JP2006517686A - 複流２進変調フォーマットの低域電気フィルタを用いた自動ｄｃバイアス制御 - Google Patents

Abstract

【課題】複流２進変調フォーマットの低域電気フィルタを用いた自動ＤＣバイアス制御の方法を提供する。
【解決手段】マッハ・ツェンダーモジュレータのバイアス点を制御するための方法および装置が提供される。この方法ではまずディザ信号を、マッハ・ツェンダーモジュレータに加えられるＤＣバイアスに印加する。ディザ信号と同期するマッハ・ツェンダーモジュレータにより提供される光学出力信号の構成要素が検出される。ディザ信号は、光学出力信号の検出された構成要素を実質的に一定に保つように調節される。

Description

本出願は２００３年２月７日に提出された米国仮出願特許第６０/４４５、６０４号の「複流２進自動バイアス制御回路」の優先権を主張するものである。

マッハ・ツェンダーモジュレータは、２つのアームに印加される電圧信号の差に比例するマッハ・ツェンダーモジュレータの２つのアーム間の位相差に基づき、振幅変調を達成する。マッハ・ツェンダー構造によりこの位相変調は振幅変調に変換される。前記入力部電圧信号がＡＣ結合されたものである場合、モジュレータの作動点を設定するためにＤＣバイアスが必要となる。モジュレータ内部の物理的な工程のせいで、適切な工程を適切に行なうために必要とされるＤＣバイアス電圧は時間的に変化する。適切なバイアス状態を保つためには、モジュレータ出力部をモニタし、時変バイアス要求に対して補正を行なう制御回路が必要である。オンオフ変調として自動バイアス制御（ＡＢＣ）回路などが既知であり、かつ多くの実施例で用いられている（たとえば１９９８年４月発行Ｌｕｃｅｎｔ Ｔｅｃｈｈｏｌｏｇｉｅｓ社「ニオブ酸塩モジュレータの使用：電気−光学的および機械的連結」適用注ＴＮ９８−００４ＬＷＰを参照のこと）。先進のラインコードが用いられている場合は（例として本願と同日に提出され、本願でその全体を記載している米国出願特許[代理人事務番号２０７０/５]を参照のこと）、従来のＡＢＣ回路が使用できる条件には適合しないため、新規のより高度なＡＢＣ回路が必要とされる。
米国仮出願特許 第６０/４４５、６０４号 「ニオブ酸塩モジュレータの使用：電気−光学的および機械的連結」、Ｌｕｃｅｎｔ Ｔｅｃｈｈｏｌｏｇｉｅｓ社、１９９８年４月発行

したがって高度なラインコードのクラスを自動的にバイアスするための方法および装置を提供することが好ましい。

本発明にしたがうと、マッハ・ツェンダーモジュレータのバイアス点を制御するための方法および装置が提供される。この方法ではまずディザ信号を、マッハ・ツェンダーモジュレータに加えられるＤＣバイアスに印加する。ディザ信号と同期するマッハ・ツェンダーモジュレータにより提供される光学出力信号の構成要素が検出される。ディザ信号は、光学出力信号の検出された構成要素を実質的に一定に保つように調節される。

本発明の一態様にしたがうと、検出ステップはＡＣフィードバック信号を生成するためのステップを含む。

本発明の他の態様にしたがうと、調整ステップはＤＣエラー信号を形成するためにＡＣフィードバック信号を復調するステップを含む。

本発明の他の態様にしたがうと、結果として起こるエラー信号を形成するために、ＤＣエラー信号に可変ＤＣ補正信号が加えられる。

本発明の他の態様にしたがうと、ＤＣエラー信号は積算される。

本発明の他の態様にしたがうと、結果として起こるエラー信号は積算される。

複流２進ＡＢＣ回路はＭＺモジュレータのバイアス点を制御するために設けられる。本発明にしたがうと、ディザがモジュレータのＤＣバイアスに印加される。ディザの周波数は低く、ビット伝送速度に相関する。モジュレータからの光は検出器に導かれ、ディザと同期する信号要素が測定される。この信号を一定のレベルに保つことで、時間の経過にともなってモジュレータのバイアス点がずれることがないようにする。

バイナリ電気的信号の低域電気フィルタを用いた複流２進変調フォーマットは、モジュレータを自動的にバイアス制御する際の具体的な問題を提示する。図１は一般的なローパスフィルタの電気信号を示す。この信号は電子光学効果を用いて位相差に変換され、次いでマッハ・ツェンダー構造を用いて振幅変調に変換される。図１において、ローパス電気フィルタ出力で電気信号が示される。この信号は対称形であり、ＡＣ結合される。また係る信号は、初期バイナリ信号が理想的ではない場合には、理想的な対称性から容易に逸脱してもよい。これは図１（左）にみられ、軌条および遷移はアイダイアグラム（ｅｙｅ ｄｉａｇｒａｍ）（矢印１０２参照）の頂部でわずかに分岐しているが、アイダイアグラム（矢印１０４参照）の底部では観られない。このような非対称性は以下を考慮すると重要なものとなる。

プッシュ・プルモード（Ｘカットまたはプッシュ・プル駆動のｚカット）で作動するＬｉＮｂ０３モジュレータは、後述する位相および入力電圧信号の関数として電気分野および強度を有する。

［数式１］
［Φ_１（ｔ）−Φ_２（ｔ）］＝ΔΦ∝Ｖ（ｔ）

［数式２］
Ｅ_ｏｕｔ＝Ｅ_ｉｎｃｏｓ（（Φ_１（ｔ）−Φ_２（ｔ））／２）
および

［数式３］
Ｉ_ｏｕｔ＝Ｉ_ｉｎｃｏｓ^２（（Φ_１（ｔ）−Φ_２（ｔ））／２）

複流２進工程は、図２に示されるように３値電気フィールド信号に依存する。

図２からわかるように、ＡＣ結合された複流２進電気的信号のＤＣバイアスは「ゼロ」またはオフ状態で選択されなければならない。

本願発明者らは電気フィルタの標準的なルーチンを用いてＬａｂｖｉｅｗ６．０の数値モデルを開発し、数式を用いてプッシュ・プルＬｉＮｂ０３モジュレータモデルを実現した。係るモデルでは、（毎秒３０回の等しい上昇および降下の）台形パルス形状を有する（増幅器出力からの）初期バイナリ電気パルスは、４次または５次のローパスベッセルフィルタを通過する。Ｌａｂｖｉｅｗのローパスベッセルフィルタ遮断周波数の値は、合理的に見える電気的および光学的なアイダイアグラムを生成する値を選択した。この電気波形をＸカットＬｉＮｂ０３モジュレータ（数式）の電極に印加した。次いで、ＤＣバイアスの関数として平均的な光強度を計算した。ＤＣバイアスディザに対しては、エラー信号は単に平均信号対ＤＣバイアスの微分値である。

図３は、５０％視斜（ダイアグラム左端）および４５％視斜（ダイアグラム左端）を有する理想的な入力バイナリ信号の電気駆動信号（上方のダイアグラム）およびモジュレータ光学出力信号（下方のダイアグラム）のモデル化されたアイダイアグラムを示す。４５％バイナリ視斜の場合の初期電気信号における高度な対称性の重要性が示されている。初期バイナリ電気信号の視斜の値がほとんど低下しないため、複流２進電気信号もまたわずかに変化するが、この変化が、結果として起こる光学信号に注目すべき変化をもたらす。係る構成においてＤＣバイアスがディザされると、その応答もまた（仮にあったとすれば）入力バイナリ信号の対称性に極めて依存するものとなることが予測される。

図４は平均的な光強度を示すが、平均的な光強度は、バイナリ信号振幅のディザおよび図３のケースのうちの２つに対応する２つのケースに対するＤＣバイアスに応答する。図４に見られるように、光強度は最適ＤＣバイアス（Ｖπ）で最大となり、ＤＣバイアスが最適な状態から逸脱すると対称的に降下する。このことはＤＣバイアスディザがＡＢＣ工程に用いられる信号を生成するものであることを示す。問題は仮に初期バイナリ信号の対称性が破壊されると、誤った補正がフィードバック信号に導入され、結果としてＤＣバイアスエラーが起こることである。バイナリ信号振幅ディザは図４の一番上の図に見られるように、ＤＣバイアス補正の二次機能であり、このためＡＢＣフィードバックに直接用いることはできない。しかしながら、第２高調波を用いることができ、対称性の除去にはより効果的に思われる。

前述の数値的な結果に加えて実験が行なわれ、ＬｉＮｂ０３モジュレータ上のＤＣバイアスが小信号正弦波波形（周波数ｌキロヘルツ、振幅００２５ボルト）を有してディザされた。モジュレータ出力部のｐ−Ｉ−ｎモニタ光ダイオードターミナル上の同位相の電圧応答を、標準的なロックイン増幅器を用いて測定した。係る応答振幅を、モジュレータ出力部の光学信号アイダイアグラムに沿ってＤＣバイアスの関数として測定した。図５にはこのアイダイアグラムの特性および応答対ＤＣバイアスの振幅が曲線で表されている。

予測されるように、ＤＣバイアス（曲線５０２）の関数としてのＤＣバイアスディザに応答する光強度は、ＡＢＣ回路（図５参照のこと）のフィードバック信号として用いられてもよい。さらに予測されるように、入力バイナリ信号を変動させることにより、フィードバック信号にエラーが導入された可能性がある。

図６は本発明にしたがったＡＢＣ回路の一実施形態を示す。小さいＡＣ電圧をバイアス/ＲＦ端子のいずれか１つ、または差異的に両方の端子に、印加することにより、マッハ・ツェンダーバイアスが「ディザ」されると、光検出器６０２によりＡＣフィードバックまたはエラー信号が生成され：マッハ・ツェンダー光ダイオード出力で検出された信号上に重畳される。ダイアグラムは２つのバイアス−ディザ間の注入方法を破線で示す。かかるＡＣ電圧は、マッハ・ツェンダーバイアス内の最適値からのエラーの規模および方向に応答して、振幅および位相の両方が変化する。光−検出器のノイズおよび広帯域周波数ＲＦ信号の低−周波数成分と比較すると、エラー信号は相対的に小さい。このことは、信号を回復するためにフィルタ６０４によるゲインおよび狭帯域周波数フィルタリングの両方を必要とする。フィルタ化され増幅された信号は、ディザを生成する拡散スペクトルソース６１０と同時に復調器６０６により復調される。結果として起こるＤＣエラー項は積分器６０８により積分され、バッファされて、マッハ・ツェンダーモジュレータの一端子へ印加される。これは「+」またはポジティブ・バイアス端子６１６である。係る信号は、ある程度まで、インバータ６１４によって反転され、バッファされて、マッハ・ツェンダーモジュレータの「−」またはネガティブ・バイアス端子６１８に印加される。これによりＤＣ成分を持たない差動型のバイアス駆動が生成される。バイアス出力を有する加算器６２０により加算されたＡＣバイアス−ディザ信号は、本来の拡散スペクトルソースの分光的に限定されたバージョンであり、パルス整形器およびパルススケーラー６１２に属するものであってもよく、ハードウェアまたはソフトウェアあるいはこれらの組み合わせで実現されてもよい。

ＡＣエラー信号は次いで、復調されるとともに積算されるが、この信号は、マッハ・ツェンダーモジュレータの構成のためにエラーを受けやすい。理想的にはＡＣエラー信号は最適バイアスにおいてゼロ点を通過する。係るゼロ点はＶｐｉの分割成分により、最適バイアスとは異なる点で起こることが多い。このエラーはＯＯＫシステムで補正することにより光の吸収率の改善をもたらす可能性はあるが、オン・オフキー伝達時には取るに足らないものである場合が多い。フィルタ化された電気アイ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｅｙｅ）を光学的に「摺曲」することにより、複流２進伝達は光学的な「０」軌条の積算を保つためにかかるエラーを補正する必要がある。ダイアグラムに示されているように、オフセット電圧補償器６２２により生成された安定しているが可変のＤＣ信号は、復調器６０６の出力で合計される。これによりＶｐｉ固定部により本来のエラー信号ゼロ点から移動された、新しいバイアス点を生成する。

低域電気フィルタ出力での一般的な電気的信号を示す。 入力電気信号（プッシュ・プルモードで作動するＬｉＮｂ０３モジュレータ内の位相差）の関数としての出力強度を示す。 モデル化されたアイダイアグラムであり、５０%視斜（最も左の曲線）および４５％視斜（最も右の曲線）の理想的入力バイナリ信号の電気駆動信号（上方曲線）およびモジュレータ光学出力信号（下方曲線）を示す。 平均的な光強度を示し、この平均的な光強度は５０％（最も左の曲線）および４５％（最も右の曲線）の初期バイナリ視斜を有するバイナリ信号振幅およびＤＣバイアスのディザに応答する。 ＤＣバイアス（複数の曲線５０２）の関数としてのＤＣバイアスディザ、および視斜（複数の曲線５０４）、光の吸収率（曲線５０６）、Ｑ値（曲線５０８）などの重要なアイパラメータに応答する平均的な光強度を示す。 本発明の原則にしたがって構成された複流２進発信器のＡＢＣ回路の実施形態を示す。

符号の説明

６０４ フィルタ
６０６ 復調器
６０８ 積分器

Claims (12)

1. マッハ・ツェンダーモジュレータのバイアス点を制御するための方法であって、
   前記マッハ・ツェンダーモジュレータに印加されたＤＣバイアスにディザ信号を印加するためのステップと、
   前記ディザ信号と同期する前記マッハ・ツェンダーモジュレータにより提供された光学出力信号の構成要素を検出するステップと、
   前記光学出力信号の検出された構成要素を実質的に一定値に保つために前記ディザ信号を調節するステップと、を含む方法。
2. 前記検出するステップは、ＡＣフィードバック信号を生成するステップを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記調節するステップは、ＤＣエラー信号を形成するために前記ＡＣフィードバック信号を復調するステップを含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 結果として起こるエラー信号を形成するために、可変ＤＣ補正信号を前記ＤＣエラー信号に加えるステップをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記ＤＣエラー信号を積算するステップをさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
6. 前記結果として起こるエラー信号を積算するステップをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
7. マッハ・ツェンダーモジュレータの前記バイアス点を制御するための装置であって、前記マッハ・ツェンダーモジュレータに印加されたＤＣバイアスにディザ信号を印加するための手段と、
   前記ディザ信号と同期する前記マッハ・ツェンダーモジュレータにより提供された光学出力信号の構成要素を検出する手段と、
   前記光学出力信号の検出された構成要素を実質的に一定値に保つために前記ディザ信号を調節する手段と、を含む装置。
8. 前記検出する手段は、ＡＣフィードバック信号を生成する光検出器と、前記ＡＣフィードバック信号をフィルタ化するゲインおよび狭帯域周波数フィルタと、を含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記印加する手段は、前記ディザ信号を生成するための手段を含むことを特徴とする請求項７に記載の装置。
10. 前記ディザ信号を生成する手段は、拡散スペクトル源を含むことを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記調節する手段は、エラー信号を生成するためにゲインおよび狭帯域周波数フィルタから受けた前記ＡＣフィードバック信号を復調するための同期復調器と、前記エラー信号を積算するための積分器と、を含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。
12. 前記エラー信号に可変ＤＣオフセット信号を加えるためのオフセット電圧補償器をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
    
    

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