JP2003295138A - 光変調器制御装置およびそれを用いた光送信装置ならびに光変調器の制御方法および制御プログラム記録媒体 - Google Patents
光変調器制御装置およびそれを用いた光送信装置ならびに光変調器の制御方法および制御プログラム記録媒体Info
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Abstract
の振幅に拘らず、MZ型光変調器の動作点ドリフトに対
応して最適の動作点を保持するように補償し、MZ型光
変調器から安定な光信号を出力し、出力消光比の劣化を
防止する。 【解決手段】二値のデジタル入力信号に応じた駆動電圧
を発生する駆動回路33,34 と、入力信号よりも周波数が
十分に低い低周波信号を発生する発振器35と、低周波信
号を重畳した直流バイアス電圧および駆動電圧が与えら
れ、駆動電圧に応じて入力光を変調し、入力信号を光信
号に変換するMZ型光変調器32と、光信号を入力信号の
高周波成分のみを平均化した電気信号に変換し、低周波
信号成分を取り出すとともに低周波信号と乗算し、乗算
出力信号の直流成分を取り出す回路41,42,43,44 と、取
り出された直流成分が最大になるように直流バイアス電
圧を制御する回路45,46 とを具備する。
Description
およびそれを用いた光送信装置ならびに光変調器の制御
方法およびそれに使用する制御プログラム記録媒体に係
り、特に電気/光変換器として使用されるマッハツェン
ダ型光変調器(以下、MZ変調器と記す)から出力され
る光信号を安定化する制御技術に関するもので、例えば
長距離高速光ファイバー通信ネットワークに使用される
ものである。
システムにおける光送信装置の変調方式としては、変調
入力に合わせて半導体レーザの駆動電流に強弱をつける
ことにより、電気−光変換を行う直接変調方式がある。
しかし、この直接変調方式は、伝送速度が速くなるにつ
れて、出力光信号の波長変動(チャーピング)の影響や
光ファイバー内の分散により、長距離伝送が困難になっ
た。
部変調器であるMZ変調器が使用されるようになってき
ている。また、MZ変調器を使用した光送信装置では、
光通信システムが常時安定な動作をするように、温度変
動、経時変化等に対する送信出力(光信号)の安定化が
必要となる。
に対応して変化する駆動電圧と出力光信号の関係(光透
過特性)一例を示す。ここでは、入力信号が二値のデジ
タル信号であるものとして説明する。
ク)の時の駆動電圧と光透過率が最小値(零)の時の駆
動電圧との差をVπ、光透過率が最大値と最小値の中間
値で傾きが正である点をQUAD点、このQUAD点に
対する駆動電圧をQUAD電圧Vquadと呼ぶものとす
る。
変調器の駆動電圧をV0 、V1 、これらの中間値(V0
+V1 )/2をバイアス電圧Vb (MZ変調器の動作
点)と呼ぶものとする。
点が最適(入力信号と光透過特性との関係が最適)な場
合を示し、その場合の出力光信号をA´に示している。
最大となる駆動電圧V0 、V1 でMZ変調器を駆動する
ことにより、効率的な光変調を行うことができ、消光比
の高い光信号を送信することができる。この時、V1 と
V0 の差はVπに等しく、Vb はVquadに等しいという
関係がある。
アス電圧、環境温度、経時変化などにより、光透過特性
にDCドリフトと呼ばれる変化(動作点ドリフト)を生
じ、出力光信号が劣化する原因になる場合がある。
示した初期状態からDCドリフトを生じた場合の光透過
特性および出力光信号を示している。つまり、DCドリ
フトは、光透過特性が図1中の横軸方向にずれる現象で
ある。
初期状態と同じであったとすると、出力光信号B´の波
形もその消光比も劣化するので、DCドリフトを補償す
る必要がある。即ち、DCドリフトを生じた場合には、
そのドリフト量を駆動電圧変化量と考え、その電圧変化
量ΔVb だけ駆動電圧V0 、V1 それぞれの値を変化さ
せることにより、DCドリフトに対して補償を行う必要
がある。この補償は、バイアス電圧Vb をΔVb だけ変
化させることにより等価的に実現できる。
して安定に動作させる従来の制御方式は、例えば特開平
3-251815公報「外部変調器の制御方式」に開示されてお
り、例えば図14に示すように構成されている。
手段141 で規準周波数を持つ低周波信号(規準信号)を
入力信号に重畳(規準信号で入力信号を振幅変調)し、
その出力信号を駆動回路142 を介してMZ変調器143 に
入力する。
られる信号により半導体レーザ144の出射光を変調して
光信号に変換して出力する。この光信号の一部が分岐さ
れて入力する低周波信号検出手段145 では、モニター用
のフォトダイオードで電気信号に変換する。この電気信
号には規準信号の周波数成分が含まれており、この規準
信号の周波数成分は、MZ変調器143 の動作点ドリフト
の方向によって位相が180 °異なる。この周波数成分を
含む信号を規準信号と乗算し、同期検波を行うと、動作
点ドリフトの方向に応じた正負の直流成分(誤差信号)
を検出することができる。そこで、この直流成分が零に
なるように、制御手段146 でMZ変調器143 の動作点を
制御することによって動作点を最適に保持することがで
きる。この場合、ドリフト補償の動作が比較的に速いと
いう特長がある。
Z変調器143 から出力される光信号は、規準周波数の2
倍の周波数で振幅変調された光信号となり、規準信号の
周波数成分が含まれないので、この場合には直流成分が
検出されない。
は、高周波の入力信号に低周波の正弦波信号を重畳する
ように変調した駆動信号でMZ変調器143 を駆動するの
で、この駆動信号の最大振幅まで線形的にゲインを変化
できるダイナミックレンジの広い駆動回路(可変利得ア
ンプ)142 が必要不可欠となる。このような広いダイナ
ミックレンジを持つ高出力かつ高速の可変利得アンプ
は、技術的に実現が困難であり、高価である。
変調器143 の駆動電圧V0 、V1 の差が、光透過率が最
大値の時の駆動電圧と光透過率が最小値の時の駆動電圧
との差Vπに等しい場合(Vb がVquadに等しい、つま
り、MZ変調器143 の動作点が最適である場合)でない
と、制御動作が正しく行われない。
MZ型光変調器の制御方式は、入力信号変調用のダイナ
ミックレンジの広い高価な可変利得アンプが必要不可欠
となるという問題があった。また、MZ変調器の駆動電
圧V0 、V1 の差がVπと等しくなければ制御動作が正
しく行われないという問題があった。
たもので、入力信号変調用のダイナミックレンジの広い
高価な可変利得アンプを必要としない簡易な構成によ
り、MZ型光変調器の駆動電圧V0 、V1 の差がVπに
等しいか否かに拘らず、MZ型光変調器の動作点ドリフ
トを補償し得る光変調器制御装置およびそれを用いた光
送信装置ならびに光変調器の制御方法およびプログラム
記録媒体を提供することを目的とする。
調器制御装置は、二値のデジタル信号である入力信号に
応じた駆動電圧を発生する駆動回路と、前記入力信号よ
りも周波数が十分に低い低周波信号を発生する低周波発
振器と、前記低周波信号を重畳した直流バイアス電圧お
よび前記駆動電圧が与えられ、前記駆動電圧に応じて入
力光を変調し、前記入力信号を光信号に変換するマッハ
ツェンダ型光変調器と、前記マッハツェンダ型光変調器
から出力される光信号を前記入力信号の高周波成分のみ
を平均化した電気信号に変換し、前記平均化した電気信
号から前記低周波信号の周波数成分を取り出すとともに
前記低周波発振器から出力する低周波信号と乗算し、乗
算出力信号の直流成分を取り出す低周波信号検出手段
と、前記低周波信号検出手段で取り出された直流成分が
最大になるように前記直流バイアス電圧を制御する制御
手段とを具備することを特徴とする。
二値のデジタル信号である入力信号に応じた駆動電圧を
発生する駆動回路と、前記入力信号よりも周波数が十分
に低い第1の低周波信号および第2の低周波信号をそれ
ぞれ発生する第1の低周波発振器および第2の低周波発
振器と、前記第1の低周波信号および第2の低周波信号
を重畳した直流バイアス電圧および前記駆動電圧が与え
られ、前記駆動電圧に応じて入力光を変調し、前記入力
信号を光信号に変換するマッハツェンダ型光変調器と、
前記マッハツェンダ型光変調器から出力される光信号を
前記入力信号の高周波成分のみを平均化した信号に変換
し、前記平均化した信号から前記第1の低周波信号およ
び第2の低周波信号の周波数成分を取り出し、前記第1
の低周波発振器から出力する第1の低周波信号と乗算
し、乗算出力信号の直流成分および前記第2の低周波信
号の周波数成分を取り出す第1の低周波信号検出手段
と、前記第1の低周波信号検出手段から出力される信号
に含まれる前記第2の低周波信号の周波数成分を検出
し、前記第2の低周波発振器から出力する第2の低周波
信号の位相と比較して前記マッハツェンダ型光変調器の
動作点ドリフト方向を検出する第2の低周波信号検出手
段と、前記第2の低周波信号検出手段により検出された
マッハツェンダ型光変調器の動作点ドリフト方向に応じ
て前記マッハツェンダ型光変調器の動作点をドリフト方
向と同方向に制御し、前記第1の低周波信号検出手段で
取り出された直流成分が最大になるように前記直流バイ
アス電圧を制御する制御手段とを具備することを特徴と
する。
二値のデジタル信号である入力信号に応じた駆動電圧を
発生する駆動回路と、前記駆動電圧および直流バイアス
電圧が与えられ、前記駆動電圧に応じて入力光を変調
し、前記入力信号を光信号に変換するマッハツェンダ型
光変調器と、前記マッハツェンダ型光変調器から出力さ
れる光信号の時間平均を表わす平均光出力レベルを検出
する光検出手段と、前記入力信号の振幅を入力信号より
も十分に低い周波数で二値的に変化させるための制御信
号を生成する機能を含み、前記入力信号の振幅を二値的
に変化させる前後で前記光検出手段により検出された平
均光出力レベルの差し、この検出結果に基づいて前記直
流バイアス電圧を制御する制御手段とを具備することを
特徴とする。
光変調器制御装置と、前記マッハツェンダ型光変調器の
入力光を出射する光源と、前記マッハツェンダ型光変調
器から出力される光信号を光通信ファイバーに送信する
手段とを具備することを特徴とする。
は、二値のデジタル信号である入力信号に応じた駆動電
圧とともに入力信号よりも周波数が十分に低い低周波信
号を重畳した直流バイアス電圧をマッハツェンダ型光変
調器に与えることによって入力光を駆動電圧に応じて変
調して入力信号を光信号に変換する第1のステップと、
前記マッハツェンダ型光変調器から出力される光信号を
入力信号の高周波成分のみを平均化した電気信号に変換
し、平均化した電気信号から低周波信号の周波数成分を
取り出すとともに前記直流バイアス電圧に重畳した低周
波信号と乗算してその直流成分を取り出す第2のステッ
プと、前記第2のステップにより取り出された直流成分
が最大になるように前記直流バイアス電圧を制御する第
3のステップとを具備することを特徴とする。
は、二値のデジタル信号である入力信号に応じた駆動電
圧とともに入力信号よりも周波数が十分に低い第1の低
周波信号および第2の低周波信号を重畳した直流バイア
ス電圧をマッハツェンダ型光変調器に与えることによっ
て入力光を駆動電圧に応じて変調して入力信号を光信号
に変換する第1のステップと、前記マッハツェンダ型光
変調器から出力される光信号を入力信号の高周波成分の
みを平均化した電気信号に変換し、平均化した電気信号
から第1の低周波信号および第2の低周波信号の周波数
成分を取り出し、前記直流バイアス電圧に重畳した第1
の低周波信号と乗算してその直流成分および第2の低周
波信号の周波数成分を取り出す第2のステップと、前記
第2のステップにより取り出された第2の低周波信号の
周波数成分を検出し、前記直流バイアス電圧に重畳した
第2の低周波信号と乗算してその直流成分を取り出し、
この直流成分の極性から前記マッハツェンダ型光変調器
の動作点ドリフト方向を検出するす第3のステップと、
前記第3のステップにより検出された前記マッハツェン
ダ型光変調器の動作点ドリフト方向に応じて前記マッハ
ツェンダ型光変調器の動作点をドリフト方向と同方向に
制御し、前記第2のステップにより取り出された直流成
分が最大になるように前記直流バイアス電圧を制御する
第4のステップとを具備することを特徴とする。
は、二値のデジタル信号である入力信号に応じた駆動電
圧とともに直流バイアス電圧をマッハツェンダ型光変調
器に与えることによって入力光を駆動電圧に応じて変調
して入力信号を光信号に変換し、入力信号の振幅を二値
的に変化させる前後での光変調器の光信号出力平均パワ
ーの差に基づいて直流バイアス電圧を制御することを特
徴とする。
録媒体は、マイクロコントロールユニットに対して、光
変調器の入力信号の振幅を二値的に変化させる前後での
光変調器の光信号出力平均パワーの差に基づいて前記光
変調器の直流バイアス電圧を制御させるためのプログラ
ムを記録したことを特徴とする。
施の形態を詳細に説明する。
の実施形態に係る光ファイバー通信用の光変調器制御装
置を用いた光送信装置を示すブロック図である。なお、
光変調器制御装置の回路部分は、例えば複数個の半導体
装置からなるマルチチップモジュールにより構成され
る。
気信号)の振幅に応じて変化する駆動電圧を発生するも
のである。MZ変調器23は、駆動電圧に応じて光源21の
出射光を変調し、電気−光変換を行うものであり、図1
に示したような光透過特性を有する。低周波発振器24
は、所定周波数(入力信号よりも周波数が十分に低い)
の低周波信号を出力するものである。
光出力を入力信号の高周波成分のみを平均化した信号に
光電変換し、その平均化した電気信号から低周波信号の
周波数成分を取り出す。そして、低周波信号の周波数成
分の振幅に比例する直流電圧に変換し、その直流電圧が
ピーク値になる位置(ピーク位置)を検出するものであ
る。上記ピーク位置では、MZ変調器23の動作点ドリフ
ト後の最適の動作点となる。
動作点(新しいQUAD点)でMZ変調器23が動作でき
るように制御する制御信号を駆動回路22に送出する。本
実施形態では、MZ光変調器23の動作点を決める直流バ
イアス電圧に対して、低周波発振器24から与えられる低
周波信号を加算する。この場合、MZ変調器23の光出力
の平均パワーはバイアス電圧によって変わるので、バイ
アス電圧に低周波信号を加算すると、MZ光変調器23の
光出力を入力信号の高周波成分のみを平均化した電気信
号からその低周波信号の周波数成分を取り出すことが可
能となる。
変調器23の光出力から低周波信号の周波数成分を取り出
し、その取り出された信号を低周波発振器24から出力さ
れる低周波信号と乗算し、低域通過フィルタを通すこと
により直流電圧のみを残すことができる。この直流電圧
の値は、低周波信号の周波数成分の振幅に比例する。ま
た、動作点がQUAD点にある時(動作点ドリフトが無
い時)に低周波信号の周波数成分の振幅が最大になるの
で、その時、直流電圧が最大の値になる。
点ドリフト後の最適の動作点で動作するように、MZ光
変調器23のバイアス電圧を変化させるような制御信号を
制御手段26が駆動回路22に送出することにより、MZ変
調器23から安定な光信号を送信することができる。
る。
の出射光はMZ変調器32に与えられる。入力信号は、所
定の信号レベルを得る駆動アンプ33およびコンデンサ34
を順に介してMZ変調器32の一方の変調入力端子に入力
される。MZ変調器32の他方の変調入力端子と接地ノー
ドとの間には、バイアスティ37および終端抵抗器38が直
列に接続されている。
波数f1 の低周波信号は加算器36の一方の入力端子に入
力される。この加算器36の出力信号は前記バイアスティ
37に入力される。
加算器36、バイアスティ37および終端抵抗器38は、図2
中の駆動回路22に相当する。
動回路22から与えられる信号によって変調することによ
り、光信号に変換して出力する。この光信号は光分岐回
路39により一部が分岐され、この分岐された光信号は、
光−電気変換用のフォトダイオード40に入力されて電気
信号に変換される。
周波発振器35の出力周波数f1 の成分を選択増幅する帯
域増幅器41およびコンデンサ42を順に介して乗算器43の
一方の入力端子に入力される。乗算器43の他方の入力端
子には低周波発振器35から出力する低周波信号が入力さ
れる。乗算器43の2つの入力信号は乗算され、前記周波
数f1 以下の信号を通過させる低域通過フィルタ44を経
ることにより直流成分だけが残される。この直流電圧
は、光出力レベルに含まれた低周波信号の周波数成分の
振幅に比例する。なお、動作点がQUAD点にある時
(動作点ドリフトが無い時)には、その低周波信号の成
分の振幅が最大になるので、直流成分が最大値となる。
帯域増幅器41、コンデンサ42、乗算器43および低域通過
フィルタ44は、図2中の低周波信号検出手段25に相当す
る。
試行錯誤方式等でピーク位置の値を求めるためのピーク
位置検出回路45に制御され、制御電圧に変換される。こ
の制御電圧は、差動アンプ46の一方の入力端子に入力さ
れる。差動アンプ46の他方の入力端子は、接地ノードに
接続される。差動アンプ46の出力は、加算器36の他方の
入力端子に入力される。なお、ピーク位置検出回路45お
よび差動アンプ46は、図2中の制御手段26に相当する。
ジタル回路を用いて実現することができ、特にメモリー
を持つプログラミング可能なマイクロコントロールユニ
ットを使用すれば簡易に実現することができる。
れる光信号の平均パワーのバイアス電圧依存性を示す図
である。
を決めるバイアス電圧を変えることにより、MZ変調器
32の光出力の平均パワーが周期的に変化する。MZ変調
器32の動作点がQUAD点にある時に、MZ変調器32の
光出力の平均パワーが最大値と最小値との真中となる。
さらに、MZ変調器32のバイアス電圧も、光出力の平均
パワーが最大の時のバイアス電圧と最小時のバイアス電
圧の真中となる。
動電圧V0 とV1 の差がVπと等しくない場合に光出力
の平均パワーの絶対値が異なっても、グラフの位置関係
は全く影響されない。
よび制御手段26の動作を説明するために示す図である。
号を加算した時のMZ変調器23の光出力を、低周波信号
検出手段25で入力信号の高周波成分のみを平均化した電
気信号に変換し、その平均化した電気信号から低周波信
号の周波数成分を取り出している。
波信号の周波数成分の振幅が最大になる。また、動作点
がVπの半分ドリフトした場合、図4に示したように動
作点が光出力の平均パワーのピーク点にあり、低周波信
号の周波数成分はf1 の2倍の周波数2・f1 を持つ成
分となる。
に示す特性図である。
する低周波信号の成分を低周波発振器35から出力される
低周波信号と乗算器43で乗算し、低周波信号の周波数成
分の振幅に比例した直流電圧を低域通過フィルタ44から
取り出している。
がQUAD点にあり、低周波信号の周波数成分f1 の振
幅が最大となるので、直流電圧がピーク値となる。一
方、動作点がVπの半分ドリフトした場合は、f1 の周
波数成分が無いので、直流電圧が零になる。
置を検出するピーク位置検出回路45を使うことにより、
動作点ドリフト後の最適の動作点を探すことができる。
なお、図6に示した特性図から分るように、ピーク位置
の左右は対称であるので、ピーク位置検出回路45の最初
の動作は試行錯誤となる。この場合、メモリーを持つプ
ログラミングできるようなマイクロコントロールユニッ
トを使用すれば、より簡易に実現することができる。
置およびそれを用いた光送信装置ならびに光変調器の制
御方法によれば、二値のデジタル信号である入力信号に
応じた駆動電圧とともに低周波信号を重畳した直流バイ
アス電圧をMZ型光変調器に与えることによって入力光
を駆動電圧に応じて変調して入力信号を光信号に変換
し、MZ型光変調器から出力される光信号を入力信号の
高周波成分のみを平均化した電気信号に変換し、平均化
した電気信号から低周波信号の周波数成分を取り出すと
ともに直流バイアス電圧に重畳した低周波信号と乗算し
てその直流成分を取り出し、この直流成分が最大になる
ように直流バイアス電圧を最適値に制御することを特徴
とするものである。
直流バイアス電圧、環境温度、経時変化などによるMZ
変調器の動作点ドリフトに応じて、MZ変調器の動作点
ドリフトを補償して最適の動作点で動作できるように制
御し、動作点ドリフトに伴う出力光信号の消光比の劣化
を防止することができる。この場合、入力信号変調用の
ダイナミックレンジの広い高価な可変利得アンプを必要
とせず、簡易化、小型化が容易になる構成により、MZ
型光変調器の駆動電圧V0 、V1 の差がVπに等しいか
否かに拘らず、MZ型光変調器の動作点ドリフトを補償
することができる。
の実施形態に係る光ファイバー通信用の光送信装置を示
すブロック図である。
施形態の光送信装置では低周波信号検出手段25で取り出
された直流電圧がピーク値になる位置を検出する際に試
行錯誤を必要とした点を改善し、試行錯誤を使用せずに
動作点ドリフトの方向を区別できるようにしたものであ
る。
前述した光送信装置と比べて、(1)図2中の低周波発
振器24に代えて第1の低周波発振器74および第2の低周
波発振器75が設けられている点、(2)図2中の低周波
信号検出手段25に代えて第1の低周波信号検出手段76が
設けられており、さらに、第2の低周波信号検出手段77
が設けられている点が異なり、その他の構成は同じであ
るので同じ名称を付している。
信号に応じた駆動電圧を発生する駆動回路、73は前記駆
動電圧に応じて前記光源71の出射光を変調し、前記入力
信号を光信号に変換するMZ変調器、74および75は入力
信号よりも周波数が十分に低く、互いに互いに周波数が
異なる第1の低周波信号および第2の低周波信号をそれ
ぞれ出力し、前記駆動回路72に送出する第1の低周波発
振器(低周波発振器1)および第2の低周波発振器(低
周波発振器2)である。本例では、前記第2の低周波発
振器75の出力周波数f2 が第1の低周波発振器74の出力
周波数f1 よりも少し低いものとする。
信号を前記入力信号の高周波成分のみを平均化した電気
信号に変換し、前記平均化した電気信号から前記第1の
低周波信号および第2の低周波信号の周波数成分を取り
出し、前記第1の低周波発振器74から出力する第1の低
周波信号と乗算し、乗算出力信号の直流成分および前記
第2の低周波信号の周波数成分を取り出す第1の低周波
信号検出手段(低周波信号検出手段1)である。
ら出力される信号に含まれる前記第2の低周波信号の周
波数成分を検出し、前記第2の低周波発振器75から出力
する第2の低周波信号の位相と比較して前記MZ変調器
73の動作点ドリフト方向を検出する第2の低周波信号検
出手段(低周波信号検出手段2)である。
方向に応じて、前記MZ変調器73の動作点をドリフト方
向と同方向に制御するための制御信号を前記駆動回路72
に送出する制御手段である。
1の低周波発振器74からの第1の低周波信号だけでな
く、それより周波数が低い第2の低周波信号も入力され
る。第1の実施形態と同様に、MZ変調器73の光出力の
平均パワーはバイアス電圧によって変わるので、バイア
ス電圧に第1の低周波信号と第2の低周波信号を加算す
ることにより、MZ光変調器73の光出力を入力信号の高
周波成分のみを平均化した電気信号から低周波信号の周
波数成分を取り出すことが可能となる。
施形態と同様に、MZ変調器73の光出力から低周波信号
の周波数成分を取り出し、第1の低周波信号の周波数成
分を直流電圧に変換するが、第1の低周波より周波数が
低い第2の低周波信号の周波数成分はそのまま残る。
数成分を第2の低周波信号検出手段77で検出し、第2の
低周波発振器75から出力する第2の低周波信号の位相と
比較して動作点ドリフト方向を検出する。本実施形態で
は、制御手段78は、動作点ドリフト方向と同じ方向に駆
動電圧が変化するように制御するための制御信号を駆動
回路72に送出する。
る。
はMZ変調器、83は駆動アンプ、84はコンデンサ、85は
第1の低周波発振器、86は加算器、87は第2の低周波発
振器、88は第3の乗算器、89はバイアスティ、90は終端
抵抗、91は光分岐回路、92はフォトダイオード、93は帯
域増幅器、94はコンデンサ、95は第1の乗算器、96は第
1の低域通過フィルタ、97はコンデンサ、98は第2の乗
算器、99は第2の低域通過フィルタ、100 は差動アンプ
である。
前述した光送信装置と比べて、次の点(1)〜(2)が
異なり、その他は同じであるので同じ名称を付してい
る。
おり、第2の低周波発振器87、第3の乗算器88、コンデ
ンサ97、第2の乗算器98および第2の低域通過フィルタ
99が追加されており、加算器36に代えて、入力端子が3
つの加算器86が使用されている。
器87からそれぞれ対応して出力する所定周波数f1 、f
2 の低周波信号は、第3の乗算器88の各入力端子に入力
され、その乗算出力信号は加算器86の1つの入力端子
(追加された入力端子)に入力される。
1 までの周波数帯域を選択増幅するものである。第1の
低域通過フィルタ96は、周波数f1 以下の信号を通過さ
せるものであり、第2の低域通過フィルタ99は、周波数
f2 以下の信号を通過させるものである。
オード92、帯域増幅器93、コンデンサ94、第1の乗算器
95および第1の低域通過フィルタ96は、図7中の第1の
低周波信号検出手段76に相当する。また、コンデンサ9
7、第2の乗算器98および第2の低域通過フィルタ99
は、図7中の第2の低周波信号検出手段77に相当する。
の実施形態に係る図3の光送信装置の動作と基本的には
同様であるが、若干異なる。
は、低周波信号(f1 、f1 −f2、f1 +f2 )の周
波数成分が含まれる。上記f1 −f2 、f1 +f2 の周
波数成分は、周波数f1 とf2 の低周波信号を乗算する
ことによって生成される周波数成分である。
分岐回路91により一部が分岐して取り出され、フォトダ
イオード92に入力されて電気信号に変換される。このよ
うに変換された電気信号は、帯域増幅器93でf1 −f2
からf1 までの周波数帯域が選択増幅され、さらにコン
デンサ94を介して第1の乗算器95の一方の入力端子に入
力する。この第1の乗算器95の他方の入力端子には第1
の低周波発振器85から出力する周波数f1 の低周波信号
が入力する。
低域通過フィルタ96を経ることにより直流電圧と周波数
f2 の低周波信号成分しか残らないことになる。この
際、前述したように、f2 はf1 より少し低いことによ
り、f1 −f2 の周波数成分はf1 の周波数成分より周
期が数倍長いので、f1 −f2 の周波数成分を無視し、
第1の乗算器95の動作は図5に示したように考えればよ
い。
はコンデンサ97を経て第2の乗算器98の一方の入力端子
に入力され、第2の低周波発振器87の出力信号が第2の
乗算器98の他方の入力端子に入力される。第2の乗算器
98は、これらの2つの入力信号の位相差に応じた信号を
出力し、この出力信号は、所定周波数f2 以下の信号を
通過させる第2の低域通過フィルタ99を経て差動アンプ
100 の一方の入力端子に入力される。
めに示す図である。
D点にある時に動作点が直流電圧のピーク点にあり、第
1の低域通過フィルタ96の出力中に直流電圧と一緒に残
った低周波の周波数成分はf2 の2倍の周波数2・f2
を持つことになる。
域通過フィルタ96の出力信号と第2の低周波発振器87の
出力信号とを乗算して第2の低域通過フィルタ99を経る
ことによって零となる。
設定する場合、f2 の2倍の周波数を持つ成分は第2の
低域通過フィルタ99を通らないので、動作点ドリフトが
無い時にはf1 、f2 のいずれの成分も第2の低域通過
フィルタ99からの出力は零になる。
第1の低域通過フィルタ96の出力中に残留した低周波f
2 の成分と第2の低周波発振器87から出力する低周波信
号との位相差は、動作点ドリフトの方向に応じて180 °
異なる値となる。したがって、第2の低域通過フィルタ
99の出力には、周波数f2 成分と第2の低周波発振器87
が出力する低周波信号との位相差に応じた信号が得られ
る。
入力する差動アンプ100 は、加算回路86に入力する電圧
を制御してMZ変調器82に入力するバイアス電圧を制御
し、動作点ドリフトを補償したMZ変調器82の最適の動
作点を保持する。
力信号を加える理由は、次の通りである。
幅器93で選択されたf1 −f2 からf1 までの周波数帯
域の低周波信号であり、その周波数finは(f1 、f1
−f2 )であり、第1の乗算器95の他方の入力信号の周
波数はf1 である。これにより、第1の乗算器95の乗算
出力信号の周波数fout1は、f1 −finおよびf1 +f
inになる。
域通過フィルタ96を経ることにより直流電圧と周波数f
2 の低周波信号成分しか残らなくなる。
の乗算器95の一方の入力信号の周波数finは帯域増幅器
93で選択されたf1 −f2 からf1 までの周波数帯域の
低周波信号(f1 、f1 −f2 )にしなければならな
い。そうするために、第3の乗算器88の乗算出力信号
(周波数fout3はf1 −f2 およびf1 +f2 )を加算
器86に加え、MZ変調器82から出力される光信号の低周
波信号の周波数成分(f1、f1 −f2 、f1 +f2 )
のうちのf1 −f2 からf1 までの周波数帯域の低周波
信号を帯域増幅器93で選択している。
3の実施形態に係る光ファイバー通信用の光送信装置を
示すブロック図である。
10からの出射光は外部変調器であるMZ型変調器11に入
力される。一方、入力信号は、制御入力に応じて出力電
圧の振幅Vppを変化させることが可能な出力可変アンプ
101 によって増幅され、この出力可変アンプ101 の出力
電圧に応じて前記半導体レーザ10からの出力光をMZ型
変調器11で変調する。
より二分岐され、一方は光信号として出力され、もう一
方は光信号モニタ用のフォトダイオード13に入力され
る。このフォトダイオード13は、入力した光信号を光パ
ワーに比例した電流に変換する。電流/電圧変換アンプ
14は、フォトダイオード13の出力電流を電圧に変換して
光出力モニタ電圧Vavを出力する。フォトダイオード13
と電流/電圧変換アンプ14は、MZ型変調器11の光出力
パワーの時間平均値Pavを検出するものであり、往々に
して高価となる高速な応答特性は必要としない。
avは、制御部102 に送出される。この制御部102 は、本
実施例においては、MCU(マイクロコントロールユニ
ット)16とA/Dコンバータ15、D/Aコンバータ17,1
8 で構成され、入力された電圧値VavをA/Dコンバー
タ15でデジタル信号に変換した後、例えばMCUが内蔵
するメモリ領域に記憶する。
の出力振幅を制御するためのVpp制御信号を生成し、D
/Aコンバータ18によりアナログ信号に変換して出力可
変アンプ101 に送出する。さらに、制御部102 は、Vav
に基づいてバイアス制御信号を生成し、D/Aコンバー
タ17によりアナログ信号に変換して差動アンプ19に送出
する。上記バイアス制御信号は、差動アンプ19により増
幅され、バイアス回路20を介してMZ型変調器11の直流
バイアス電圧Vb として印加される。
の駆動電圧の振幅を変動させた場合の入力信号とその出
力光信号の関係を示す特性図である。
の直流バイアス電圧Vb と平均パワー出力の差ΔPavの
関係を示す特性図である。
御方法の動作原理について、図11および図12を参照
して説明する。
プ101 の出力振幅VppがVπに等しい場合の駆動電圧波
形および出力光信号波形を示している。また、Bおよび
B´は、出力可変アンプ101 の出力振幅VppをVπより
微小量ΔV(ΔV>0)だけ大きくした場合の入力電圧
波形および出力光信号波形を示している。
ppがVπの時の出力光信号パワーの時間平均値をPav1
とし、VppをVπ+ΔVとした時の出力光信号パワーの
時間平均値をPav2とし、その差(Pav2−Pav1)をΔ
Pavとして示している。
0になるバイアス電圧Vboptは、MZ型変調器11の光透
過特性と入力信号が光変調器の入力として最適な関係に
ある場合のバイアス値であり、前記QUAD電圧Vquad
に一致する。
図1に示したようにMZ型変調器11の光透過特性が初期
の最適な状態から左方向(負方向)にずれ、Vb がVqu
adに対して正側に位置してしまった場合は、ΔPav<0
になる。上記とは逆に、MZ型変調器11の光透過特性が
初期の最適な状態から右方向(正方向)にずれ、Vbが
Vquadに対して負側に位置してしまった場合は、ΔPav
>0になる。
ワーの差ΔPavを検出し、その値が零となるようにバイ
アス電圧Vb を制御すれば、Vb を最適バイアス電圧で
あるVquadに一致させることが可能になる。
置における制御手段による制御手順の一例を示すフロー
チャートである。この制御は、本発明に係る記録媒体に
記録された制御プログラムを例えばマイクロコントロー
ルユニットに書き込み、この制御プログラムによってマ
イクロコントロールユニットを実行させることによって
実現される。
制御手順の一例を説明する。
を0Vに初期設定する。
V、Vπ、ΔVb など制御に必要な定数を外部メモリか
ら読み込む。
可変アンプ101 の出力振幅VppをVπに設定する。
力パワーの時間平均値(実際は電圧値Vav)を参照し、
Pav1としてMCU16に内蔵されるメモリ領域等に格納
する。
可変アンプ101 の出力振幅VppをVπ+ΔVに設定す
る。
力パワーの時間平均値(実際は電圧値Vav)を参照し、
Pav2としてMCU16に内蔵されるメモリ領域等に格納
する。
av=Pav2−Pav1の値を計算し、その値(条件)によっ
て分岐する。
りも大きい時には、Vb を増加させ、Vb +ΔVb ×Δ
Pavに設定する(第8のステップS508)。ここで、ΔV
b >0である。即ち、ΔPavが大きいほどVb を大きく
増加させる。
さい時には、Vb を減少させ、Vb −ΔVb ×ΔPavに
設定する(第8のステップS509)。即ち、ΔPavが大き
いほどVb を大きく減少させる。
には、Vb が最適動作点にあるとみなし、バイアス電圧
の値は変更せずに(第8のステップS510)、制御をT1
秒間待機(Wait)する(第9のステップS511)。
〜(8)の制御を繰り返し行う。
や経時変化によってMZ型変調器11の光透過特性が変化
しても、常に最適な動作を維持することができる。
制御装置およびそれを用いた光送信装置ならびに光変調
器の制御方法によれば、二値のデジタル信号である入力
信号に応じた駆動電圧とともに直流バイアス電圧をMZ
型光変調器11に与えることによって入力光を駆動電圧に
応じて変調して入力信号を光信号に変換し、入力信号の
振幅を二値的に変化させる前後での光変調器の光信号出
力平均パワーの差に基づいて直流バイアス電圧を制御す
ることを特徴とするものである。
る直流バイアス電圧、環境温度、経時変化などによるM
Z型変調器11の動作点ドリフトに応じて、MZ型変調器
11の動作点ドリフトを補償して最適の動作点で動作でき
るように制御し、動作点ドリフトに伴う出力光信号の消
光比の劣化を防止することができる。
駆動電流の大きさを少し変化させるだけで出力信号の振
幅を二値的に変化させることが可能であり、従来例のよ
うに正弦波で入力信号を振幅変調するためのダイナミッ
クレンジの広い高価な可変利得アンプを必要とせず、簡
易化、小型化が容易になる。しかも、同期検波を行わな
いので、この点でも回路構成が簡単になり、部品点数が
少なくなり、小型化が容易になる。
態と同様に、MZ型光変調器11の駆動電圧V0 、V1 の
差がVπに等しいか否かに拘らず、MZ型光変調器11の
動作点ドリフトを補償することができる。
号変調用のダイナミックレンジの広い高価な可変利得ア
ンプを必要としない簡易な構成により、MZ型光変調器
の入力信号の振幅に拘らず、周囲温度や経時変化などに
よるMZ型光変調器の動作点ドリフトに対応して最適の
動作点を保持するように補償し、MZ型光変調器から安
定な光信号を出力し、出力消光比の劣化を防止すること
ができる。
係(光透過特性)の一例を示す図。
信用の光変調器制御装置を用いた光送信装置を示すブロ
ック図。
均パワーのバイアス電圧依存性を示す図。
動作を説明するために光出力から取り出される低周波信
号の周波数成分を示す図。
号と乗算した結果の直流電圧を示す図。
信用の光送信装置を示すブロック図。
周波信号検出手段により検出された直流電圧と一緒に残
った第2の低周波信号の周波数成分を示す図。
通信用の光送信装置を示すブロック図。
作原理を説明するためにMZ型変調器の駆動電圧の振幅
を変動させた場合の入力信号と出力光信号との関係を示
す特性図。
作原理を説明するためにMZ型変調器の直流バイアス電
圧と平均パワー出力の差の関係を示す特性図。
制御手順の一例を示すフローチャート。
動作させる従来の制御方式の一例を示すブロック図。
段の一部)、 41…帯域増幅器(低周波信号検出手段の一部)、 42…コンデンサ(低周波信号検出手段の一部)、 43…乗算器(低周波信号検出手段の一部)、 44…低域通過フィルタ(低周波信号検出手段の一部)、 45…ピーク位置検出回路(制御手段の一部、例えばMC
U)、 46…差動アンプ(制御手段の一部)。
Claims (16)
- 【請求項1】 二値のデジタル信号である入力信号に応
じた駆動電圧を発生する駆動回路と、 前記入力信号よりも周波数が十分に低い低周波信号を発
生する低周波発振器と、 前記低周波信号を重畳した直流バイアス電圧および前記
駆動電圧が与えられ、前記駆動電圧に応じて入力光を変
調し、前記入力信号を光信号に変換するマッハツェンダ
型光変調器と、 前記マッハツェンダ型光変調器から出力される光信号を
前記入力信号の高周波成分のみを平均化した電気信号に
変換し、前記平均化した電気信号から前記低周波信号の
周波数成分を取り出すとともに前記低周波発振器から出
力する低周波信号と乗算し、乗算出力信号の直流成分を
取り出す低周波信号検出手段と、 前記低周波信号検出手段で取り出された直流成分が最大
になるように前記直流バイアス電圧を制御する制御手段
とを具備することを特徴とする光変調器制御装置。 - 【請求項2】 前記制御手段はマイクロコントロールユ
ニットが用いられることを特徴とする請求項1記載の光
変調器制御装置。 - 【請求項3】 前記低周波発振器および前記低周波信号
検出手段の一部にマイクロコントロールユニットが用い
られることを特徴とする請求項2記載の光変調器制御装
置。 - 【請求項4】 二値のデジタル信号である入力信号に応
じた駆動電圧を発生する駆動回路と、 前記入力信号よりも周波数が十分に低い第1の低周波信
号および第2の低周波信号をそれぞれ発生する第1の低
周波発振器および第2の低周波発振器と、 前記第1の低周波信号および第2の低周波信号を重畳し
た直流バイアス電圧および前記駆動電圧が与えられ、前
記駆動電圧に応じて入力光を変調し、前記入力信号を光
信号に変換するマッハツェンダ型光変調器と、 前記マッハツェンダ型光変調器から出力される光信号を
前記入力信号の高周波成分のみを平均化した信号に変換
し、前記平均化した信号から前記第1の低周波信号およ
び第2の低周波信号の周波数成分を取り出し、前記第1
の低周波発振器から出力する第1の低周波信号と乗算
し、乗算出力信号の直流成分および前記第2の低周波信
号の周波数成分を取り出す第1の低周波信号検出手段
と、 前記第1の低周波信号検出手段から出力される信号に含
まれる前記第2の低周波信号の周波数成分を検出し、前
記第2の低周波発振器から出力する第2の低周波信号の
位相と比較して前記マッハツェンダ型光変調器の動作点
ドリフト方向を検出する第2の低周波信号検出手段と、 前記第2の低周波信号検出手段により検出されたマッハ
ツェンダ型光変調器の動作点ドリフト方向に応じて前記
マッハツェンダ型光変調器の動作点をドリフト方向と同
方向に制御し、動作点ドリフトを補償するように前記直
流バイアス電圧を制御する制御手段とを具備することを
特徴とする光変調器制御装置。 - 【請求項5】 前記制御手段はマイクロコントロールユ
ニットが用いられることを特徴とする請求項4記載の光
変調器制御装置。 - 【請求項6】 前記第1の低周波発振器および第2の低
周波発振器の少なくとも一方と前記第1の低周波信号検
出手段および第2の低周波信号検出手段の少なくとも一
方の一部がマイクロコントロールユニットであることを
特徴とする請求項5記載の光変調器制御装置。 - 【請求項7】 二値のデジタル信号である入力信号に応
じた駆動電圧を発生する出力可変駆動回路と、 前記駆動電圧および直流バイアス電圧が与えられ、前記
駆動電圧に応じて入力光を変調し、前記入力信号を光信
号に変換するマッハツェンダ型光変調器と、 前記マッハツェンダ型光変調器から出力される光信号の
時間平均を表わす平均光出力レベルを検出する光検出手
段と、 前記出力可変駆動回路の出力振幅を入力信号よりも十分
に低い周波数で二値的に変化させるための制御信号を生
成する機能を含み、前記入力信号の振幅を二値的に変化
させる前後で前記光検出手段により検出された平均光出
力レベルの差を検出し、この検出結果に基づいて前記直
流バイアス電圧を制御する制御手段とを具備することを
特徴とする光変調器制御装置。 - 【請求項8】 前記制御手段はマイクロコントロールユ
ニットが用いられることを特徴とする請求項7記載の光
変調器制御装置。 - 【請求項9】 前記制御手段は、 前記直流バイアス電圧Vb を0Vに初期設定する第1の
制御手段と、 制御に必要な定数を外部メモリから読み込む第2の制御
手段と、 前記出力可変駆動回路の出力振幅VppをVπに設定する
第3の制御手段と、 第3の制御手段による制御後の光出力パワーの時間平均
値を参照し、第1の平均光出力パワーPav1としてマイ
クロコントロールユニットに内蔵されるメモリ領域等に
格納する第4の制御手段と、 前記出力可変駆動回路の出力振幅VppをVπ+ΔVに設
定する第5の制御手段と、 第5の制御手段による制御後の光出力パワーの時間平均
値を参照し、第2の平均光出力パワーPav2としてマイ
クロコントロールユニットに内蔵されるメモリ領域等に
格納する第6の制御手段と、 前記2つの平均光出力パワーの差ΔPav(=Pav2−Pa
v1)の値を計算し、その値によって条件分岐する第7の
制御手段と、 前記ΔPavが許容誤差ε(正値)よりも大きい時には、
Vb を増加させ、Vb+ΔVb (ΔVb >0)に設定す
るように制御し、前記ΔPavが許容誤差−εよりも小さ
い時には、Vb を減少させ、Vb −ΔVb に設定するよ
うに制御し、前記ΔPavがε以下、−ε以上の時には、
Vb が最適動作点にあるとみなし、バイアス電圧Vb の
値は変更せずに、制御を所定時間待機する第8の制御手
段と、 前記第8の制御手段による制御の後に前記第3の制御手
段による制御から第8の制御手段による制御を繰り返し
行う手段とを具備することを特徴とする請求項8記載の
光変調器制御装置。 - 【請求項10】 請求項1乃至9のいずれか1項に記載
の光変調器制御装置と、 前記マッハツェンダ型光変調器の入力光を出射する光源
と、 前記マッハツェンダ型光変調器から出力される光信号を
光通信ファイバーに送信する手段とを具備することを特
徴とする光送信装置。 - 【請求項11】 二値のデジタル信号である入力信号に
応じた駆動電圧とともに入力信号よりも周波数が十分に
低い低周波信号を重畳した直流バイアス電圧をマッハツ
ェンダ型光変調器に与えることによって入力光を駆動電
圧に応じて変調して入力信号を光信号に変換する第1の
ステップと、 前記マッハツェンダ型光変調器から出力される光信号を
入力信号の高周波成分のみを平均化した電気信号に変換
し、平均化した電気信号から低周波信号の周波数成分を
取り出すとともに前記直流バイアス電圧に重畳した低周
波信号と乗算してその直流成分を取り出す第2のステッ
プと、 前記第2のステップにより取り出された直流成分が最大
になるように前記直流バイアス電圧を制御する第3のス
テップとを具備することを特徴とする光変調器の制御方
法。 - 【請求項12】 二値のデジタル信号である入力信号に
応じた駆動電圧とともに入力信号よりも周波数が十分に
低い第1の低周波信号および第2の低周波信号を重畳し
た直流バイアス電圧をマッハツェンダ型光変調器に与え
ることによって入力光を駆動電圧に応じて変調して入力
信号を光信号に変換する第1のステップと、 前記マッハツェンダ型光変調器から出力される光信号を
入力信号の高周波成分のみを平均化した電気信号に変換
し、平均化した電気信号から第1の低周波信号および第
2の低周波信号の周波数成分を取り出し、前記直流バイ
アス電圧に重畳した第1の低周波信号と乗算してその直
流成分および第2の低周波信号の周波数成分を取り出す
第2のステップと、 前記第2のステップにより取り出された第2の低周波信
号の周波数成分を検出し、前記直流バイアス電圧に重畳
した第2の低周波信号と乗算してその直流成分を取り出
し、この直流成分の極性から前記マッハツェンダ型光変
調器の動作点ドリフト方向を検出するす第3のステップ
と、 前記第3のステップにより検出された前記マッハツェン
ダ型光変調器の動作点ドリフト方向に応じて前記マッハ
ツェンダ型光変調器の動作点をドリフト方向と同方向に
制御し、動作点ドリフトを補償するように前記直流バイ
アス電圧を制御する第4のステップとを具備することを
特徴とする光変調器の制御方法。 - 【請求項13】 二値のデジタル信号である入力信号に
応じた駆動電圧とともに直流バイアス電圧を光変調器に
与えることによって入力光を駆動電圧に応じて変調して
入力信号を光信号に変換し、前記入力信号の振幅を二値
的に変化させる前後での光変調器の光信号出力平均パワ
ーの差に基づいて直流バイアス電圧を制御することを特
徴とする光変調器の制御方法。 - 【請求項14】 二値のデジタル信号である入力信号に
応じた駆動電圧とともに直流バイアス電圧をマッハツェ
ンダ型光変調器に与えることによって入力光を駆動電圧
に応じて変調して入力信号を光信号に変換する第1のス
テップと、 前記マッハツェンダ型光変調器から出力される光信号の
時間平均を表わす平均光出力パワーを検出する第2のス
テップと、 前記入力信号の振幅を入力信号よりも十分に低い周波数
で二値的に変化させるための制御信号を生成する機能を
含み、前記入力信号の振幅を二値的に変化させる前後で
前記第2のステップにより検出された平均光出力パワー
の差を検出し、この検出結果に基づいて前記直流バイア
ス電圧を制御する第3のステップとを具備することを特
徴とする請求項14記載の光変調器の制御方法。 - 【請求項15】 マイクロコントロールユニットに対し
て、光変調器の入力信号の振幅を二値的に変化させる前
後での光変調器の光信号出力平均パワーの差に基づいて
前記光変調器の直流バイアス電圧を制御させるためのプ
ログラムを記録したことを特徴とする光変調器の制御プ
ログラム記録媒体。 - 【請求項16】 マイクロコントロールユニットに対し
て、 入力信号により駆動されるマッハツェンダ型光変調器か
ら出力される光信号の時間平均を表わす平均光出力レベ
ルを検出させる機能と、 前記入力信号の振幅を入力信号よりも十分に低い周波数
で二値的に変化させるための制御信号を生成させる機能
と、 前記入力信号の振幅を二値的に変化させる前後で前記検
出された平均光出力レベルの差を検出させ、この検出結
果に基づいて前記マッハツェンダ型光変調器の直流バイ
アス電圧を制御させる機能を実現させるためのプログラ
ムを記録したことを特徴とする光変調器の制御プログラ
ム記録媒体。
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