JP2004140707A

JP2004140707A - Optical transmitter, optical receiver, and optical transmission system

Info

Publication number: JP2004140707A
Application number: JP2002305075A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kayano; 加屋野　博幸; Ichiro Seto; 瀬戸　一郎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2004-05-13

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical transmitter capable of transmitting a light signal in a wide dynamic range, an optical receiver, and an optical transmission system therefor at low a cost. <P>SOLUTION: In the optical transmitter, the peak-to-peak of an input signal 104 is expanded to a level corresponding to the double of the linear operating region of a laser diode 101 in advance. Then, the bias voltage of the laser diode 101 is set near one saturation point of the linear operating region when the polarity of the input signal 104 is positive. Contrarily, when the polarity of the input signal 104 is negative, the bias voltage is set near the other. In the optical receiver, the bias voltage of a photodiode 102 is changed by following a change in a transmission waveform 105, and an output signal 106 is reproduced. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被変調光を無線信号などのアナログ信号で変調し光ファイバを用いて伝送する光伝送システムと、この光伝送システムに用いられる光送信装置および光受信装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、アナログの信号をアナログのまま伝送する通信システムが見直されている。なかでも、少ないロスで広帯域伝送を実現できる、光ファイバを用いる光アナログ伝送システムが注目されている。
【０００３】
この種の光伝送システムにおいては、電気／光変換素子としてレーザダイオード（ＬＤ）がよく用いられる。ダイオードが線形で動作する幅と入力振幅の幅との比を変調度と称する。もしも変調度が１を超えると超えた波形成分がクリッピングされ、入力波形が歪を持った形で出力される。よって通常では変調度を１以下に設定しなければならず、入力波の振幅の制限により入力波のダイナミックレンジが決定される。
【０００４】
ところで、通信システムでは高い変調効率が求められるため変調信号は複雑な波形となり、またアナログ信号であることから広いダイナミックレンジが要求される。しかしながら広いダイナミックレンジを確保するためには、線形動作範囲が広く、従って高価なレーザダイオードを使用しなければならないという不具合がある。
【０００５】
電気／光変換素子を制御する技術を開示した公知文献として、下記の特許文献１〜特許文献３がある。いずれの文献でも、送信側の電気／光変換素子のバイアスを、通信に先立つ初期設定の段階で適切な値に固定的に設定することが述べられている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−８２９９３号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開平１１−３５５２０９号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開２０００−１３４１５７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、従来では光信号の歪を防止するためレーザダイオードを１以下の変調度で動作させる必要があり、広いダイナミックレンジを得るためには高価なデバイスを用いなければならないという不具合がある。
【００１０】
本発明は上記事情によりなされたもので、その目的は、光信号を広いダイナミックレンジで伝送することの可能な光送信装置、光受信装置、および光伝送システムを低コストで提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係わる光送信装置は、与えられる駆動信号に対して所定幅の線形動作領域を有し前記駆動信号に加算されるバイアス電圧が印加された状態で前記駆動信号に応じた強度変調光を出力する電気／光変換素子と、伝送情報を含むベースバンド信号をそのピーク・トゥ・ピーク幅を前記線形動作領域より広くして前記駆動信号とし、前記電気／光変換素子に与えるＰＰ幅制御手段と、バイアス変調手段とを具備する。そして、バイアス変調手段により、前記ＰＰ幅制御手段から前記電気／光変換素子に与えられる駆動信号が前記線形動作領域内に収まるべく、前記ベースバンド信号の強度変化に追従して前記バイアス電圧を強度変調するようにしたことを特徴とする。
【００１２】
また本発明に係わる光受信装置は、ベースバンド信号に応じて強度変調された強度変調光を受信する光受信装置において、入射光の強度に対して所定幅の線形動作領域を有し、バイアス電圧が印加された状態で前記入射光の強度変化を電気信号に変換するものであって、前記強度変調光が入射される光／電気変換素子と、バイアス制御手段とを具備する。そして、バイアス制御手段により、前記強度変調光の波形変化に追従して前記バイアス電圧を可変制御し、当該強度変調光に重畳されたベースバンド信号を前記光／電気変換素子に再生させるようにしたことを特徴とする。
【００１３】
このような手段を講じることにより、ＰＰ幅制御手段によりベースバンド信号のピーク・トゥ・ピーク幅が、例えばレーザダイオードが線形で動作する領域の幅よりも広くされ、前記駆動信号としてレーザダイオードに与えられる。その際、駆動信号が上記線形動作領域内に収まるように、ベースバンド信号の強度変化に追従してバイアス電圧がダイナミックに強度変調される。
【００１４】
従って、変調度が１を超えるにも拘わらず駆動信号はレーザダイオードの線形動作領域内に収まるように印加される。従って本来の波形が歪むことなく光受信装置にまで伝送される。光受信装置においては、光送信装置におけるバイアス変調と同期した状態のバイアス電圧が光／電気変換素子に印加される。従って、ベースバンド信号が本来の波形のままで再生される。
【００１５】
このような構成であるから、変調度を１以下に設定すべきという制限を取り除くことができ、線形動作範囲がそれほど広くない電気／光変換素子あるいは光／電気変換素子を使用したとしても広いダイナミックレンジを確保することができる。従って、光信号を低コストで、かつ広いダイナミックレンジで伝送することが可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は本発明に係る光伝送システムの第１の実施形態を示す機能ブロック図である。このシステムは、光ファイバ１０３を介して互いに接続される光送信装置と光受信装置とを備える。光送信装置は、電力分配部２０１、位相調整部２０２、切り替えタイミング信号発生部２０３、レーザダイオード１０１、および、バイアス切替制御部１０７を備える。光受信装置は、フォトダイオード１０２とバイアス切替制御部２０７とを備える。
【００１８】
光送信装置において、電力分配部２０１はベースバンドの入力信号１０４のピーク・トゥ・ピーク幅を、少なくともレーザダイオード１０１の線形動作領域よりも広くする。本実施形態においては、入力信号１０４のピーク・トゥ・ピーク幅をレーザダイオード１０１の線形動作領域の略２倍とする。電力分配部２０１は入力信号１０４の信号電力の一部を取り出し、切り替えタイミング信号発生部２０３に入力する。
【００１９】
切り替えタイミング信号発生部２０３は、入力信号１０４の極性が正から負へ、および負から正へと反転する時点に同期したタイミング信号を発生させる。このタイミング信号はバイアス切替制御部１０７に与えられる。バイアス切替制御部１０７は、タイミング信号に同期して、レーザダイオード１０１のバイアス電圧を切り替える。位相調整部２０２は、バイアス切替制御部１０７によるバイアス電圧レベルの切り替えタイミングに入力信号１０４の位相を合わせる。
【００２０】
図２は、図１のバイアス切替制御部１０７によるレーザダイオード１０１のバイアス電圧レベルの切り替えの様子を示す模式図である。図２（ａ）は、入力信号１０４が正極性にある場合のバイアス電圧を示す。バイアス電圧はレーザダイオード１０１の線形動作範囲の一方の飽和点近傍に設定される。入力信号１０４のピーク・トゥ・ピーク幅が線形動作領域の約２倍に設定されているため、図２（ａ）においては入力信号１０４の正極性部分のみに対応する出力信号１０６が変調度１で出力される。
【００２１】
図２（ｂ）は、入力信号１０４が負極性にある場合のバイアス電圧を示す。この場合、バイアス電圧はレーザダイオード１０１の他方の飽和点近傍に設定される。よって、図２（ｂ）においては入力信号１０４の負極性部分のみに対応する出力信号１０６が変調度１で出力される。
【００２２】
このように、レーザダイオード１０１のバイアス電圧を入力信号１０４の極性の変化に追従して２値変調することにより、レーザダイオード１０１の出力信号１０６は図１に示されるように不連続点を有する波形１０５となって伝送される。これにより光ファイバ中の伝送信号の振幅は入力信号１０４の振幅の１／２に対応する。すなわち本実施形態においては実質的な変調度を約２とすることができ、従ってダイナミックレンジをより拡大することが可能になる。符号１０５に示されるような波形は周波数軸上で広帯域のスペクトラムを示すが、光ファイバ１０３は非常に広帯域の伝送特性を有するので、波形劣化などの虞もない。
【００２３】
光受信装置においては、波形１０５がフォトダイオード１０２で受光され、電気信号に変換される。その際フォトダイオード１０２のバイアス電圧を、バイアス切替制御部２０７により図２と同様にして切り替えるようにする。すなわち入力信号１０４の正極性部分に対応する波形１０５を受信した場合には、図２（ａ）のようにフォトダイオード１０２のバイアス電圧を設定する。負極性部分に対応する波形１０５を受信した場合には、バイアス電圧を図２（ｂ）のように設定する。これによりアナログの受信信号２００が再生される。
【００２４】
フォトダイオード１０２のバイアス電圧を波形１０５の変化に追従して切り替えるには、例えばフォトダイオード１０２から出力される電気信号をディジタル変換し、シフトレジスタに入力して桁あふれを検出することで切り替えタイミングを得ることができる。このような手法により波形１０５の不連続点を検出できる。
【００２５】
このように本実施形態では、光送信装置において入力信号１０４のピーク・トゥ・ピークを、レーザダイオード１０１の線形動作領域の２倍に相当するレベルに予め拡大する。そして、入力信号１０４の極性が正である場合にはレーザダイオード１０１のバイアス電圧を線形動作領域の一方の飽和点近傍に設定する。入力信号１０４の極性が負である場合にはバイアス電圧を他方の飽和点近傍に設定する。光受信装置においては伝送波形１０５の波形変化に追従してフォトダイオード１０２のバイアス電圧を切り替え、出力信号１０６を再生するようにしている。
【００２６】
このようにしたので、ダイナミックレンジの広い高価な素子を使用しなくとも、変調度を実質的に１よりも大きい状態で光信号を伝送することができ、かつ受信信号を歪みなく再生することが可能になる。これにより、光信号を広いダイナミックレンジで伝送することの可能な光伝送システムを低コストで提供することが可能となる。
【００２７】
（第２の実施形態）
図３は本発明に係る光伝送システムの第２の実施形態を示す機能ブロック図である。なお図３において図１、図２と共通する部分には同一の符号を付し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。この実施形態においてはレーザダイオード１０１とフォトダイオード１０２との間に外部変調器１０８を設け、レーザダイオード１０１に直流光を発生させて外部変調器１０８により強度変調をかけるようにする。外部変調器１０８としては、図１４に示すＭＺ型光変調器を使用する。
【００２８】
図４は、図３に示されるシステムおけるＭＺ型光変調器の動作図である。ＭＺ型光変調器は光移相素子１０の特性から周期的な電圧−位相特性を示す。本実施形態においては入力信号１０４のピーク・トゥ・ピーク幅を電圧−位相特性の１周期に相当する長さとする。これは図１４に示される設定の２倍に相当し、従って約２倍の変調度を得ることができる。そして、入力信号の正負の極性の反転に応じて、バイアス電圧を周期の極大値（図４（ａ））、または極小値（図４（ｂ））に切り替えるようにする。
【００２９】
このように、ＭＺ型光変調器のバイアス電圧を入力信号１０４の極性の変化に追従して２値変調することによりレーザダイオード１０１から出力される直流光に強度変調がかけられ、図１に示されるように不連続点を有する波形１０５となって伝送される。これにより本実施形態においても実質的な変調度を約２とすることができ、従って第１の実施形態と同様に、ダイナミックレンジをより拡大することが可能になる。
【００３０】
（第３の実施形態）
図５は本発明に係る光伝送システムの第３の実施形態を示す機能ブロック図である。この実施形態では、光送信装置ではレーザダイオード１０１において直流光を発生させ、ＭＺ型の外部変調器１０８により伝送波形１０５を生成する。伝送波形１０５は光ファイバ１０３介して光受信装置に伝送され、フォトダイオード１０２で光／電気変換される。得られた電気信号は差動増幅器１０９に入力され、波形１０５と同相および逆相の２系統の増幅出力が生成される。これらの波形は切替スイッチ１１０により入力信号１０４のキャリア周波数に合わせて切り替えされ、強度変調光の波形１０５に重畳されたアナログ信号２００（ベースバンド信号）が再生される。ここで、外部変調器１０８のバイアスはバイアス設定部２０４により設定される。
【００３１】
図６は、図５に示される外部変調器１０８のバイアス点を示す図である。バイアス設定部２０４により、本実施形態においても入力信号１０４のピーク・トゥ・ピーク幅を電圧−位相特性の１周期に相当する長さとする。従って変調度は約２となる。但し本実施形態においては、入力信号の正負の極性の反転に拘わらず、バイアス電圧を周期の極小値（図４（ｂ）に相当する）、すなわち最小出力ポイントに固定する。これにより入力信号１０４の波形の負極性側が折り返された伝送波形１０５が生成されることになる。
【００３２】
このように、入力信号１０４のピーク・トゥ・ピーク幅を電圧−位相特性の１周期に相当する長さとし、かつＭＺ型光変調器のバイアス電圧を電圧−位相特性の最小出力ポイントに固定することにより、符号１０５に示されるような負側の波形が折り返された波形を得ることができる。これにより本実施形態においても実質的な変調度を約２とすることができ、従って第１および第２の実施形態と同様に、ダイナミックレンジをより拡大することが可能になる。
【００３３】
（第４の実施形態）
図７は本発明に係る光伝送システムの第４の実施形態を示す機能ブロック図である。この実施形態においては光送信装置側の構成は、第１または第２の実施形態と同様であり、従ってこれらの実施形態と同様に、ベースバンド信号に応じて強度変調され波形に不連続点を有する強度変調光（波形１０５）が伝送される。
【００３４】
この波形は光受信装置のフォトダイオード１０２において電気信号に変換される。この電気信号の波形は不連続点を持ち、同期信号発生器１１３によりこの不連続点に同期した同期信号が生成される。またフォトダイオード１０２からの電気信号は切替スイッチ１１１に与えられ、同期信号に同期して、２つの電力増幅器１１２のうちいずれか一方に切り替え入力される。各電力増幅器１１２には互いに逆相の信号入力が与えられ、その出力は平衡／不平衡変換処理ののち同相合成されてアナログ信号２００が再生される。すなわち各電力増幅器１１２はプッシュプル増幅系を構成する。
【００３５】
このように各電力増幅器１１２をプッシュプル動作させることにより、線形性を維持したまま電力増幅器１１２を効率良く動作させることが可能となる。特に、Ｂ級動作を行なう電力増幅器１１２を用いることにより高い効率を得ることができる。このような構成においても変調度を約２とすることができ、従って第１〜第３の実施形態と同様に、ダイナミックレンジの広い光伝送を低コストで実現することができる。
【００３６】
図８は、本実施形態の他の構成例を示す図である。再生されたアナログ信号２００に高調波信号などの不要な信号が含まれる場合には、プッシュプル増幅系の後段にフィルタ１１４を装荷するようにしても良い。このフィルタ１１４はローパスフィルタ、あるいはバンドパスフィルタのいずれでも良い。
【００３７】
（第５の実施形態）
図９は本発明に係る光伝送システムの第５の実施形態を示す機能ブロック図である。この光伝送システムは、入力信号１０４を所定の閾値で上側波形部分および下側波形部分に分割し、各波形部分をそれぞれ個別の伝送系で伝送するようにしたものである。
【００３８】
図９において、入力信号１０４のピーク・トゥ・ピークは、レーザダイオード１０１の線形動作領域の２倍に相当するレベルに予め拡大される。そして、ゼロクロス点を境として上側波形部分および下側波形部分に分割され、それぞれの伝送系のレーザダイオード１０１に入力される。ここで、各伝送系のレーザダイオード１０１のバイアス点を、一方は図２（ａ）に、他方は図２（ｂ）に相当するポイントに設定する。これにより各伝送系における変調度を略１とする。
【００３９】
上側波形部分１０５Ｕおよび下側波形部分１０５Ｄはそれぞれ光ファイバ１０３を介してフォトダイオード１０２で光／電気変換され、それぞれ電力増幅器１１２で増幅される。すなわち光受信装置においては各伝送系により伝送された信号がプッシュプル増幅され、合成されたのちフィルタ１１４を介して出力されアナログ信号２００が再生される。
【００４０】
このような構成においても、変調度を実質的に約２とすることができ、従って第１〜第３の実施形態と同様に、ダイナミックレンジの広い光伝送を低コストで実現することができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、光信号を広いダイナミックレンジで伝送することの可能な光送信装置、光受信装置、および光伝送システムを低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光伝送システムの第１の実施形態を示す機能ブロック図。
【図２】図１のバイアス切替制御部１０７によるレーザダイオード１０１のバイアス電圧レベルの切り替えの様子を示す模式図。
【図３】本発明に係る光伝送システムの第２の実施形態を示す機能ブロック図。
【図４】図３に示されるシステムおけるＭＺ型光変調器の動作図。
【図５】本発明に係る光伝送システムの第３の実施形態を示す機能ブロック図。
【図６】図５に示される外部変調器１０８のバイアス点を示す図。
【図７】本発明に係る光伝送システムの第４の実施形態を示す機能ブロック図。
【図８】本発明の第４の実施形態の他の構成例を示す図。
【図９】本発明に係る光伝送システムの第５の実施形態を示す機能ブロック図。
【符号の説明】
１０…光移相素子
１０１…レーザダイオード
１０２…フォトダイオード
１０３…光ファイバ
１０５…伝送波形
１０５Ｕ…上側波形部分
１０５Ｄ…下側波形部分
１０７…バイアス切替制御部
１０８…外部変調器
１０９…差動増幅器
１１０，１１１
１１１…切替スイッチ
１１２…電力増幅器
１１３…同期信号発生器
１１４…フィルタ
２０１…電力分配部
２０２…位相調整部
２０３…タイミング信号発生部
２０４…バイアス設定部
２０７…バイアス切替制御部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical transmission system that modulates modulated light with an analog signal such as a wireless signal and transmits the modulated light using an optical fiber, and an optical transmission device and an optical reception device used in the optical transmission system.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, communication systems that transmit analog signals as they are analog have been reviewed. Among them, an optical analog transmission system using an optical fiber, which can realize broadband transmission with a small loss, has attracted attention.
[0003]
In this type of optical transmission system, a laser diode (LD) is often used as an electric / optical conversion element. The ratio of the width over which the diode operates linearly to the width of the input amplitude is referred to as modulation. If the degree of modulation exceeds 1, the excess waveform component is clipped, and the input waveform is output with distortion. Therefore, usually, the modulation degree must be set to 1 or less, and the dynamic range of the input wave is determined by the limitation of the amplitude of the input wave.
[0004]
In a communication system, a high modulation efficiency is required, so that a modulated signal has a complicated waveform, and a wide dynamic range is required because the signal is an analog signal. However, in order to secure a wide dynamic range, there is a disadvantage that a linear operating range is wide and therefore an expensive laser diode must be used.
[0005]
There are the following Patent Literatures 1 to 3 as known literatures that disclose a technique for controlling an electric / optical conversion element. In each document, it is described that the bias of the electric / optical conversion element on the transmission side is fixedly set to an appropriate value at an initial setting stage prior to communication.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2001-82993 A
[Patent Document 2]
JP-A-11-355209
[Patent Document 3]
JP 2000-134157 A
[Problems to be solved by the invention]
As described above, conventionally, it is necessary to operate a laser diode at a modulation factor of 1 or less in order to prevent distortion of an optical signal, and an expensive device must be used to obtain a wide dynamic range. is there.
[0010]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an optical transmitter, an optical receiver, and an optical transmission system capable of transmitting an optical signal in a wide dynamic range at a low cost.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an optical transmission device according to the present invention has a linear operation region having a predetermined width with respect to a given drive signal, and the drive signal is supplied in a state where a bias voltage added to the drive signal is applied. An electric / optical conversion element for outputting intensity-modulated light according to the following, and a baseband signal including transmission information, whose peak-to-peak width is made wider than the linear operation region, as the drive signal; The control device includes a PP width control means for applying to the element and a bias modulation means. Then, the bias voltage is adjusted by the bias modulating means in accordance with the intensity change of the baseband signal so that the drive signal given from the PP width control means to the electric / optical conversion element falls within the linear operation region. The modulation is performed.
[0012]
The optical receiving apparatus according to the present invention is an optical receiving apparatus that receives intensity-modulated light that is intensity-modulated according to a baseband signal. Converts the intensity change of the incident light into an electric signal in a state where is applied, and includes a light / electric conversion element into which the intensity modulated light is incident, and a bias control means. The bias voltage is variably controlled by the bias control means in accordance with the waveform change of the intensity-modulated light, and the baseband signal superimposed on the intensity-modulated light is reproduced by the optical / electrical conversion element. It is characterized by the following.
[0013]
By taking such means, the peak-to-peak width of the baseband signal is made wider by the PP width control means, for example, than the width of the region in which the laser diode operates linearly, and given to the laser diode as the drive signal. Can be At this time, the bias voltage is dynamically modulated in intensity according to the intensity change of the baseband signal so that the drive signal falls within the linear operation region.
[0014]
Accordingly, the drive signal is applied so as to fall within the linear operation region of the laser diode, even though the modulation factor exceeds 1. Therefore, the original waveform is transmitted to the optical receiver without distortion. In the optical receiving device, a bias voltage synchronized with the bias modulation in the optical transmitting device is applied to the optical / electrical conversion element. Therefore, the baseband signal is reproduced with the original waveform.
[0015]
With such a configuration, it is possible to remove the restriction that the modulation factor should be set to 1 or less, and to achieve a wide dynamic range even if an electric / optical conversion element or an optical / electrical conversion element whose linear operation range is not so wide is used. A range can be secured. Therefore, it is possible to transmit an optical signal at low cost and with a wide dynamic range.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0017]
(1st Embodiment)
FIG. 1 is a functional block diagram showing a first embodiment of the optical transmission system according to the present invention. This system includes an optical transmitting device and an optical receiving device connected to each other via an optical fiber 103. The optical transmission device includes a power distribution unit 201, a phase adjustment unit 202, a switching timing signal generation unit 203, a laser diode 101, and a bias switching control unit 107. The optical receiving device includes the photodiode 102 and the bias switching control unit 207.
[0018]
In the optical transmission device, the power distribution unit 201 makes the peak-to-peak width of the baseband input signal 104 wider than at least the linear operation region of the laser diode 101. In the present embodiment, the peak-to-peak width of the input signal 104 is set to approximately twice the linear operation region of the laser diode 101. The power distribution unit 201 extracts a part of the signal power of the input signal 104 and inputs it to the switching timing signal generation unit 203.
[0019]
The switching timing signal generation unit 203 generates a timing signal synchronized with a point in time when the polarity of the input signal 104 is inverted from positive to negative and from negative to positive. This timing signal is provided to the bias switching control unit 107. The bias switching control unit 107 switches the bias voltage of the laser diode 101 in synchronization with the timing signal. The phase adjustment unit 202 adjusts the phase of the input signal 104 to the timing of switching the bias voltage level by the bias switching control unit 107.
[0020]
FIG. 2 is a schematic diagram showing how the bias voltage level of the laser diode 101 is switched by the bias switching control unit 107 in FIG. FIG. 2A shows a bias voltage when the input signal 104 has a positive polarity. The bias voltage is set near one saturation point of the linear operation range of the laser diode 101. Since the peak-to-peak width of the input signal 104 is set to about twice the linear operation region, in FIG. 2A, the output signal 106 corresponding to only the positive polarity portion of the input signal 104 has a modulation factor of 1 Is output.
[0021]
FIG. 2B shows a bias voltage when the input signal 104 has a negative polarity. In this case, the bias voltage is set near the other saturation point of the laser diode 101. Therefore, in FIG. 2B, an output signal 106 corresponding to only the negative polarity portion of the input signal 104 is output at a modulation factor of 1.
[0022]
As described above, the output signal 106 of the laser diode 101 has a waveform having a discontinuous point as shown in FIG. 1 by binary-modulating the bias voltage of the laser diode 101 following the change in the polarity of the input signal 104. It is transmitted as 105. Thus, the amplitude of the transmission signal in the optical fiber corresponds to half the amplitude of the input signal 104. That is, in the present embodiment, the substantial degree of modulation can be set to about 2, so that the dynamic range can be further expanded. Although the waveform indicated by the reference numeral 105 shows a broadband spectrum on the frequency axis, the optical fiber 103 has a very wideband transmission characteristic, so that there is no risk of waveform deterioration or the like.
[0023]
In the optical receiver, the waveform 105 is received by the photodiode 102 and converted into an electric signal. At this time, the bias voltage of the photodiode 102 is switched by the bias switching control unit 207 in the same manner as in FIG. That is, when the waveform 105 corresponding to the positive polarity portion of the input signal 104 is received, the bias voltage of the photodiode 102 is set as shown in FIG. When the waveform 105 corresponding to the negative polarity portion is received, the bias voltage is set as shown in FIG. Thereby, the analog reception signal 200 is reproduced.
[0024]
In order to switch the bias voltage of the photodiode 102 by following the change of the waveform 105, for example, an electrical signal output from the photodiode 102 is converted into a digital signal, and the converted signal is input to a shift register to detect overflow, thereby setting the switching timing. Obtainable. The discontinuous point of the waveform 105 can be detected by such a method.
[0025]
As described above, in the present embodiment, in the optical transmission device, the peak-to-peak of the input signal 104 is expanded in advance to a level corresponding to twice the linear operation region of the laser diode 101. When the polarity of the input signal 104 is positive, the bias voltage of the laser diode 101 is set near one saturation point in the linear operation region. When the polarity of the input signal 104 is negative, the bias voltage is set near the other saturation point. In the optical receiver, the bias voltage of the photodiode 102 is switched following the waveform change of the transmission waveform 105 to reproduce the output signal 106.
[0026]
With this configuration, it is possible to transmit an optical signal in a state where the degree of modulation is substantially larger than 1 and to reproduce a received signal without distortion without using an expensive element having a wide dynamic range. Will be possible. This makes it possible to provide an optical transmission system capable of transmitting an optical signal in a wide dynamic range at low cost.
[0027]
(Second embodiment)
FIG. 3 is a functional block diagram showing a second embodiment of the optical transmission system according to the present invention. In FIG. 3, the same reference numerals are given to portions common to FIGS. 1 and 2, and only different portions will be described here. In this embodiment, an external modulator 108 is provided between the laser diode 101 and the photodiode 102 so that the laser diode 101 generates DC light and the external modulator 108 applies intensity modulation. As the external modulator 108, an MZ type optical modulator shown in FIG. 14 is used.
[0028]
FIG. 4 is an operation diagram of the MZ type optical modulator in the system shown in FIG. The MZ-type optical modulator exhibits periodic voltage-phase characteristics from the characteristics of the optical phase shifter 10. In the present embodiment, the peak-to-peak width of the input signal 104 is set to a length corresponding to one cycle of the voltage-phase characteristic. This corresponds to twice the setting shown in FIG. 14, and therefore, it is possible to obtain about twice the degree of modulation. Then, the bias voltage is switched to the maximum value of the cycle (FIG. 4A) or the minimum value (FIG. 4B) according to the inversion of the positive and negative polarities of the input signal.
[0029]
As described above, the DC voltage output from the laser diode 101 is intensity-modulated by binary-modulating the bias voltage of the MZ type optical modulator in accordance with the change in the polarity of the input signal 104, and is shown in FIG. And transmitted as a waveform 105 having discontinuities. As a result, also in the present embodiment, the substantial modulation degree can be set to about 2, and therefore, as in the first embodiment, the dynamic range can be further expanded.
[0030]
(Third embodiment)
FIG. 5 is a functional block diagram showing a third embodiment of the optical transmission system according to the present invention. In this embodiment, in the optical transmission device, DC light is generated in the laser diode 101, and the transmission waveform 105 is generated by the external modulator 108 of the MZ type. The transmission waveform 105 is transmitted to the optical receiving device via the optical fiber 103, and is subjected to optical / electrical conversion by the photodiode 102. The obtained electric signal is input to the differential amplifier 109, and two types of amplified outputs having the same phase and the opposite phase as the waveform 105 are generated. These waveforms are switched by the changeover switch 110 in accordance with the carrier frequency of the input signal 104, and the analog signal 200 (baseband signal) superimposed on the waveform 105 of the intensity-modulated light is reproduced. Here, the bias of the external modulator 108 is set by the bias setting unit 204.
[0031]
FIG. 6 is a diagram showing bias points of the external modulator 108 shown in FIG. The bias setting unit 204 sets the peak-to-peak width of the input signal 104 to a length corresponding to one cycle of the voltage-phase characteristic in the present embodiment. Therefore, the degree of modulation is about 2. However, in the present embodiment, the bias voltage is fixed to the minimum value of the cycle (corresponding to FIG. 4B), that is, the minimum output point regardless of the inversion of the positive or negative polarity of the input signal. As a result, a transmission waveform 105 in which the negative side of the waveform of the input signal 104 is folded is generated.
[0032]
As described above, the peak-to-peak width of the input signal 104 is set to a length corresponding to one cycle of the voltage-phase characteristic, and the bias voltage of the MZ optical modulator is fixed at the minimum output point of the voltage-phase characteristic. As a result, it is possible to obtain a waveform in which the negative waveform as shown by the reference numeral 105 is folded. As a result, also in the present embodiment, the substantial degree of modulation can be set to about 2, so that the dynamic range can be further expanded as in the first and second embodiments.
[0033]
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is a functional block diagram showing a fourth embodiment of the optical transmission system according to the present invention. In this embodiment, the configuration on the side of the optical transmitter is the same as that of the first or second embodiment. Therefore, similarly to these embodiments, the intensity is modulated according to the baseband signal and the discontinuous point is formed in the waveform. The transmitted intensity modulated light (waveform 105) is transmitted.
[0034]
This waveform is converted into an electric signal in the photodiode 102 of the optical receiver. The waveform of the electric signal has a discontinuity point, and the synchronization signal generator 113 generates a synchronization signal synchronized with the discontinuity point. The electric signal from the photodiode 102 is supplied to the changeover switch 111, and is switched and input to one of the two power amplifiers 112 in synchronization with the synchronization signal. The respective power amplifiers 112 are supplied with signal inputs having phases opposite to each other, and their outputs are subjected to balanced / unbalanced conversion processing and then combined in phase to reproduce an analog signal 200. That is, each power amplifier 112 forms a push-pull amplification system.
[0035]
By performing the push-pull operation of each power amplifier 112 in this manner, it becomes possible to operate the power amplifier 112 efficiently while maintaining the linearity. In particular, high efficiency can be obtained by using the power amplifier 112 that performs class B operation. Even in such a configuration, the modulation degree can be set to about 2, and thus, as in the first to third embodiments, optical transmission with a wide dynamic range can be realized at low cost.
[0036]
FIG. 8 is a diagram illustrating another configuration example of the present embodiment. When an unnecessary signal such as a harmonic signal is included in the reproduced analog signal 200, a filter 114 may be provided at a subsequent stage of the push-pull amplification system. This filter 114 may be either a low-pass filter or a band-pass filter.
[0037]
(Fifth embodiment)
FIG. 9 is a functional block diagram showing a fifth embodiment of the optical transmission system according to the present invention. In this optical transmission system, an input signal 104 is divided into an upper waveform portion and a lower waveform portion by a predetermined threshold, and each waveform portion is transmitted by an individual transmission system.
[0038]
In FIG. 9, the peak-to-peak of the input signal 104 is expanded in advance to a level corresponding to twice the linear operation region of the laser diode 101. Then, it is divided into an upper waveform portion and a lower waveform portion with the zero cross point as a boundary, and is input to the laser diodes 101 of the respective transmission systems. Here, the bias point of the laser diode 101 of each transmission system is set to a point corresponding to FIG. 2A and the other to a point corresponding to FIG. 2B. Thereby, the degree of modulation in each transmission system is set to approximately 1.
[0039]
The upper waveform portion 105U and the lower waveform portion 105D are respectively subjected to optical / electrical conversion by the photodiode 102 via the optical fiber 103, and are respectively amplified by the power amplifier 112. That is, in the optical receiver, the signals transmitted by the respective transmission systems are push-pull amplified and combined, and then output via the filter 114 to reproduce the analog signal 200.
[0040]
Even in such a configuration, the degree of modulation can be substantially set to about 2, and therefore, as in the first to third embodiments, optical transmission with a wide dynamic range can be realized at low cost.
[0041]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, an optical transmitter, an optical receiver, and an optical transmission system capable of transmitting an optical signal in a wide dynamic range can be provided at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram showing a first embodiment of an optical transmission system according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing how a bias voltage level of a laser diode is switched by a bias switching control unit in FIG.
FIG. 3 is a functional block diagram showing a second embodiment of the optical transmission system according to the present invention.
FIG. 4 is an operation diagram of the MZ optical modulator in the system shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a functional block diagram showing a third embodiment of the optical transmission system according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing bias points of the external modulator shown in FIG. 5;
FIG. 7 is a functional block diagram showing a fourth embodiment of the optical transmission system according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing another configuration example of the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a functional block diagram showing a fifth embodiment of the optical transmission system according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Optical phase shift element 101 ... Laser diode 102 ... Photodiode 103 ... Optical fiber 105 ... Transmission waveform 105U ... Upper waveform part 105D ... Lower waveform part 107 ... Bias switching control part 108 ... External modulator 109 ... Differential amplifier 110 , 111
111 switch 112 power amplifier 113 synchronization signal generator 114 filter 201 power distribution unit 202 phase adjustment unit 203 timing signal generation unit 204 bias setting unit 207 bias switching control unit

Claims

与えられる駆動信号に対して所定幅の線形動作領域を有し、前記駆動信号に加算されるバイアス電圧が印加された状態で前記駆動信号に応じた強度変調光を出力する電気／光変換素子と、
伝送情報を含むベースバンド信号をそのピーク・トゥ・ピーク幅を前記線形動作領域より広くして前記駆動信号とし、前記電気／光変換素子に与えるＰＰ幅制御手段と、
このＰＰ幅制御手段から前記電気／光変換素子に与えられる駆動信号が前記線形動作領域内に収まるべく、前記ベースバンド信号の強度変化に追従して前記バイアス電圧を強度変調するバイアス変調手段とを具備することを特徴とする光送信装置。An electro-optical conversion element having a linear operation region having a predetermined width with respect to a given drive signal, and outputting intensity-modulated light corresponding to the drive signal in a state where a bias voltage added to the drive signal is applied; ,
PP width control means for providing a baseband signal containing transmission information with the peak-to-peak width wider than the linear operation region as the drive signal, and applying the drive signal to the electro-optical conversion element;
Bias modulation means for intensity-modulating the bias voltage in accordance with a change in the intensity of the baseband signal so that a drive signal supplied from the PP width control means to the electric / optical conversion element falls within the linear operation region. An optical transmission device, comprising:

直流光を発生出力する発光素子と、
与えられる駆動信号に対して所定幅の線形動作領域を有し、前記駆動信号に加算されるバイアス電圧が印加された状態で、前記発光素子で発生される直流光を前記駆動信号に応じて強度変調する外部変調手段と、
伝送情報を含むベースバンド信号をそのピーク・トゥ・ピーク幅を前記線形動作領域より広くして前記駆動信号とし、前記外部変調手段に与えるＰＰ幅制御手段と、
このＰＰ幅制御手段から前記外部変調手段に与えられる駆動信号が前記線形動作領域内に収まるべく、前記ベースバンド信号の強度変化に追従して前記バイアス電圧を強度変調するバイアス変調手段とを具備することを特徴とする光送信装置。A light-emitting element that generates and outputs DC light,
It has a linear operation region of a predetermined width with respect to a given drive signal, and in a state where a bias voltage added to the drive signal is applied, a DC light generated by the light emitting element has an intensity corresponding to the drive signal. External modulating means for modulating,
PP width control means for providing a baseband signal containing transmission information whose peak-to-peak width is wider than the linear operation region to be the drive signal, and which is provided to the external modulation means;
Bias modulation means for intensity-modulating the bias voltage in accordance with a change in the intensity of the baseband signal so that the drive signal supplied from the PP width control means to the external modulation means falls within the linear operation region. An optical transmission device, comprising:

前記ＰＰ幅制御手段は、前記ベースバンド信号のピーク・トゥ・ピーク幅を前記線形動作領域の略２倍とし、
前記バイアス変調手段は、前記ベースバンド信号の極性の変化に追従して前記バイアス電圧を２値変調することを特徴とする請求項１または２に記載の光送信装置。The PP width control means sets a peak-to-peak width of the baseband signal to approximately twice the linear operation region,
The optical transmission device according to claim 1, wherein the bias modulation unit performs a binary modulation on the bias voltage in accordance with a change in the polarity of the baseband signal.

前記バイアス変調手段は、
前記ベースバンド信号の極性変化に同期したトリガ信号を生成するトリガ生成手段と、
このトリガ生成手段で生成されるトリガ信号に基づいて前記バイアス電圧のレベルを２段階に切り替える送信バイアス切替手段とを備えることを特徴とする請求項３に記載の光送信装置。The bias modulation means,
Trigger generation means for generating a trigger signal synchronized with the polarity change of the baseband signal,
4. The optical transmission apparatus according to claim 3, further comprising: transmission bias switching means for switching the level of the bias voltage in two stages based on a trigger signal generated by the trigger generation means.

さらに、前記送信バイアス切替手段による前記バイアス電圧レベルの切り替えタイミングに前記駆動信号の位相を合わせる位相制御手段を具備することを特徴とする請求項４に記載の光送信装置。5. The optical transmission apparatus according to claim 4, further comprising a phase control unit that adjusts a phase of the drive signal at a timing of switching the bias voltage level by the transmission bias switching unit.

前記外部変調手段は、入力光を複数に分波して複数の光導波路に入射し、少なくとも一つの光導波路を伝搬する光を前記駆動信号に応じて位相制御したのち各光導波路の光を合波して前記入力光を強度変調するマッハツェンダ型光変調器であることを特徴とする請求項２に記載の光送信装置。The external modulating means splits the input light into a plurality of light beams, enters the plurality of optical waveguides, controls the phase of the light propagating through at least one optical waveguide in accordance with the drive signal, and then combines the light from each optical waveguide. 3. The optical transmission device according to claim 2, wherein the optical transmission device is a Mach-Zehnder type optical modulator that waves-modulates the input light.

ベースバンド信号に応じて強度変調された強度変調光を受信する光受信装置において、
入射光の強度に対して所定幅の線形動作領域を有し、バイアス電圧が印加された状態で前記入射光の強度変化を電気信号に変換するものであって、前記強度変調光が入射される光／電気変換素子と、
前記強度変調光の波形変化に追従して前記バイアス電圧を可変制御し、当該強度変調光に重畳されたベースバンド信号を前記光／電気変換素子に再生させるバイアス制御手段とを具備することを特徴とする光受信装置。In an optical receiving device that receives intensity-modulated light that is intensity-modulated according to a baseband signal,
It has a linear operation region of a predetermined width with respect to the intensity of the incident light, and converts a change in the intensity of the incident light into an electric signal in a state where a bias voltage is applied, wherein the intensity-modulated light is incident. An optical / electrical conversion element,
Bias control means for variably controlling the bias voltage in accordance with a waveform change of the intensity-modulated light and reproducing the baseband signal superimposed on the intensity-modulated light by the optical / electrical conversion element. Optical receiving device.

前記強度変調光が波形に不連続点を有する場合に、
前記バイアス制御手段は、
前記不連続点を検出する検出手段と、
この検出手段で前記不連続点が検出されたことに応じて前記バイアス電圧を少なくとも２段階にわたり不連続的に切り替えることにより、連続的な波形を示す前記ベースバンド信号を得る受信バイアス切替手段とを備えることを特徴とする請求項７に記載の光受信装置。When the intensity-modulated light has a discontinuity in the waveform,
The bias control means includes:
Detecting means for detecting the discontinuous point;
Receiving bias switching means for obtaining the baseband signal having a continuous waveform by switching the bias voltage discontinuously over at least two stages in response to the detection of the discontinuity point. The optical receiving device according to claim 7, comprising:

前記検出手段は、
前記光／電気変換素子から出力される電気信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換手段と、
前記ディジタル信号が入力されるシフトレジスタとを備え、
前記シフトレジスタにおいて桁あふれが生じることで前記不連続点を検出することを特徴とする請求項８に記載の光受信装置。The detecting means,
Analog / digital conversion means for converting an electric signal output from the optical / electrical conversion element into a digital signal;
A shift register to which the digital signal is input,
9. The optical receiving device according to claim 8, wherein the discontinuity is detected by overflow of the shift register.

ベースバンド信号に応じて強度変調され波形に不連続点を有する強度変調光を受信する光受信装置であって、
前記強度変調光の強度変化を電気信号に変換する光／電気変換素子と、
この光／電気変換素子から出力される前記電気信号から前記不連続点に同期する同期信号を発生する同期信号発生手段と、
互いに逆相の信号を増幅する第１および第２の増幅器を備え、これらの増幅器において増幅された信号を合成するプッシュプル増幅手段と、
前記同期信号発生手段で発生された同期信号に同期して、前記電気信号を前記第１および第２の増幅器のいずれかに切り替え入力する切替スイッチとを具備することを特徴とする光受信装置。An optical receiving device that receives intensity-modulated light that has intensity-modulated according to a baseband signal and has a discontinuity in a waveform,
An optical / electrical conversion element for converting the intensity change of the intensity modulated light into an electric signal;
Synchronizing signal generating means for generating a synchronizing signal synchronizing with the discontinuous point from the electric signal output from the optical / electrical conversion element;
Push-pull amplifying means comprising first and second amplifiers for amplifying signals having phases opposite to each other, and synthesizing signals amplified by these amplifiers;
An optical receiving device, comprising: a switch for switching and inputting the electric signal to one of the first and second amplifiers in synchronization with a synchronization signal generated by the synchronization signal generating means.

請求項１乃至６のいずれかに記載の光送信装置と、請求項７乃至１０のいずれかに記載の光受信装置とを光伝送路を介して互いに接続し、前記光送信装置から出力される強度変調光を前記光伝送路を介して前記光受信装置に伝送することを特徴とする光伝送システム。The optical transmission device according to any one of claims 1 to 6 and the optical reception device according to any one of claims 7 to 10 are connected to each other via an optical transmission line, and output from the optical transmission device. An optical transmission system for transmitting intensity-modulated light to the optical receiver via the optical transmission path.

光送信装置と光受信装置とを強度変調光を伝送する光伝送路を介して互いに接続した光伝送システムにおいて、
前記光送信装置は、
直流光を発生出力する発光素子と、
この発光素子で発生された直流光を与えられる駆動信号に応じて強度変調し、強度変調光を前記光伝送路に送出するマッハツェンダ型光変調器と、
伝送情報を含むベースバンド信号の振幅を前記マッハツェンダ型光変調器の半波長電圧の略２倍に調整し、当該マッハツェンダ型光変調器の最小出力ポイントに対応するバイアス電圧を前記振幅調整されたベースバンド信号に加算して前記駆動信号を生成しこの駆動信号を前記マッハツェンダ型光変調器に与える駆動手段とを備え、
前記光受信装置は
前記光伝送路を介して到来した前記強度変調光を電気信号に変換する光／電気変換素子と、
この光／電気変換素子から出力される電気信号に基づく互いに逆相の２系統の増幅出力を得る差動増幅手段と、
この差動増幅手段から出力される前記２系統の増幅出力を前記ベースバンド信号のキャリア周波数に合わせて切り替え合成し、前記強度変調光に重畳されたベースバンド信号を再生する切替手段とを備えることを特徴とする光伝送システム。In an optical transmission system in which an optical transmitting device and an optical receiving device are connected to each other via an optical transmission line that transmits intensity-modulated light,
The optical transmitter,
A light-emitting element that generates and outputs DC light,
A Mach-Zehnder optical modulator that intensity-modulates the DC light generated by the light emitting element according to a given drive signal, and sends out the intensity-modulated light to the optical transmission line;
The amplitude of the baseband signal containing the transmission information is adjusted to approximately twice the half-wavelength voltage of the Mach-Zehnder optical modulator, and the bias voltage corresponding to the minimum output point of the Mach-Zehnder optical modulator is adjusted to the amplitude-adjusted base. A driving unit that generates the driving signal by adding the driving signal to a band signal and provides the driving signal to the Mach-Zehnder optical modulator.
An optical / electrical conversion element that converts the intensity-modulated light arriving via the optical transmission path into an electric signal,
A differential amplifying means for obtaining two-system amplified outputs of opposite phases based on the electric signal output from the optical / electrical conversion element;
Switching means for switching and combining the amplified outputs of the two systems output from the differential amplifying means in accordance with the carrier frequency of the baseband signal, and reproducing a baseband signal superimposed on the intensity-modulated light. An optical transmission system characterized by the above.

伝送情報を含むベースバンド信号を所定の閾値で上側波形部分および下側波形部分に分割し、各波形部分をそれぞれ第１または第２の伝送系で伝送する光伝送システムであって、
前記第１の伝送系は、
前記上側波形部分の振幅波形に応じた強度変調光を出力する第１電気／光変換素子と、
この第１電気／光変換素子から出力される強度変調光を伝送する第１光伝送路と、
この第１光伝送路を介して伝送される強度変調光を電気信号に変換する第１光／電気変換素子とを備え、
前記第２の伝送系は、
前記下側波形部分の振幅波形に応じた強度変調光を出力する第２電気／光変換素子と、
この第２電気／光変換素子から出力される強度変調光を伝送する第２光伝送路と、
この第２光伝送路を介して伝送される強度変調光を電気信号に変換する第２光／電気変換素子とを備え、
前記第１および第２の伝送系における変調度を略１とし、前記第１および第２光／電気変換素子の出力信号を合成して前記ベースバンド信号を再生することを特徴とする光伝送システム。An optical transmission system that divides a baseband signal including transmission information into an upper waveform portion and a lower waveform portion by a predetermined threshold, and transmits each waveform portion by the first or second transmission system, respectively.
The first transmission system includes:
A first electrical / optical conversion element that outputs intensity-modulated light according to the amplitude waveform of the upper waveform portion;
A first optical transmission path for transmitting the intensity-modulated light output from the first electric / optical conversion element;
A first optical / electrical conversion element that converts the intensity-modulated light transmitted through the first optical transmission line into an electric signal;
The second transmission system includes:
A second electrical / optical conversion element that outputs intensity-modulated light according to the amplitude waveform of the lower waveform portion;
A second optical transmission path for transmitting the intensity-modulated light output from the second electric / optical conversion element;
A second optical / electrical conversion element that converts the intensity-modulated light transmitted through the second optical transmission path into an electric signal,
An optical transmission system, wherein the modulation degree in the first and second transmission systems is set to approximately 1, and the baseband signal is reproduced by combining output signals of the first and second optical / electrical conversion elements. .