JP2009118471A

JP2009118471A - 光送信装置の制御装置

Info

Publication number: JP2009118471A
Application number: JP2008266583A
Authority: JP
Inventors: Tomoto Tanaka; 智登田中
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2009-05-28

Abstract

【課題】外部光変調器のバイアス電圧により出力波形が変化する。その為、起動時およびチャープ切替時など最適点に制御されるまでの課程においては平均透過率が変化することによる変動(リンギング)を防止する技術を提供する。
【解決手段】低周波信号が重畳された駆動信号を変調する外部変調器を備えた光送信器が、前記外部変調器に前記駆動信号を送り、該変調後の光をモニタして前記駆動信号を所定レベルに維持するように前記外部変調器にバイアスを加え、前記バイアスの変動による前記外部変調器の透過率変化を補償するように前記光の光量を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光変調器を備えた光送信装置を制御する技術に関する。

近年、急激な情報量の増加に伴い、光通信システムの大容量化・長距離化が望まれている。

〈直接変調方式〉
光通信システムにおける電気−光変換回路としては、強度変調−直接検波方式(直接変調方式)が最も簡易な方式である。この方式は、半導体レーザに流れる電流をデータ信号の"０"、"１"に応じてオン/オフして光の発光/消光を制御するものである。しかし、レーザ自身を直接オン/オフすると半導体の性質で信号光に波長変動(チャーピング)が生じる。波長変動はデータ伝送速度(ビットレート)が速くなる程、悪影響を与える。これは波長が違うと伝搬速度が変化するという波長分散の性質がファイバにあるためであり、直接変調により波長変動が生じると伝搬速度の遅延が生じ、ファイバを伝搬する間に波形が崩れ、長距離伝送、高速伝送が困難となる。

〈外部変調方式〉
上記波長変動の影響を抑えるため、2.5G、10Gbpsの高速伝送では、レーザダイオードを連続的に発光させ、このレーザダイオードから発生した光を外部変調器でデータ信号の"１"，"０"に応じてオン（透光）／オフ（遮光）する外部変調方式が用いられている。

外部変調器としては、例えばLiNbO3外部変調器（以下ＬＮ変調器とも称す）がある。ＬＮ変調器は、ＤＣ電圧や温度および経時劣化によりバイアス電圧のドリフトを生じる。そのため、図２で示すように低周波信号で振幅変調した参照信号を駆動回路を介して光変調器に与え、変調された光信号からその低周波成分を検出して上記の参照信号と比較し、外部変調器の動作点を適正に維持するためバイアス電圧制御（ＡＢＣ：Auto Bias Control）が行われている。バイアス電圧が最適点で動作している場合、低周波数信号が逆相で変調され出力信号にはその周波数成分が含まれなくなるので“ゼロ"となる。

また、変調器のバイアス動作点(電圧)を変えることにより立ち上がり部と立ち下がり部の位相変化が逆転するため、チャーピング(αパラメータの符号)を反転することができることも一般的に知られている。

一方、送信器の光出力を一定に保つために、半導体レーザのバックパワーを利用したオート・パワー・コントロール(APC)による駆動電流制御が実現されている。

また、本願発明に関連する先行技術として、例えば、下記の特許文献１，２に開示される技術がある。
特開平２−５０１８９号公報特開平１０−１６４０１８号公報

しかし、制御開始時からバイアス電圧が最適動作点に制御される過程および、αパラメータ切り替え時においては、最適動作点以外で駆動することになるため、これに伴ってＬＮ変調器からの光出力(平均透過率)が大きく変化し、光出力に不連続な変動(リンギング)が発生する。

図３Ａ−図３Ｄに示すようにαパラメータ切替時においては、バイアス電圧が最適点に変化するまでの間、入力が信号４１Ａから４１Ｄのように変化し、出力が波形４２Ａから４２Ｄのように変化するため、APCでレーザ出力を一定に制御していてもＬＮ変調器の動
作点が変更される間に出力変動(リンギング)が発生してしまう。

一旦、光源の駆動を停止すれば問題ないように思われるが、上記バイアス電圧制御（ＡＢＣ）は、光源部からの発光がなければ実現できないため、光源の発光を開始し、バイアス電圧制御開始後のいずれかの領域で出力変動が生じる。

例えば、図９に示すように、光源の出力（光量）を直線的に目標値Ｌ０まで上げる際、ＬＮ変調器の透過率（図４）に変動９１が生じるため、光出力（図９）に出力変動９２が現れる。

従って、αパラメータを切り替えると、必ずどこかでリンギングが発生してしまう。

このようなリンギングは、波長分割多重方式を用いた送信装置において、近接する周波数のチャネルに影響を与える可能性があるので、望ましく無い。

そこで本発明は、外部光変調器のバイアスの変更に伴う出力変動を防止する技術を提供する。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の構成を採用した。

即ち、本発明の光送信装置及び制御装置は、
低周波信号が重畳された駆動信号に応じて光源からの光を変調する外部変調器へ該駆動信号を送る信号供給部と、
該変調後の光の低周波成分をモニタして前記外部変調器のバイアスを制御するバイアス駆動部と、
前記バイアス電圧の変動による前記外部変調器の入力波形変化による平均透過率変化を補償するように前記光の光量を制御する補償部と、を備えた。

前記補償部は、前記光源の駆動電力を制御することにより、前記外部変調器の平均透過率変化を補償しても良い。

前記補償部は、前記変調後の光を減衰させる光減衰器の減衰量を制御することにより、前記外部変調器の平均透過率変化を補償しても良い。

前記補償部は、前記バイアスの変化量に対する前記外部変調器の透過率の変化量を算出し、算出した該変化量に基づいて前記平均透過率変化を補償しても良い。

また、本発明の制御方法は、
低周波信号が重畳された駆動信号に応じて光源からの光を変調する外部変調器を備えた光送信器の制御装置が、
前記外部変調器に前記駆動信号を送るステップと、
該変調後の光の低周波成分をモニタして前記駆動信号を所定レベルに維持するように前記外部変調器のバイアスを制御するステップと、
前記バイアスの変動による前記外部変調器の平均透過率変化を補償するように前記光の光量を制御するステップと、を行う。

本発明によれば、外部光変調器のバイアスの変更時に発生する送信出力変動(リンギング)を防止する技術を提供できる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。以下の実施形態の構成は例示であり、本発明は実施形態の構成に限定されない。

〈実施形態１〉
§１．装置構成
図１は、本発明に係る光送信器（光送信装置）の概略図である。

光源１１は、所定周波数のレーザ光を出力する半導体レーザ等の光源である。

外部変調器１３は、図１に示すように、電気光学効果を有する基板１３Ａ上に光導波路１３Ｂや制御電極１３Ｃが形成されている。外部変調器１３は、制御電極１３Ｃに印加された電圧に応じて光導波路１３Ｂをとおる光の透過率を変えることにより、光源１１からの光を変調し、光信号を生成する。本例の外部変調器１３は、基板１３Ａにニオブ酸リチウム（ＬＮ：LiNbO3）を用いたＬＮ変調器である。また、外部変調器１３は光出力を検知する光センサ（本例ではＰＤ：Photodiode）１３Ｄを有している。

制御装置１２は、光源１１を駆動する光源駆動部２１、ＬＮ変調器１３を制御する変調制御部２２、ＶＯＡ１４を制御する減衰制御部２３、変調制御部２２によるバイアス変動を補償するリンギング補正部（補償部、補正量演算部）２４を備えている。

光源駆動部２１は、光センサ（本例ではＰＤ：Photodiode）１１Ｂで検知した光源（半導体レーザ）１１のバックパワーに基づいてＡＰＣ制御部２１Ａが、光源駆動部２１Ｂの光源１１への駆動電流を制御する。

変調制御部２２は、ＬＮ駆動部（信号供給部）２２Ａや、バイアス部（ＡＢＣ制御部）２２Ｂ、発振部２２Ｃを備えている。

ＬＮ駆動部（信号供給部）２２Ａは、入力信号を所定レベルの駆動信号とし、該駆動信号をＬＮ変調器１３に供給する。

バイアス部２２Ｂは、ＤＣ電圧や温度および経時劣化によるＬＮ変調器１３の動作点に対する駆動信号のずれを補正するように該ＬＮ変調器１３へ印加するバイアスの電圧を調整する。このため本例では、発振器２２Ｃが駆動信号より低い周波数のパイロット信号を生成し、駆動信号と重畳させてＬＮ変調器１３へ印加する。そしてバイアス部２２Ｂが、ＰＤ１３Ｄで検知した変調後の光信号から当該周波数成分を抽出して前記パイロット信号と比較することにより、ＬＮ変調器１３の動作点に対する駆動信号のずれを検出し、該ずれを補正するようにＬＮ変調器１３へのバイアスの電圧を調整する。

図２は、外部変調器１３における低周波成分を重畳した入力信号と出力光信号の波形を示す図である。同図に示すように、バイアス部２２Ｂのバイアス制御により、動作点に対する駆動信号（入力信号）のズレが無い状態では、入力信号の低周波成分が平滑化され、出力信号から低周波成分が除かれる。

図４は、バイアス電圧に対する平均透過率の関係を示す図である。

リンギング補正部２４は、前記バイアスの変動による前記外部変調器１３の透過率変化を補正するように前記光源の光量を制御する。本例では、光源の発光開始時（ＡＢＣの開始時）やチャープの切り替え時において、光源の光量を変化させることにより、リンギングを抑制する。

§２．制御方法
これら構成の光送信器１における制御方法について説明する。

図８は、起動時、即ち光源の発光開始時の制御方法を示す。

先ず、電源の投入或は起動の指示の入力がされると、駆動信号に対して低周波成分のパイロット信号を重畳する。（ステップ１、以下Ｓ１のようにも称す）制御装置１２の光源駆動部２１が光源１１に駆動電流を供給する（Ｓ２）。即ち、光源の出力パワーを増加させる。

光源からの光をＬＮ変調器１３に入力し、透過した光のパワーの低周波成分をＰＤ１３Ｄで検知した後、バイアス部２２Ｂは、自動バイアス制御（ＡＢＣ）を開始する（Ｓ３）。

リンギング補正部２４は、バイアス部２２Ｂの制御開始を検知すると、バイアス電圧の制御量および外部変調器からの光出力の低周波数成分をモニタし、ＬＮ変調器１３の透過率変化量を算出する（Ｓ４）。

該制御開始の検知は、リンギング補正部２４がＰＤ１３Ｄからの検知信号やバイアス部２２Ｂからのバイアス電圧の変化を検知することにより判断しても良いし、バイアス部２２Ｂが制御を開始する旨の信号を送信してリンギング補正部２４が検知するものでも良い。

このとき、バイアス変動によって変化するＬＮ変調器１３の透過率変化、本例では図４のように透過率が急峻に下がることを予め試験により求めておく。なお、図９は、この透過率変化によって起動時の送信器出力に発生するリンギングを示す図である。

そして、リンギング補正部２４は、ステップ４で求めた透過率変化量に基づいて光源１１の出力を補正する（Ｓ５）。従って、リンギング補正部２４は、この透過率の変化に合わせて図１０に示すように光源１１の光量を増加させることにより、ＬＮ変調器１３の透過率変化の影響を相殺し、光送信器１の光出力を直線的に逓増させる。即ちリンギングが除かれる。

そして、光源１１の光量が所定範囲に収束したか否かを判定し、所定範囲に収束していなければステップ２に戻る（Ｓ６）。また、該光源１１の光量が所定範囲内に収束した場合、バイアス制御が最適制御点に収束したか否かを判定する（Ｓ７）。ここで、最適制御点に収束していなければ、ステップ３に戻り、最適制御点に収束すれば補償制御を終了する。

また、図５では、チャープの切替時の制御方法を示す。

オペレータの操作によりバイアスの切り替え指示を変調ユニット１に入力し、これを制御装置１２が受信すると（Ｓ２１）、バイアス部２２Ｂは、バイアスの電圧を切り替えて、パイロット信号及び駆動信号の極性を反転させる。例えば、図３に示す駆動信号４１Ａから駆動信号４１Ｄへ変更する（Ｓ２２）。

そして、ＬＮ変調器１３を透過する光の低周波成分をＰＤ１３Ｄでモニタし、バイアス部２２Ｂは、自動バイアス制御（ＡＢＣ）を行う（Ｓ２３）。

また、リンギング補正部２４は、バイアス電圧の制御量およびＬＮ変調器１３からの低周波数成分をモニタし、ＬＮ変調器１３の透過率変化量を算出する（Ｓ２４）。

このとき、バイアス変動によって変化するＬＮ変調器１３の透過率変化、本例では図４のように透過率が急峻に下がることを予め試験により求めておく。なお、図６は、この透過率変化によって起動時の送信器出力に発生するリンギングを示す図である。

そして、リンギング補正部２４は、ステップ２４で求めた透過率変化量に基づいて光源１１の出力を補正する（Ｓ２５）。従って、リンギング補正部２４は、この透過率の変化に合わせて図７に示すように光源１１の光量を増加させることにより、ＬＮ変調器１３の透過率変化の影響を相殺し、光送信器１の光出力からリンギングを除去する。

そして、バイアス制御が最適制御点に収束したか否かを判定する（Ｓ７）。ここで、最適制御点に収束していなければ、ステップ２３に戻り、最適制御点に収束すれば補償制御を終了する。

〈実施形態２〉
図１１は本発明にかかる実施形態２の光送信装置の概略構成を示す。

本実施形態の光送信装置は、可変光減衰器（減衰部：VOA: Variable Optical Attenuator）を備え、前述の実施形態１と比べてリンギング補正部が光源部に代えてＶＯＡを制御する点が異なり、その他の構成は同じである。このため、同一の要素には同符号を付すなどして再度の説明を省略する。

本実施形態のリンギング補正部２４Ａは、前記バイアスの変動による前記外部変調器の透過率変化を補償するように前記ＬＮ変調器１３で変調された後の光の光量を制御する。本例では、光源の発光開始時（ＡＢＣの開始時）やチャープの切り替え時にＶＯＡ１４の透過率、即ち減衰量を制御してリンギングを抑制する。

本実施形態の光送信装置における制御方法について説明する。

図１５は、起動時、即ち光源の発光開始時の制御方法を示す。

先ず、電源の投入或は起動の指示の入力がされると、駆動信号に対して低周波成分のパイロット信号を重畳し（Ｓ１）、制御装置１２の光源駆動部２１が光源１１に駆動電流を供給する（Ｓ２）。即ち、光源の出力パワーを増加させる。

リンギング補正部２４は、バイアス部２２Ｂの制御開始を検知すると、バイアス電圧の制御量および外部変調器１３からの出力光の低周波数成分をモニタし、ＬＮ変調器１３の透過率変化量を算出する（Ｓ４）。

なお、図９は、この透過率変化によって起動時の送信器出力に発生するリンギングを示す図である。

そして、リンギング補正部２４Ａは、ステップ４で求めた透過率変化量に基づいてＶＯＡ１４の透過率を補正する（Ｓ５Ａ）。従って、リンギング補正部２４Ａは、このＬＮ変調器１３の透過率の低下に合わせて図１０に示すようにＶＯＡ１４の透過率を増加させることにより、ＬＮ変調器１３の透過率変化の影響を相殺し、光送信器１の光出力を直線的に逓増させる。即ちリンギングが除かれる。

また、図１６では、チャープの切替時の制御方法を示す。

このとき、バイアス変動によって変化するＬＮ変調器１３の透過率変化、本例では図４のように透過率が急峻に下がることを予め試験により求めておく。なお、図１２は、この透過率変化によって起動時の送信器出力に発生するリンギングを示す図である。

そして、リンギング補正部２４Ａは、ステップ２４で求めた透過率変化量に基づいてＶＯＡ１４の透過率を補正する（Ｓ２５Ａ）。従って、リンギング補正部２４Ａは、このＬＮ変調器１３の透過率の低下に合わせて図１３に示すようにＶＯＡ１４の透過率を増加させることにより、ＬＮ変調器１３の透過率変化の影響を相殺し、図１４に示すように光送信器１の光出力からリンギングを除去する。

〈その他〉
本発明は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、以下に付記した構成であっても上述の実施形態と同様の効果が得られる。また、これらの構成要素は可能な限り組み合わせることができる。

（付記１）
低周波信号が重畳された駆動信号に応じて光源からの光を変調する外部変調器へ該駆動信号を送る信号供給部と、
該変調後の光の低周波成分をモニタして前記外部変調器のバイアスを制御するバイアス部と、
前記バイアスの変化による前記外部変調器の透過率変化を補償するように前記光の光量を制御する補償部と、を備えた制御装置。

（付記２）
前記補償部が、前記光源の駆動電力を制御して前記外部変調器の透過率変化を補償する付記１に記載の制御装置。

（付記３）
前記補償部が、前記変調後の光を減衰させる光減衰器の減衰量を制御して前記外部変調器の透過率変化を補償する付記１に記載の制御装置。

（付記４）
前記補償部が、前記バイアスの変化量に対する前記外部変調器の透過率の変化量を算出し、算出した該変化量に基づいて前記透過率変化を補償する付記１から３の何れかに記載の制御装置。

（付記５）
低周波信号が重畳された駆動信号に応じて光源からの光を変調する外部変調器を備えた光送信器の制御装置が、
前記外部変調器に前記駆動信号を送るステップと、
該変調後の光の低周波成分をモニタして前記外部変調器のバイアスを制御するステップと、
前記バイアスの変化による前記外部変調器の透過率変化を補償するように前記光の光量を制御するステップと、を行う制御方法。

（付記６）
前記光源の駆動電力を制御して前記外部変調器の透過率変化を補償する付記５に記載の制御方法。

（付記７）
前記変調後の光を減衰させる光減衰器の減衰量を制御して前記外部変調器の透過率変化を補償する付記５に記載の制御方法。

（付記８）
前記バイアスの変化量に対する前記外部変調器の透過率の変化量を算出し、算出した該変化量に基づいて前記透過率変化を補償する付記５から７の何れかに記載の制御方法。

（付記９）
光源と、該光源からの光を変調する外部変調器と、該光源及び該外部変調器を制御する制御装置を備える光送信装置であって、
前記制御装置が、
低周波信号が重畳された駆動信号に応じて光源からの光を変調する外部変調器へ該駆動信号を送る信号供給部と、
該変調後の光の低周波成分をモニタして前記外部変調器のバイアス電圧を制御するバイアス部と、
前記バイアスの変化による前記外部変調器の透過率変化を補償するように前記光源の光量を制御する補償部と、を備えた光送信装置。

（付記１０）
光源からの光を変調する外部変調器と、該外部変調器で変調した光を減衰させる光減衰器と、該外部変調器及び光減衰器を制御する制御装置を備える光送信装置であって、
前記制御装置が、
低周波信号が重畳された駆動信号に応じて光源からの光を変調する外部変調器へ該駆動信号を送る信号供給部と、
該変調後の光の低周波信号をモニタして前記外部変調器のバイアス電圧を制御するバイアス部と、
前記バイアスの変化による前記外部変調器の透過率変化を補償するように前記光減衰器の減衰量を制御する補償部と、を備えた光送信装置。

本発明に係る実施形態１の光送信器の構成図外部変調器の出力信号波形の例を示す図バイアス電圧変化時の光出力波形例を示す図バイアス電圧変化時の光出力波形例を示す図バイアス電圧変化時の光出力波形例を示す図バイアス電圧変化時の光出力波形例を示す図バイアス電圧変化時の平均透過率変化の説明図チャープ切替時の制御方法の説明図チャープ切替時の光源出力と送信器出力の関係の説明図本発明のチャープ切替時の補正を実施した場合の光源出力と送信器出力の関係の説明図起動時の補償制御方法の説明図起動時の光源出力と送信器出力の関係の説明図本発明の起動時の補正を実施した場合の光源出力と送信器出力の関係の説明図バイアス切り替えの説明図本発明に係る実施形態２の光送信器の構成図チャープ切替時におけるＬＮ出力と送信器出力の関係（補正なし）を示す図チャープ切替時のＬＮ透過率変化とＶＯＡの透過率補正の関係を示す図チャープ切替時のＬＮ出力と送信器出力の関係（補正実施)を示す図起動時の補償制御方法の説明図チャープ切替時の制御方法の説明図

符号の説明

１０光送信装置
１変調ユニット
１１光源
１２制御装置
１３外部変調器（変調部：ＬＮ変調器）
１３Ａ基板
１３Ｂ光導波路
１３Ｃ制御電極
１３Ｄ光センサ
１４可変光減衰器（減衰部：VOA）
２多重化部
２１光源駆動部
２１ＡＡＰＣ制御部
２１Ｂ光源駆動部
２２変調制御部
２２ＡＬＮ駆動部（信号供給部）
２２Ｂバイアス部（ＡＢＣ制御部）
２２Ｃ発振部
２４，２４Ａリンギング補正部（補償部）

Claims

低周波信号が重畳された駆動信号に応じて光源からの光を変調する外部変調器へ該駆動信号を送る信号供給部と、
該変調後の光の低周波成分をモニタして前記外部変調器のバイアスを制御するバイアス部と、
前記バイアスの変化による前記外部変調器の透過率変化を補償するように前記光の光量を制御する補償部と、を備えた制御装置。
前記補償部が、前記光源の光量を制御して前記外部変調器の透過率変化を補償する請求項１に記載の制御装置。
前記補償部が、前記変調後の光を減衰させる光減衰器の減衰量を制御して前記外部変調器の透過率変化を補償する請求項１に記載の制御装置。
前記補償部が、前記バイアスの変化量に対する前記外部変調器の透過率の変化量を算出し、算出した該変化量に基づいて前記透過率変化を補償する請求項１から３の何れかに記載の制御装置。
低周波信号が重畳された駆動信号に応じて光源からの光を変調する外部変調器を備えた光送信器の制御装置が、
前記外部変調器に前記駆動信号を送るステップと、
該変調後の光の低周波成分をモニタして前記外部変調器のバイアスを制御するステップと、
前記バイアスの変化による前記外部変調器の透過率変化を補償するように前記光の光量を制御するステップと、を行う制御方法。
光源と、該光源からの光を変調する外部変調器と、該光源及び該外部変調器を制御する制御装置を備える光送信装置であって、
前記制御装置が、
低周波信号が重畳された駆動信号に応じて光源からの光を変調する外部変調器へ該駆動信号を送る信号供給部と、
該変調後の光の低周波成分をモニタして前記外部変調器のバイアス電圧を制御するバイアス部と、
前記バイアスの変化による前記外部変調器の透過率変化を補償するように前記光源の光量を制御する補償部と、を備えた光送信装置。
光源からの光を変調する外部変調器と、該外部変調器で変調した光を減衰させる光減衰器と、該外部変調器及び光減衰器を制御する制御装置を備える光送信装置であって、
前記制御装置が、
低周波信号が重畳された駆動信号に応じて光源からの光を変調する外部変調器へ該駆動信号を送る信号供給部と、
該変調後の光の低周波信号をモニタして前記外部変調器のバイアス電圧を制御するバイアス部と、
前記バイアスの変化による前記外部変調器の透過率変化を補償するように前記光減衰器の減衰量を制御する補償部と、を備えた光送信装置。