JPH10242918A - 光ファイバ１心双方向通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安価・簡単な構成で光ファイバからの戻り光
によるノイズ発生を抑制し高品位な双方向の光通信を可
能とする。 【解決手段】 オーディオ信号を低周波増幅器１２で増
幅し、これに結合コンデンサ１４を介してパルス発生器
１３からのパルス信号を重畳して、トランジスタ１５の
ベース電流を供給することにより、ＬＤ１６を光パルス
振幅変調方式で駆動し、ＬＤ１６からの光を光分岐結合
器３１を介して光ファイバ３２の一端に入射するととも
に、光ファイバ３２の一端からの出射光を光分岐結合器
３１を介してＰＤ２３に導き、ＰＤ２３の出力信号を低
周波増幅器２２で増幅することにより光パルス振幅復調
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、１心の光ファイ
バにレーザ発生器と受光素子とを結合して１心の光ファ
イバで双方向の通信を行う光ファイバ１心双方向通信装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ通信装置としては従来ＬＥＤ
（発光ダイオード）を用いたものが使用されてきたが、
ＬＤ（レーザダイオード）などのレーザ発生器の方が光
パワーが大きく長距離通信に向いており、とくにＬＤが
安価に供給されるようになってきたことから、ＬＤが使
われるようになってきている。ところで、レーザ発生器
を音声信号などの低周波アナログ信号で直接駆動して光
信号を得、これを光ファイバに入射する場合、光ファイ
バ線路中の光コネクタなどの反射点の存在や光ファイバ
自体でのレーリ散乱などにより戻り光が発生することは
避けられないが、レーザ光のコヒーレンシが高いため、
レーザ発生器に入射すると戻り光誘起効果によりその発
振状態が変動して、ノイズや信号歪みを発生させる。そ
こで、従来ではレーザ発生器と光ファイバとの間に高価
な光アイソレータを挿入せざるを得なかった。

【０００３】これに対して、送信すべき低周波信号でパ
ルス振幅変調し、このパルス振幅変調信号でＬＤを直接
駆動することにより、高価な光アイソレータを用いるこ
となく戻り光のＬＤへの悪影響を抑えようという提案も
なされている（特開平８−１４９０７２号公報）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
８−１４９０７２号公報では、光ファイバ１心１方向通
信装置としてしか考えられていず、光ファイバ１心双方
向通信装置にパルス振幅変調方式を適用して効果がある
かどうかは不明であった。すなわち、光ファイバ１心双
方向通信装置として構成する場合、光ファイバの端部に
送信用のＬＤと受信用のＰＤ（フォトダイオード）など
の受光素子とを光分岐結合器を介して結合することにな
る。この場合、光ファイバ線路での複数の点から反射さ
れて戻ってくるレーザ光は、その高いコヒーレンシのた
めに干渉を起こし、結果的にＰＤなどの受光素子で干渉
雑音が発生するのであるが、この不具合がＬＤをパルス
振幅変調方式で直接駆動することによって改善できるか
どうかは分からなかった。そのため、上記の従来例では
単なる１方向通信装置として構成せざるを得なかったも
のである。

【０００５】この発明は、種々の実験・研究等の結果、
レーザ発振器をパルス振幅変調方式で直接駆動すると、
その戻り光のレーザ発振器への悪影響を避けることがで
きるばかりか、受光素子への悪影響をも除去できること
を見出したことに基づいてなされたもので、安価・簡単
な構成で光ファイバからの戻り光によるノイズ発生を抑
制し高品位な双方向の光通信を可能とする光ファイバ１
心双方向通信装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明による光ファイバ１心双方向通信装置にお
いては、電気的なパルス信号を発生するパルス発生器
と、該パルス信号を送信すべき電気的な低周波信号に重
畳する信号結合器と、該重畳された信号が入力される駆
動回路と、該駆動回路によって駆動されるレーザ発生器
と、受光素子と、該受光素子の出力を増幅する低周波増
幅器と、上記レーザ発生器と受光素子とを１心の光ファ
イバの端部に光結合する光分岐結合器とが備えられるこ
とが特徴となっている。

【０００７】送信すべき低周波信号にパルス信号を重畳
し、これによりレーザ発生器を駆動することによって、
このパルス信号をキャリアとした光パルス振幅（強度）
変調による光信号を得ることができる。この光信号は光
分岐結合器を介して１心の光ファイバの端部に入射させ
られる。この光信号が光ファイバ中を伝搬する過程で、
光コネクタ等での反射や光ファイバ自体のレーリ散乱に
よって戻り光が生じる。ところが、入射させられた光信
号は光パルス変調された信号であるから、時間的な連続
性が失われ、断続したものとなっているため、コヒーレ
ンシが低下し可干渉性も低下したものとなっている。そ
のため、戻り光としてレーザ発生器に入射した光とレー
ザ発生器内で発生した光との可干渉性が小さくなって、
戻り光誘起効果によノイズや信号歪みの発生が抑制され
る。同時に、戻り光による受光素子でのノイズ発生も抑
えられる。これは、光ファイバに伝搬される光は断続し
たもので可干渉性の低下させられた光となっているた
め、複数の点から反射される戻り光同士で干渉すること
もなくなり、その結果、受光素子での干渉雑音が大きく
低減されたからであると思われる。

【０００８】そして、光パルス振幅変調方式の光信号を
送信するための構成として、送信すべき信号にキャリア
のパルス信号を重畳したものでレーザ発生器を駆動する
という構成をとっているため、コンデンサ結合などで送
信すべき信号にキャリアのパルス信号を重畳させるだけ
でよいので、きわめて簡単な構成で済む。また、受信側
でも、受光素子の出力を単に低周波増幅器で増幅するだ
けの構成で済み、構成がきわめて簡単である。この低周
波増幅器は、低周波信号のみを増幅するものであり、周
波数特性が高周波域にまで伸びていないものを使用した
り、あるいは簡単なローパスフィルタを付加したりする
だけのものでよく、このような増幅器を用いるだけで、
受光素子の出力信号に含まれていたキャリアの高周波成
分が除かれ、実質的に低周波信号を復調することができ
る。このように、送信側および受信側ともきわめて簡単
な構成でよいため、安価に製造することが可能となる。

【０００９】

【発明の実施の形態】つぎに、この発明の実施の形態に
ついて図面を参照しながら詳細に説明する。図１に示す
例では、入力端子１１にマイクなどからのオーディオ信
号が入力されており、この低周波信号が低周波増幅器１
２によって増幅される。一方パルス発生器１３は、送信
すべき低周波信号の最高周波数の２倍以上の周波数の電
気的なパルス信号を発生している。このパルス信号はコ
ンデンサ１４を介して低周波増幅器１２の出力端子に結
合される。低周波増幅器１２の出力端子はパワートラン
ジスタ１５のベースに接続される。このトランジスタ１
５のコレクタにはＬＤ１６が接続され、このトランジス
タ１５がＬＤ１６の駆動回路となってＬＤ１６に駆動電
流を供給する。

【００１０】一方、出力端子２１はイヤホンなどに接続
されるもので、低周波増幅器２２からの信号を出力す
る。この低周波増幅器２２は、ＰＤ２３の電気的な出力
信号の低周波成分を増幅するものである。この低周波増
幅器２２としては周波数特性が高周波域にまで伸びてい
ない低周波用の増幅器を用いたり、あるいはローパスフ
ィルタを付加したものを用いることができる。

【００１１】ＬＤ１６とＰＤ２３とは光分岐結合器３１
を介して１本の光ファイバ３２の一端に光結合されてい
る。光分岐結合器３１は、ＬＤ１６から光ファイバ３２
側へと向かう光はそのまま通し、光ファイバ３２から出
射する光はＰＤ２３側へと分岐するもので、たとえばハ
ーフミラーや光ファイバカプラなどで構成することがで
きる。

【００１２】このように構成された光通信装置が、図で
は省略しているが、光ファイバ３２の他端にも設けら
れ、これらの間で１心の光ファイバ３２を通じての双方
向の通信がなされる。

【００１３】マイクなどから入力端子１１に入力される
オーディオ信号が図２の（ａ）に示すようなものである
とすると、これが低周波増幅器１２で増幅され、直流バ
イアスが付加されて図２の（ｂ）で示すような電気的な
信号が得られる。この信号に、コンデンサ結合によって
パルス発生器１３からのパルス信号が重畳されるため、
トランジスタ１５のベースに供給される電流の波形は図
２の（ｃ）のようなものとなる。

【００１４】この図２の（ｃ）の波形に対応した電流で
ＬＤ１６が駆動されるが、このＬＤ１６の入力電流−出
力光強度特性が図３の曲線４１のようなものであるとす
ると、その特性曲線４１の直線性の高い部分を利用する
ように上記の直流バイアスが定められていて、入力され
た電気信号４２に対応した光信号４３が得られる。この
光信号４３は、入力オーディオ信号をパルス的な光信号
の強度に変調（光パルス振幅変調）したものとなってい
る。

【００１５】光ファイバ３２の端部からは相手の光通信
装置からの光信号が出射しており、これが光分岐結合器
３１を介してＰＤ２３に導かれている。ＰＤ２３では、
上記のＬＤ１６での電気信号から光信号への変換過程と
はちょうど逆の過程を経て、入射した光信号（図３の４
３のような）の強度に対応した電気信号（図３の４２の
ような）が得られる。この電気信号は低周波増幅器２２
で増幅され、キャリア（パルス信号）の高周波成分が除
去されて、図２の（ａ）で示すような送信信号が復調さ
れる。これが出力端子２１を通じてイヤホンなどに送ら
れるので、光ファイバ３２の両端の光通信装置の間で１
心双方向通話が可能となる。

【００１６】ここで、光ファイバ３２の一端から出射す
る光は、相手からの光信号のみならず自ら送信した光信
号の戻り光も含まれている。この戻り光というのは、光
ファイバ３２を伝搬する過程で、その光ファイバ３２自
体のレーリ散乱によって戻ってきた光や、光ファイバ３
２に結合された光コネクタなどの種々の反射点で反射し
て戻ってきた光などである。送信した光信号は上記のよ
うに光パルス振幅変調されたものであって、時間的に断
続している。そのため、レーザ光のコヒーレンシが低下
し、可干渉性が低いものとなっている。その結果、この
ような戻り光がＬＤ１６に入射しても、ＬＤ１６内で発
生した光と干渉することがなくなり、ＬＤ１６における
戻り光誘起効果によノイズや信号歪みの発生が抑制され
る。

【００１７】また、ＰＤ２３でのノイズ発生が抑えられ
たことが確認できた。実際、ファブリーペロー型ＬＤを
用いた実験では、結果的にＰＤ２３からの出力信号に含
まれる戻り光によるノイズを１／１０程度にまで低減で
きた。これは、上記のようにＬＤ１６でのノイズ発生の
抑制とともに、ＰＤ２３でノイズ発生が抑えられたから
であると考えられる。すなわち、送信したレーザ光が光
パルス振幅変調されたものであって、時間的に断続して
いて、コヒーレンシが低下し可干渉性が低いものとなっ
ているため、複数の点から反射される戻り光同士で干渉
することもなくなり、その結果、ＰＤ２３での干渉ノイ
ズが大きく低減されたからであると考えられる。

【００１８】この例の光通信装置では、送信側および受
信側ともきわめて簡単な構成となっている。すなわち、
送信側では、光パルス振幅変調するのに、単に、低周波
信号にキャリアとなるパルス信号をコンデンサ結合で重
畳したものを駆動回路に入力してＬＤ１６を駆動すると
いう簡単なものとなっている。また、受信側でも、ＰＤ
２３の出力を低周波増幅器３２で増幅するというだけの
構成で済んでいる。そのため、低周波信号の光パルス振
幅変調・復調を行うのに、とくにパルス振幅変調回路や
パルス振幅復調回路などを用いる必要がない。これに加
えて、高価な光アイソレータを用いる必要がないため、
全体として安価に製造することができる。

【００１９】なお、上記の例では、マイクやイヤホンを
用い、オーディオ信号の送受信を行ういわゆる通話器と
して構成しているが、入力端子１１および出力端子２１
に入出力する信号はこのようなオーディオ信号だけでな
く、低周波の信号であれば計測信号などの信号とするこ
とができる。その他、この発明の趣旨を逸脱しない範囲
で具体的な構成などは種々に変更可能である。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の光ファ
イバ１心双方向通信装置によれば、１本の光ファイバ
で、光ファイバからの戻り光によるノイズ発生を抑制し
て、高品位の双方向の光通信を行うことが可能となり、
しかも構成が簡単で、きわめて安価に製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態を示すブロック図。

【図２】動作説明のための波形図。

【図３】ＬＤの入力電流−出力光強度特性を示すグラ
フ。

【符号の説明】

１１ 入力端子 １２ 送信用低周波増幅器 １３ パルス発生器 １４ 結合コンデンサ １５ 駆動用パワートランジスタ １６ ＬＤ ２１ 出力端子 ２２ 受信用低周波増幅器 ２３ ＰＤ ３１ 光分岐結合器 ３２ 光ファイバ ４１ ＬＤの入力電流−出力光強度特性曲線 ４２ 入力電気信号 ４３ 出力光信号

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/04 10/06

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気的なパルス信号を発生するパルス発
   生器と、該パルス信号を送信すべき電気的な低周波信号
   に重畳する信号結合器と、該重畳された信号が入力され
   る駆動回路と、該駆動回路によって駆動されるレーザ発
   生器と、受光素子と、該受光素子の出力を増幅する低周
   波増幅器と、上記レーザ発生器と受光素子とを１心の光
   ファイバの端部に光結合する光分岐結合器とを備えるこ
   とを特徴とする光ファイバ１心双方向通信装置。