JPS605926B2

JPS605926B2 - 光変調装置

Info

Publication number: JPS605926B2
Application number: JP53145898A
Authority: JP
Inventors: 勢夫渡辺; 悟小紫
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1978-11-22
Filing date: 1978-11-22
Publication date: 1985-02-14
Also published as: NL183211B; NL183211C; US4306142A; JPS5570812A; FR2442460B1; FR2442460A1; NL7908526A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は電気光学効果を利用した光変調装置に関する
ものである。

近年、ビデオディスクあるいはＰＣＭ（ＰｕｌｓｅＣｏ
ｄｅＭｏｄ山ａｔｉｏｎ）オーディオディスク等の記録
のように、レーザビーム等の光東を高周波信号にて変調
した光信号を扱う場合が多くなってきた。

光東を高周波信号にて変調する光変調装置として、電気
光学効果を用いたもの（以下ＥＯ型光変調装置という）
と超音波光偏向を用いたもの（以下ＡＯ型光変調装置と
いう）とがある。このうちＥＯ型変調器は広帯域で耐パ
ワー性があるが、反面ドリフトが非常に大きく使いにく
いという欠点があった。一方、ＡＯ型変調器はドリフト
が少なく扱いよいが、反面狭帯域で耐パワー性が不足し
ているという欠点があった。一般にビデオディスク等の
超高密度情報記録には広帯域であることが必要不可欠で
あり、そのためドリフトが大きく使いにくいという欠点
はあるが、Ｅｑ型変調器を使うことが多かった。

結晶の電気光学効果（Ｅｌｅｃｔｒｏ−ＯｐｔｉｃｅＲ
ｅｃｔ）を利用したこのＥＯ型変調器の基本構成および
その動作原理についてはしーザハンドプック（朝倉書店
）等に詳しく記述されているが、以下従来のＥＯ型光変
調装置を図について説明する。

第１図ａはＥＯ型変調器の変調特性を示す図で、縦軸に
出力光強度、機軸にバイアス電圧をとっている。

また同図の右側の信号波形は変調信号Ｅｉにより適当な
変調を行なった場合の変調光強度信号ｉｏの波形を示し
、同図ｂはバイアス点が高い方にずれた場合の変調光強
度信号ｉ，の波形を示し、同図ｃはバイアス点が低い方
にずれた場合の変調光強度信号ｉ２の波形を示している
。第１図ａにおいて、バイアス電圧ＥＢに対する出力光
強度はＢであり、印加電圧（ＥＢ＋ｅミ）に対して出力
光強度は（Ｂ，十ｂｉ））となる。

したがって、バイアス電圧ＥＢに正弦波の変調信号Ｅｉ
を重畳した場合に、出力光強度はＡ，からＣ，の間で変
わり、変調光強度信号ｉｏが得られる。ＥＯ型変調器の
変調特性ＩＭはサイン２乗特性を有するので、バイアス
点ＥＢが片寄れば変調光強度信号ｉは歪んだ波形の信号
になる。たとえば、バイアス点ＥＢが高い方に片寄った
場合の変調光強度信号ｉ，の波形は第１図ｂのようにな
り、また低い方に片寄った場合は第１図ｃのようになる
。

すなわち、変調光強度信号ｉの平均値は、第１図ａの場
合にＢ，、第１図ｂの場合に＆（＞Ｂ）、第１図ｃの場
合に＆（＜Ｂ，）となる。このようにバイアス電圧に従
って変調光信号ｉの平均値レベルが変わり、適正バイア
スにて１００％変調を行なった場合、すなわち第１図ａ
においてＡ，＝１００％、Ｃ，＝０％となる変調を行な
った場合、その平均値Ｂ，は最大出力光強度の５０％に
なる。この特性を応用したのが従来のバイアス調整装置
であり、その従釆のバイアス調整装置を備えた従来の光
変調装置を第２図を用いて説明する。第２図は従来のＥ
Ｏ型光変調装置のブロック図である。同図において１は
入力端子２からの変調信号を光変調器３に供給する変調
アンプ、４は変調器３への入力光５の一部を取り出すビ
ームスプリツタ、６は入力ビームスプリツタ４からの入
力光５を検知し、電気信号に変換する入力光検知器、７
は入力光検知器６の出力信号を増幅する入力アンプ、８
は入力アンプ７の出力ａを入力とし、その入力信号の２
分の１レベルの信号ｂを出力する基準回路、９は前記変
調器３の出力光１０の一部を取り出す出力ビームスプリ
ツタ「１１はこの世カビームスプリッタ９からの出力
光１０を検知し、電気信号に変換する出力光検知器、１
２は出力光検知器１１の出力信号を増幅する出力アンプ
、１３は出力アンプ１２の出力ｃの平均値レベルの信号
ｄを出力する平均値回路、１４は前記基準回路８の出力
ｂと前記平均値回路１３の出力ｄとを２入力とする差動
アンプ、１５は差動アンプ１４の出力を増幅し、変調器
３にバイアス電圧として供給するバイアスアンプである
。なおこの回路はすべて直流結合になっている。つぎに
この回路の動作について説明する。

入力光５は入力ビームスプリッタ４により分割され、そ
の一部は入力光検知器６に向い、大部分は変調器３に向
う。入力光５は変調器３内において変調をうけ「出力光
１０１こなる。出力光１０‘ま出力ビームスブリッタ９
により分割され、その一部は出力光検知器１１に向い、
他の大部分の出力光１０は変調装置の出力となる。入力
光検知器６は入力光５を検知して電気信号に変換し、入
力アンプ７に出力する。

入力アンプ７は入力信号を増幅し、その出力ａを基準回
路８に出力し、基準回路８は入力信号ａの２分の１のレ
ベルの信号ｂを差動アンプ１４の一方の入力に出力する
。一方、出力光検知器１１は出力光１０を検知して電気
信号に変換し、出力アンプ１２に出力する。出力アンプ
１２は入力信号を増幅し、その出力ｃを平均値回路１３
に出力する。出力光１０は変調器３の通過に際し変調を
受けた高周波信号であり、平均値回路１３はこの高周波
信号の平均値レベルの信号ｄを出力する。この世力信号
ｄは差動アンプ１４の他方の入力信号となる。差動アン
プ１４は、基準回路の出力信号ｂと平均値回路１３の出
力信号ｄとの差信号を増幅して、バイアスアンプ１５に
出力する。バイアスアンプ１５は差動アンプ１４の出力
信号を必要なしベルまで増幅して変調器３にバイアス電
圧を供給する。変調信号は入力端子２に入力され、変調
アンプ１にて増幅され、変調器３に供給される。ここで
、変調器３での入力光５の損失はなく、変調は第１図ａ
において、Ａ，＝１００％、Ｃ，＝０％となる１００％
変調とする。したがって光変調器３においては、差敷ア
ンプ１４の出力の菱信号に従ったバイアス点を中心とし
て、入力端子２からの変調信号に応じた変調が行なわれ
、入力光５は高周波変調をうけて出力光１０になる。

ここで第１図ａに示すように、適正なバイアスを供給し
た場合の変調光強度信号の平均値レベルＢは、最大出力
光強度の２分の１になる。

これは第１図ａにおいて、Ａ，＝１００％、Ｃ，＝０％
とした場合に明らかぜあり、この原理に基づいてバイア
ス制御が行なわれている。すなわち、入力アンプ７の出
力ａの信号レベルは入力光５の大きさを表わし、基準回
路８の出力ｂの信号レベルはその２分の１のレベルで、
適正バイアス時の変調光信号の平均値レベルと一致する
。

この出力ｂの信号レベルがバイアス制御の基準になる。
一方、出力アンプ１２の出力信号ｃは出力光１０を検知
して得た高周波信号であり、この高周波信号は平均値回
路１３によりそ平均値レベルが検出される。平均値回路
１３の出力信号ｄはその平均値を表わす信号であり、バ
イアス制御を行なわない場合のこの平均値レベルは、た
とえば第１図ｂ，ｃに示す＆、あるいはＢ３である。こ
の平均値回路１３の出力信号ｄは基準回路８の出力であ
る基準信号ｂに対する比較信号である。このように、適
正なバイアスレベルを表わす基準信号ｂと、変調状態を
表わす比較信号ｄとの差信号を差動アンプ１４により生
成し、バイアスアンプ１５を介して変調器３に供給する
ことにより、たとえば温度変化などによるバイアス点の
ドリフトを制御することができる。そしてその結果、常
に安定な変調光信号を得ることができる。しかしながら
、この従来装置では、変調器３への光入口、変調器３か
らの光出口のそれぞれにビームスプリッタ、光検知器が
必要であり、‘１にれらの高価な部品が必要なため価格
が高くなる。‘２１光変調器の光軸とこれらの部品の藤
との融合せが難しく、かなりの手間を要する、という欠
点があつた。そして本発明者はこの従来装置の欠点を除
去するため、特願昭５３−９５６６針餅こおいて、ビー
ムスプリッタおよび光検知器をそれぞれ１個ですますよ
うにした光変調装置を発明しており、これについて第３
図および第４図とともに説明す。

第３図において、第２図で用いた符号のほか、２川ま出
力光検知器１１の出力である変調光強度信号ｉを基準電
源２１の基準電圧Ｂと比較し、２値の電圧出力ｅを生成
する電圧比較器、２２は電圧比較器２０の出力ｅを反転
する反転回路としての反転アンプ、２３は電圧比較器２
０の出力ｅの平均値をとる第１の平均値回路としての第
１のローバスフィルタ、２４は反転アンプ２２の出力ｆ
の平均値をとる第２の平均値回路としての第２のローパ
スフィルタであり「この第１、第２ローパスフィルタ２
３，２４の出力ｇ，ｈが差動アンプ１４の第１、第２の
入力に入力されている。

なおこの回路において電圧比較器２０以降は交流結合に
なっている。つぎにこの回路の動作をその各部の信号波
形を示す第４図とともに詳細に説明する。

出力光検知器１１で変調光信号を電気信号に変換して得
た変調光強度信号ｉは電圧比較器２０に入力される。

こ電圧比較器２０‘ま入力信号ｉが基準電源２１の基準
電圧Ｂ（この場合Ｂ＝０）より大か小かに従って第４図
に示すような２値の電圧信号ｅを出力する。またこの出
力信号ｅは反転アンプ２２により反転され、第４図に示
すような同じく２値の電圧信号ｆとなる。この２つの電
圧信号ｅ，ｆはそれぞれ第１、第２のローパスフィルタ
２３，２４で平均値化され、それぞれの平均値信号ｇ，
ｈが差動アンプ１４に入力される。差動アンプ１４は両
信号ｇ，ｈの差信号を生成し、バイアスアンプ１５を介
し光変調器３に供給する。ここで、バイアス点が適正バ
イアスのときは変調光強度信号ｉと基準電圧Ｂとを比較
する電圧比較器２０の出力ｅは第４図に示すようにデュ
ーブイレシオ５０％のパルス信号となり、この出力ｅの
反転信号ｆも同じくデューティレシオ５０％で位相が反
対のパルス信号となる。したがってそれぞれの信号ｅ，
ｆのローパスフイルタ２３，２４を経た平均値信号ｇ，
ｈ‘ま同じ大きさの信号となり、葦動アンプ１４の出力
は０となり「バイアス点は移動されず、そのままの適正
バイアスで変調が行なわれる。ところが温度変化等によ
りバイアス点がドリフトすると、変調光強度信号ｉは第
１図ｂまたはｃに示すような信号となり、この場合には
電圧比較器２０の出力ｅのデューテイレシオは５０％か
らずれ、そのずれの方向はバイアス点のずれと対応して
いる。

また出力ｅの反転信号である出力ｆのデューティレシオ
は出力ｅとは反対方向にずれ、したがって両信号ｅ，ｆ
の平均値信号ｇ，ｈ‘ま等しくならず、差動アンプ１４
の出力には極性がデユーティレシオのずれの方向に対応
し、かつ信号レベルがずれの量に対応した出力信号が得
られる。そしてこの信号がバイアスアンプ１５を介して
光変調器３に供給されることにより、変調光強度信号の
基準電圧レベルでのデューテイレシオが５０％になるよ
うに変調器のバイアスが制御され、所望の変調光出力が
安定に得られる。しかしながら第２図の従来装置および
第３図の先顔特許出願の装置はいずれも変調光強度信号
の平均値レベルでのデューティレシオが５０％となるよ
うに、光変調器に供給するバイアスが制御されるもので
あった。

すなわち、変調信号の平均値レベルでのデユーテイレシ
オは５０％であるという制限がついていた。このデユー
テイレシオ５０％という数値は、調整により静的には多
少変えられるが、これらの２種の装置によっても変調信
号のこの数値が時々刻々変わる場合には適正なバイアス
に制御することはできないという欠点があった。この発
明は以上のような点に鑑みてなされたもので、先顔特許
出願の長所に加えて「変調信号の平均値レベルでのデュ
ーティレシオが５０％に制限されるという欠点を除去す
るようにした光変調装置を提供するものである。以下こ
の発明の実施例を図について説明する。

第５図はこの発明の一実施例を示し、図において、第２
図で用いた符号は第１図と同じものを示す。３１は入力
端子２からの入力変調信号を基準信号と比較し、２値の
電圧信号を出力する電圧比較器、３２は電圧比較器３１
に接続され、その出力を菱勤アンプ１４の第１の入力と
する低域フィル夕であり、この電圧比較器３１と低域フ
ィル夕３２により入力変調信号のデューテイレシオを検
出する第１のデューティレシオ検出器３３を構成する。

また３６は出力光検知器１１の変調光強度信号を基準信
号と比較し、２値の電圧信号を出力する電圧比較器、３
５はこの電圧比較器３４に接続され、その出力を差動ア
ンプ１４の第２の入力とする低域フィル夕であり「こ
の電圧比較器３４と低域フィル夕３５により変調光強度
信号のデューティレシオを検出する第２のデューティレ
シオ検知器３６を構成する。次に動作について説明する
。

入力端子２からの入力変調信号は電圧比較器３１で基準
信号と比較されて２値の電圧信号となり、低域フィル夕
３２を通ってその出力に入力変調信号のデューティレシ
オが検出される。

一方出力光検知器１１の変調光強度信号も電圧比較器３
４と低域フィル夕３５を通ることによって変調光強度信
号のデューティレシオが検出される。そしてこれらの両
信号のデューティレシオは差動アンプ１４でその差がと
られしバイアスアンプ１５を介して光変調器３に加えら
れることにより、両信号のデューテイレシオに差がなく
なるように適正バイアスにバイアス制御される。また第
６図はこの発明の他の実施例を示す。

この実施例では第１のデューティレシオ検出器４０が入
力変調信号のそのままの出力とその反転出力とを出力す
る正反転回路４１と、前記両出力をそれぞれ通過させる
低域フィル夕４２，４３と、両低域フィル夕４２，４３
の出力を２入力とする差動アンプ４４とから構成されて
いる。そして第２のデューティレシオ検出器４５も同様
に正反転回路４６と低域フィル夕４７，４８と差動アン
プ４９とから構成されている。この実施例も基本的には
第５図の実施例と同じであり、入力変調信号のデューテ
ィレシオを第１のデューティレシオ検出器４０で検出し
、変調光強度信号のデューティレシオを第２のデューテ
ィレシオ検出器４５で検出し、それぞれの出力を差動ア
ンプ１４に入力している。

第５図の実施例との違いはデューティレシオ検出器４０
，４５を正反転回路と低域フィル夕と差動アンプとによ
り構成したため、誤差検出感度が第５図の実施例に比し
２倍となること、デューティレシオ検出器が入力側と出
力側で対称になったため電圧比較器の出力のドリフトを
相殺できること等、系全体の安定性が向上し、回路構成
に余裕ができるようになったことである。なお前記第５
図、第６図の実施例では回路を直流結合により構成した
が、実用上は交流結合の方が便利なことは勿論である。

また第３図、第５図、第６図の装置で出力光の一部を取
り出すのに出力ビームスプリッ夕を用いているが、ＥＯ
型光変調器では出力光の外に内蔵のビームスプリツタに
て入力光と出力光の差の光をにげ光とし外部へ逃がしお
り、この光を出力光検知器で受光し、極性を反転して出
力光に対応した光信号として用いることも可能であるこ
とは容易に推察できる。以上のように、この発明の光変
調装置によれば、入力変調信号および変調光強度信号の
デューティレシオをそれぞれのデューティレシオ検出器
により検出し、差動アンプで前記両信号のデュ−テイレ
シオの差をとり、これをバイアスアンプを介して光変調
器に供給することにより、デュー７ィレシオが５０％に
制限されるという条件を除去し、デューティレシオがい
かなる値であっても適正バイアスにて光変調を行なうこ
ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは電気光学効果を利用した光変調器の変調特性
および適正バイアス時の変調信号、変調光強度信号の波
形を示す図、同図ｂ，ｃはそれぞれバイアス点が適正バ
イアスから上下にずれた場合の変調光強度信号の波形を
示す図、第２図は従来の光変調装置の一例のブロック図
、第３図は先顕特許出願における光変調装置のブロック
図、第４図ａ，ｂ，ｃはともに第３図の装置の各部の信
号波形図、第５図はこの発明の一実施例による光変調装
置のブロック図、第６図はこの発明の他の実施例のブロ
ック図である。２・・・・・・入力変調信号の入力端子、３・・・・・
・光変調器、５…・・・入力光、１０…・・・光変調出
力、１１・・・…出力光検知器、１４……差動アンプ、
１５……バイアスアンプ、３１，３４・・…・電圧比較
器、３２，３５……低域フィルタ、３１，３６，４０，
４５……第１、第２のデューティレシオ検出器、４１，
４６・・・・・・正反転回路、４２，４３，４７，４８
・…・・低域フィル夕、４４，４９・・・・・・差動ア
ンプ。なお図中、同一符号は同一または相当部分を示す。第１
図第２図第３図第４図第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】１入力光を入力変調信号に応じて変調する光変調器と
、この光変調器の光変調出力よりそ強度に比例した光強
度信号を得る出力光検知器と、前記入力変調信号および
前記出力光検知器の光強度信号のデユーテイレシオをそ
れぞれ検出する第１、第２のデユーテイレシオ検出器と
、この第１、第２のデユーテイレシオ検出器の出力の差
をとる差動アンプと、この差動アンプの出力を前記光変
調器に加えるバイアスアンプとを備えたことを特徴とす
る光変調装置。２前記第１、第２のデユーテイレシオ検出器を、入力
信号と基準信号とを比較し２値の電圧信号を出力する電
圧比較器と、この電圧比較器に接続された低域フイルタ
とにより構成しことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の光変調装置。３前記第１、第２のデユーテイレシオ検出器を、入力
信号そのものと入力信号の反転出力とを出力する正反転
回路と、この正反転回路の両出力がそれぞれ入力される
２つの低域フイルタと、この２つの低域フイルタの出力
を２入力とする差動アンプとにより構成したことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の光変調装置。