JP2003177361A - 光変調装置 - Google Patents
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- G02F—OPTICAL 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
- G02F1/00—Devices 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
- G02F1/01—Devices 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
- G02F1/0121—Operation of devices; Circuit arrangements, not otherwise provided for in this subclass
- G02F1/0123—Circuits for the control or stabilisation of the bias voltage, e.g. automatic bias control [ABC] feedback loops
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- G02F—OPTICAL 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
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- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 動作点の変動に対する制御を安定かつ容易に
実施する。 【解決手段】 マッハチェンダ型光変調器１１への入力
電気信号７の全幅を２Ｖπより小さくし、その入力電気
信号７の包絡線２１，２２が互いに同相となるように低
周波信号を重畳する。これにより、入力電気信号７の全
幅を微調することなく、バイアス電圧の安定制御が可能
となる。また、マッハチェンダ型光変調器１１を構成す
る２つの光導波路に各々設けられた信号電極１１Ａ，１
１Ｂに対して、極性が反転した１対の直流電圧誤差信号
をそれぞれ印加する。これにより、直流電圧誤差信号に
より供給可能な信号電極間の電位差を従来の２倍にで
き、バイアス供給回路から供給可能なバイアス電圧が有
限である場合でも、ロッキングレンジを２倍に広げるこ
とが可能となる。
実施する。 【解決手段】 マッハチェンダ型光変調器１１への入力
電気信号７の全幅を２Ｖπより小さくし、その入力電気
信号７の包絡線２１，２２が互いに同相となるように低
周波信号を重畳する。これにより、入力電気信号７の全
幅を微調することなく、バイアス電圧の安定制御が可能
となる。また、マッハチェンダ型光変調器１１を構成す
る２つの光導波路に各々設けられた信号電極１１Ａ，１
１Ｂに対して、極性が反転した１対の直流電圧誤差信号
をそれぞれ印加する。これにより、直流電圧誤差信号に
より供給可能な信号電極間の電位差を従来の２倍にで
き、バイアス供給回路から供給可能なバイアス電圧が有
限である場合でも、ロッキングレンジを２倍に広げるこ
とが可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光変調装置に関
し、特に光強度変調を行う際のバイアス電圧を安定制御
する機能を有する光変調装置に関するものである。
し、特に光強度変調を行う際のバイアス電圧を安定制御
する機能を有する光変調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信においては、光をデータ
信号ど変調する際、光のオン・オフすなわち光の強度を
時間的に変化させる光強度変調が一般的に行われてい
る。ビットレートが１０Ｇｂ／ｓ以上の伝送速度では、
外部変調器とよばれるマッハチェンダ型光変調器や電界
吸収型光変調器（ＥＡ変調器）が広く用いられている
が、光強度変調時のチャーピング（強度変化に伴う周波
数変動）が小さいため、長距離通信において特にマッハ
チェンダ型光変調器を用いることが好ましい。しかしな
がら、マッハチェンダ型光変調器を用いた場合、温度変
化、長時間の電界印加、経時変化に伴ってバイアス電圧
が設定値から変動し、その結果として伝送特性も時間的
に変動するという問題があった。
信号ど変調する際、光のオン・オフすなわち光の強度を
時間的に変化させる光強度変調が一般的に行われてい
る。ビットレートが１０Ｇｂ／ｓ以上の伝送速度では、
外部変調器とよばれるマッハチェンダ型光変調器や電界
吸収型光変調器（ＥＡ変調器）が広く用いられている
が、光強度変調時のチャーピング（強度変化に伴う周波
数変動）が小さいため、長距離通信において特にマッハ
チェンダ型光変調器を用いることが好ましい。しかしな
がら、マッハチェンダ型光変調器を用いた場合、温度変
化、長時間の電界印加、経時変化に伴ってバイアス電圧
が設定値から変動し、その結果として伝送特性も時間的
に変動するという問題があった。
【０００３】従来、バイアス電圧の安定化をはかる方法
の一つとして、電気駆動信号に低周波信号を重畳して動
作点の変動量および変動方向を検出し、フィードバック
によりバイアス電圧を制御する方法が提案されている
（例えば、特開２０００−１６２５６３号公報など参
照）。図５に従来の光変調装置の構成例を示す。ドライ
バアンプ５５から出射された１対の互いに相補的な入力
電気信号７Ａ，７Ｂは、マッハチェンダ型光変調器５１
の信号電極５１Ａ，５１Ｂへ供給される。これに応じ
て、レーザ光源１から出射されたＣＷ（continuous wav
e）光に対して光強度変調が施される。
の一つとして、電気駆動信号に低周波信号を重畳して動
作点の変動量および変動方向を検出し、フィードバック
によりバイアス電圧を制御する方法が提案されている
（例えば、特開２０００−１６２５６３号公報など参
照）。図５に従来の光変調装置の構成例を示す。ドライ
バアンプ５５から出射された１対の互いに相補的な入力
電気信号７Ａ，７Ｂは、マッハチェンダ型光変調器５１
の信号電極５１Ａ，５１Ｂへ供給される。これに応じ
て、レーザ光源１から出射されたＣＷ（continuous wav
e）光に対して光強度変調が施される。
【０００４】また、マッハチェンダ型光変調器５１の信
号電極５１Ａには、低周波重畳回路５４により直流バイ
アス電圧が加えられるとともに、低周波発振回路４から
の低周波信号が重畳される。マッハチェンダ型光変調器
５１の出力光信号８は、光分岐回路２により２分岐さ
れ、一方の出力光信号２Ａは送信信号として用いられ、
他方の出力光信号２Ｂはフィードバック信号として例え
ばフォトダイオードなどの光電変換素子３により電気信
号に変換される。
号電極５１Ａには、低周波重畳回路５４により直流バイ
アス電圧が加えられるとともに、低周波発振回路４から
の低周波信号が重畳される。マッハチェンダ型光変調器
５１の出力光信号８は、光分岐回路２により２分岐さ
れ、一方の出力光信号２Ａは送信信号として用いられ、
他方の出力光信号２Ｂはフィードバック信号として例え
ばフォトダイオードなどの光電変換素子３により電気信
号に変換される。
【０００５】検出された電気信号と低周波発振回路４か
ら出射された低周波信号を位相比較回路６に入力し、同
期検波を行う。同期検波後の信号はＬＰＦ（低域通過フ
ィルタ）５２により直流電圧誤差信号として抽出され
る。この直流電圧誤差信号はバイアス供給回路５３に入
力されて、低周波重畳回路５４でバイアス供給回路５３
から出力された直流バイアス電圧と低周波発振回路４か
ら出力された低周波信号とが加算され、マッハチェンダ
型光変調器５１の信号電極５１Ａへ供給される。
ら出射された低周波信号を位相比較回路６に入力し、同
期検波を行う。同期検波後の信号はＬＰＦ（低域通過フ
ィルタ）５２により直流電圧誤差信号として抽出され
る。この直流電圧誤差信号はバイアス供給回路５３に入
力されて、低周波重畳回路５４でバイアス供給回路５３
から出力された直流バイアス電圧と低周波発振回路４か
ら出力された低周波信号とが加算され、マッハチェンダ
型光変調器５１の信号電極５１Ａへ供給される。
【０００６】次に、図６を参照して、従来の光変調装置
の動作を説明する。低周波信号を直流バイアス電圧とと
もに、マッハチェンダ型光変調器５１に印加することに
より、マッハチェンダ型光変調器５１を駆動する入力電
気信号の振幅が低周波信号（周波数ｆ0）により変調さ
れ、その結果、図６の入力電気信号の包絡線は上下で同
位相となる。マッハチェンダ型光変調器５１の消光特性
（光強度出力のバイアス電圧依存性）において、直流バ
イアス電圧が消光特性の極小値に一致している図６
（ａ）の状態がデュオバイナリ変調方式において最適で
あり、常に消光特性の極小値が直流バイアス電圧と一致
するように制御を行う。
の動作を説明する。低周波信号を直流バイアス電圧とと
もに、マッハチェンダ型光変調器５１に印加することに
より、マッハチェンダ型光変調器５１を駆動する入力電
気信号の振幅が低周波信号（周波数ｆ0）により変調さ
れ、その結果、図６の入力電気信号の包絡線は上下で同
位相となる。マッハチェンダ型光変調器５１の消光特性
（光強度出力のバイアス電圧依存性）において、直流バ
イアス電圧が消光特性の極小値に一致している図６
（ａ）の状態がデュオバイナリ変調方式において最適で
あり、常に消光特性の極小値が直流バイアス電圧と一致
するように制御を行う。
【０００７】ここで、入力電気信号の全幅が２Ｖπ（消
光特性の極小値間または極大値間の電位差として定義）
であることが動作点制御の前提となっている。消光特性
が図６（ａ）の場合には、図７（ａ）に示すように、極
大値での折り返し効果により、出力光信号には、元々入
力電気信号に重畳した低周波成分ｆ0ではなく、２ｆ0の
低周波成分が表れる。そのため、同期検波による直流電
圧誤差信号は０（ゼロ）となる。次に消光特性が図６
（ａ）から図６（ｂ）または図６（ｃ）に変動した場合
には、各々図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、出力光信
号にはｆ0の低周波成分が表れる。この結果、同期検波
により、動作点の変動量に応じた直流電圧誤差信号が得
られる。
光特性の極小値間または極大値間の電位差として定義）
であることが動作点制御の前提となっている。消光特性
が図６（ａ）の場合には、図７（ａ）に示すように、極
大値での折り返し効果により、出力光信号には、元々入
力電気信号に重畳した低周波成分ｆ0ではなく、２ｆ0の
低周波成分が表れる。そのため、同期検波による直流電
圧誤差信号は０（ゼロ）となる。次に消光特性が図６
（ａ）から図６（ｂ）または図６（ｃ）に変動した場合
には、各々図７（ｂ）、（ｃ）に示すように、出力光信
号にはｆ0の低周波成分が表れる。この結果、同期検波
により、動作点の変動量に応じた直流電圧誤差信号が得
られる。
【０００８】また、動作点の変動方向に応じて、すなわ
ち図６（ａ）から図６（ｂ）、および図６（ａ）から図
６（ｃ）への変動において、出力光信号に表れる低周波
成分ｆ0の位相が相互に反転している（πずれている）
ため、同期検波による直流電圧誤差信号の符号が異な
る。その結果、動作点の変動方向検出が可能となる。以
上のように、動作点の変動量および変動方向が検出でき
るため、検出信号を基にバイアス電圧を制御することに
より動作点の安定化をはかることが可能となる。尚、同
様の動作により、消光特性の極大値も安定動作点とな
る。消光特性の極小値を安定動作点とした場合と挙動が
異なるのは、消光特性の変動方向に対して得られる直流
電圧誤差信号の符号が正負異なることである。
ち図６（ａ）から図６（ｂ）、および図６（ａ）から図
６（ｃ）への変動において、出力光信号に表れる低周波
成分ｆ0の位相が相互に反転している（πずれている）
ため、同期検波による直流電圧誤差信号の符号が異な
る。その結果、動作点の変動方向検出が可能となる。以
上のように、動作点の変動量および変動方向が検出でき
るため、検出信号を基にバイアス電圧を制御することに
より動作点の安定化をはかることが可能となる。尚、同
様の動作により、消光特性の極大値も安定動作点とな
る。消光特性の極小値を安定動作点とした場合と挙動が
異なるのは、消光特性の変動方向に対して得られる直流
電圧誤差信号の符号が正負異なることである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の光変調装置では、動作点の変動に対する制御
が難しいという問題点があり、具体的には次のような２
つの問題点があった。第１の問題点は、マッハチェンダ
型光変調器を駆動する入力電気信号の全幅が２Ｖπでな
ければならず、入力電気信号の全幅におけるトレランス
が小さいことである。その理由は、安定動作点を検出す
るために、消光特性の極大値または極小値における低周
波成分の折り返し効果を用いているからである。第２の
問題点は、動作点のロッキングレンジ（追従範囲）が限
定されることである。その理由は、バイアス供給回路か
ら供給可能なバイアス電圧が有限であるからである。本
発明はこのような課題を解決するためのものであり、動
作点の変動に対する制御を安定かつ容易に実施できる光
変調装置を提供することを目的としている。
うな従来の光変調装置では、動作点の変動に対する制御
が難しいという問題点があり、具体的には次のような２
つの問題点があった。第１の問題点は、マッハチェンダ
型光変調器を駆動する入力電気信号の全幅が２Ｖπでな
ければならず、入力電気信号の全幅におけるトレランス
が小さいことである。その理由は、安定動作点を検出す
るために、消光特性の極大値または極小値における低周
波成分の折り返し効果を用いているからである。第２の
問題点は、動作点のロッキングレンジ（追従範囲）が限
定されることである。その理由は、バイアス供給回路か
ら供給可能なバイアス電圧が有限であるからである。本
発明はこのような課題を解決するためのものであり、動
作点の変動に対する制御を安定かつ容易に実施できる光
変調装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明にかかる光変調装置は、入力電気信号
に比べて低い周波数の低周波信号を入力電気信号へ重畳
する低周波重畳手段と、バイアス電圧によって設定され
た動作点を基に入力電気信号によって光強度変調を行っ
た光出力信号を出力する光変調器と、この光変調器の出
力光信号に含まれる低周波信号成分に基づいて設定すべ
き動作点からのずれを検出する動作点検出手段と、この
動作点検出手段での検出結果に基づいて光変調器へ供給
するバイアス電圧を制御するバイアス供給手段とを有す
る光変調装置において、入力電気信号として、光変調器
の消光特性における光強度の極小値間または極大値間の
バイアス電圧差よりも小さい全幅を有する入力電気信号
を用い、低周波重畳手段で、入力電気信号の包絡線が互
いに同相となる低周波信号を入力電気信号へ重畳するよ
うにしたものである。
るために、本発明にかかる光変調装置は、入力電気信号
に比べて低い周波数の低周波信号を入力電気信号へ重畳
する低周波重畳手段と、バイアス電圧によって設定され
た動作点を基に入力電気信号によって光強度変調を行っ
た光出力信号を出力する光変調器と、この光変調器の出
力光信号に含まれる低周波信号成分に基づいて設定すべ
き動作点からのずれを検出する動作点検出手段と、この
動作点検出手段での検出結果に基づいて光変調器へ供給
するバイアス電圧を制御するバイアス供給手段とを有す
る光変調装置において、入力電気信号として、光変調器
の消光特性における光強度の極小値間または極大値間の
バイアス電圧差よりも小さい全幅を有する入力電気信号
を用い、低周波重畳手段で、入力電気信号の包絡線が互
いに同相となる低周波信号を入力電気信号へ重畳するよ
うにしたものである。
【００１１】このとき、バイアス供給手段で、バイアス
電圧を制御する際、光変調器を構成する２つの光導波路
の各々に設けられた信号電極へ、動作点検出手段からの
検出結果に基づいて極性が互いに逆となる２つのバイア
ス電圧を各々供給するようにしてもよい。
電圧を制御する際、光変調器を構成する２つの光導波路
の各々に設けられた信号電極へ、動作点検出手段からの
検出結果に基づいて極性が互いに逆となる２つのバイア
ス電圧を各々供給するようにしてもよい。
【００１２】また、本発明にかかる他の光変調装置は、
入力電気信号に比べて低い周波数の低周波信号を入力電
気信号へ重畳する低周波重畳手段と、バイアス電圧によ
って設定された動作点を基に入力電気信号によって光強
度変調を行った光出力信号を出力する光変調器と、この
光変調器の出力光信号に含まれる低周波信号成分に基づ
いて設定すべき動作点からのずれを検出する動作点検出
手段と、この動作点検出手段での検出結果に基づいて光
変調器へ供給するバイアス電圧を制御するバイアス供給
手段とを有する光変調装置において、バイアス供給手段
で、バイアス電圧を制御する際、光変調器を構成する２
つの光導波路の各々に設けられた信号電極へ、動作点検
出手段からの検出結果に基づいて極性が互いに逆となる
２つのバイアス電圧を各々供給するようにしたものであ
る。
入力電気信号に比べて低い周波数の低周波信号を入力電
気信号へ重畳する低周波重畳手段と、バイアス電圧によ
って設定された動作点を基に入力電気信号によって光強
度変調を行った光出力信号を出力する光変調器と、この
光変調器の出力光信号に含まれる低周波信号成分に基づ
いて設定すべき動作点からのずれを検出する動作点検出
手段と、この動作点検出手段での検出結果に基づいて光
変調器へ供給するバイアス電圧を制御するバイアス供給
手段とを有する光変調装置において、バイアス供給手段
で、バイアス電圧を制御する際、光変調器を構成する２
つの光導波路の各々に設けられた信号電極へ、動作点検
出手段からの検出結果に基づいて極性が互いに逆となる
２つのバイアス電圧を各々供給するようにしたものであ
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施
の形態にかかる光変調装置の構成を示すブロック図であ
り、前述した図５と同じまたは同等部分には同一符号を
付してある。この光変調装置には、レーザ光源１、光分
岐回路２、光電変換素子３、低周波発振回路４、増幅器
５、位相比較回路６、マッハチェンダ型光変調器１１、
積分回路１２およびバイアス供給回路１３が設けられて
いる。ここでは、低周波発振回路４およびバイアス供給
回路１３の一部から低周波重畳手段１０１が構成され、
バイアス供給回路１３からバイアス供給手段１０３が構
成されている。また、光電変換素子３、増幅器５、位相
比較回路６および積分回路１２から動作点検出手段１０
２が構成されている。
て図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施
の形態にかかる光変調装置の構成を示すブロック図であ
り、前述した図５と同じまたは同等部分には同一符号を
付してある。この光変調装置には、レーザ光源１、光分
岐回路２、光電変換素子３、低周波発振回路４、増幅器
５、位相比較回路６、マッハチェンダ型光変調器１１、
積分回路１２およびバイアス供給回路１３が設けられて
いる。ここでは、低周波発振回路４およびバイアス供給
回路１３の一部から低周波重畳手段１０１が構成され、
バイアス供給回路１３からバイアス供給手段１０３が構
成されている。また、光電変換素子３、増幅器５、位相
比較回路６および積分回路１２から動作点検出手段１０
２が構成されている。
【００１４】レーザ光源１から出射されたＣＷ（Contin
uous wave）光は、マッハチェンダ型光変調器１１によ
り強度変調が施される。マッハチェンダ型光変調器１１
には、ニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ3からなる媒体（基
板材質）上に、その中間部の一部が対称分岐されて２つ
の光導波路が形成されている。ここでは、その一方の光
導波路に設けられた信号電極１１Ａへ入力電気信号７を
供給する単極駆動が用いられている。
uous wave）光は、マッハチェンダ型光変調器１１によ
り強度変調が施される。マッハチェンダ型光変調器１１
には、ニオブ酸リチウムＬｉＮｂＯ3からなる媒体（基
板材質）上に、その中間部の一部が対称分岐されて２つ
の光導波路が形成されている。ここでは、その一方の光
導波路に設けられた信号電極１１Ａへ入力電気信号７を
供給する単極駆動が用いられている。
【００１５】マッハチェンダ型光変調器１１を駆動する
入力電気信号７は任意であるが、より具体的には任意ビ
ットレートを有する２値電気データ信号、任意ビットレ
ートを有する３値電気データ信号、および任意周波数を
有する電気クロック信号が好ましい。例えば、２値電気
データ信号としてはＮＲＺ、ＲＺ信号、３値電気データ
信号としてはデュオバイナリ信号、Ｄｉｃｏｄｅ信号
等、電気クロック信号としては、ビットレートの１／２
周波数を有するクロック信号（Carrier suppressed-RZ
信号生成用電気クロック信号など）が考えられる。
入力電気信号７は任意であるが、より具体的には任意ビ
ットレートを有する２値電気データ信号、任意ビットレ
ートを有する３値電気データ信号、および任意周波数を
有する電気クロック信号が好ましい。例えば、２値電気
データ信号としてはＮＲＺ、ＲＺ信号、３値電気データ
信号としてはデュオバイナリ信号、Ｄｉｃｏｄｅ信号
等、電気クロック信号としては、ビットレートの１／２
周波数を有するクロック信号（Carrier suppressed-RZ
信号生成用電気クロック信号など）が考えられる。
【００１６】本実施の形態では、特に、入力電気信号７
として、その全幅が、２Ｖπすなわち消光特性における
光強度の極小値間または極大値間におけるバイアス電圧
差より小さいものを用いる。さらに、マッハチェンダ型
光変調器１１を駆動する入力電気信号７には、図２に示
すように１対の包絡線２１，２２が同位相となるように
低周波信号が重畳される。
として、その全幅が、２Ｖπすなわち消光特性における
光強度の極小値間または極大値間におけるバイアス電圧
差より小さいものを用いる。さらに、マッハチェンダ型
光変調器１１を駆動する入力電気信号７には、図２に示
すように１対の包絡線２１，２２が同位相となるように
低周波信号が重畳される。
【００１７】マッハチェンダ型光変調器１１から出力さ
れた出力光信号８は光分岐回路２より２つに分岐され
る。その一方の光信号２Ａは送信信号として用いられ、
他方の光信号２Ｂはフィードバック信号として光電変換
素子３で検出されて電気信号に変換される。光電変換素
子３としては、フォトダイオードでもよく、アバランシ
ェフォトダイオードでもよい。光電変換素子３で検出さ
れた電気信号は増幅器５により増幅された後、低周波発
振回路４から出射された低周波信号と同期検波を行うた
めに位相比較回路６に入力される。位相比較回路６はミ
キサ回路でもよく、ディジタル乗算回路やアナログ乗算
回路でもよい。
れた出力光信号８は光分岐回路２より２つに分岐され
る。その一方の光信号２Ａは送信信号として用いられ、
他方の光信号２Ｂはフィードバック信号として光電変換
素子３で検出されて電気信号に変換される。光電変換素
子３としては、フォトダイオードでもよく、アバランシ
ェフォトダイオードでもよい。光電変換素子３で検出さ
れた電気信号は増幅器５により増幅された後、低周波発
振回路４から出射された低周波信号と同期検波を行うた
めに位相比較回路６に入力される。位相比較回路６はミ
キサ回路でもよく、ディジタル乗算回路やアナログ乗算
回路でもよい。
【００１８】位相比較回路６から出力される同期検波後
の信号は、積分回路１２に入力される。積分回路１２で
は、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）機能により直流電圧誤
差信号を抽出するとともに、増幅機能によりその直流電
圧誤差信号の増幅を行う。積分回路１２から出力された
信号は、低周波発振回路４から出力された低周波信号と
ともにバイアス供給回路１３に入力される。バイアス供
給回路１３では、低周波発振回路４からの低周波信号と
積分回路１２から出力された信号および定常的な直流電
圧信号がそれぞれ独立に加算または減算される。バイア
ス供給回路１３から出力される信号は、マッハチェンダ
型光変調器１１の信号電極１１Ａへ供給され、マッハチ
ェンダ型光変調器１１を駆動する入力電気信号７に重畳
される。
の信号は、積分回路１２に入力される。積分回路１２で
は、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）機能により直流電圧誤
差信号を抽出するとともに、増幅機能によりその直流電
圧誤差信号の増幅を行う。積分回路１２から出力された
信号は、低周波発振回路４から出力された低周波信号と
ともにバイアス供給回路１３に入力される。バイアス供
給回路１３では、低周波発振回路４からの低周波信号と
積分回路１２から出力された信号および定常的な直流電
圧信号がそれぞれ独立に加算または減算される。バイア
ス供給回路１３から出力される信号は、マッハチェンダ
型光変調器１１の信号電極１１Ａへ供給され、マッハチ
ェンダ型光変調器１１を駆動する入力電気信号７に重畳
される。
【００１９】次に、本実施の形態にかかる光変調装置の
動作について説明する。低周波発振回路４からの低周波
信号（周波数ｆ0）は、バイアス供給回路１３により、
直流バイアス電圧とともにマッハチェンダ型光変調器１
１へ印加される。これにより、マッハチェンダ型光変調
器１１を駆動する入力電気信号７の振幅が低周波信号に
より変調される。その結果、図２に示すように入力電気
信号７の包絡線２１，２２は上下で同位相となる。マッ
ハチェンダ型光変調器１１の消光特性（光強度出力のバ
イアス電圧依存性）において、以下では消光特性の極小
値が直流バイアス電圧と一致するように制御を行う場合
について説明する。
動作について説明する。低周波発振回路４からの低周波
信号（周波数ｆ0）は、バイアス供給回路１３により、
直流バイアス電圧とともにマッハチェンダ型光変調器１
１へ印加される。これにより、マッハチェンダ型光変調
器１１を駆動する入力電気信号７の振幅が低周波信号に
より変調される。その結果、図２に示すように入力電気
信号７の包絡線２１，２２は上下で同位相となる。マッ
ハチェンダ型光変調器１１の消光特性（光強度出力のバ
イアス電圧依存性）において、以下では消光特性の極小
値が直流バイアス電圧と一致するように制御を行う場合
について説明する。
【００２０】本実施の形態では、入力電気信号７の全幅
が２Ｖπすなわち消光特性の極小値間または極大値間の
バイアス電圧差より小さく、かつ低周波信号ｆ0の包絡
線２１，２２を同相としたことから、マッハチェンダ型
光変調器１１の消光特性のうち傾きが逆となる領域に低
周波信号ｆ0の同相の包絡線２１，２２が対応すること
になり、その変調動作が従来とは大きく異なる。まず、
消光特性が図２（ａ）の場合には、図３（ａ）に示すよ
うに、元々入力電気信号７へ重畳した低周波成分ｆ0が
出力光信号８に表れる。このとき、図６（ａ）に示した
従来例と異なり、低周波成分２ｆ0の包絡線が表れない
が、出力光信号８における包絡線３１と包絡線３２の位
相は互いにπだけずれており、かつ包絡線３１，３２の
振幅値および形状も等しいため、低周波信号成分ｆ0は
全体として打ち消しあう。そのため、同期検波による直
流電圧誤差信号は０となる。
が２Ｖπすなわち消光特性の極小値間または極大値間の
バイアス電圧差より小さく、かつ低周波信号ｆ0の包絡
線２１，２２を同相としたことから、マッハチェンダ型
光変調器１１の消光特性のうち傾きが逆となる領域に低
周波信号ｆ0の同相の包絡線２１，２２が対応すること
になり、その変調動作が従来とは大きく異なる。まず、
消光特性が図２（ａ）の場合には、図３（ａ）に示すよ
うに、元々入力電気信号７へ重畳した低周波成分ｆ0が
出力光信号８に表れる。このとき、図６（ａ）に示した
従来例と異なり、低周波成分２ｆ0の包絡線が表れない
が、出力光信号８における包絡線３１と包絡線３２の位
相は互いにπだけずれており、かつ包絡線３１，３２の
振幅値および形状も等しいため、低周波信号成分ｆ0は
全体として打ち消しあう。そのため、同期検波による直
流電圧誤差信号は０となる。
【００２１】次に、消光特性が図２（ａ）から図２
（ｂ）に変動した場合、包絡線２１すなわち包絡線３１
側の光強度が上昇し、包絡線２２すなわち包絡線３２側
の光強度が低下するため、出力光信号８は図３（ｂ）に
示すようになる。全幅Ｖπを有し、立ち上がり立ち下が
り時間が０であるような入力電気信号７でなければ、出
力光信号８における包絡線３１と包絡線３２の位相が互
いにπずれていても、包絡線の振幅値または形状が異な
るため、低周波成分ｆ0が同期検波され、動作点の変動
量に応じた直流電圧誤差信号が得られる。
（ｂ）に変動した場合、包絡線２１すなわち包絡線３１
側の光強度が上昇し、包絡線２２すなわち包絡線３２側
の光強度が低下するため、出力光信号８は図３（ｂ）に
示すようになる。全幅Ｖπを有し、立ち上がり立ち下が
り時間が０であるような入力電気信号７でなければ、出
力光信号８における包絡線３１と包絡線３２の位相が互
いにπずれていても、包絡線の振幅値または形状が異な
るため、低周波成分ｆ0が同期検波され、動作点の変動
量に応じた直流電圧誤差信号が得られる。
【００２２】また、消光特性が図２（ａ）から図２
（ｃ）に変動した場合、包絡線２１すなわち包絡線３１
側の光強度が低下し、包絡線２２すなわち包絡線３２側
の光強度が上昇するため、出力光信号８は図３（ｃ）に
示したようになる。このとき、包絡線３１と包絡線３２
の位相が互いにπだけずれているものの、包絡線の振幅
値または形状が異なるため、低周波成分ｆ0が同期検波
され、動作点の変動量に応じた直流電圧誤差信号が得ら
れる。
（ｃ）に変動した場合、包絡線２１すなわち包絡線３１
側の光強度が低下し、包絡線２２すなわち包絡線３２側
の光強度が上昇するため、出力光信号８は図３（ｃ）に
示したようになる。このとき、包絡線３１と包絡線３２
の位相が互いにπだけずれているものの、包絡線の振幅
値または形状が異なるため、低周波成分ｆ0が同期検波
され、動作点の変動量に応じた直流電圧誤差信号が得ら
れる。
【００２３】さらに、動作点の変動方向、すなわち図２
（ａ）から図２（ｂ）への変動、および図２（ａ）から
図２（ｃ）への変動において、検波される低周波成分ｆ
0の位相が互いにπだけ前後にずれているため、同期検
波による直流電圧誤差信号の符号が異なる。その結果、
動作点の変動方向の検出が可能となる。したがって、動
作点の変動方向、変動量を検出できるため、検出信号を
基にバイアス電圧を制御することにより動作点の安定化
をはかることが可能となる。
（ａ）から図２（ｂ）への変動、および図２（ａ）から
図２（ｃ）への変動において、検波される低周波成分ｆ
0の位相が互いにπだけ前後にずれているため、同期検
波による直流電圧誤差信号の符号が異なる。その結果、
動作点の変動方向の検出が可能となる。したがって、動
作点の変動方向、変動量を検出できるため、検出信号を
基にバイアス電圧を制御することにより動作点の安定化
をはかることが可能となる。
【００２４】このように、本実施の形態では、マッハチ
ェンダ型光変調器１１への入力電気信号の全幅を２Ｖπ
より小さくし、その入力電気信号７の包絡線が互いに同
相となるように低周波信号を重畳したので、従来のよう
に入力電気信号の全幅を微調することなく安定制御を行
うことができ、動作点の変動に対する制御を安定かつ容
易に実施できる。また、入力電気信号７のビットレート
が高速になればなるほど、また電気信号の周波数が高く
なればなるほど、全幅の大きい電気信号を生成するのが
難しくなるが、入力電気信号の全幅が２Ｖπより小さい
ため、全幅の大きい電気信号を生成する必要がなくな
り、動作点の変動に対する制御を安定かつ容易に実施で
きる。
ェンダ型光変調器１１への入力電気信号の全幅を２Ｖπ
より小さくし、その入力電気信号７の包絡線が互いに同
相となるように低周波信号を重畳したので、従来のよう
に入力電気信号の全幅を微調することなく安定制御を行
うことができ、動作点の変動に対する制御を安定かつ容
易に実施できる。また、入力電気信号７のビットレート
が高速になればなるほど、また電気信号の周波数が高く
なればなるほど、全幅の大きい電気信号を生成するのが
難しくなるが、入力電気信号の全幅が２Ｖπより小さい
ため、全幅の大きい電気信号を生成する必要がなくな
り、動作点の変動に対する制御を安定かつ容易に実施で
きる。
【００２５】なお、以上では、消光特性の極小値が直流
バイアス電圧と一致するように制御を行う場合について
説明したが、同様の動作により、消光特性の極大値を安
定動作点とすることもできる。この場合、消光特性の極
小値を安定動作点とした場合と挙動が異なるのは、消光
特性の変動方向に対して得られる直流電圧誤差信号の符
号が正負異なることである。同期検波により得られた直
流電圧誤差信号を基にしたフィードバック制御（バイア
ス電圧制御）における、フィードバック係数を最適に選
択することにより、消光特性の極小値のみを安定動作点
とすることが可能でありであり、また、極大値のみを安
定動作点とすることが可能である。
バイアス電圧と一致するように制御を行う場合について
説明したが、同様の動作により、消光特性の極大値を安
定動作点とすることもできる。この場合、消光特性の極
小値を安定動作点とした場合と挙動が異なるのは、消光
特性の変動方向に対して得られる直流電圧誤差信号の符
号が正負異なることである。同期検波により得られた直
流電圧誤差信号を基にしたフィードバック制御（バイア
ス電圧制御）における、フィードバック係数を最適に選
択することにより、消光特性の極小値のみを安定動作点
とすることが可能でありであり、また、極大値のみを安
定動作点とすることが可能である。
【００２６】次に、図４を参照して、本発明にかかる第
２の実施の形態について説明する。図４は本発明の第２
の実施の形態にかかる光変調装置の構成を示すブロック
図であり、前述した図１と同じまたは同等部分には同一
符号を付してある。本実施の形態では、第１の実施の形
態（図１参照）のバイアス供給回路１３に代えて、バイ
アス供給回路４１が設けられており、このバイアス供給
回路４１から２つの出力信号が、マッハチェンダ型光変
調器１１を構成する２つの光導波路にそれぞれ設けられ
た各信号電極１１Ａ，１１Ｂへ供給されている。ここで
は、低周波発振回路４およびバイアス供給回路４１の一
部から低周波重畳手段１０１が構成され、バイアス供給
回路４１からバイアス供給手段１０３が構成されてい
る。また、光電変換素子３、増幅器５、位相比較回路６
および積分回路１２から動作点検出手段１０２が構成さ
れている。
２の実施の形態について説明する。図４は本発明の第２
の実施の形態にかかる光変調装置の構成を示すブロック
図であり、前述した図１と同じまたは同等部分には同一
符号を付してある。本実施の形態では、第１の実施の形
態（図１参照）のバイアス供給回路１３に代えて、バイ
アス供給回路４１が設けられており、このバイアス供給
回路４１から２つの出力信号が、マッハチェンダ型光変
調器１１を構成する２つの光導波路にそれぞれ設けられ
た各信号電極１１Ａ，１１Ｂへ供給されている。ここで
は、低周波発振回路４およびバイアス供給回路４１の一
部から低周波重畳手段１０１が構成され、バイアス供給
回路４１からバイアス供給手段１０３が構成されてい
る。また、光電変換素子３、増幅器５、位相比較回路６
および積分回路１２から動作点検出手段１０２が構成さ
れている。
【００２７】バイアス供給回路４１からの各出力信号
は、直流電圧（定常直流電圧と直流電圧誤差信号）と低
周波信号から構成されているが、各々の出力信号の直流
電圧における極性は互いに正負逆であり、また各々の出
力信号の低周波信号における位相は互いに同相である。
各々の直流電圧の絶対値は等しいことが望ましいがその
限りではない。低周波信号は２つの出力信号のうち少な
くとも片方だけに含まれていればよい。また、一方の出
力信号における直流電圧成分は直流電圧誤差信号のみが
含まれていてもよく、その場合、各々の出力信号におけ
る直流電圧誤差信号の正負は互いに逆である。バイアス
供給回路４１から出力された２つの信号は、マッハチェ
ンダ型光変調器１１を構成する２つの光導波路に各々設
けられた信号電極１１Ａ，１１Ｂにそれぞれ入力され
る。
は、直流電圧（定常直流電圧と直流電圧誤差信号）と低
周波信号から構成されているが、各々の出力信号の直流
電圧における極性は互いに正負逆であり、また各々の出
力信号の低周波信号における位相は互いに同相である。
各々の直流電圧の絶対値は等しいことが望ましいがその
限りではない。低周波信号は２つの出力信号のうち少な
くとも片方だけに含まれていればよい。また、一方の出
力信号における直流電圧成分は直流電圧誤差信号のみが
含まれていてもよく、その場合、各々の出力信号におけ
る直流電圧誤差信号の正負は互いに逆である。バイアス
供給回路４１から出力された２つの信号は、マッハチェ
ンダ型光変調器１１を構成する２つの光導波路に各々設
けられた信号電極１１Ａ，１１Ｂにそれぞれ入力され
る。
【００２８】このように、本実施の形態では、バイアス
供給可能な電圧が従来と同じでも、マッハチェンダ型光
変調器を構成する２つの光導波路に各々設けられた信号
電極に対して、極性が反転した１対の直流電圧誤差信号
をそれぞれ印加するようにしたので、バイアス供給回路
から供給可能なバイアス電圧が有限である場合でも、直
流電圧誤差信号により供給可能な信号電極間の電位差を
従来の２倍にでき、その結果、ロッキングレンジを２倍
に広げることが可能となり、動作点の変動に対する制御
を容易に実施できる。
供給可能な電圧が従来と同じでも、マッハチェンダ型光
変調器を構成する２つの光導波路に各々設けられた信号
電極に対して、極性が反転した１対の直流電圧誤差信号
をそれぞれ印加するようにしたので、バイアス供給回路
から供給可能なバイアス電圧が有限である場合でも、直
流電圧誤差信号により供給可能な信号電極間の電位差を
従来の２倍にでき、その結果、ロッキングレンジを２倍
に広げることが可能となり、動作点の変動に対する制御
を容易に実施できる。
【００２９】本実施の形態については、前述した第１の
実施の形態と組み合わせて実施してもよく、各実施の形
態にかかる効果が同時に得られる。第１の実施の形態と
組み合わせた場合、フィードバック制御時の信号電極１
１Ａ，１１Ｂ間の電位差が２倍となるものの、マッハチ
ェンダ型光変調器１１での変調動作については、図２と
同様である。なお、本実施の形態を単独で実施した場合
の変調動作につていは、図６と同様である。
実施の形態と組み合わせて実施してもよく、各実施の形
態にかかる効果が同時に得られる。第１の実施の形態と
組み合わせた場合、フィードバック制御時の信号電極１
１Ａ，１１Ｂ間の電位差が２倍となるものの、マッハチ
ェンダ型光変調器１１での変調動作については、図２と
同様である。なお、本実施の形態を単独で実施した場合
の変調動作につていは、図６と同様である。
【００３０】また、各実施の形態では、マッハチェンダ
型光変調器１１として、マッハチェンダ型光変調器を構
成する２つの光導波路に一方に設けられた信号電極１１
Ａへ入力電気信号７を供給する単極駆動を用いた場合を
例として説明したが、前述した図５のように、２つの光
導波路にそれぞれ設けられた信号電極１１Ａ，１１Ｂへ
相補的な入力電気信号をそれぞれ供給するプッシュプル
駆動を用いてもよい。
型光変調器１１として、マッハチェンダ型光変調器を構
成する２つの光導波路に一方に設けられた信号電極１１
Ａへ入力電気信号７を供給する単極駆動を用いた場合を
例として説明したが、前述した図５のように、２つの光
導波路にそれぞれ設けられた信号電極１１Ａ，１１Ｂへ
相補的な入力電気信号をそれぞれ供給するプッシュプル
駆動を用いてもよい。
【００３１】以上では、本発明について、光変調装置に
関する各実施の形態を例として説明したが、本発明は他
の様々な態様により実現可能である。また、本発明中の
様々な回路、部品に関しては、その機能を有するもので
あれば、どのような回路、部品を適用しても可能である
ことはいうまでもない。例えば検波効率を向上するため
に、光電変換素子３もしくは増幅器５のあとに低域通過
フィルタまたは帯域通過フィルタを挿入してもよい。
関する各実施の形態を例として説明したが、本発明は他
の様々な態様により実現可能である。また、本発明中の
様々な回路、部品に関しては、その機能を有するもので
あれば、どのような回路、部品を適用しても可能である
ことはいうまでもない。例えば検波効率を向上するため
に、光電変換素子３もしくは増幅器５のあとに低域通過
フィルタまたは帯域通過フィルタを挿入してもよい。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、マッハ
チェンダ型光変調器への入力電気信号の全幅を２Ｖπよ
り小さくし、その入力電気信号の異なる電圧レベルに対
して互いに同位相となるように低周波信号を重畳するよ
うにしたので、マッハチェンダ型光変調器を駆動する入
力電気信号の全幅を微調することなく、バイアス電圧の
安定制御が可能となり、動作点の変動に対する制御を安
定かつ容易に実施できる。また、マッハチェンダ型光変
調器を構成する２つの光導波路に各々設けられた信号電
極に対して、極性が反転した１対の直流電圧誤差信号を
それぞれに印加するようにしたので、バイアス供給回路
から供給可能なバイアス電圧が有限である場合でも、動
作点のロッキングレンジを従来の２倍に広げることがで
き、動作点の変動に対する制御を安定かつ容易に実施で
きる。
チェンダ型光変調器への入力電気信号の全幅を２Ｖπよ
り小さくし、その入力電気信号の異なる電圧レベルに対
して互いに同位相となるように低周波信号を重畳するよ
うにしたので、マッハチェンダ型光変調器を駆動する入
力電気信号の全幅を微調することなく、バイアス電圧の
安定制御が可能となり、動作点の変動に対する制御を安
定かつ容易に実施できる。また、マッハチェンダ型光変
調器を構成する２つの光導波路に各々設けられた信号電
極に対して、極性が反転した１対の直流電圧誤差信号を
それぞれに印加するようにしたので、バイアス供給回路
から供給可能なバイアス電圧が有限である場合でも、動
作点のロッキングレンジを従来の２倍に広げることがで
き、動作点の変動に対する制御を安定かつ容易に実施で
きる。
【図１】 本発明の第１の実施の形態にかかる光変調装
置の構成を示すブロック図である
置の構成を示すブロック図である
【図２】 本発明の第１の実施の形態にかかる光変調装
置の動作原理を示す信号波形図である。
置の動作原理を示す信号波形図である。
【図３】 本発明の第１の実施の形態にかかる光変調装
置の出力光波形を示す信号波形図である。
置の出力光波形を示す信号波形図である。
【図４】 本発明の第２の実施の形態にかかる光変調装
置の構成を示すブロック図である。
置の構成を示すブロック図である。
【図５】 従来の光変調装置の構成例を示すブロック図
である。
である。
【図６】 従来の光変調装置の動作原理を示す信号波形
図である。
図である。
【図７】 従来の光変調装置の出力光波形を示す信号波
形図である。
形図である。
１…レーザ光源、２…光分岐回路、２Ａ，２Ｂ…光信
号、３…光電変換素子、４…低周波発振回路、５…増幅
器、６…位相比較回路、１１…マッハチェンダ型光変調
器、１１Ａ，１１Ｂ…信号電極、１２…積分回路、１３
…バイアス供給回路、４１…バイアス供給回路、１０１
…低周波重畳手段、１０２…動作点検出手段、１０３…
バイアス供給手段。
号、３…光電変換素子、４…低周波発振回路、５…増幅
器、６…位相比較回路、１１…マッハチェンダ型光変調
器、１１Ａ，１１Ｂ…信号電極、１２…積分回路、１３
…バイアス供給回路、４１…バイアス供給回路、１０１
…低周波重畳手段、１０２…動作点検出手段、１０３…
バイアス供給手段。
Claims (3)
- 【請求項１】 入力電気信号に比べて低い周波数の低周
波信号を前記入力電気信号へ重畳する低周波重畳手段
と、バイアス電圧によって設定された動作点を基に前記
入力電気信号によって光強度変調を行った光出力信号を
出力する光変調器と、この光変調器の出力光信号に含ま
れる低周波信号成分に基づいて設定すべき動作点からの
ずれを検出する動作点検出手段と、この動作点検出手段
での検出結果に基づいて前記光変調器へ供給する前記バ
イアス電圧を制御するバイアス供給手段とを有する光変
調装置において、 前記入力電気信号は、前記光変調器の消光特性における
光強度の極小値間または極大値間のバイアス電圧差より
も小さい全幅を有する入力電気信号からなり、 前記低周波重畳手段は、前記入力電気信号の包絡線が互
いに同相となる低周波信号を前記入力電気信号へ重畳す
ることを特徴とする光変調装置。 - 【請求項２】 入力電気信号に比べて低い周波数の低周
波信号を前記入力電気信号へ重畳する低周波重畳手段
と、バイアス電圧によって設定された動作点を基に前記
入力電気信号によって光強度変調を行った光出力信号を
出力する光変調器と、この光変調器の出力光信号に含ま
れる低周波信号成分に基づいて設定すべき動作点からの
ずれを検出する動作点検出手段と、この動作点検出手段
での検出結果に基づいて前記光変調器へ供給する前記バ
イアス電圧を制御するバイアス供給手段とを有する光変
調装置において、 前記バイアス供給手段は、前記バイアス電圧を制御する
際、前記光変調器を構成する２つの光導波路の各々に設
けられた信号電極へ、前記動作点検出手段からの検出結
果に基づいて極性が互いに逆となる２つのバイアス電圧
を各々供給することを特徴とする光変調装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の光変調装置において、 前記バイアス供給手段は、前記バイアス電圧を制御する
際、前記光変調器を構成する２つの光導波路の各々に設
けられた信号電極へ、前記動作点検出手段からの検出結
果に基づいて極性が互いに逆となる２つのバイアス電圧
を各々供給することを特徴とする光変調装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001380375A JP3772738B2 (ja) | 2001-12-13 | 2001-12-13 | 光変調装置 |
| DE60209627T DE60209627T2 (de) | 2001-12-13 | 2002-12-13 | Optisches Modulationssystem, bei dem eine hochstabile Vorspannung auf einen optischen Modulator angewendet wird |
| US10/318,016 US7046414B2 (en) | 2001-12-13 | 2002-12-13 | Optical modulation system applying a highly stable bias voltage to an optical modulator |
| EP02027940A EP1324102B1 (en) | 2001-12-13 | 2002-12-13 | Optical modulation system applying a highly stable bias voltage to an optical modulator |
| CA002414536A CA2414536A1 (en) | 2001-12-13 | 2002-12-13 | Optical modulation system applying a highly stable bias voltage to an optical modulator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001380375A JP3772738B2 (ja) | 2001-12-13 | 2001-12-13 | 光変調装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003177361A true JP2003177361A (ja) | 2003-06-27 |
| JP3772738B2 JP3772738B2 (ja) | 2006-05-10 |
Family
ID=19187155
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001380375A Expired - Lifetime JP3772738B2 (ja) | 2001-12-13 | 2001-12-13 | 光変調装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7046414B2 (ja) |
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