JPH08201864A - 光信号受信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高周波数帯域であっても容易に、かつ高いＳ
Ｎ比で光信号に組込まれた情報を復調する光信号受信装
置を提供する。 【構成】 発振器３００から出力された第１の周波数の
電気信号が電圧印加部２００を介して光導電型受光器１
００に供給される。この状態で、光導電型受光器１００
が光信号を受光すると、電圧信号と光信号との積の値に
応じた電流信号が光導電型受光器１００に発生する。こ
うして発生した電流信号に応じた電気信号は周波数選択
器５００に入力し、第１の周波数と第２の周波数との差
の周波数を中心として、所定の周波数幅の周波数領域の
成分を選択して出力される。そして、この周波数選択さ
れた信号は、復調部７００で復調される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光通信分野などで使用
される、情報を担った変調光を受光し、復調された電気
信号に変換する光信号受信装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光通信では、基本となる変調周波数
（ｆ₀ ）で変調された搬送波で強度変調して情報を組込
んで伝送したり、基本となる波長（λ₀ ；光周波数＝
υ₀ ＝ｃ／λ₀ 、ここでｃは光速度）から波長を変化さ
せて情報を組込んで伝送したりして、情報を担った光信
号を伝送する。

【０００３】従来、上記のの場合には、光信号の受信
にあたって、フォトダイオード（ＰＤ）やアバランシェ
フォトダイオード（ＡＰＤ）などの光検出素子で光信号
を電気信号に変換し、ＤＢＭ（Double-Balanced Mixer
）などにより周波数変換を行って電気的に処理が容易
な周波数帯域の信号とした後、振幅変調または周波数変
調などの変調によって光信号に組込まれた情報を復調し
ていた。

【０００４】また、上記のの場合には、光信号の受信
にあたって、光信号の受光と同時に参照光をＰＤやＡＰ
Ｄなどの光検出素子の略同一の領域で受光する。この受
光結果として生じるビート信号をの場合と同様に、Ｄ
ＢＭ（Double-Balanced Mixer ）などにより周波数変換
を行って電気的に処理が容易な周波数帯域の信号とした
後、波長変調によって光信号に組込まれた情報を復調し
ていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の光信号受信にあ
たって使用される光信号受信装置では、上記のように、
光検出器と周波数変換器とは夫々に独立した部品を使用
し、それらの間を伝送線路などで接続する必要があっ
た。また、光信号が微弱な場合など光検出器から出力さ
れる光検出信号が充分な強度を有しない場合には、光検
出信号を増幅する増幅器を光検出器と周波数変換器との
間に介在させる構成が採用されていた。

【０００６】このため、独立した部品同士を接続する伝
送線路でのノイズの混入や伝送線路が存在するがための
周波数特性の劣化が発生していた。特に、光信号レベル
では採用可能な数ＧＨｚ以上のマイクロ波領域では、光
電変換後の信号処理に使用する電気部品の実装には高度
な設計技術と実装技術とが必要とされるため、製品とし
ての性能維持が困難であった。

【０００７】本発明は、上記を鑑みてなされたものであ
り、マイクロ波領域のような高周波数帯域であっても容
易に、かつ高いＳＮ比で光信号に組込まれた情報を復調
する光信号受信装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の型の光信
号受信装置は、（ａ）第１の周波数の第１の電気信号を
発生する第１の発振器と、（ｂ）第１の電気信号を入力
し、第１の周波数の成分を有する第１の電圧信号を出力
する電圧印加部と、（ｃ）第１の電圧信号を電圧印加端
子に入力するとともに、第１の周波数とは異なる第２の
周波数の変調周波数を有する搬送波で光が強度変調され
た光信号を受光し、第１の電圧信号と光信号との積の値
に応じた電流信号を発生する光導電型受光器と、（ｄ）
光導電型受光器で発生した電流信号の時間変化に応じた
第２の電気信号を入力し、第１の周波数と第２の周波数
との差の絶対値であって第２の周波数よりも低い第３の
周波数を中心として、搬送波を変調した変調周波数が存
在しうる周波数幅の周波数領域の成分を選択して第３の
電気信号を出力する周波数選択器と、（ｅ）第３の電気
信号を反映した電気信号を入力し、搬送波を変調した際
に組込まれた情報を解読する復調部と、を備えることを
特徴とする。

【０００９】本発明の第２の型の光信号受信装置は、
（ａ）第１の周波数の第１の電気信号を発生する第１の
発振器と、（ｂ）第１の電気信号を入力し、第１の周波
数の成分を有する第１の電圧信号を出力する電圧印加部
と、（ｃ）第１の電圧信号を電圧印加端子に入力すると
ともに、第１の周波数の強度変調周波数を有する搬送波
で光が強度変調された光信号を受光し、第１の電圧信号
と前記光信号との積の値に応じた電流信号を発生する光
導電型受光器と、（ｄ）光導電型受光器で発生した電流
信号の時間変化に応じた第２の電気信号を入力し、搬送
波を強度変調した強度変調周波数が存在しうる周波数幅
の周波数領域の成分を選択して第３の電気信号を出力す
る周波数選択器と、を備えることを特徴とする。

【００１０】本発明の第３の型の光信号受信装置は、
（ａ）第１の波長の参照光を発生する光源と、（ｂ）第
１の周波数の第１の電気信号を発生する第１の発振器
と、（ｃ）第１の電気信号を入力し、第１の周波数の成
分を有する第１の電圧信号を出力する電圧印加部と、
（ｄ）第１の電圧信号を電圧印加端子に入力するととも
に、所定の波長範囲の波長を有する光信号と参照光とを
略同一の受光領域で受光して、光信号と参照光との受光
の結果として生じるビート信号と第１の電圧信号との積
の値に応じた電流信号を発生する光導電型受光器と、
（ｅ）光導電型受光器で発生した電流信号の時間変化に
応じた第２の電気信号を入力し、ビート信号の周波数と
第１の周波数との差の絶対値であってビート信号の周波
数よりも低い第３の周波数を中心として、光信号の波長
変化に伴いビート信号の周波数が変化しうる周波数幅の
周波数領域の成分を選択して第３の電気信号を出力する
周波数選択器と、（ｆ）第３の電気信号を入力し、光信
号の波長変化によって光信号に組込まれた情報を解読す
る復調部と、を備えることを特徴とする。

【００１１】いずれの型の光信号受信装置においても、
光導電型受光器は、被測定光強度が一定、印加電圧値
を独立変数とした場合、印加電圧値が所定の定義域にお
いて、光導電型受光器を流れる電流量が印加電圧の略奇
関数であるとともに、印加電圧が一定、被測定光強度
値を独立変数とした場合、被測定光強度が所定の定義域
において、光導電型受光器を流れる電流量が照射信号強
度の略線形関数であることを特徴としてもよい。こうし
た光導電型受光器として、整流性接合が反対向きに接続
された構造を有する金属−半導体−金属フォトディテク
タが好適に採用できる。

【００１２】また、いずれの型の光信号受信装置におい
ても、光導電型受光器と周波数選択器との間に、光導
電型受光器で発生した電気信号を第２の電圧信号に変換
する電流電圧変換部を更に備え、第２の電気信号は前
記第２の電圧信号であることを特徴としてもよい。

【００１３】また、いずれの型の光信号受信装置におい
ても、光導電型受光器で発生する電流信号の交流成分
の強度を検出し、検出結果を出力する第１の検波回路を
更に備えるとともに、電圧印加部は、第１の検出回路
から通知された第１の検波回路の検出結果に基づいて、
出力する電圧信号の振幅を変化させ、光導電型受光器で
発生する電流信号の交流成分の強度を略一定に保つこと
を特徴としてもよい。ここで、電圧印加部は、検波回
路から通知された検出結果の値と基準値とを比較し、両
値の差に応じた信号を比較結果として出力する比較回路
と、比較回路から通知された比較結果に基づいて、入
力した第１の電気信号を増幅して第１の電圧信号を生成
する可変増幅器と、を備えて構成することが可能であ
る。

【００１４】また、いずれの型の光信号受信装置におい
ても、第１の発振器は、指示された周波数の信号を発
生する周波数可変発振器であり、復調部から出力され
る信号を検波し、検波結果を周波数の指示として第１の
発振器へ通知する第２の検波回路を更に備える、ことを
特徴としてもよい。

【００１５】また、第１または第３の型の光信号受信装
置においては、第１の発振器は、指示された周波数の信
号を発生する周波数可変発振器であり、復調器は、第
４の周波数の第４の電気信号を発生する第２の発振器
と、第３の電気信号の位相と第４の電気信号の位相と
を比較して、両位相の差に応じた第５の電気信号を出力
する位相比較器と、第５の電気信号の略直流成分を選
択するフィルタとを備え、フィルタの出力を、周波数
可変発振器である第１の発振器の指示信号とし、周波数
及び位相の同期を行うことを特徴としてもよい。

【００１６】

【作用】本発明の第１の型の光信号受信装置では、第１
の発振器から出力された第１の周波数の第１の電気信号
が電圧印加部を介して光導電型受光器に供給される。こ
の状態で、光導電型受光器が第１の周波数とは異なる第
２の周波数の変調周波数を有する搬送波で光が強度変調
された光信号を受光すると、第１の電圧信号と光信号と
の積の値に応じた電流信号が光導電型受光器に発生す
る。こうして発生した電流信号の時間変化に応じた第２
の電気信号は周波数選択器に入力し、第１の周波数と第
２の周波数との差の値であって第２の周波数よりも低い
第３の周波数を中心として、搬送波を変調した変調周波
数が存在しうる周波数幅の周波数領域の成分を選択して
第３の電気信号を出力する。そして、第３の電気信号を
反映した電気信号を入力した復調部が、搬送波を変調し
た際に組込まれた情報を解読する。

【００１７】本発明の第２の型の光信号受信装置は、本
発明の第１の型の光信号受信装置の第１の発振器で発生
する信号の第１の周波数と搬送波の周波数である第２の
周波数と同一に設定し、復調器を別途に設置せずに、光
信号の波形の包絡線を得るものである。本発明の第２の
型の光信号受信装置は、本発明の第１の型の光信号受信
装置と同様に動作し、周波数選択器の出力を復調出力と
して装置の出力とする。

【００１８】本発明の第３の型の光信号受信装置は、光
導電型受光器で受光する光が、既知の光源から出力され
た第１の波長の参照光と光信号とである点が本発明の第
１の型の光信号受信装置と異なる。本発明の第３の型の
光信号受信装置で、光導電型受光器に参照光と光信号と
が同時に入射すると、光導電型受光器では参照光と光信
号とのビート信号と第１の電圧信号の積に応じた電流信
号が発生する。以後、本発明の第１の型の光信号受信装
置と同様に、周波数選択器と復調部とを順次介して復調
出力が得られる。

【００１９】上記のいずれの型の光信号受信装置におい
ても、光導電型受光器で発生する電流信号の交流成分
の強度を検出し、検出結果を出力する第１の検波回路を
更に備えるとともに、電圧印加部は、第１の検波回路
から通知された第１の検波回路の検出結果に基づいて、
出力する電圧信号の振幅を変化させることとすれば、光
信号の平均強度が変化しても、光導電型受光器で発生す
る電流信号の交流成分の強度を略一定に保った光信号の
受信が可能となる。

【００２０】また、本発明の第１の光信号受信装置は、
搬送波がＦＭ変調されている場合に、例えば、復調器
を、第４の周波数の第４の電気信号を発生する第２の
発振器と、第３の電気信号の位相と第４の電気信号の
位相とを比較して、両位相の差に応じた第５の電気信号
を出力する位相比較器と、第５の電気信号の略直流成
分を選択するフィルタとを備えて構成し、このフィルタ
の出力信号をもって、周波数可変発振器である第１の発
振器の周波数及び位相を制御することにより、情報の取
り出しができる。この構成を、本発明の第３の型の光信
号受信装置に適用すれば、波長変調された光信号の情報
を取り出すことができる。

【００２１】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の光信号受
信装置の実施例を説明する。なお、図面の説明にあたっ
て同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省
略する。

【００２２】図１は、本発明の光信号受信装置の基本構
成図である。図１に示すように、この装置は、（ａ）周
波数＝ｆ_elecの電気信号を発生する発振器３００と、
（ｂ）発振器３００から出力された電気信号を入力し、
周波数＝ｆ_elecの成分を有する電圧信号を出力する電圧
印加部２００と、（ｃ）電圧印加部２００から出力され
た電圧信号を電圧印加端子に入力するとともに、周波数
＝ｆ_opt の変調周波数を有する搬送波で光が強度変調さ
れた光信号を受光し、印加された電圧信号と光信号との
積の値に応じた電流信号を発生する光導電型受光器１０
０と、（ｄ）光導電型受光器１００で発生した電流信号
を電圧信号に変換する電流電圧変換器４００と、（ｅ）
電流電圧変換器４００から出力された電圧信号を入力
し、周波数＝｜ｆ_elec−ｆ_opt ｜を中心として、搬送波
を変調した変調周波数が存在しうる周波数幅の周波数領
域の成分を選択して出力する周波数選択器（フィルタ）
５００と、（ｆ）周波数選択器５００から出力された信
号を増幅する増幅部６００と、（ｇ）増幅部６００から
出力された信号を入力し、搬送波を変調した際に組込ま
れた情報を解読する復調部７００と、を備える。

【００２３】発振器３００から出力された周波数＝ｆ
_elecの電気信号が電圧印加部２００を介して光導電型受
光器１００に供給される。この状態で、光導電型受光器
１００が周波数＝ｆ_opt の変調周波数を有する搬送波で
光が強度変調された光信号を受光すると、印加された電
圧信号と光信号との積の値に応じた電流信号が光導電型
受光器１００に発生する。

【００２４】図２は、光導電型受光器１００で発生する
電流信号の周波数分布を示すグラフである。図２に示す
ように、光信号には、周波数＝ｆ_opt を中心として光信
号の担った情報を含む所定の周波数範囲の周波数成分を
含んでいる。一方、電圧信号の周波数＝ｆ_elecを有する
ので、光信号と電圧信号との積が演算された結果、周波
数＝｜ｆ_elec−ｆ_opt ｜を中心とした、所定周波数範囲
の成分を含む電流信号が光導電型受光器１００に発生す
る。すなわち、情報が組込まれた周波数範囲が、周波数
低減された電流信号が光導電型受光器１００に発生す
る。

【００２５】こうして発生した電流信号は、電流電圧変
換部４００で電圧信号に変化された後に周波数選択器５
００に入力し、周波数＝｜ｆ_elec−ｆ_opt ｜を中心とし
て、搬送波を変調した変調周波数が存在しうる周波数幅
の周波数領域の成分を選択して出力される。周波数選択
器５００から出力された信号は、増幅部６００で増幅さ
れた後に復調部７００に入力し、復調部７００が、搬送
波を変調した際に組込まれた情報を解読する。

【００２６】ここで、復調部７００は、ＡＭ復調を実施
する場合にはエンベロープ検波回路等が、ＦＭ復調する
場合にはクゥオドラチャ復調回路などが適用できる。

【００２７】なお、増幅部６００の出力を検波する検波
部８００を更に備え、電流電圧変換部２００を、検波部
８００の検波結果に応じて出力電圧信号の振幅を可変と
できる構成とすることで、光導電型受光器１００で発生
する電流信号の交流成分の強度を略一定に保って光信号
の受信をすることができる。

【００２８】また、光信号が光周波数に情報が組込まれ
ている場合には、光信号と参照光（光周波数＝ν_ref ）
とを光導電型受光器１００で同時受光し、光信号と参照
光との同時受光によって発生するビート信号を対象とし
て上記の信号処理を行うことも可能である。

【００２９】ここで、変調方式としては、ＡＭ、ＦＭ、
ＰＭ等アナログ信号を扱うものから、ＡＳＫ、ＦＳＫ、
ＰＳＫ等のデジタル信号を扱うものまで、各種の変調方
式に対応することが可能である。

【００３０】以下、本発明の光信号受信装置の具体的な
実施例を説明する。

【００３１】（第１実施例）図３は、本発明の光信号受
信装置の第１実施例の構成図である。図３に示すよう
に、本実施例の装置は、（ａ）周波数＝ｆ_elecの電気信
号を発生する発振器３１０と、（ｂ）発振器３１０から
出力された電気信号を入力し、指示された振幅値で、周
波数＝ｆ_elecの成分を有する電圧信号を出力する電圧印
加部２０１と、（ｃ）電圧印加部２０１から出力された
電圧信号を電圧印加端子に入力するとともに、周波数＝
ｆ_opt の強度変調周波数を有する光信号を受光し、印加
された電圧信号と光信号との積の値に応じた電流信号を
発生する光導電型受光器１００と、（ｄ）光導電型受光
器１００で発生した電流信号を電圧信号に変換する電流
電圧変換器４００と、（ｅ）電流電圧変換器４００から
出力された電圧信号を入力し、周波数＝｜ｆ_elec−ｆ
_opt ｜を中心として、搬送波を変調した変調周波数が存
在しうる周波数幅の周波数領域の成分を選択して出力す
る周波数選択器（フィルタ）５１０と、（ｆ）周波数選
択器５１０から出力された信号を増幅する増幅部６１０
と、（ｇ）増幅部６１０から出力された信号を入力し、
搬送波を変調した際に組込まれた情報を解読するエンベ
ロープ検波回路を備える復調部７１０と、（ｈ）増幅部
６１０から出力された信号を入力し、懇親号の強度を検
波し、検波結果を電圧印加部２０１へ通知するする検波
回路８１０とを備える。

【００３２】電圧印加部２０１は、検波回路８１０か
ら通知された検出結果の値と基準値（Ｖ_ref ）とを比較
し、両値の差に応じた信号を比較結果として出力する比
較回路２２１と、比較回路２２１から通知された比較
結果に基づいて、入力した電気信号を増幅して電圧信号
を生成する可変増幅器２１１とを備える。

【００３３】電流電圧変換部４００は、一方の端子が光
導電型受光器と接続され、他方の端子が接地された抵抗
器Ｒ１を備える。

【００３４】周波数選択器５１０は、コンデンサＣ１〜
Ｃ３とコイルＬ１、Ｌ２とを組合わせて、ローパスフィ
ルタとして構成される。

【００３５】増幅部６１０は、交流入力および交流出力
とするため、増幅器６１１の入力側および出力側のコン
デンサＣ４、Ｃ５を配置している。

【００３６】検波回路８１０は、ダイオードＤ１とコン
デンサＣ６とを組合わせて構成している。

【００３７】発振器３１０から出力された周波数＝ｆ
_elecの電気信号が電圧印加部２０１を介して光導電型受
光器１００に供給される。この状態で、光導電型受光器
１００が周波数＝ｆ_opt の強度変調周波数を有する光信
号を受光すると、印加された電圧信号と光信号との積の
値に応じた電流信号が光導電型受光器１００に発生す
る。

【００３８】こうして発生した電流信号は、電流電圧変
換部４００で電圧信号に変化された後に周波数選択器５
１０に入力し、周波数＝｜ｆ_elec−ｆ_opt ｜を中心とし
て、搬送波を変調した変調周波数が存在しうる周波数幅
の周波数領域の成分を選択して出力される。周波数選択
器５１０から出力された信号は、増幅部６１０で増幅さ
れる。

【００３９】増幅部６１０から出力された信号は、検波
回路８１０に入力し信号強度が検波される。この検波結
果は、電圧印加部２０１に通知され、検波結果に応じた
振幅の電圧信号が電圧印加部２０１から出力される。す
なわち、光導電型受光器１００−電流電圧印加部４００
−周波数選択器５１０−増幅部６１０−検波回路８１０
−電圧印加部２０１−光導電型受光器１００のフィード
バックループが形成されることにより、増幅部６１０か
ら出力される信号強度が一定に制御される。

【００４０】図４は、このフィードバックループの動作
説明図である。初期状態として、図４（ａ）のような強
度分布であったとする。この状態から、図４（ｂ）のよ
うに、光信号の強度が増すと、フイードバック動作によ
り光導電型受光器１００に印加される電圧信号の振幅値
が減少する。この結果、周波数低減された増幅部６１０
の出力信号の強度は変化せずに一定に保持される。

【００４１】この保持状態で、復調部７１０が、増幅部
６１０から出力された信号を入力し、搬送波を変調した
際に組込まれた情報を解読する。

【００４２】（第２実施例）図５は、本発明の光信号受
信装置の第２実施例の構成図である。本実施例では、ｆ
_elec＝ｆ_opt とし、特別の復調部を配置せずに、光の強
度変調をするためのＡＭ変調された搬送波のエンベロー
プを復調出力として得る装置である。

【００４３】図５に示すように、本実施例の装置は、
（ａ）周波数＝ｆ_elecの電気信号を発生する発振器３１
０と、（ｂ）発振器３１０から出力された電気信号を入
力し、指示された振幅値で、周波数＝ｆ_elecの成分を有
する電圧信号を出力する電圧印加部２０１と、（ｃ）電
圧印加部２０１から出力された電圧信号を電圧印加端子
に入力するとともに、周波数＝ｆ_opt の強度変調周波数
を有する光信号を受光し、印加された電圧信号と光信号
との積の値に応じた電流信号を発生する光導電型受光器
１００と、（ｄ）光導電型受光器１００で発生した電流
信号を電圧信号に変換する電流電圧変換器４００と、
（ｅ）電流電圧変換器４００から出力された電圧信号を
入力し、周波数＝｜ｆ_elec−ｆ_opt ｜を中心として、搬
送波を強度変調した強度変調周波数が存在しうる周波数
幅の周波数領域の成分を選択して出力する周波数選択器
（フィルタ）５１０と、（ｆ）周波数選択器５１０から
出力された信号を増幅する増幅部６２０と、（ｇ）電流
電圧変換器４００から出力された電圧信号を入力し、周
波数＝ｆ_elec＋ｆ_opt を中心として、搬送波を強度変調
した強度変調周波数が存在しうる周波数幅の周波数領域
の成分を選択して出力する周波数選択器５２０と、
（ｈ）周波数選択器５２０から出力された信号を入力
し、増幅する増幅部６１０と、（ｉ）増幅部６１０から
出力された信号を入力し、懇親号の強度を検波し、検波
結果を電圧印加部２０１へ通知するする検波回路８２０
とを備える。

【００４４】増幅部６２０は、直流入力して直流出力す
る増幅器を備える。

【００４５】周波数変換器５２０は、コンデンサＣ７、
Ｃ８とコイルＬ３〜Ｌ５とを組合わせて、ハイパスフィ
ルタとして構成される。

【００４６】発振器３１０から出力された周波数＝ｆ
_elecの電気信号が電圧印加部２０１を介して光導電型受
光器１００に供給される。この状態で、光導電型受光器
１００が周波数＝ｆ_opt ＝ｆ_elecの強度変調周波数を有
する光信号を受光すると、印加された電圧信号と光信号
との積の値に応じた電流信号が光導電型受光器１００に
発生する。

【００４７】図６は、光導電型受光器１００で発生した
電流信号の周波数分布を示すグラフである。

【００４８】こうして発生した電流信号は、電流電圧変
換部４００で電圧信号に変化された後に周波数選択器５
１０に入力し、周波数＝｜ｆ_elec−ｆ_opt ｜＝０の付近
の搬送波を強度変調した強度変調周波数が存在しうる周
波数幅の周波数領域の成分を選択して出力される。

【００４９】一方、図６に示すように、電流電圧変換器
４００で変換された信号は、周波数＝ｆ_elec＋ｆ_opt の
付近の搬送波を強度変調した強度変調周波数が存在しう
る周波数幅の周波数領域の成分を含んでいる。周波数選
択器５２０は、この周波数領域の成分を選択して出力す
る。周波数選択器５２０から出力された信号は、増幅部
６１０で交流成分が増幅されて、検波回路８２０に入力
して検波される。この検波結果は、電圧印加部２０１に
通知され、検波結果に応じた振幅の電圧信号が電圧印加
部２０１から出力される。すなわち、光導電型受光器１
００−電流電圧印加部４００−周波数選択器５２０−増
幅部６１０−検波回路８２０−電圧印加部２０１−光導
電型受光器１００のフィードバックループが形成される
ことにより、電流電圧変換部４００の出力信号強度、す
なわち、増幅部６１０から出力される平均信号強度およ
び増幅部５１０から出力される平均信号強度が一定に制
御される。

【００５０】そして、この状態で周波数選択器５１０か
ら出力された信号は、増幅部６２０で増幅され、光信号
を強度変調した搬送波のエンベロープ復調結果として出
力される。

【００５１】なお、ＳＳＢ方式を採用する場合は、変調
強度により光信号の強度も変化するので、フィードバッ
クループを形成する構成とすることはできない。この場
合には、光導電型受光器１００での変調は、オープンル
ープ制御とする必要がある。

【００５２】（第３実施例）図７は、本発明の光信号受
信装置の第３施例の構成図である。この装置は、ＦＭ変
調された光信号を復調する装置である。

【００５３】図７に示すように、本実施例の装置は、
（ａ）指定された周波数＝ｆ_elecの電気信号を発生する
可変周波数発振器３２０と、（ｂ）発振器３２０から出
力された電気信号を入力し、指示された振幅値で、周波
数＝ｆ_elecの成分を有する電圧信号を出力する電圧印加
部２０１と、（ｃ）電圧印加部２０１から出力された電
圧信号を電圧印加端子に入力するとともに、周波数＝ｆ
_opt の強度変調周波数を有する搬送波で光が強度変調さ
れた光信号を受光し、印加された電圧信号と光信号との
積の値に応じた電流信号を発生する光導電型受光器１０
０と、（ｄ）光導電型受光器１００で発生した電流信号
を電圧信号に変換する電流電圧変換器４００と、（ｅ）
第２の電圧信号を入力し、周波数＝｜ｆ_elec−ｆ_opt ｜
を中心として、搬送波を変調した変調周波数が存在しう
る周波数幅の周波数領域の成分を選択して出力するバン
ドパスフィルタ（ＢＰＦ）５３０と、（ｆ）ＢＰＦ５３
０から出力された信号を増幅する増幅部６１０と、
（ｇ）増幅部６１０から出力された信号を入力し、発振
器３２０へ発振周波数を通知するとともに、光信号の強
度変調に用いた搬送波がＦＭ変調された際に組込まれた
情報を解読する復調部７２０と、（ｈ）増幅部６１０か
ら出力された信号を入力し、懇親号の強度を検波し、検
波結果を電圧印加部２０１へ通知するする検波回路８１
０とを備える。

【００５４】復調部７２０は、周波数＝ｆ_ref の信号
を発生する発振器７２２と、増幅部６１０から入力し
た信号と発振器７２２から入力した信号とで周波数や位
相を比較して、それらの相違に応じた信号を出力する位
相比較器７２１と、位相比較器７２１から出力された
信号の略直流成分を選択するループフィルタ７２３とを
備える。

【００５５】本実施例の装置では、第１の実施例と同様
にして周波数低減動作と光導電型受光器１００に発生す
る交流成分の一定値での保持動作を行う。そして、更
に、復調部７２０の復調出力である略直流信号を発振周
波数の指示信号として発振器３２０へ通知する。この結
果、発振器７２２からの出力信号と増幅部６１０からの
出力信号とはフェーズロックされる。この結果、復調出
力と、フェーズロックされた同期周波数とは、図８に示
すように相関関係を示す。すなわち、復調出力は、同期
周波数を反映した信号となる。

【００５６】（第４実施例）図９は、本発明の光信号受
信装置の第４施例の構成図である。この装置は、復調前
の中間周波数信号に関して、安定した出力を得る装置で
ある。

【００５７】図９に示すように、本実施例の装置は、
（ａ）指定された周波数＝ｆ_elecの電気信号を発生する
可変周波数発振器３２０と、（ｂ）発振器３２０から出
力された電気信号を入力し、指示された振幅値で、周波
数＝ｆ_elecの成分を有する電圧信号を出力する電圧印加
部２０１と、（ｃ）電圧印加部２０１から出力された電
圧信号を電圧印加端子に入力するとともに、周波数＝ｆ
_opt の強度変調周波数を有する光信号を受光し、印加さ
れた電圧信号と光信号との積の値に応じた電流信号を発
生する光導電型受光器１００と、（ｄ）光導電型受光器
１００で発生した電流信号を電圧信号に変換する電流電
圧変換器４００と、（ｅ）第２の電圧信号を入力し、周
波数＝｜ｆ_elec−ｆ_opt ｜を中心として、搬送波を変調
した変調周波数が存在しうる周波数幅の周波数領域の成
分を選択して出力するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）５
３０と、（ｆ）ＢＰＦ５３０から出力された信号を増幅
する増幅部６１０と、（ｇ）増幅部６１０から出力され
た信号を入力し、光信号の強度変調に用いた搬送波がＦ
Ｍ変調された際に組込まれた情報を解読する復調部７３
０と、（ｈ）増幅部６１０から出力された信号を入力
し、懇親号の強度を検波し、検波結果を電圧印加部２０
１へ通知するする検波回路８１０と、（ｉ）ループフィ
ルタ５４０とを備える。

【００５８】本実施例の装置では、第１の実施例と同様
にして周波数低減動作と光導電型受光器１００に発生す
る交流成分の一定値での保持動作を行う。そして、更
に、復調部７３０の復調出力をループフィルタ５４０を
介して略直流とした後、発振周波数の指示信号として発
振器３２０へ通知する。この結果、復調部７３０で周波
数の変移量に応じた出力を得て、その周波数変移量が少
なくなるように発振器３２０の発振周波数を制御するこ
とにより、安定な中間周波数を増幅部６１０の出力とし
て得る。

【００５９】（第５実施例）図１０は、本発明の光信号
受信装置の第５実施例の構成図である。図３に示すよう
に、本実施例の装置は、（ａ）周波数＝ｆ_elecの電気信
号を発生する発振器３１０と、（ｂ）発振器３１０から
出力された電気信号を入力し、指示された振幅値で、周
波数＝ｆ_elecの成分を有する電圧信号を出力する電圧印
加部２０１と、（ｃ）光周波数＝ν_ref の参照光を発生
する光源９００と、（ｄ）電圧印加部２０１から出力さ
れた電圧信号を電圧印加端子に入力するとともに、中心
光周波数＝ν_sig の光信号と参照光を同時受光し、光信
号と参照光との同時受光によって発生するビート信号と
印加された電圧信号との積の値に応じた電流信号を発生
する光導電型受光器１００と、（ｄ）光導電型受光器１
００で発生した電流信号を電圧信号に変換する電流電圧
変換器４００と、（ｅ）電流電圧変換器４００から出力
された電圧信号を入力し、周波数＝｜｜ν_sig −ν_ref
｜−ｆ_elec｜を中心として、光信号を強度変調した強度
変調周波数あるいは波長変調した周波数が存在しうる周
波数幅の周波数領域の成分を選択して出力する周波数選
択器５１０と、（ｆ）周波数選択器５１０から出力され
た信号を増幅する増幅部６１０と、（ｇ）増幅部６１０
から出力された信号を入力し、搬送波で強度変調した際
に組込まれた情報あるいは、光の波長変調した際に組み
込まれた情報を解読する復調部７１０と、（ｈ）増幅部
６１０から出力された信号を入力し、懇親号の強度を検
波し、検波結果を電圧印加部２０１へ通知するする検波
回路８１０とを備える。

【００６０】本実施例の装置では、光源９００が出力し
た参照光を光導電型受光器１００が受光するとともに、
第１実施例と同様に、発振器３１０から出力された周波
数＝ｆ_elecの電気信号が電圧印加部２０１を介して光導
電型受光器１００に供給される。この状態で、光導電型
受光器１００が光信号を受光すると、参照光と光信号と
によって生じるビート信号（周波数≒｜ν_sig −ν_ref
｜）と印加された電圧信号との積に応じた電流信号が光
導電型受光器１００に発生する。このビート信号は、周
波数が低減されたのみであり、光信号に組込まれた情報
をそのまま保有している。図１１は、本実施例における
周波数低減の説明図である。

【００６１】以後、第１実施例と同様にして、ビート信
号を更に周波数低減した後、このビート信号に組込まれ
た情報、すなわち、光信号に組込まれた情報が復調部７
１０で解読されて出力される。

【００６２】本発明は、上記の実施例に限定されるもの
ではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記実施
例では光導電受光器としてＧａＡｓ材料を用いたＭＳＭ
受光器を使用したが「吉田他：超高速シリコンスイッ
チ、応用物理、第５０巻、第５号、ｐｐ４８９〜４９
５」に示されるような諸材料（シリコン単結晶、Ｉｎ
Ｐ、アモルファスシリコンなど）を用いて構成すること
が可能である。また高速動作には適していないが、Ｃｄ
Ｓセルを用いることも可能である。

【００６３】

【発明の効果】以上、詳細に説明した通り、本発明の光
信号受信装置によれば、受光素子に光導電型受光器を採
用し、ヘテロダインビート信号の生成を含めて所定の周
波数信号による光検出信号の変調をこの光導電型受光器
で一挙に行うこととしたので、部品点数を減らしつつ広
い周波数測定範囲に渡って周波数混合動作を実行し、後
段の電気回路にとって取扱い易い周波数成分の電気信号
とした後、光信号に組込まれた情報を精度良く復調でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光信号受信装置の基本構成図である。

【図２】本発明の光信号受信装置の動作説明図である。

【図３】本発明の光信号受信装置の第１実施例の構成図
である。

【図４】本発明の光信号受信装置の第１実施例の動作説
明図である。

【図５】本発明の光信号受信装置の第２実施例の構成図
である。

【図６】本発明の光信号受信装置の第２実施例の動作説
明図である。

【図７】本発明の光信号受信装置の第３実施例の構成図
である。

【図８】本発明の光信号受信装置の第３実施例の動作説
明図である。

【図９】本発明の光信号受信装置の第４実施例の構成図
である。

【図１０】本発明の光信号受信装置の第５実施例の構成
図である。

【図１１】本発明の光信号受信装置の第５実施例の動作
説明図である。

【符号の説明】

１００…光導電型受光器、２００、２０１…電圧印加
部、２１１…可変増幅器２、２２１…比較回路、３０
０，３１０，３２０…発振器、４００…電流電圧変換
器、５００，５１０，５２０，５３０…周波数選択器、
６００，６１０，６２０…増幅部、７００，７１０，７
２０，７３０…変調部、７２１…発振器、７２２…位相
比較器、７２３，５４０…ループフィルタ、８１０，８
２０…検波回路、９００…光源。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水島 宜彦 静岡県浜松市市野町1126番地の１ 浜松ホ トニクス株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の周波数の第１の電気信号を発生す
   る第１の発振器と、 前記第１の電気信号を入力し、第１の周波数の成分を有
   する第１の電圧信号を出力する電圧印加部と、 前記第１の電圧信号を電圧印加端子に入力するととも
   に、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数の変調周
   波数を有する搬送波で光が強度変調された光信号を受光
   し、前記第１の電圧信号と前記光信号との積の値に応じ
   た電流信号を発生する光導電型受光器と、 前記光導電型受光器で発生した前記電流信号の時間変化
   に応じた第２の電気信号を入力し、前記第１の周波数と
   前記第２の周波数との差の絶対値であって前記第２の周
   波数よりも低い第３の周波数を中心として、搬送波で光
   を強度変調した変調周波数が存在しうる周波数幅の周波
   数領域の成分を選択して第３の電気信号を出力する周波
   数選択器と、 前記第３の電気信号を反映した電気信号を入力し、搬送
   波で光が強度変調された際に組込まれた情報を解読する
   復調部と、 を備えることを特徴とする光信号受信装置。
2. 【請求項２】 第１の周波数の第１の電気信号を発生す
   る第１の発振器と、 前記第１の電気信号を入力し、第１の周波数の成分を有
   する第１の電圧信号を出力する電圧印加部と、 前記第１の電圧信号を電圧印加端子に入力するととも
   に、第１の周波数の強度変調周波数を有する搬送波で光
   が強度変調された光信号を受光し、前記第１の電圧信号
   と前記光信号との積の値に応じた電流信号を発生する光
   導電型受光器と、 前記光導電型受光器で発生した前記電流信号の時間変化
   に応じた第２の電気信号を入力し、搬送波で光を強度変
   調した強度変調周波数が存在しうる周波数幅の周波数領
   域の成分を選択して第３の電気信号を出力する周波数選
   択器と、 を備えることを特徴とする光信号受信装置。
3. 【請求項３】 第１の波長の参照光を発生する光源と、 第１の周波数の第１の電気信号を発生する第１の発振器
   と、 前記第１の電気信号を入力し、第１の周波数の成分を有
   する第１の電圧信号を出力する電圧印加部と、 前記第１の電圧信号を電圧印加端子に入力するととも
   に、所定の波長範囲の波長を有する光信号と前記参照光
   とを略同一の受光領域で受光して、前記光信号と前記参
   照光との受光の結果として生じるビート信号と前記第１
   の電圧信号との積の値に応じた電流信号を発生する光導
   電型受光器と、 前記光導電型受光器で発生した前記電流信号の時間変化
   に応じた第２の電気信号を入力し、前記ビート信号の周
   波数と前記第１の周波数との差の絶対値であって前記ビ
   ート信号の周波数よりも低い第３の周波数を中心とし
   て、前記光信号の波長変化に伴い前記ビート信号の周波
   数が変化しうる周波数幅の周波数領域の成分を選択して
   第３の電気信号を出力する周波数選択器と、 前記第３の電気信号を入力し、前記光信号の波長変化に
   よって前記光信号に組込まれた情報を解読する復調部
   と、 を備えることを特徴とする光信号受信装置。
4. 【請求項４】 前記光導電型受光器は、 被測定光強度が一定、印加電圧値を独立変数とした場
   合、印加電圧値が所定の定義域において、前記光導電型
   受光器を流れる電流量が印加電圧の略奇関数であるとと
   もに、 印加電圧が一定、被測定光強度値を独立変数とした場
   合、被測定光強度が所定の定義域において、前記光導電
   型受光器を流れる電流量が照射信号強度の略線形関数で
   あることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか
   に記載の光信号受信装置。
5. 【請求項５】 前記光導電型受光器は、整流性接合が反
   対向きに接続された構造を有する金属−半導体−金属フ
   ォトディテクタである、ことを特徴とする請求項４記載
   の光信号受信装置。
6. 【請求項６】 前記光導電型受光器と前記周波数選択器
   との間に、前記光導電型受光器で発生した電気信号を第
   ２の電圧信号に変換する電流電圧変換部を更に備え、前
   記第２の電気信号は前記第２の電圧信号である、ことを
   特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光
   信号受信装置。
7. 【請求項７】 前記光導電型受光器で発生する電流信号
   の交流成分の強度を検出し、検出結果を出力する第１の
   検波回路を更に備え、 前記電圧印加部は、前記第１の検出回路から通知された
   前記第１の検波回路の検出結果に基づいて、出力する電
   圧信号の振幅を変化させ、前記光導電型受光器で発生す
   る電流信号の交流成分の強度を略一定に保つことを特徴
   とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光信号
   受信装置。
8. 【請求項８】 前記電圧印加部は、 前記検波回路から通知された検出結果の値と基準値とを
   比較し、両値の差に応じた信号を比較結果として出力す
   る比較回路と、 前記比較回路から通知された前記比較結果に基づいて、
   入力した前記第１の電気信号を増幅して前記第１の電圧
   信号を生成する可変増幅器と、 を備えることを特徴とする請求項７記載の光信号受信装
   置。
9. 【請求項９】 前記第１の発振器は、指示された周波数
   の信号を発生する周波数可変発振器であり、 前記復調部から出力される信号を検波し、検波結果を周
   波数の指示として前記第１の発振器へ通知する第２の検
   波回路を更に備える、 ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記
   載の光信号受信装置。
10. 【請求項１０】 前記第１の発振器は、指示された周波
    数の信号を発生する周波数可変発振器であり、 前記復調部は、 第４の周波数の第４の電気信号を発生する第２の発振器
    と、 前記第３の電気信号の位相と前記第４の電気信号の位相
    とを比較して、両位相の差に応じた第５の電気信号を出
    力する位相比較器と、 前記第５の電気信号の略直流成分を選択するフィルタ
    と、 を備え、位相同期のための周波数及び位相の調整を前記
    第１の発振器に前記フィルタの出力を指示信号として印
    加し動作させることを特徴とする請求項１または請求項
    ３に記載の光信号受信装置。