JP3583846B2 - 光変調器の駆動方法及び装置並びに光通信システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的に電界吸収型光変調器の駆動に関し、更に詳しくは、電界吸収型光変調器の駆動方法及び装置並びに該装置が適用される光通信システムに関する。
【０００２】
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が望まれている。そのために、伝送速度、即ち変調速度が増大している。レーザダイオードの直接強度変調では、比較的大きなチャーピング（緩和振動等に起因する動的波長変動）が伝送距離及び変調速度を制限する。
【０００３】
チャーピングを有する信号光が波長分散（色分散）を有する光ファイバを通過すると、通常は波形の歪みが生じる。この問題を避けるために、一般にチャーピングを生じさせにくい外部光変調器の使用に対する期待が高まっている。
【０００４】
【従来の技術】
実用的な外部光変調器として、マッハツェンダ型光変調器（ＭＺ変調器）が開発された。光源からの一定強度のキャリア光がＭＺ変調器に供給され、光の干渉を用いたスイッチング動作によって、強度変調された信号光が得られる。例えば、ＬｉＮｂＯ３ 結晶を用いたＭＺ変調器（清野他、電子情報通信学会技術報告書ＬＱＥ８９−３５）や、化合物半導体結晶を用いたＭＺ変調器（井上、第８回光シンポジウム講演予稿集ｐｐ．２５−２９）が報告されている。
【０００５】
しばしば指摘されるＭＺ変調器の欠点は、比較的大きい駆動電圧が要求されること、動作点を一定に保つための自動バイアス制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｂｉａｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）が必要であり装置が大規模になりがちであること等である。
【０００６】
これらの欠点に鑑みて、低電力駆動が可能で小型化に適した外部光変調器として、電界吸収型光変調器（ＥＡ変調器）が提案されている。ＥＡ変調器は、印加電圧に応じてキャリア光を吸収することにより、強度変調された信号光を生成する。例えば、化合物半導体結晶を用いたＥＡ変調器（山田他、電子情報通信学会技術報告書ＬＱＥ９５−１７）が報告されている。
【０００７】
実用的なＥＡ変調器は、半導体積層技術により半導体チップとして提供される。このＥＡ変調器はキャリア光源としてのレーザダイオードとの一体化が容易であり、これにより、光源及び変調器間の結合損失の低減による高出力化、一体化による小型化が可能になる。例えば、ＤＦＢ−ＬＤ（分布帰還型レーザダイオード）とＥＡ変調器をモノリシックに一体化した半導体チップ（森戸他、電子情報通信学会技術報告書ＬＱＥ９５−１７， ｐｐ．１−６）が報告されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光変調器によっては、誘起される位相変調成分によって波長チャープが発生することが明らかになった（Ｆ． Ｋｏｙａｍａ， ａｎｄ Ｋ． Ｉｇａ ： Ｊ． Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．， ＬＴ−６， （１９８８） ｐｐ．８７−９３）。生じる波長チャープ量は光変調器のチャープパラメータによって統一的に表される。
【０００９】
チャープパラメータの正負に応じて、伝送後の光パルスは広がったり圧縮されたりする。１．３μｍ帯に零分散波長を有するシリカファイバにより１．５５μｍ帯の信号光を伝送する場合、正のチャープパラメータはパルス広がりを与え、負のチャープパラメータはパルス圧縮を与える。
【００１０】
送信波形にあらかじめ適度なチャーピングを生じさせておくこと（プリチャープ）が、伝送距離を飛躍的に増大させることが報告されている（Ｋ． Ｍｏｒｉｔｏ， Ｒ． Ｓａｈａｒａ， Ｋ． Ｓａｔｏ， Ｙ． Ｋｏｔａｎｉ， ａｎｄ Ｈ． Ｓｏｄａ “ＭＱＷ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ＤＦＢ Ｌａｓｅｒｓ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉｇｉｇａｂｉｔ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ” Ｐｒｏｃ． ２１ｓｔ Ｅｕｒ． Ｃｏｎｆ． ｏｎ Ｏｐｔ． Ｃｏｍｍ． （ＥＣＯＣ ’９５−Ｂｒｕｓｓｅｌｓ） Ｔｈ． Ｂ． ２．１， ｐｐ８８７−８９１）。このように、光変調器のチャープパラメータを任意に設定可能にすることにより、その光変調器が適用されるシステムの性能が飛躍的に向上する。
【００１１】
よって、本発明の目的は、適用されるシステムに適合するようにチャープパラメータを任意に設定可能な光変調器の駆動方法及び装置を提供することにある。本発明の他の目的は、その駆動方法又は装置が適用される光通信システムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のある側面によると、ＥＡ変調器の駆動装置が提供される。ＥＡ変調器は、光源からのキャリア光を受け印加電圧に応じてキャリア光を吸収することにより強度変調された信号光を出力する。ＥＡ変調器は、印加電圧の絶対値が大きくなるにしたがって出力光パワーが小さくなる特性カーブを有する。
【００１３】
バイアス回路は、与えられたチャープパラメータを光変調器が有するように決定されるバイアス電圧を発生する。
駆動回路は、入力信号を受け入力信号に対応する変調信号を発生してこれをバイアス電圧に重畳して印加電圧として光変調器に供給する。
【００１４】
制御手段は、バイアス電圧の絶対値が大きくなるに従って変調信号の振幅が大きくなるように該変調信号の振幅を制御するとともに、デューティ並びにキャリア光のパワーを含むパラメータ群から選択される少なくとも１つのパラメータをバイアス電圧に基づいて調整する。
【００１５】
本発明の他の側面によると、この駆動装置の動作に準ずる駆動方法が提供される。
本発明の更に他の側面によると、光送信機を有する第１の端局と、光受信機を有する第２の端局と、第１及び第２の端局を結ぶ光ファイバ伝送路とを備えた光通信システムが提供される。
【００１６】
光送信機は、キャリア光を出力する光源と、キャリア光を受け印加電圧に応じてキャリア光を吸収することにより強度変調された信号光を出力するＥＡ変調器と、前述の本発明による駆動装置とを備えている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の望ましい実施形態を添付図面に沿って詳細に説明する。
図１は本発明が適用される光送信機の基本構成を示すブロック図である。光源２はあらかじめ定められた波長を有するキャリア光を出力する。光源２としてはレーザダイオードを用いることができ、この場合キャリア光のパワーはレーザダイオードに供給されるバイアス電流により調整可能である。
【００１８】
ＥＡ変調器４は、光源２からのキャリア光を受けて、強度変調された信号光を出力する。ＥＡ変調器４は、印加電圧に応じてキャリア光を吸収することにより信号光を生成する。
【００１９】
バイアス回路６はバイアス電圧を発生する。バイアス電圧は、ＥＡ変調器４が与えられたチャープパラメータを有するように適切に決定される。与えられたチャープパラメータに対応するバイアス電圧の決定については後述する。
【００２０】
駆動回路８は、供給された入力信号に対応する変調信号を発生してこれをバイアス電圧に重畳する。変調信号及びバイアス電圧は印加電圧として光変調器４に供給される。
【００２１】
制御手段１０は、前述の与えられたチャープパラメータにより決定されるバイアス電圧に応じて最適値が変化し得るパラメータをバイアス電圧に基づいて調整する。このパラメータは、例えば、変調信号の振幅及びデューティ並びにキャリア光のパワーを含むパラメータ群から選択される。
【００２２】
ＥＡ変調器４が印加電圧の絶対値が大きくなるに従って出力光パワーが小さくなるような特性カーブを有している場合には、バイアス電圧の絶対値が大きくなるに従ってキャリア光のパワーが大きくなるように該パワーが制御される。これにより、ＥＡ変調器４の出力光パワーの変動を小さくし乃至は出力光パワーを一定に保つことができる。
【００２３】
また、ＥＡ変調器４が例えば前述のような特定の特性カーブを有している場合には、バイアス電圧の絶対値が大きくなるに従って変調信号の振幅が大きくなるように該振幅が制御される。これにより、信号光の消光比の変動を小さくし乃至は消光比を一定に保つことができる。
【００２４】
図２は本発明に適用可能な変調器集積化レーザダイオード（ＭＩ−ＬＤ）の構成を示す図である。ＭＩ−ＬＤは、例えばＧａＩｎＡｓの多重量子井戸（ＭＱＷ）層を含む直接結合導波路構造を有する半導体チップとして提供される。
【００２５】
図示の例では、ＭＩ−ＬＤ１２は、キャリア光を発生する発光層（活性層）を有する分布帰還（ＤＦＢ）タイプのレーザダイオード（ＬＤ）１６と、吸収層１８を有するＥＡ変調器２０とを一体に有している。活性層１４及び吸収層１８はモノリシックに直結されている。
【００２６】
符号２２はＬＤ１６及びＥＡ変調器２０に共通な電極を表しており、この電極２２は例えば接地される。ＬＤ１６はバイアス電流を受けるための電極２４を有しており、ＥＡ変調器２０は印加電圧のための電極２６を有している。
【００２７】
このＭＩ−ＬＤ１２は、モノリシックに直結される活性層１４及び吸収層１８を有しているので、活性層１４で発生したキャリア光は効率よく吸収層１８に導入される。従って、高出力な光送信機の提供が可能になる。また、図１の光源２及びＥＡ変調器４を一つの微細な半導体チップとして提供することができるので、光送信機を小型にすることができる。
【００２８】
図３は図２のＭＩ−ＬＤの静特性の一例を示す図である。縦軸はＥＡ変調器２０から出力される光のパワー（ｍＷ）、横軸はＬＤ１６のバイアス電流を示している。電極２２を接地して、電極２６の電位をそれぞれ０Ｖ，−１Ｖ，−２Ｖ及び−３Ｖに設定したときの静特性が示されている。
【００２９】
この特性から、例えば、ハイレベルが０Ｖでローレベルが−３Ｖのパルス波形によりＥＡ変調器１２を駆動することによって、消光比が約１２ｄＢの光パルス波形が得られることがわかる。
【００３０】
図４は図２のＭＩ−ＬＤにおける減衰率（ｄＢ）と印加電圧（Ｖ）の関係を示すグラフである。縦軸の減衰率はｄＢ表示であるので、縦軸はＭＩ−ＬＤの出力光パワーの常用対数に対応していることに留意されたい。
【００３１】
図２に例示されたＭＩ−ＬＤにおいては、ＥＡ変調器２０が逆バイアスで駆動されるので、電極２６には負の印加電圧が与えられる。図４には、ＬＤ１６のバイアス電流が１００ｍＡであるときの特性が示されており、印加電圧の絶対値が大きくなるに従って減衰が大きくなることが明らかである。
【００３２】
図５は図２のＭＩ−ＬＤの動作特性を示す図である。符号２８はＭＩ−ＬＤの出力光パワー（ｍＷ）と印加電圧（Ｖ）との関係を表す特性カーブを示している。縦軸の出力光パワーの目盛がリニアであることから、特性カーブ２８の形状は図４のカーブの形状と異なる点に留意されたい。
【００３３】
特性カーブ２８は、印加電圧の絶対値が大きくなるに従って小さくなる傾斜を有している。
今、変調信号のデューティＤが符号３０で示されるように１００％である場合、特性カーブ２８が上述のような形状を有していることに起因して、信号光の出力波形におけるクロスポイントはハイレベル（Ｈ）とローレベル（Ｌ）の中点より下がる。
【００３４】
ここで、変調信号のデューティが１００％であるというのは、デジタル信号における立ち上がり線と立ち下がり線のクロスポイントがハイレベル（Ｈ）とローレベル（Ｌ）の中点に一致することを意味する。また、デューティが１００％よりも小さいというのは、クロスポイントがローレベルに近いことを意味し、デューティが１００％よりも大きいというのは、クロスポイントがハイレベルに近いことを意味する。
【００３５】
信号光波形におけるクロスポイントが中点になるようにシステムが設計されている場合、電気波形から光波形への上述のようなデューティの変化は、受信感度を劣化させる。
【００３６】
符号３４で示されるように、信号光の出力波形における立ち上がり線と立ち下がり線のクロスポイントがハイレベルとローレベルの中点に一致するようにするためには、符号３６で示されるように、変調信号のデューティをあらかじめ１００％よりも大きくしておくことが要求されるのである。具体的には、図１の駆動回路８に供給される入力信号（入力データ）のデューティは通常１００％に設定されているので、駆動回路８がバイアス電圧に重畳する変調信号のデューティを適切な信号光の出力波形が得られるように調整すべきなのである。
【００３７】
図６の（Ａ）及び（Ｂ）並びに図７の（Ａ）及び（Ｂ）は、デューティの変化の実際の例を示している。１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ変調が行われており、各データの横軸の１目盛は２０ｐｓに対応している。
【００３８】
図６の（Ａ）に符号３０′で示される波形記録は図５の符号３０で示される変調信号に対応しており、デューティは１００％である。図６の（Ｂ）に符号３２′で示される波形記録は図５の符号３２で示される信号光の出力波形に対応しており、クロスポイントは下がっている。即ち、クロスポイントはローレベルに近くなっている。
【００３９】
図７の（Ａ）に符号３６′で示される波形記録は図５の符号３６で示される変調信号の波形に対応しており、デューティは１００％よりも大きい。図７の（Ｂ）に符号３４′で示される波形記録は図５の符号３４で示される信号光の出力波形に対応しており、クロスポイントは中点にある。
【００４０】
信号光の出力波形のクロスポイントが中点になるようにするための変調信号のデューティの目標値は、一般的には、図５の特性カーブ２８のどの領域を用いているか、つまり図１のバイアス回路６がどれだけのバイアス電圧を発生しているかによって変化する。そのため、信号光の出力波形におけるクロスポイントがハイレベルとローレベルの中点に対応するように変調信号のデューティを制御することが、受信感度を高める上で望ましいのである。この変調信号のデューティの制御は、例えばバイアス電圧に基づいて行われる。具体的な制御の態様は後述する。
【００４１】
図２のＭＩ−ＬＤのチャープパラメータが測定された。図８はキャリア光のためのバイアス電流を７０ｍＡとし、印加電圧（Ｖ）の種々の値に対応するチャープパラメータ（無単位）の測定値を示したものである。
【００４２】
チャープパラメータは、光変調器における吸収スペクトル、屈折率分散の変化率及び動作波長から決定される量であり、光変調器において生じる波長チャープ量Δλは、このチャープパラメータαを用いて次式で与えられる。
【００４３】
【数１】
【００４４】
ここで、λはキャリア光の波長、ｃは光速、Ｐは光出力である。このように、光変調器の波長チャープを低減するためには、できる限りチャープパラメータαを零に近づけてやればよいことになる。更に、チャープパラメータαを負にすることにより、ブルーシフトのチャーピングを有する信号光（光パルス）を得ることができる。
【００４５】
光変調器から出力される光パルスにブルーシフトのチャーピングを与えておくことにより、異常分散を有する光ファイバによりこの光パルスを伝送したときに、波長分散によるパルス広がりを小さくすることができる。即ちパルス圧縮が可能である。具体的には次の通りである。
【００４６】
一般に、単一モードファイバにおいては、零分散波長よりも短波長側では波長が長くなるのに従って群速度が増大し（正常分散領域）、零分散波長よりも長波長側では波長が長くなるのに従って群速度が減少する（異常分散領域）。
【００４７】
例えば、零分散波長が１．３μｍ帯にあるシリカファイバにより１．５５μｍ帯の光パルスを伝送する場合には、異常分散によるレッドシフトが生じて波形が拡がるので、光変調器がブルーシフトの信号光を出力するように、チャープパラメータαが設定される。これがプリチャープである。
【００４８】
図９の（Ａ）はレッドシフト（α＞０）に対応しており、光パルスの立ち上がり及び立ち下がりにそれぞれ短波長側及び長波長側へのシフトが生じている。
図９の（Ｂ）はブルーシフト（α＜０）に対応しており、光パルスの立ち上がり及び立ち下がりでそれぞれ長波長側及び短波長側へのシフトが生じている。
【００４９】
尚、図９の（Ａ）及び図９の（Ｂ）において、それぞれ光パルスは時間軸（ｔ）上を左から右に向かって進むものとする。Ｐはパワー又は電界振幅、λは波長を表している。
【００５０】
図１０は図２のＭＩ−ＬＤを有する光送信機の実施形態を示すブロック図である。図１の制御手段１０は、Ａ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータを含む信号入出力用のＩ／Ｏポート３８と、あらかじめ定められたプログラムに従ってバイアス電流の目標値等の演算を行うＣＰＵ（中央演算ユニット）４０と、プログラム及びデータテーブルのためのデータが記憶されているＲＯＭ（リードオンリーメモリ）４２と、演算結果を一時的に記憶するためのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４４と、これらを相互に接続するデータバス４６とを備えている。
【００５１】
ＭＩ−ＬＤ１２には温度コントローラ４８が付随的に設けられている。ＭＩ−ＬＤ１２の温度データは、温度コントローラ４８からＩ／Ｏポート３８を介してＣＰＵ４０に取り込まれる。温度の目標値は、ＣＰＵ４０からＩ／Ｏポート３８を介して温度コントローラ４８に供給される。
【００５２】
バイアス電流回路５０は、キャリア光を出力するＬＤ１６にバイアス電流ＩＬＤを供給する。バイアス電流の目標値は、ＣＰＵ４０からＩ／Ｏポート３８を介してバイアス電流回路５０に供給される。
【００５３】
ＥＡ変調器２０のためにバイアス電圧回路６が発生するバイアス電圧ＶＢ の値は、Ｉ／Ｏポート３８を介してＣＰＵ４０に取り込まれる。これは、バイアス電圧に基づいて変調信号ＶＭＯＤ の振幅等を制御するためである。
【００５４】
ＥＡ変調器２０が与えられたチャープパラメータを有するように設定されるバイアス電圧の目標値は、ＣＰＵ４０からＩ／Ｏポート３８を介してバイアス電圧回路６に供給される。
【００５５】
変調信号ＶＭＯＤ をバイアス電圧ＶＢ に重畳する駆動回路８には、振幅可変回路５４が付随的に設けられている。振幅可変回路５４には、振幅の目標値がＣＰＵ４０からＩ／Ｏポート３８を介して供給されており、振幅可変回路５４は駆動回路８が出力する変調信号の振幅が目標値に一致するようにこれを制御する。
【００５６】
デューティ可変回路５６は、駆動回路８が出力する変調信号ＶＭＯＤ のデューティを制御する。デューティの目標値は、ＣＰＵ４０からＩ／Ｏポート３８を介してデューティ可変回路５６に供給される。
【００５７】
ＭＩ−ＬＤ１２から出力された信号光は、ビームスプリッタ５８によりトータル出力の大部分に相当する第１の分岐光と残りの第２の分岐光とに分岐される。第１の分岐光は図示しない光伝送路に送出され、第２の分岐光はフォトディテクタ６０に供給される。フォトディテクタ６０は供給された一部の信号光を電気信号に変換し、この電気信号はＩ／Ｏポート３８を介してＣＰＵ４０に取り込まれる。
【００５８】
この光送信機は、チャープパラメータの設定データや後述する受信側における伝送特性のモニタリングデータ等を入力するためのポート６２を有している。入力データはＩ／Ｏポート３８を介してＣＰＵ４０に取り込まれる。
【００５９】
図１１の（Ａ）及び（Ｂ）は図１０の光送信機の動作を説明するための図である。
図１１の（Ａ）は、負のチャープパラメータの領域で動作させるために比較的絶対値が大きいバイアス電圧ＶＢ−が設定されている場合に対応している。図示された例では、バイアス電圧ＶＢ−は信号光の出力波形におけるクロスポイントに対応しているが、信号光波形におけるハイレベルに対応するチャープパラメータが概ね支配的であることから、バイアス電圧の目標値を信号光波形のハイレベルに対応させてもよい。
【００６０】
図１１の（Ａ）及び（Ｂ）に示される特性カーブは図５の特性カーブに対応しているものとする。
出力信号光の消光比を改善するためには、バイアス電圧の絶対値が大きくなるに従って変調信号の振幅が大きくなるようにすることが望ましい。図１１の（Ａ）では、変調信号の振幅Ｖ１に対して出力信号光の消光比は１：３になっている。
【００６１】
また、信号光の出力波形におけるクロスポイントがハイレベルとローレベルの中点になるように、変調信号のデューティはＤ１（＞１００％）に設定されている。
【００６２】
変調信号の振幅及びデューティの最適値は、特性カーブが与えられるとバイアス電圧に対して一義的に決定されるので、バイアス電圧の各値に対応する最適な変調信号の振幅及びデューティの値が図１０のＲＯＭ４２に記憶されており、ＣＰＵ４０はこの記憶テーブルに基づき変調信号の振幅及びデューティの目標値を算出するのである。
【００６３】
図１１の（Ｂ）に示されるように、正のチャープパラメータの領域で動作させるために比較的絶対値が小さいバイアス電圧ＶＢ＋が設定されると、消光比が一定に保たれるようにするために、変調信号の振幅がＶ２（＜Ｖ１）に変更される。また、信号光の出力波形におけるクロスポイントがハイレベルとローレベルの中間になるように、変調信号のデューティがＤ２（＞Ｄ１）に変更される。
【００６４】
ここで注意すべき点は、キャリア光のパワーが一定である場合、ＥＡ変調器のバイアス電圧の絶対値が大きくなるのに従って信号光の出力パワーが減少している点である。そこで、この実施形態では、バイアス電圧の絶対値が大きくなるに従ってキャリア光のパワーが大きくなるように、バイアス電流回路５０がＬＤ１６に供給するバイアス電流の目標値が設定される。
【００６５】
ＥＡ変調器のバイアス電圧の変更に伴う信号光の出力パワーの変動を抑えるために、フィードフォワード制御が採用可能である。特性カーブが与えられると、バイアス電圧の各値に対するＬＤバイアス電流の最適値がわかるので、これをＲＯＭ４２に記憶させておき、バイアス電圧回路６から取り込まれるバイアス電圧の値に基づいてＣＰＵ４０がＬＤバイアス電流の最適値を算出する。
【００６６】
図１０の実施形態では、出力信号光の一部を受けるフォトディテクタ６０が設けられているので、ＬＤバイアス電流のフィードバック制御も可能である。即ち、フォトディテクタ６０の出力信号レベルが一定になるように、ＣＰＵ４０が逐次ＬＤバイアス電流の目標値を算出し、そのバイアス電流をバイアス電流回路５０がＬＤ１６に供給するのである。
【００６７】
さて、ブルーシフトのプリチャーピングを得るというメリットのために、ＥＡ変調器に供給されるバイアス電圧の絶対値を大きくすると、出力信号光の消光比が劣化し且つ光出力パワーが低下するというデメリットが生じる。従って、このようなトレードオフの関係を考慮して、光伝送路における損失や波長分散に合わせてＥＡ変調器の駆動条件を決定するのが望ましい。制御対象となる駆動パラメータとしては、前述のＥＡ変調器のバイアス電圧、変調信号のデューティ及び振幅並びにＬＤバイアス電流の他に、ＥＡ変調器単独の温度又はＭＩ−ＬＤの温度がある。
【００６８】
本発明は、与えられたチャープパラメータに対応して決定されるＥＡ変調器のバイアス電圧に基づいて１つの駆動パラメータが制御されることのみによって限定されるが、複数の駆動パラメータを連動させて制御することが望ましい。
【００６９】
例えば、ＥＡ変調器のバイアス電圧の絶対値が大きくなると消光比が劣化するので、これを補償するために変調信号の振幅が大きくされるが、振幅の拡大には限度がある。このような場合に消光比を改善するために、駆動パラメータ群から光変調器の温度が選択されるのである。具体的には次の通りである。
【００７０】
図１０の光送信機において、ＭＩ−ＬＤ１２の温度を増加させると、ＬＤ１６とＥＡ変調器２０との間の波長デチューニング量、即ちＬＤ１６から出力されるキャリア光の波長とＥＡ変調器２０におけるバンドギャップを与える波長との差が減少することにより、消光比が改善される。この減少は出力光パワーと印加電圧を関係付ける特性カーブの形状が変化することにより理解することができる。
【００７１】
従って、温度が制御対象となる場合には、特性カーブの変化により他の制御対象となる駆動パラメータの最適値が異なるものとなるので、ＲＯＭ４２は温度の各値毎にあらかじめ設定されたデータテーブルを有していることが望ましい。
【００７２】
このように本発明のある実施形態においては、図１の制御手段１０は、ＥＡ変調器４のバイアス電圧が大きくなるに従ってＥＡ変調器の温度が上昇するように該温度を制御する手段を含む。
【００７３】
また、この種のデータテーブルを作成する場合には、ＬＤ１６の温度が上昇するとキャリア光のパワーが減少することを考慮すべきである。
図１０の光送信機においては、光源２及びＥＡ変調器４（図１参照）としてＭ１−ＬＤ１２を用いているので、光源及び変調器間の結合効率を高めることができ、高出力で且つ小型な光送信機の提供が可能である。また、光源及び変調器の温度制御を１つの温度コントローラ４８により行うことができる。
【００７４】
本発明の他の実施形態においては、図１０のバイアス電圧回路６は、正の第１のチャープパラメータを与える第１のバイアス電圧と負の第２のチャープパラメータを与える第２のバイアス電圧とを選択的に発生する手段を含む。
【００７５】
例えば図８において、点Ａ及びＢによりそれぞれ示される＋１及び−１のチャープパラメータを切り換えるために、第１及び第２のバイアス電圧としてそれぞれ−０．４Ｖ及び−１．７Ｖが与えられる。
【００７６】
この場合、制御手段１０は、１つ又は複数の駆動パラメータを第１及び第２のバイアス電圧にそれぞれ対応する２つの値の間で切り換える手段を含んでいれば足りるので、ＣＰＵ４０における演算が簡単になる。
【００７７】
このように正負で絶対値の等しいチャープパラメータの切り換えは、ＭＺ変調器による場合と同様に有用な光送信機の提供を可能にする。ＭＺ変調器においては、正弦波に近似される動作特性カーブ上で動作点を半周期変えるだけで、簡単にチャープパラメータの正負の切り換えが可能である。
【００７８】
図１２は本発明の光通信システムの実施形態を示すブロック図である。このシステムは、光送信機６４を有する第１の端局６６と、光受信機６８を有する第２の端局７０と、端局６６及び７０を結ぶ光ファイバ伝送路７２とを備えている。
【００７９】
光送信機６４は図１の基本構成望ましくは図１０の実施形態を有している。光送信機６４は、入力信号に基づいて信号光を生成し、これを光ファイバ伝送路７２の第１端に入力する。
【００８０】
光ファイバ伝送路７２により伝送されその第２端から出力された信号光は、光受信機６８に供給され、光受信機６８は光送信機６４の入力信号に対応する出力信号を復調する。
【００８１】
第２の端局７０は、更に、受けた信号光に関する伝送特性をモニタリングするモニタリング回路７３と、そのモニタリングデータを光ファイバ伝送路７２に逆方向に結合する手段７４とを有している。
【００８２】
このモニタリングデータは第１の端局６６へ伝送される。第１の端局６６は、伝送されたモニタリングデータを取り出す手段７６と、このデータに基づいて光送信機６４におけるチャープパラメータを設定するチャープパラメータ設定回路７８とを有している。
【００８３】
モニタリング回路７３において測定される伝送特性としては、符号誤り率（ＢＥＲ）、電気信号の信号対雑音比（Ｑ値）、信号中のバリティビットのチェック、等符号誤り率曲線、アイマスクパターン等が挙げられる。
【００８４】
光ファイバ伝送路７２が１．３μｍ帯に零分散波長を有するシリカファイバからなる場合には、前述したように、１．５５μｍ帯の信号光に対してチャープパラメータ設定回路７８は負のチャープパラメータを設定する。即ち、チャープパラメータは光ファイバ伝送路７２の波長分散に応じて与えられる。
【００８５】
図１２のシステムにおいては、光送信機６４が本発明の駆動装置を含んでいるので、光ファイバ伝送路７２における損失や波長分散の違い（経時変化も含む）に応じて最適な伝送特性を得ることができる。即ち、システムの設計や変更に際して柔軟に対応可能な汎用性の高い光変調器若しくはその駆動回路又は光送信機の提供が可能になる。
【００８６】
尚、運用回線（光ファイバ伝送路７２）と敷設環境のほぼ等しい図示しない予備回線が存在する場合には、サービスダウンを避けるため、まず予備回線において各駆動パラメータの最適化を行った後、それらを参照して運用回線に適用することもできる。モニタリングデータの伝送は、電気回線又は無線回線により行ってもよい。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、適用されるシステムに適合するようにチャープパラメータを任意に設定可能な光変調器の駆動方法及び装置の提供が可能になるという効果が生じる。
【００８８】
また、本発明の方法又は装置が適用される光通信システムの提供が可能になるという効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される光送信機の基本構成を示すブロック図である。
【図２】ＭＩ−ＬＤ（変調器集積化レーザダイオード）の構成を示す図である。
【図３】出力光パワーとＬＤバイアス電流の関係を示すグラフである。
【図４】ＥＡ変調器の減衰率と印加電圧の関係を示すグラフである。
【図５】ＭＩ−ＬＤの動作特性を示す図である。
【図６】変調信号波形のクロスポイントが中点にある場合を示す図である。
【図７】信号光波形のクロスポイントが中点にある場合を示す図である。
【図８】チャープパラメータと印加電圧の関係を示すグラフである。
【図９】レッドシフト及びブルーシフトの説明図である。
【図１０】本発明が適用される光送信機の実施形態を示すブロック図である。
【図１１】図１０の光送信機の動作説明図である。
【図１２】本発明の光通信システムの実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
２ 光源
４ ＥＡ変調器
６ バイアス（電圧）回路
８ 駆動回路
１０ 制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は一般的に電界吸収型光変調器の駆動に関し、更に詳しくは、電界吸収型光変調器の駆動方法及び装置並びに該装置が適用される光通信システムに関する。
【０００２】
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が望まれている。そのために、伝送速度、即ち変調速度が増大している。レーザダイオードの直接強度変調では、比較的大きなチャーピング（緩和振動等に起因する動的波長変動）が伝送距離及び変調速度を制限する。
【０００３】
チャーピングを有する信号光が波長分散（色分散）を有する光ファイバを通過すると、通常は波形の歪みが生じる。この問題を避けるために、一般にチャーピングを生じさせにくい外部光変調器の使用に対する期待が高まっている。
【０００４】
【従来の技術】
実用的な外部光変調器として、マッハツェンダ型光変調器（ＭＺ変調器）が開発された。光源からの一定強度のキャリア光がＭＺ変調器に供給され、光の干渉を用いたスイッチング動作によって、強度変調された信号光が得られる。例えば、ＬｉＮｂＯ３ 結晶を用いたＭＺ変調器（清野他、電子情報通信学会技術報告書ＬＱＥ８９−３５）や、化合物半導体結晶を用いたＭＺ変調器（井上、第８回光シンポジウム講演予稿集ｐｐ．２５−２９）が報告されている。
【０００５】
しばしば指摘されるＭＺ変調器の欠点は、比較的大きい駆動電圧が要求されること、動作点を一定に保つための自動バイアス制御（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｂｉａｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）が必要であり装置が大規模になりがちであること等である。
【０００６】
これらの欠点に鑑みて、低電力駆動が可能で小型化に適した外部光変調器として、電界吸収型光変調器（ＥＡ変調器）が提案されている。ＥＡ変調器は、印加電圧に応じてキャリア光を吸収することにより、強度変調された信号光を生成する。例えば、化合物半導体結晶を用いたＥＡ変調器（山田他、電子情報通信学会技術報告書ＬＱＥ９５−１７）が報告されている。
【０００７】
実用的なＥＡ変調器は、半導体積層技術により半導体チップとして提供される。このＥＡ変調器はキャリア光源としてのレーザダイオードとの一体化が容易であり、これにより、光源及び変調器間の結合損失の低減による高出力化、一体化による小型化が可能になる。例えば、ＤＦＢ−ＬＤ（分布帰還型レーザダイオード）とＥＡ変調器をモノリシックに一体化した半導体チップ（森戸他、電子情報通信学会技術報告書ＬＱＥ９５−１７， ｐｐ．１−６）が報告されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光変調器によっては、誘起される位相変調成分によって波長チャープが発生することが明らかになった（Ｆ． Ｋｏｙａｍａ， ａｎｄ Ｋ． Ｉｇａ ： Ｊ． Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈｎｏｌ．， ＬＴ−６， （１９８８） ｐｐ．８７−９３）。生じる波長チャープ量は光変調器のチャープパラメータによって統一的に表される。
【０００９】
チャープパラメータの正負に応じて、伝送後の光パルスは広がったり圧縮されたりする。１．３μｍ帯に零分散波長を有するシリカファイバにより１．５５μｍ帯の信号光を伝送する場合、正のチャープパラメータはパルス広がりを与え、負のチャープパラメータはパルス圧縮を与える。
【００１０】
送信波形にあらかじめ適度なチャーピングを生じさせておくこと（プリチャープ）が、伝送距離を飛躍的に増大させることが報告されている（Ｋ． Ｍｏｒｉｔｏ， Ｒ． Ｓａｈａｒａ， Ｋ． Ｓａｔｏ， Ｙ． Ｋｏｔａｎｉ， ａｎｄ Ｈ． Ｓｏｄａ “ＭＱＷ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ＤＦＢ Ｌａｓｅｒｓ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉｇｉｇａｂｉｔ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ” Ｐｒｏｃ． ２１ｓｔ Ｅｕｒ． Ｃｏｎｆ． ｏｎ Ｏｐｔ． Ｃｏｍｍ． （ＥＣＯＣ ’９５−Ｂｒｕｓｓｅｌｓ） Ｔｈ． Ｂ． ２．１， ｐｐ８８７−８９１）。このように、光変調器のチャープパラメータを任意に設定可能にすることにより、その光変調器が適用されるシステムの性能が飛躍的に向上する。
【００１１】
よって、本発明の目的は、適用されるシステムに適合するようにチャープパラメータを任意に設定可能な光変調器の駆動方法及び装置を提供することにある。本発明の他の目的は、その駆動方法又は装置が適用される光通信システムを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のある側面によると、ＥＡ変調器の駆動装置が提供される。ＥＡ変調器は、光源からのキャリア光を受け印加電圧に応じてキャリア光を吸収することにより強度変調された信号光を出力する。ＥＡ変調器は、印加電圧の絶対値が大きくなるにしたがって出力光パワーが小さくなる特性カーブを有する。
【００１３】
バイアス回路は、与えられたチャープパラメータを光変調器が有するように決定されるバイアス電圧を発生する。
駆動回路は、入力信号を受け入力信号に対応する変調信号を発生してこれをバイアス電圧に重畳して印加電圧として光変調器に供給する。
【００１４】
制御手段は、バイアス電圧の絶対値が大きくなるに従って変調信号の振幅が大きくなるように該変調信号の振幅を制御するとともに、デューティ並びにキャリア光のパワーを含むパラメータ群から選択される少なくとも１つのパラメータをバイアス電圧に基づいて調整する。
【００１５】
本発明の他の側面によると、この駆動装置の動作に準ずる駆動方法が提供される。
本発明の更に他の側面によると、光送信機を有する第１の端局と、光受信機を有する第２の端局と、第１及び第２の端局を結ぶ光ファイバ伝送路とを備えた光通信システムが提供される。
【００１６】
光送信機は、キャリア光を出力する光源と、キャリア光を受け印加電圧に応じてキャリア光を吸収することにより強度変調された信号光を出力するＥＡ変調器と、前述の本発明による駆動装置とを備えている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の望ましい実施形態を添付図面に沿って詳細に説明する。
図１は本発明が適用される光送信機の基本構成を示すブロック図である。光源２はあらかじめ定められた波長を有するキャリア光を出力する。光源２としてはレーザダイオードを用いることができ、この場合キャリア光のパワーはレーザダイオードに供給されるバイアス電流により調整可能である。
【００１８】
ＥＡ変調器４は、光源２からのキャリア光を受けて、強度変調された信号光を出力する。ＥＡ変調器４は、印加電圧に応じてキャリア光を吸収することにより信号光を生成する。
【００１９】
バイアス回路６はバイアス電圧を発生する。バイアス電圧は、ＥＡ変調器４が与えられたチャープパラメータを有するように適切に決定される。与えられたチャープパラメータに対応するバイアス電圧の決定については後述する。
【００２０】
駆動回路８は、供給された入力信号に対応する変調信号を発生してこれをバイアス電圧に重畳する。変調信号及びバイアス電圧は印加電圧として光変調器４に供給される。
【００２１】
制御手段１０は、前述の与えられたチャープパラメータにより決定されるバイアス電圧に応じて最適値が変化し得るパラメータをバイアス電圧に基づいて調整する。このパラメータは、例えば、変調信号の振幅及びデューティ並びにキャリア光のパワーを含むパラメータ群から選択される。
【００２２】
ＥＡ変調器４が印加電圧の絶対値が大きくなるに従って出力光パワーが小さくなるような特性カーブを有している場合には、バイアス電圧の絶対値が大きくなるに従ってキャリア光のパワーが大きくなるように該パワーが制御される。これにより、ＥＡ変調器４の出力光パワーの変動を小さくし乃至は出力光パワーを一定に保つことができる。
【００２３】
また、ＥＡ変調器４が例えば前述のような特定の特性カーブを有している場合には、バイアス電圧の絶対値が大きくなるに従って変調信号の振幅が大きくなるように該振幅が制御される。これにより、信号光の消光比の変動を小さくし乃至は消光比を一定に保つことができる。
【００２４】
図２は本発明に適用可能な変調器集積化レーザダイオード（ＭＩ−ＬＤ）の構成を示す図である。ＭＩ−ＬＤは、例えばＧａＩｎＡｓの多重量子井戸（ＭＱＷ）層を含む直接結合導波路構造を有する半導体チップとして提供される。
【００２５】
図示の例では、ＭＩ−ＬＤ１２は、キャリア光を発生する発光層（活性層）を有する分布帰還（ＤＦＢ）タイプのレーザダイオード（ＬＤ）１６と、吸収層１８を有するＥＡ変調器２０とを一体に有している。活性層１４及び吸収層１８はモノリシックに直結されている。
【００２６】
符号２２はＬＤ１６及びＥＡ変調器２０に共通な電極を表しており、この電極２２は例えば接地される。ＬＤ１６はバイアス電流を受けるための電極２４を有しており、ＥＡ変調器２０は印加電圧のための電極２６を有している。
【００２７】
このＭＩ−ＬＤ１２は、モノリシックに直結される活性層１４及び吸収層１８を有しているので、活性層１４で発生したキャリア光は効率よく吸収層１８に導入される。従って、高出力な光送信機の提供が可能になる。また、図１の光源２及びＥＡ変調器４を一つの微細な半導体チップとして提供することができるので、光送信機を小型にすることができる。
【００２８】
図３は図２のＭＩ−ＬＤの静特性の一例を示す図である。縦軸はＥＡ変調器２０から出力される光のパワー（ｍＷ）、横軸はＬＤ１６のバイアス電流を示している。電極２２を接地して、電極２６の電位をそれぞれ０Ｖ，−１Ｖ，−２Ｖ及び−３Ｖに設定したときの静特性が示されている。
【００２９】
この特性から、例えば、ハイレベルが０Ｖでローレベルが−３Ｖのパルス波形によりＥＡ変調器１２を駆動することによって、消光比が約１２ｄＢの光パルス波形が得られることがわかる。
【００３０】
図４は図２のＭＩ−ＬＤにおける減衰率（ｄＢ）と印加電圧（Ｖ）の関係を示すグラフである。縦軸の減衰率はｄＢ表示であるので、縦軸はＭＩ−ＬＤの出力光パワーの常用対数に対応していることに留意されたい。
【００３１】
図２に例示されたＭＩ−ＬＤにおいては、ＥＡ変調器２０が逆バイアスで駆動されるので、電極２６には負の印加電圧が与えられる。図４には、ＬＤ１６のバイアス電流が１００ｍＡであるときの特性が示されており、印加電圧の絶対値が大きくなるに従って減衰が大きくなることが明らかである。
【００３２】
図５は図２のＭＩ−ＬＤの動作特性を示す図である。符号２８はＭＩ−ＬＤの出力光パワー（ｍＷ）と印加電圧（Ｖ）との関係を表す特性カーブを示している。縦軸の出力光パワーの目盛がリニアであることから、特性カーブ２８の形状は図４のカーブの形状と異なる点に留意されたい。
【００３３】
特性カーブ２８は、印加電圧の絶対値が大きくなるに従って小さくなる傾斜を有している。
今、変調信号のデューティＤが符号３０で示されるように１００％である場合、特性カーブ２８が上述のような形状を有していることに起因して、信号光の出力波形におけるクロスポイントはハイレベル（Ｈ）とローレベル（Ｌ）の中点より下がる。
【００３４】
ここで、変調信号のデューティが１００％であるというのは、デジタル信号における立ち上がり線と立ち下がり線のクロスポイントがハイレベル（Ｈ）とローレベル（Ｌ）の中点に一致することを意味する。また、デューティが１００％よりも小さいというのは、クロスポイントがローレベルに近いことを意味し、デューティが１００％よりも大きいというのは、クロスポイントがハイレベルに近いことを意味する。
【００３５】
信号光波形におけるクロスポイントが中点になるようにシステムが設計されている場合、電気波形から光波形への上述のようなデューティの変化は、受信感度を劣化させる。
【００３６】
符号３４で示されるように、信号光の出力波形における立ち上がり線と立ち下がり線のクロスポイントがハイレベルとローレベルの中点に一致するようにするためには、符号３６で示されるように、変調信号のデューティをあらかじめ１００％よりも大きくしておくことが要求されるのである。具体的には、図１の駆動回路８に供給される入力信号（入力データ）のデューティは通常１００％に設定されているので、駆動回路８がバイアス電圧に重畳する変調信号のデューティを適切な信号光の出力波形が得られるように調整すべきなのである。
【００３７】
図６の（Ａ）及び（Ｂ）並びに図７の（Ａ）及び（Ｂ）は、デューティの変化の実際の例を示している。１０Ｇｂ／ｓのＮＲＺ変調が行われており、各データの横軸の１目盛は２０ｐｓに対応している。
【００３８】
図６の（Ａ）に符号３０′で示される波形記録は図５の符号３０で示される変調信号に対応しており、デューティは１００％である。図６の（Ｂ）に符号３２′で示される波形記録は図５の符号３２で示される信号光の出力波形に対応しており、クロスポイントは下がっている。即ち、クロスポイントはローレベルに近くなっている。
【００３９】
図７の（Ａ）に符号３６′で示される波形記録は図５の符号３６で示される変調信号の波形に対応しており、デューティは１００％よりも大きい。図７の（Ｂ）に符号３４′で示される波形記録は図５の符号３４で示される信号光の出力波形に対応しており、クロスポイントは中点にある。
【００４０】
信号光の出力波形のクロスポイントが中点になるようにするための変調信号のデューティの目標値は、一般的には、図５の特性カーブ２８のどの領域を用いているか、つまり図１のバイアス回路６がどれだけのバイアス電圧を発生しているかによって変化する。そのため、信号光の出力波形におけるクロスポイントがハイレベルとローレベルの中点に対応するように変調信号のデューティを制御することが、受信感度を高める上で望ましいのである。この変調信号のデューティの制御は、例えばバイアス電圧に基づいて行われる。具体的な制御の態様は後述する。
【００４１】
図２のＭＩ−ＬＤのチャープパラメータが測定された。図８はキャリア光のためのバイアス電流を７０ｍＡとし、印加電圧（Ｖ）の種々の値に対応するチャープパラメータ（無単位）の測定値を示したものである。
【００４２】
チャープパラメータは、光変調器における吸収スペクトル、屈折率分散の変化率及び動作波長から決定される量であり、光変調器において生じる波長チャープ量Δλは、このチャープパラメータαを用いて次式で与えられる。
【００４３】
【数１】
ここで、λはキャリア光の波長、ｃは光速、Ｐは光出力である。このように、光変調器の波長チャープを低減するためには、できる限りチャープパラメータαを零に近づけてやればよいことになる。更に、チャープパラメータαを負にすることにより、ブルーシフトのチャーピングを有する信号光（光パルス）を得ることができる。
【００４５】
光変調器から出力される光パルスにブルーシフトのチャーピングを与えておくことにより、異常分散を有する光ファイバによりこの光パルスを伝送したときに、波長分散によるパルス広がりを小さくすることができる。即ちパルス圧縮が可能である。具体的には次の通りである。
【００４６】
一般に、単一モードファイバにおいては、零分散波長よりも短波長側では波長が長くなるのに従って群速度が増大し（正常分散領域）、零分散波長よりも長波長側では波長が長くなるのに従って群速度が減少する（異常分散領域）。
【００４７】
例えば、零分散波長が１．３μｍ帯にあるシリカファイバにより１．５５μｍ帯の光パルスを伝送する場合には、異常分散によるレッドシフトが生じて波形が拡がるので、光変調器がブルーシフトの信号光を出力するように、チャープパラメータαが設定される。これがプリチャープである。
【００４８】
図９の（Ａ）はレッドシフト（α＞０）に対応しており、光パルスの立ち上がり及び立ち下がりにそれぞれ短波長側及び長波長側へのシフトが生じている。
図９の（Ｂ）はブルーシフト（α＜０）に対応しており、光パルスの立ち上がり及び立ち下がりでそれぞれ長波長側及び短波長側へのシフトが生じている。
【００４９】
尚、図９の（Ａ）及び図９の（Ｂ）において、それぞれ光パルスは時間軸（ｔ）上を左から右に向かって進むものとする。Ｐはパワー又は電界振幅、λは波長を表している。
【００５０】
図１０は図２のＭＩ−ＬＤを有する光送信機の実施形態を示すブロック図である。図１の制御手段１０は、Ａ／Ｄコンバータ及びＤ／Ａコンバータを含む信号入出力用のＩ／Ｏポート３８と、あらかじめ定められたプログラムに従ってバイアス電流の目標値等の演算を行うＣＰＵ（中央演算ユニット）４０と、プログラム及びデータテーブルのためのデータが記憶されているＲＯＭ（リードオンリーメモリ）４２と、演算結果を一時的に記憶するためのＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４４と、これらを相互に接続するデータバス４６とを備えている。
【００５１】
ＭＩ−ＬＤ１２には温度コントローラ４８が付随的に設けられている。ＭＩ−ＬＤ１２の温度データは、温度コントローラ４８からＩ／Ｏポート３８を介してＣＰＵ４０に取り込まれる。温度の目標値は、ＣＰＵ４０からＩ／Ｏポート３８を介して温度コントローラ４８に供給される。
【００５２】
バイアス電流回路５０は、キャリア光を出力するＬＤ１６にバイアス電流ＩＬＤを供給する。バイアス電流の目標値は、ＣＰＵ４０からＩ／Ｏポート３８を介してバイアス電流回路５０に供給される。
【００５３】
ＥＡ変調器２０のためにバイアス電圧回路６が発生するバイアス電圧ＶＢ の値は、Ｉ／Ｏポート３８を介してＣＰＵ４０に取り込まれる。これは、バイアス電圧に基づいて変調信号ＶＭＯＤ の振幅等を制御するためである。
【００５４】
ＥＡ変調器２０が与えられたチャープパラメータを有するように設定されるバイアス電圧の目標値は、ＣＰＵ４０からＩ／Ｏポート３８を介してバイアス電圧回路６に供給される。
【００５５】
変調信号ＶＭＯＤ をバイアス電圧ＶＢ に重畳する駆動回路８には、振幅可変回路５４が付随的に設けられている。振幅可変回路５４には、振幅の目標値がＣＰＵ４０からＩ／Ｏポート３８を介して供給されており、振幅可変回路５４は駆動回路８が出力する変調信号の振幅が目標値に一致するようにこれを制御する。
【００５６】
デューティ可変回路５６は、駆動回路８が出力する変調信号ＶＭＯＤ のデューティを制御する。デューティの目標値は、ＣＰＵ４０からＩ／Ｏポート３８を介してデューティ可変回路５６に供給される。
【００５７】
ＭＩ−ＬＤ１２から出力された信号光は、ビームスプリッタ５８によりトータル出力の大部分に相当する第１の分岐光と残りの第２の分岐光とに分岐される。第１の分岐光は図示しない光伝送路に送出され、第２の分岐光はフォトディテクタ６０に供給される。フォトディテクタ６０は供給された一部の信号光を電気信号に変換し、この電気信号はＩ／Ｏポート３８を介してＣＰＵ４０に取り込まれる。
【００５８】
この光送信機は、チャープパラメータの設定データや後述する受信側における伝送特性のモニタリングデータ等を入力するためのポート６２を有している。入力データはＩ／Ｏポート３８を介してＣＰＵ４０に取り込まれる。
【００５９】
図１１の（Ａ）及び（Ｂ）は図１０の光送信機の動作を説明するための図である。
図１１の（Ａ）は、負のチャープパラメータの領域で動作させるために比較的絶対値が大きいバイアス電圧ＶＢ−が設定されている場合に対応している。図示された例では、バイアス電圧ＶＢ−は信号光の出力波形におけるクロスポイントに対応しているが、信号光波形におけるハイレベルに対応するチャープパラメータが概ね支配的であることから、バイアス電圧の目標値を信号光波形のハイレベルに対応させてもよい。
【００６０】
図１１の（Ａ）及び（Ｂ）に示される特性カーブは図５の特性カーブに対応しているものとする。
出力信号光の消光比を改善するためには、バイアス電圧の絶対値が大きくなるに従って変調信号の振幅が大きくなるようにすることが望ましい。図１１の（Ａ）では、変調信号の振幅Ｖ１に対して出力信号光の消光比は１：３になっている。
【００６１】
また、信号光の出力波形におけるクロスポイントがハイレベルとローレベルの中点になるように、変調信号のデューティはＤ１（＞１００％）に設定されている。
【００６２】
変調信号の振幅及びデューティの最適値は、特性カーブが与えられるとバイアス電圧に対して一義的に決定されるので、バイアス電圧の各値に対応する最適な変調信号の振幅及びデューティの値が図１０のＲＯＭ４２に記憶されており、ＣＰＵ４０はこの記憶テーブルに基づき変調信号の振幅及びデューティの目標値を算出するのである。
【００６３】
図１１の（Ｂ）に示されるように、正のチャープパラメータの領域で動作させるために比較的絶対値が小さいバイアス電圧ＶＢ＋が設定されると、消光比が一定に保たれるようにするために、変調信号の振幅がＶ２（＜Ｖ１）に変更される。また、信号光の出力波形におけるクロスポイントがハイレベルとローレベルの中間になるように、変調信号のデューティがＤ２（＞Ｄ１）に変更される。
【００６４】
ここで注意すべき点は、キャリア光のパワーが一定である場合、ＥＡ変調器のバイアス電圧の絶対値が大きくなるのに従って信号光の出力パワーが減少している点である。そこで、この実施形態では、バイアス電圧の絶対値が大きくなるに従ってキャリア光のパワーが大きくなるように、バイアス電流回路５０がＬＤ１６に供給するバイアス電流の目標値が設定される。
【００６５】
ＥＡ変調器のバイアス電圧の変更に伴う信号光の出力パワーの変動を抑えるために、フィードフォワード制御が採用可能である。特性カーブが与えられると、バイアス電圧の各値に対するＬＤバイアス電流の最適値がわかるので、これをＲＯＭ４２に記憶させておき、バイアス電圧回路６から取り込まれるバイアス電圧の値に基づいてＣＰＵ４０がＬＤバイアス電流の最適値を算出する。
【００６６】
図１０の実施形態では、出力信号光の一部を受けるフォトディテクタ６０が設けられているので、ＬＤバイアス電流のフィードバック制御も可能である。即ち、フォトディテクタ６０の出力信号レベルが一定になるように、ＣＰＵ４０が逐次ＬＤバイアス電流の目標値を算出し、そのバイアス電流をバイアス電流回路５０がＬＤ１６に供給するのである。
【００６７】
さて、ブルーシフトのプリチャーピングを得るというメリットのために、ＥＡ変調器に供給されるバイアス電圧の絶対値を大きくすると、出力信号光の消光比が劣化し且つ光出力パワーが低下するというデメリットが生じる。従って、このようなトレードオフの関係を考慮して、光伝送路における損失や波長分散に合わせてＥＡ変調器の駆動条件を決定するのが望ましい。制御対象となる駆動パラメータとしては、前述のＥＡ変調器のバイアス電圧、変調信号のデューティ及び振幅並びにＬＤバイアス電流の他に、ＥＡ変調器単独の温度又はＭＩ−ＬＤの温度がある。
【００６８】
本発明は、与えられたチャープパラメータに対応して決定されるＥＡ変調器のバイアス電圧に基づいて１つの駆動パラメータが制御されることのみによって限定されるが、複数の駆動パラメータを連動させて制御することが望ましい。
【００６９】
例えば、ＥＡ変調器のバイアス電圧の絶対値が大きくなると消光比が劣化するので、これを補償するために変調信号の振幅が大きくされるが、振幅の拡大には限度がある。このような場合に消光比を改善するために、駆動パラメータ群から光変調器の温度が選択されるのである。具体的には次の通りである。
【００７０】
図１０の光送信機において、ＭＩ−ＬＤ１２の温度を増加させると、ＬＤ１６とＥＡ変調器２０との間の波長デチューニング量、即ちＬＤ１６から出力されるキャリア光の波長とＥＡ変調器２０におけるバンドギャップを与える波長との差が減少することにより、消光比が改善される。この減少は出力光パワーと印加電圧を関係付ける特性カーブの形状が変化することにより理解することができる。
【００７１】
従って、温度が制御対象となる場合には、特性カーブの変化により他の制御対象となる駆動パラメータの最適値が異なるものとなるので、ＲＯＭ４２は温度の各値毎にあらかじめ設定されたデータテーブルを有していることが望ましい。
【００７２】
このように本発明のある実施形態においては、図１の制御手段１０は、ＥＡ変調器４のバイアス電圧が大きくなるに従ってＥＡ変調器の温度が上昇するように該温度を制御する手段を含む。
【００７３】
また、この種のデータテーブルを作成する場合には、ＬＤ１６の温度が上昇するとキャリア光のパワーが減少することを考慮すべきである。
図１０の光送信機においては、光源２及びＥＡ変調器４（図１参照）としてＭ１−ＬＤ１２を用いているので、光源及び変調器間の結合効率を高めることができ、高出力で且つ小型な光送信機の提供が可能である。また、光源及び変調器の温度制御を１つの温度コントローラ４８により行うことができる。
【００７４】
本発明の他の実施形態においては、図１０のバイアス電圧回路６は、正の第１のチャープパラメータを与える第１のバイアス電圧と負の第２のチャープパラメータを与える第２のバイアス電圧とを選択的に発生する手段を含む。
【００７５】
例えば図８において、点Ａ及びＢによりそれぞれ示される＋１及び−１のチャープパラメータを切り換えるために、第１及び第２のバイアス電圧としてそれぞれ−０．４Ｖ及び−１．７Ｖが与えられる。
【００７６】
この場合、制御手段１０は、１つ又は複数の駆動パラメータを第１及び第２のバイアス電圧にそれぞれ対応する２つの値の間で切り換える手段を含んでいれば足りるので、ＣＰＵ４０における演算が簡単になる。
【００７７】
このように正負で絶対値の等しいチャープパラメータの切り換えは、ＭＺ変調器による場合と同様に有用な光送信機の提供を可能にする。ＭＺ変調器においては、正弦波に近似される動作特性カーブ上で動作点を半周期変えるだけで、簡単にチャープパラメータの正負の切り換えが可能である。
【００７８】
図１２は本発明の光通信システムの実施形態を示すブロック図である。このシステムは、光送信機６４を有する第１の端局６６と、光受信機６８を有する第２の端局７０と、端局６６及び７０を結ぶ光ファイバ伝送路７２とを備えている。
【００７９】
光送信機６４は図１の基本構成望ましくは図１０の実施形態を有している。光送信機６４は、入力信号に基づいて信号光を生成し、これを光ファイバ伝送路７２の第１端に入力する。
【００８０】
光ファイバ伝送路７２により伝送されその第２端から出力された信号光は、光受信機６８に供給され、光受信機６８は光送信機６４の入力信号に対応する出力信号を復調する。
【００８１】
第２の端局７０は、更に、受けた信号光に関する伝送特性をモニタリングするモニタリング回路７３と、そのモニタリングデータを光ファイバ伝送路７２に逆方向に結合する手段７４とを有している。
【００８２】
このモニタリングデータは第１の端局６６へ伝送される。第１の端局６６は、伝送されたモニタリングデータを取り出す手段７６と、このデータに基づいて光送信機６４におけるチャープパラメータを設定するチャープパラメータ設定回路７８とを有している。
【００８３】
モニタリング回路７３において測定される伝送特性としては、符号誤り率（ＢＥＲ）、電気信号の信号対雑音比（Ｑ値）、信号中のバリティビットのチェック、等符号誤り率曲線、アイマスクパターン等が挙げられる。
【００８４】
光ファイバ伝送路７２が１．３μｍ帯に零分散波長を有するシリカファイバからなる場合には、前述したように、１．５５μｍ帯の信号光に対してチャープパラメータ設定回路７８は負のチャープパラメータを設定する。即ち、チャープパラメータは光ファイバ伝送路７２の波長分散に応じて与えられる。
【００８５】
図１２のシステムにおいては、光送信機６４が本発明の駆動装置を含んでいるので、光ファイバ伝送路７２における損失や波長分散の違い（経時変化も含む）に応じて最適な伝送特性を得ることができる。即ち、システムの設計や変更に際して柔軟に対応可能な汎用性の高い光変調器若しくはその駆動回路又は光送信機の提供が可能になる。
【００８６】
尚、運用回線（光ファイバ伝送路７２）と敷設環境のほぼ等しい図示しない予備回線が存在する場合には、サービスダウンを避けるため、まず予備回線において各駆動パラメータの最適化を行った後、それらを参照して運用回線に適用することもできる。モニタリングデータの伝送は、電気回線又は無線回線により行ってもよい。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、適用されるシステムに適合するようにチャープパラメータを任意に設定可能な光変調器の駆動方法及び装置の提供が可能になるという効果が生じる。
【００８８】
また、本発明の方法又は装置が適用される光通信システムの提供が可能になるという効果が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される光送信機の基本構成を示すブロック図である。
【図２】ＭＩ−ＬＤ（変調器集積化レーザダイオード）の構成を示す図である。
【図３】出力光パワーとＬＤバイアス電流の関係を示すグラフである。
【図４】ＥＡ変調器の減衰率と印加電圧の関係を示すグラフである。
【図５】ＭＩ−ＬＤの動作特性を示す図である。
【図６】変調信号波形のクロスポイントが中点にある場合を示す図である。
【図７】信号光波形のクロスポイントが中点にある場合を示す図である。
【図８】チャープパラメータと印加電圧の関係を示すグラフである。
【図９】レッドシフト及びブルーシフトの説明図である。
【図１０】本発明が適用される光送信機の実施形態を示すブロック図である。
【図１１】図１０の光送信機の動作説明図である。
【図１２】本発明の光通信システムの実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
２ 光源
４ ＥＡ変調器
６ バイアス（電圧）回路
８ 駆動回路
１０ 制御手段
Claims (14)
- 光源からのキャリア光を受け、印加電圧に応じて上記キャリア光を吸収することにより、強度変調された信号光を出力する電界吸収型光変調器の駆動装置であって、
与えられたチャープパラメータを上記光変調器が有するように決定されるバイアス電圧を発生するバイアス回路と、
入力信号を受け該入力信号に対応する変調信号を発生してこれを上記バイアス電圧に重畳して上記印加電圧として上記光変調器に供給する駆動回路と、
上記変調信号の振幅及びデューティ並びに上記キャリア光のパワーを含むパラメータ群から選択される少なくとも１つのパラメータを上記バイアス電圧に基づいて調整する制御手段とを備え、
上記光変調器は上記印加電圧の絶対値が大きくなるに従って上記光変調器の出力光パワーが小さくなる特性カーブを有し、上記制御手段は上記バイアス電圧の絶対値が大きくなるに従って上記変調信号の振幅が大きくなるように該振幅を制御する手段を含む装置。 - 上記制御手段は、上記バイアス電圧の絶対値が大きくなるに従って上記キャリア光のパワーが大きくなるように該パワーを制御する手段を含む請求項１に記載の装置。
- 上記特性カーブは上記印加電圧の絶対値が大きくなるに従って小さくなる傾斜を有し、
上記制御手段は、上記信号光の波形におけるクロスポイントがハイレベルとローレベルの中間に位置するように上記変調信号のデューティを制御する手段を含む請求項１に記載の装置。 - 上記パラメータ群は上記光変調器の温度を更に含み、
上記制御手段は、上記バイアス電圧が変化するのに従って上記光変調器の温度を変化させる手段を含む請求項１に記載の装置。 - 上記バイアス電圧の絶対値が大きくなるに従って上記光変調器の温度が上昇させられる請求項４に記載の装置。
- 上記バイアス回路は、第１のチャープパラメータを与える第１のバイアス電圧と第２のチャープパラメータを与える第２のバイアス電圧とを選択的に発生する手段を含み、
上記制御手段は、上記パラメータ群から選択される少なくとも１つのパラメータを上記第１及び第２のバイアス電圧にそれぞれ対応する２つの値の間で切り換える手段を含む請求項１に記載の装置。 - 上記光源は供給されるバイアス電流に応じたパワーの上記キャリア光を発生する活性層を有するレーザダイオードからなり、
上記光変調器は上記キャリア光を吸収する吸収層を有し、
該レーザダイオード及び該光変調器は、上記活性層及び上記吸収層が直結するようにモノリシックに一体であり、
上記キャリア光のパワーは上記バイアス電流により調整される請求項１に記載の装置。 - 上記光変調器の出力光パワーを検出する手段を更に備え、
上記制御手段は該検出された出力光パワーが一定になるように上記キャリア光のパワーを制御する手段を含む請求項１に記載の装置。 - 光送信機を有する第１の端局と、
光受信機を有する第２の端局と、
該第１及び第２の端局を結ぶ光ファイバ伝送路とを備え、
上記光送信機は、
キャリア光を出力する光源と、
該キャリア光を受け印加電圧に応じて該キャリア光を吸収することにより強度変調された信号光を出力する電界吸収型光変調器と、
与えられたチャープパラメータを上記光変調器が有するように決定されるバイアス電圧を発生するバイアス回路と、
入力信号を受け該入力信号に対応する変調信号を発生してこれを上記バイアス電圧に重畳して上記印加電圧として上記光変調器に供給する駆動回路と、
上記変調信号の振幅及びデューティ並びに上記キャリア光のパワーを含むパラメータ群から選択される少なくとも１つのパラメータを上記バイアス電圧に基づいて調整する制御手段とを備え、
上記光変調器は上記印加電圧の絶対値が大きくなるに従って上記光変調器の出力光パワーが小さくなる特性カーブを有し、上記制御手段は上記バイアス電圧の絶対値が大きくなるに従って上記変調信号の振幅が大きくなるように該振幅を制御する手段を含む光通信システム。 - 上記チャープパラメータは上記光ファイバ伝送路の波長分散に応じて与えられる請求項９に記載のシステム。
- 上記信号光の波長は１．５５μｍ帯にあり、
上記光ファイバ伝送路は１．３μｍ帯に零分散波長を有するシリカファイバからなり、
上記チャープパラメータは負の値として与えられる請求項１０に記載のシステム。 - 上記第２の端局は上記信号光に関する伝送特性をモニタリングする手段を更に有し、
該モニタリングされた伝送特性に基づいて上記チャープパラメータが与えられる請求項９に記載のシステム。 - 光源からのキャリア光を受け、印加電圧に応じて上記キャリア光を吸収することにより、強度変調された信号光を出力する電界吸収型光変調器の駆動方法であって、
（ａ）与えられたチャープパラメータを上記光変調器が有するように決定されるバイアス電圧を発生するステップと、
（ｂ）上記バイアス電圧の絶対値が大きくなるに従って上記光変調器の出力光パワーが小さくなる特性カーブを有し、入力信号に対応する変調信号を発生してこれを上記バイアス電圧に重畳して上記印加電圧として上記光変調器に供給するステップと、
（ｃ）上記変調信号の振幅及びデューティ並びに上記キャリア光のパワーを含むパラメータ群から選択される少なくとも１つのパラメータを上記バイアス電圧に基づいて調整するとともに、上記バイアス電圧の絶対値が大きくなるに従って上記変調信号の振幅が大きくなるように該振幅を制御するステップとを備えた方法。 - 上記制御手段は、上記バイアス電圧の絶対値が大きくなるに従って上記変調信号の振幅が大きくなるように該振幅を制御し、消光比を一定にする手段を含む請求項１に記載の装置。
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