信号に変換する受光素子と、該受光素子の
接合容量の２倍のゲート・ソース間容量を持つＦＥＴの
容量性サセプタンスとインダクタンスもしくはマイクロ
ストリップラインとから構成される定に型フィルタを多
段に接続してなる分布型もしくは進行波型増幅器とを備
えると共に、前記受光素子の信号出力端を前記分布型も
しくは進行波型増幅器の入力端に直流結合して構成する
。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、光通信方式に係り、更に詳しくは通常の強度
変調直流検波（ＩＭ−ＤＤ）方式光通信やコヒーレント
光通信に適用可能な直流結合型光受信器に関する。

高度情報化社会における大容量の情報の伝達手段として
光通信が注目されており、その伝送速度（ビットレート
）の向上に対する要求も年々高まってきている。上記Ｉ
Ｍ−ＤＤ方式においては、１．６０ＢＰＳ或いは２．４
０ＢＰＳが実用段階に達し、研究レベルではＩＯＣ；Ｂ
ＰＳが現実のものとなっている。また、ＩＭ−Ｄ、Ｄ方
式に比べ長距離かつ大容量伝送が可能で、次■代の光通
信として期待されているコヒーレント光通信においても
、４ＧＢＰＳの伝送速度が達成されている。

ところで、光受信器に使用可能な受光素子としては、Ｐ
ＩＮフォトダイオードに限れば、２０〜３０ＧＨｚと広
帯域のものが実現されている。よって、上記ビットレー
トの向上を阻んでいる主要因は、受光素子に後続される
増幅器の帯域制限である。従って、上記受光素子の広帯
域性を活かすことのできる、広帯域フロントエンド・ア
ンプの実現が要望される。

〔従　来　の　技　術〕

従来のフロントエンド・アンプの構成を第５図に示す。

同図においては、光信号を電気信号に変換する受光素子
１と、複数のＦＥＴ３をレベルシフト用のツェナーダイ
オード４を介して多段に接続してなる増幅器２とを、只
単に直接接続した構成となっている。よって、その高速
化は、各素子の高速化に顛っていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の光受信器は、本来、不整合回路で構成されて
いるため、５ＧＩ（ｚを越える領域における設計性がな
く、またぐ後段のブリ・アンプに対する定在波比（ＶＳ
ＷＲ）も高周波領域になると劣化するといった問題があ
った。

また、広帯域特性を引き出そうとすると、増幅２８２に
おける段間のツェナーダイオード４の特性が問題となり
、この問題をなくすためには容量結合にしなければなら
なくなる。ところが、このように容量結合にしようとす
ると、ＩＭ−ＤＤ方式或いはコヒーレント光通信のホモ
ダイン方式に使用するためには、数＋ｎＦという大きな
容量が必要となる。もし、このような大きな容量を回路
に組み込むごとになれば、回路の規模縮小が不可１１ヒ
になり、ひいては、より一層の高速性が期待できなくな
るという問題が生じてしまう。

本発明は、直流結合型光受信器において、広帯域特性を
実現することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明の原理構成図である。

同図においては、分布型或いは進行波型増幅器１２の入
力端にはアバランシュフォトダイオード（ＡＰＤ）やＰ
ＩＮフォトダイオード等の受光素子１１の信号出力端を
、直流結合する。また、上記の増幅器１２は、受光素子
１１の接合容量の２倍のゲート・ソース間容量を持つＦ
ＥＴ１３を複数備えると共に、インダクタンス（或いは
マイクロストリップライン）１４を複数備え、上記ＦＥ
Ｔ１３の容量性サセプタンスと上記インダクタンス（或
いはマイクロストリップライン）１４とで定に型フィル
タを構成し、これを多段に接続する。

また、ＦＥＴ１３のゲート側には、ゲートバイアスの付
加されるゲート抵抗Ｒｇが接続され、ＦＥＴ１３のドレ
イン側には、ドレインバイアスの付加されるドレイン抵
抗Ｒｄが接続する。

〔作　　　用〕

第１図に示した構成における、その入力側と出力側の等
価回路をそれぞれ第２図（ａ）及び（ｂ）に示す。

入力側では、同図（ａ）に明らかなように、受光素子１
１の接合容ｆｆｌ　（Ｃ）を含めて定に型フィルタを構
成する。すなわち、受光素子１１側では、ＦＥＴ１３の
ゲート・ソース間容量を受光素子１１の接合容量の２倍
（２Ｃ）に選んだので、受光素子１１とＦＥＴ１３との
接続に用いるインダクタンス（ｒ１１２いはマイクロス
トリップライン）１４により半区間のπ型定に型フィル
タＦ、を構成しており、一方、ＦＥＴ１３側では、その
ゲート・ソース間容量及びインダクタンス（或いはマイ
クロストリップライン）１４によって１区間の定に型フ
ィルタＦ２を構成する。このことから、光受信器の広帯
域特性が実現可能となる。なお、上記定に型フィルタは
、所望の帯域特性及び利得特性等に合わせて、最適の段
数を決定すればよい。

また、出力側においても、第２図（ｂ）に明らかなよう
に、ＦＥＴ１３のドレイン・ソース間容量とインダクタ
ンス（或いはマイクロストリップライン）１４によって
定に型フィルタＦ３を構成する。

これは、ＦＥＴ１３の入出力アイソレーションにより独
立に構成されるため、良好なＶＳＷＲ特性が広帯域に渡
って得られる。

なお、この場合の入出力インピーダンスＺＩＮ、ｚ　ｏ
ｕｒは、次式で与えられる。

Ｚ　１ｌｌ＝９　＋９１ ＺＯＬＩＴ　　＝　　　　ａ　　　　Ｃａ　　＋Ｃａ＊
／ｌａ　　）ここで、Ｌ、　、Ｃ，とＬａ、Ｃａは、そ
れぞれゲート及びドレインを接続するマイクロストリッ
プラインの単位長当たりのインダクタンス、キャパシタ
ンスであり、ｌ、、Ｒｄは上記マイクロストリップライ
ンの線路長である。

〔実　　施　　例〕

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第３図は、本発明の第１の実施例を示す回路図である。

本実施例は、回路全体をハイブリッドＩＣ化或いはＭＭ
ＩＣ化することにより、高特性が得られるようにしたも
のであるが、その回路構成は第１図とほぼ同様である。

すなわち、アバランシュフォトダイオード（ＡＰＤ）や
ＰＩＮフォトダイオード等の受光素子１１の信号出力端
には、分布型或いは進行波型増幅器１２の入力端が直流
結合される。そして、上記の増幅器１２は、受光素子１
１の接合容量　（Ｃ）の２倍のゲート・ソース間容ｆｆ
１（２Ｃ）を持つＦＥＴ１３の容量性サセプタンスと、
インダクタンス（或いはマイクロストリップライン）１
４とで定に型フィルタを形成し、これを多段に接続する
ことにより構成されている。

ただ、第１図と異なり、受光素子１１にバイアス抵抗Ｒ
１１を付加する。

ここで、第１図の回路において、受光素子１１は概ね電
流源と容量と数ＭΩの抵抗とで近似できるため、もし入
力側線路を５０Ω系に選んだ場合、５０Ωと数ＭΩの抵
抗の不整台分が帯域特性に現れるにすぎない。そこで、
上記第３図のように受光素子１１にバイアス抵抗Ｒａを
付加して入力側フィルタとの整合をとるようにすれば、
平坦な帯域特性を得ることができる。この場合、バイア
ス抵抗Ｒｍの抵抗値は、ビットレート及び伝送距離から
算出される最小受信レベルに基づいて決定される。また
、入力の終端抵抗及び線路インピーダンスは、バイアス
抵抗Ｒｎと整合がとれるようにする。

もちろん、本実施例においても、第２図に示したような
等価回路が得られるので、入力側でも出力側でも定に型
フィルタが構成されることになり、よって第１図の回路
と同様に広帯域特性を実現することができる。

次に第４図は、本発明の第２の実施例を示す回路図であ
る。

本実施例は、２つの受光素子２１．２２のアノードとカ
ソードを接続し、その接続点を、第２図と同一構成の分
布型もしくは進行波型増幅器１２の入力端に直流結合す
ることにより、特に、コヒーレント光通信に最適な構成
としたものである。

コヒーレント光通信への適用を考えた場合、上記第１図
の回路においては、直流結合のため、強力な局発光によ
るＤＣ成分が問題となる。そこで、本実施例のような構
成とすれば、上記２つの受光素子２１．２２の接続点か
ら中間周波数信号或いはベースバンド信号を取り出すバ
ランス型構成を取ることができるので、上記のＤＣ成分
を相殺して除去することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、広帯域な光受信
器を直流結合で構成できるため、コヒーレント・ヘテロ
ゲイン検波方式のみならず、ホモダイン方式、或いはＩ
Ｍ−ＤＤ方式にも用いることができ、また、ギガビット
以上の高速な伝送に寄与するところが大きい。更に、Ｆ
ＥＴを用いているため、入出力アイソレーションが大き
く、そしてまた、出力側を独立に設計できるためＶＳＷ
Ｒが広帯域に渡って向上し、よって後段の増幅器との整
合を容易にとることができる。

ある。

１１・・・受光素子、 １２・・・分布型或いは進行波型増幅器、工３・・・Ｆ
ＥＴ、 １４・・・インダクタンス（或いはマイクロストリップ
ライン）、 ２１．２２・・・受光素子。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理構成図、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）光信号を電気信号に変換する受光素子（１１）と、 該受光素子の接合容量の２倍のゲート・ソース間容量を
   持つＦＥＴ（１３）の容量性サセプタンスとインダクタ
   ンスもしくはマイクロストリップライン（１４）とから
   構成される定に型フィルタを多段に接続してなる分布型
   もしくは進行波型増幅器（１２）とを備えると共に、 前記受光素子の信号出力端を前記分布型もしくは進行波
   型増幅器の入力端に直流結合してなることを特徴とする
   直流結合型光受信器。 ２）２つの受光素子（２１、２２）の一方のアノードと
   他方のカソードとを接続し、その接続点を請求項１記載
   の分布型もしくは進行波型増幅器（１２）の入力端に直
   流結合してなることを特徴とする直流結合型光受信器。