JPS5882396A - 光伝送システム - Google Patents

光伝送システム

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JPS5882396A
JPS5882396A JP57152852A JP15285282A JPS5882396A JP S5882396 A JPS5882396 A JP S5882396A JP 57152852 A JP57152852 A JP 57152852A JP 15285282 A JP15285282 A JP 15285282A JP S5882396 A JPS5882396 A JP S5882396A
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optical
signal
light
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JP57152852A
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リチヤ−ド・エドワ−ド・エプワ−ス
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International Standard Electric Corp
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International Standard Electric Corp
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B10/00Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/60Receivers
    • H04B10/66Non-coherent receivers, e.g. using direct detection
    • H04B10/67Optical arrangements in the receiver
    • H04B10/676Optical arrangements in the receiver for all-optical demodulation of the input optical signal
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/21Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  by interference
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B14/00Transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B14/002Transmission systems not characterised by the medium used for transmission characterised by the use of a carrier modulation

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  • Optical Communication System (AREA)
  • Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

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】 〔発明の技術的背景〕 この発明は、光伝送システムに関するものであり、特に
遠隔測定に適したそのようなシステムに関するものであ
る。
光ファイバおよび半導体光i1r+t 1.r、 Fy
びに光検出器の出現によって多数の新しい光伝送システ
ムが開発されている。共通的な方法は光源例えば発光ダ
イオード(LEI) )或は半導体レーザを使用するも
のであり、それ等は′電流によって直接強度変調するこ
とができる。しか17ながらそのような方法において装
置の簡単化、その動作の信頼性、ならびに得られた結果
の正確さ等に関して多くの要望が存在している。
5− 〔発明の概要〕 したがって、この発明の一般的な目的は従来技術の欠点
を回避することである。
さらに詳細に説明すれば、この発明の目的の1つは通常
の光伝送システムの欠点を有しないここで考慮する形式
のうY、伝送システムを開発することである。
この発明のさらに別の目的は上述の形式の光伝送システ
ムを構造が簡単で、製造が比較的廉価にでき、使用が容
易で、かつ信頼性かあり、しかも動作が正確であるよう
な設計のものとすることである。
これ等の目的、ならびに以下明らかにされるその他の目
的を達成するために、この発明の特徴とするところは、
光源と、光源からの光を変調することのできる第1の干
渉計とを具備し、第1の干渉計の光出力は光路に沿って
第2の干渉計に伝達され、第2の干渉計において光入力
は復調され、第2の干渉計の出力は光検出手段に供給さ
れる如く構成された光伝送システムにあ−6− る。
上述の、およびその仙のとの清明の特徴および目的は添
附図面を診照にしたJソ下の説明により明らかにされる
〔発明の実施例〕
以下この発明の実施例を図面’、’+: :4;照に説
明する。
第1図に円くす元伝:I−4システノ、0よ光V颯ノ1
.光諒1ノからの光を変1)1.“、1−J−るこIが
できる1配置の干渉112.干渉計12の出力が伝播さ
れる光路131元路13から・′フ・倍さコまたYr:
 (l:m個することができる渠2の干渉gt J 4
1r 、にびイリ調された出力が供給される光検出器1
5を具備1.ている。光源はコヒーレントでない例えV
r普通の白熱V<球或は発光ダイオードでよい。もちろ
んこのシステムは1に一コヒーレント&−)Y;ζ1[
へによって動作させることもできる。干渉H)2および
141d2うY:路型のもの、セ11えはマイケルソン
(Michelson )干渉計でもよく、或は多路型
のもの、i+llえばファブリ・ベロー・エタロン(F
abry−Perot etalon )であってもよ
い。光路は自由空間路でも例えば光ファイバのような詩
導型の光路であってもよい。
第2a図はマイケルソン(Michelson )型干
渉計における元ビームの変調を示し、でいる。入射1〜
だ光は光ビーム分割器(半透明鏡)20によって2つの
光路に分けられ、2個の反射鏡21および22で反射さ
れた後、出力ビームとして再び結合される。変調は出力
ビームに1与結合する前に211!]の反#−I働2ノ
および22の一方を移動させることによって行、なうこ
とかできる。
変調は例えば反射鏡21を移動させることによって行な
うことができる。その代りに図示されてい々いが2つの
光路の一方に光路長に実効的な変化を生ずるように屈折
率を変化させる手段を挿入することも可能である。第2
b図はマツハ・ツエンデル(Mach−Zehnder
 )型干渉計における光ビームの変調を示している。光
路長を変化させるように屈折率を変更する手段23が干
渉計の2つの光路の一方に挿入されている。
f、 3 a図はファブリ・ベロー・エタロン(Fab
ry−Perot etalon )の基本的構成を示
している。入射光は2個の光をAB分的に透過する反射
勃30および3ノで形成された共振空洞に入る。多重反
射中に反射g 、q o 、 s 7間で干渉が生じる
。光の若干は反射鏡3ノをl口過I〜で前方へ伝送され
、一方若干の光し1−反射鏡、30を辿って光踪方向に
戻って来る。変11−4は共振空洞長を例えば反射鏡3
0 、31の一力の移動によって変化させることによっ
て行々うことかできる。
第3b図は一方の反射1ffiiifをどのようにL7
て変換器、例えばマイクロボンの振動機に取り付けるか
を示している。光ブfイパ、゛13およびレンズ34に
より入射光は共振空洞に結合され、変調された光はそこ
から外?t((に結合される。第3c図はエタロンを光
源35と光ファイバ36との間に挿入する方法を示して
いる。変調は反射伽の間隔を変えることによって行なわ
れ、或は2個の固定反射鏡間の媒質のhrt折率を変え
ることによって行なわれる。
9− 干渉計中の光路差を変調することにより光に情報が付与
されると、これは伝送される光のスペクトルを変化させ
る作用を有する。
干渉計12から出た光出力は櫛の歯状(comb)ス被
りトルである。2光路干渉計12に対して通過帯域は第
4a図に示すように停止帯域と同じ幅である。多光路干
渉計12では伝送される帯斌は第4b図に示すように停
止帯域よりずっと狭くなっている。
復調器は時間遅延周波数復調器として使用される第2の
干渉計14である。光源11はコヒーレントではなくて
よいが、送信機側の第1の干渉計12は2つの光路間の
遅延に対応する時間における成るコヒーレンスを与える
。送信された光のコヒーレンス作用は第5a図に示され
ている。
第5b図は第1或は第2の干渉計の何れかの光路差が変
化される時の第2の干渉計の出力を示している。干渉が
検出される分離した領域があり、これ等の領域は2個の
干渉計12および=10− 14の光路差が同様である位1uにある。2つの光路差
間の差はもしも干渉が観察されるならばもとの光源のコ
ヒーレンス時間内に保持されなければならない。しだが
って白熱箱′1球であれば数個の干渉縞しか観察されな
いであろう。発光ダイオードでは数十個の干渉縞が観察
されるであろう。
弁別器として使用される時、第2の干渉計14は固定し
た光路差で便用σ7tでもよい。光源側の干渉計の光路
差kl変調されるので、第2の干渉計14の出力はした
がっで上下し、第6図に示すように光路差において略々
λ/4±nλ(9(1’ )の差が与えられる。したが
ってこの技術を使用して略々λ/4の最大値゛fで第1
の干渉計12の光路差の非常に微小な変化を監視するこ
とが可能である。ここで、λ+、+−)Y: rlri
<の・F均中心周波数の波長である。λ/4の最大値を
超えると弁別器ば折れ曲りだ特性となってあい捷いさが
存在する。このあい1いさL[別の受信4a側干渉計の
使用によって克服することができる。
この干渉計はその光路か第2の干渉計14のそれよりλ
/4大きいか小さいか何れかとされている。もしもこれ
等2個の干渉計の出力が光検出器で検出された。場合に
は、その信刊は同相および水種成分に対応1〜、したか
って方向のあい捷いさとフェーディングの問題を回避す
ることができる。もっと簡単な別の方法は干渉計14の
反射鏡の一方70を第7図に下すように多少不整列にし
、2個の光倹ItI器71.72を図示のように合成干
渉鍋パターンに位1ゴさせる方法である。
多少傾斜した反射紳を有する受信機側ファプリー波ロー
・エタロンは鋭い干渉縞パターンを生じ、それば入力n
ゼ長或は送揖)l規制干渉計光路長の非常に小さな変化
と共に横断方向に移動する。λに等しい何れかの干渉計
の光路長の変化は干渉縞パターンを1個の兇全の縞間隔
移動させる。
干渉縞の移動は光検出器により(例えば位相ロックで使
用することにより)検出することができ、或は2個以上
の光検出器(光検出器の線形アレイは正確な縞位置の読
取りを与える)により検出することができる。
その代りに、もしも可視光が使用され、ゆっくりした変
化だけを観察する(例えば温度による変化等)必要があ
るのであれば肉眼による白色光干渉縞の観察で充分であ
る。こfl、 k:1.光全に光学的な情報伝送システ
ムである。唯一の例外は電気的光源であるが太19A元
も使用できる。
さらに異なる色のフィルタをそれぞれ面外にした数個の
変換器を使用するととも可能である。
合成情報は同じ光ファイバを介して伝送され、分離して
検出されるようにすることかできる。
第8図に示すように単一の受信機の干渉計がずらせて配
置した反射鏡80を有して使Jtiすることができる、
それにおいては異なる色の干渉縞の線に各検出器に対応
する。こtl、 N 17M長多重化である。また数個
のチャンネルを′/1″4i1長多重化によって多重化
することもiIJ′能である。すなわち与えられたt源
側の干渉計の光路差と鴇々る13− 光路差を有する受信機の干渉計はそれを感知しない。
以上説明した方法は送信機の干渉計の光路差の絶対的変
化を監視することを可能にする。したがって歪、湿層、
圧力等の遠隔測定に使用できる。また音響的に光路差を
変調するならばマイクロホンとして動作する。伝送帯域
幅の制限は第1の例では光路差が変調される割合である
これは数ギガヘルツにすることができる。第2に伝送媒
体中のモード分散および材料外故により制限される。後
者は広帯域光源では最も顕著である。
振幅特性は若干非線形であり、2光路干渉計に対しては
正弦的である。これは長光路型干渉計を使用することに
よって変形できる。それは実効的に干渉縞パターンに高
次高調波を導入する。
線形特性を得る別の方法は受信機を位相ロックモードで
動作させることである。この装置では受信機の干渉計1
4からの出力は固定された14− 基準(所要の平均位相推移に対応する)と比較され、誤
差信号は平均化されて受信機の干渉計14を調節するよ
うに帰還さり、てそれを正確な位相関係に保持する。も
しもこのシステムが変調信号に比較1−で広帯域であれ
ば、受信機の干渉計14の光路差は送信機の干渉J−i
zのそれに追従する。所要の受信磯用力な、l誤差信号
を監視することによって得られる(も1−も光路差の制
御が例えばピエゾ電気装置に供給された駆動電圧のよう
に線形であるならば)。その代りに光路差の制御は検出
器のためにiil・用されるものと同じ4衾構によって
行々うことができる。その実例の1つは送信機の変換(
幾が弔9図の温度感知型ファブリ・ベロー・エタロン9
θである場合である。送信されるべき情報シ1.温度そ
れ自身である。受信機の干渉19)は同様のエタロンで
あり、それはヒーター92を備え、そのヒーター92は
受信機の干渉計9ノからの増l〕された位相誤差信号に
より駆動さJl、る1、記載したシステムは第1のエタ
ロン90に対して第2のエタロン9ノを位相ロックし、
温度(d同一である。
それ故、受信機のエタロン91の温度の測定は簡単であ
る。この方法は歪や圧力のような他のパラメータに応用
することができる。もしも真の直流情報が必要であるな
らば、あいまいさが避けられれば最大範囲は干渉縞の半
分である。
交流伝送システムに対しては、すなわち直流応答性が必
要でない場合には、干渉計出力の安定のために位相ロッ
ク技術が使用され、常に1干渉縞の平均半分の位+1.
すなわち90度の位相推移(または土nλ/4,1=1
,2・・・)であるようにされる(第6図参照)。この
場合には低ループ帯域幅が使用される。その出力はその
時単に干渉計14の出力である(le検出器15で検出
される強度変調の形態である)。
以上説明したシステムは一端に光源、他端に検出器を有
する一方向システムであるが、一端から全システムにパ
ワーを与えるような多くの応用に利用できる。第10 
a図および第10b図に示すように1光のJ o oは
第2の光ファイバ103によって変Ml^1器101に
結合することができ(第10b図)、或は方向性結合器
104で結合されることができる。この後者の構成は送
信されたieクワ−りもむしろ第1の干渉計により反射
された・セワーを使用するために便利である。これは干
渉縞・やターンを反転させる効果を有するが、ここに説
明した全てのシステムは依然動作する。この4・1な成
は゛受動的な遠隔位置の検出器例えば遠隔点の温度捷た
は圧力モニター或は遠隔点のマイクロホン等を利用する
場合には大変具合がよい。
第11図に示すように非常にi′珀単なファブリ・被ロ
ー・エタロンを単一”同ル1′”長の傾斜屈折率光ファ
イバから製作することが可能である。
光ファイバ11θ(クラツディングCL、傾斜屈折率の
コアCOより成る)11毘学的に平坦で光ファイバ11
0の縦軸に垂直な端部111゜112を有している。こ
れ等端部は共振空洞を形成するために部分的反射膜で被
覆される。
第12図は可聴周波数変調器、例えば光がレ17− ンズ12ノによって集束される単純なエタロンを使用し
た簡単なリンクの別の実施例を示している。光源122
は電球でもよく或は太陽光を利用してもよい。変調器か
らの信号は自由空間路123を伝播して第2のエタロン
124により受信される。エタロン124の復調された
出力はレンズ125によって光検出器ノ26上に焦点を
結び、光検出器126は増巾器ノ27を経て受話器12
8に出力を与える。周波数変調の利用は達成されるべき
フェーディングに対する感度の低下を可能にするが、こ
れは受信機が位相だけに感知する場合に限られる。これ
は第1 S a図に示すように干渉計に入射する光の迅
速な光学的自動利得制御(AGC)を行なうか、或は第
13b図に示すように光入力の一部によって干渉計の出
力を分割するかの何れかによって達成できる。前者の方
法では光入力の一部は光ビーム分割器130を介して光
検出器13ノに与えられる。この光検出器13ノの出力
は増巾器132において基準信号vrefと比較され、
18− 電気的に制御される光減衰器133を駆動させ、その光
減衰器ノ33を通って光ビーム分割器130を透過した
入力信号の残部を通過させる。
光減衰器は受信機の干渉計134に入る光のAGC作用
を行なう。第2の方法においては、入力光の一部はこの
場合にも元ビーム分割器ノ35で分岐されて光検出器1
36に与えられ、一方入力光の残りは真直ぐ干渉計13
7に入力する。
光検出器136の出力は比較器13Hの一方の入力とな
り、その他方の入力として干渉計137の出力を受けた
第2の光検出器ノ39の出力が与えられる。実質的に干
渉f4f 737の出力は入力光の割合に応じて除算さ
れる。
以上この発明の原理を特定の装置に関連して説明して来
たが、この説明d:単なる例示に過ぎないものであって
特許請求の範囲に記載したこの発明の技術的範囲を制限
するものではないことを明確に理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本原理を使用した光伝送システムの
概略図であり、第2a図および第2b図は第1図のシス
テムに使用できる2光路干渉計の概略図である。第3 
a図、第3b図および第3c図は第1図のシステムに使
用する変換器の変調装置の概略図である。第4a図およ
び第4b図は干渉計のコムフィルタの応答特性を示す。 第5a図および第5b図は送信機の干渉計の光路差が変
化するときのコヒーレンス作用および受信機の干渉計の
出力を表わすグラフである。第6図は強度出力対光路差
(第5b図に示スコヒーレンスピークの拡大である)を
示すグラフである。第7図および第8図は受信機の干渉
計中の不整列を利用して入来信号を復調する装置の概略
図である。第9図は遠隔測定用の位相ロックされた干渉
計の使用状幅を示し、第10a図および第10b図は干
渉計の遠隔変調を示す概略図である。第11図は成る長
さの傾斜屈折率光ファイバを使用[、たファブリ・ベロ
ー・エタロンの概略図である。第12図は簡単な自由空
間光FM伝送システムの概略図である。 第13a図および第13b図は4辰幅に感知しない位相
検出器の2つの異なる構成の概略図である。 11・・・光源、)2・・・第1の干渉計、ノ3・・・
光路、14・・・第2の干渉計、15・・・光検出器、
20・・・光ビーム分割器、23・・・屈折率変更手段
、27 、22 、 、? 0・・・反射鏡、33 、
.96・・・光ファイバ、90・・・第1の干渉計、9
1・・・第2の干渉計、92・・・ヒーター、701・
・・変調器、104・・・方向性結合器、133・・・
光減衰器、134゜137・・・干渉計。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦21− 図面の浄書(内容に変更なし) Fig 2a、       Ft’g、2b。 Fig 、3c。 手続補正書(方式) 1.事件の表示 特願昭57−152852号 2、発明の名称 光伝送システム 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 インカーナショナル・スタンダード・エレクトリック・
コーポレイション 4、代理人 住所 東京都港区虎ノ門1丁目26番5号 第17森ビ
ル〒105   電話03 (502) 3181 (
大代、fり−一 氏名 (5847)  弁理士 鈴  江  武  彦
二 −−0昭和57年11月30日 6、補正の対象 図面 7 補正の内容  別紙の通り 図面の浄書(内容に変更なし)

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)光源と;第1の干渉計を具備し、前記光源から発
    生された光を変調し、変調した光信号を伝送するために
    光路に送出する手段と;前記変調された光信号を受信す
    るために前記光路に挿入された第2の干渉計を具備し、
    復調された光信号を出力させる前記に調された光信号の
    復調手段と:および光検出at含む前記復調さnだ光信
    号を電気信号に変換する手段とを具備してなる光伝送シ
    ステム。
  2. (2)前記第1の干渉計が全反射鏡を有するマイケルン
    ン型の2光路型干渉計であり、前記変調手段は与えるべ
    きv稠に応じて前記反射鏡を移動させる手段を具備して
    いる特許請求の範囲第1項記載のシステム。
  3. (3)  前記第1の干渉計が2つの通路の1つに光学
    的伝送媒体を含むマツハ・ツエンデル型の2光路型干渉
    計であり、前記変調手段は光学的伝送媒体の屈折率を変
    化させる手段を備えている特許請求の範囲第1項記載の
    システム。
  4. (4)前記第1の干渉計が光学的共振空洞を形成する2
    個の反射鏡を有するファブリ・被ロー・エタロン型の多
    光路干渉計であり、■lJ記変副変調手段記反射鏡の一
    方全他方に対して移動させる手段を具備している特許請
    求の範囲第11貴記載のシステム。
  5. (5)光ファイバを含む前記光路を形成する手段を具備
    している特許請求の範囲ム°S1項ijl’r載のシス
    テム。
  6. (6)前記光源は平均中心1M波数の彼長λにおいて動
    作し、前記復調手段はまた、前記光路から前記変調され
    た光fぎ号を受信し、かつ付加的復調光信号を発生する
    だめに前記第2の干渉計のそれと274M4なる内部光
    路を有する第3の干渉計を具備し、前記変換する手段は
    前記付加的復調光信号を付加的電気信号に変換する動作
    を行なう付加的光検出器を具備している特許請求の範囲
    第1項記載のシステム。
  7. (7)前記第2の干渉計は2個の反射鏡を具備し、それ
    等は相互の予め定められた整列方向においてずれて配置
    され、前記変換する手段は前記光路の軸に垂直な平面に
    おいて前記予め定められた方向において前記光検出):
    謙から離れて位置した付加的な光検出器全具イIii+
     している特許請求の範囲第1項記載のシステム1、
  8. (8)  =n He光源がコヒーレント1゛ない光源
    である特許請求の範囲第1項記載のシステム。
  9. (9)  前記変調手段が百日【シ光路に付加的の変調
    された光信号を狛生ずるように動イ/1する少なくとも
    1個の付加的な干#d1と、ぞJlぞれ口1■記第1の
    干渉計および付加的な干渉d1と1h列に配置された少
    なくとも2個の別々の色の光学的フィルタとを具備して
    いる特許請求の範囲第1項記載のシステム。     
     ′ (l()  前記変調手段が前記第1の11渉計の動作
    を音響的に変調する手段を具備1.でいる特許請求の範
    囲第1項記載のシステム。 01)  前記電気信号を固定された基準値と比較j−
    1その比較の結果を表わす誤差信号を発生する手段と、
    前記誤差信号に応じて前記第2の干渉計を調節してそれ
    を前記第1の干渉計と一定位相関係に維持する手段とを
    具備1.でいる特許請求の範囲第1項記載のシステム。 0→ 前記光源か前記第2の干渉計に隣接1〜で設置さ
    れ、前記光源から前記第1の干渉計に光を供給する成る
    長さの光ファイバ金含む光信号供給手段を具備している
    特許請求の範囲第1項記載のシステム。 (1タ  前記光路中に仲人されてそこから受信光を抽
    出して補助光路に抽出されたその部分光を放出する光ビ
    ーム分割器と、im Nf補助光路に設置されてそこを
    伝播する光信号を付加的電気信号に変換する動作を行な
    う付加的光検出器と、および前記付加的光検出器の前記
    付加的電気信号で動作する自動利得制御手段とを具備し
    ている特許請求の範囲Cπ1Ji記載のシステム。 H第1の干渉計を光で照射し、第1の干渉計を情報信号
    で変調して該干渉i1゛の出力を変調し、該変調された
    出力を第2の干渉削で受信し、第2の干渉計の出力を検
    出して情報信号に対応する電気出力信号を出力させるこ
    とを’II徴とする光信号によって1#報を伝送する方
    法。
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