JP3765967B2 - 光送信装置およびこれに用いる光変調器のバイアス電圧制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信システムに用いられる外部変調方式の光送信装置およびこれに用いる光変調器のバイアス電圧制御方法に関し、特に、マッハツェンダ型の光変調器を用いた光送信装置およびこれに用いる光変調器のバイアス電圧制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、光通信システムでは、レーザダイオードに対する駆動電流によって光変調信号を生成し、駆動電流である電気信号に比例した光の強度信号を得る直接変調方式が用いられていた。しかし、伝送速度が数Ｇｂｉｔ／ｓを超える超高速・広帯域光通信システムでは、直接変調時において光の波長が変化するチャーピングが発生し、このチャーピングが伝送容量を制限する。
【０００３】
一方、外部変調方式は、チャーピングの発生が少なく、１０ＧＨｚ以上の動作帯域であっても、比較的簡単に変調することができ、超高速・広帯域の大容量光通信システムに適用されつつある。外部変調器として最も一般的な光変調器は、リチウムナイオベイト（ＬｉＮｂＯ3：Lithium Niobate）を用いたマッハツェンダ（Mach-Zehnder）型光変調器である。
【０００４】
このマッハツェンダ型光変調器を用いて、変調信号Ｓ（ｔ）で変調した出力光信号Ｉ（ｔ）は、次式（１）で表される。すなわち、
Ｉ（ｔ）＝ｋ｛１＋cos（β・Ｓ（ｔ）＋δ）｝ …（１）
である。ここで、「ｋ」は、比例係数であり、「β」は、変調度であり、「δ」は、マッハツェンダ型光変調器の動作点の位相である。
【０００５】
変調信号Ｓ（ｔ）を２値のディジタル信号とし、変調度βをβ＝πとし、適切なＤＣ電圧（バイアス電圧）をマッハツェンダ型光変調器に印加して初期の位相δをδ＝π／２とすると、マッハツェンダ型光変調器は、変調信号Ｓ（ｔ）に比例してオン／オフする出力光信号Ｉ（ｔ）を出力する。
【０００６】
ここで、変調度βをβ＝２πとし、適切なバイアス電圧をマッハツェンダ型光変調器に印加して初期の位相δをδ＝０とし、さらに変調信号Ｓ（ｔ）として、繰り返し周波数ｆｃの正弦波を入力すると、出力光信号Ｉ（ｔ）は、次式（２）で表される。すなわち、
Ｉ（ｔ）＝ｋ｛１＋cos（２π・sin（２πｆｃ（ｔ））｝ …（２）
である。したがって、式（２）が示す出力光信号Ｉ（ｔ）は、繰り返し周波数ｆｃの２倍の繰り返し周波数２ｆｃでオン／オフする光信号として出力される。
【０００７】
ここで、位相δの値が一定であれば、問題ないが、通常のリチウムナイオベイトを用いた光変調器では、その動作点がドリフトしてしまうという問題点がある。このドリフトには、温度変化がもたらす焦電効果による熱ドリフトと、光変調器の電極に印加したバイアス電圧が光変調器の素子表面上に形成する電荷分布によって生起するＤＣドリフトとの２つのドリフトがある。これらのドリフトによる動作点変動を補償するには、最適な動作点となるようにバイアス電圧を光変調器に印加する必要がある。
【０００８】
図１２は、このリチウムナイオベイトを用いた光変調器に印加されるバイアス電圧を安定化させることができる従来の光送信装置の構成を示すブロック図である（特開平５−１４２５０４号公報参照）。図１２において、光源１０１から出射された連続光は、リチウムナイオベイトを用いたマッハツェンダ型光変調器１０３に入力される。マッハツェンダ型光変調器１０３には、終端器１１４が接続されるとともに、接続点Ｔ１を介してマッハツェンダ型光変調器１０３を駆動する駆動信号およびバイアス電圧が印加される。
【０００９】
マッハツェンダ型光変調器１０３によって変調された出力光信号は、分波器１０４を介して出力端１２０に出力されるとともに、一部の出力光信号は、フォトダイオード１０５に入力される。フォトダイオード１０５は、入力された一部の出力光信号を電気信号に変換し、プリアンプ１０６によって、この電気信号を増幅し、同期検波回路１０７に出力する。
【００１０】
同期検波回路１０７は、プリアンプ１０６から入力された電気信号とディザ信号発生器１１２から出力された低周波信号との同期検波を行う。同期検波回路１０７は、ミキサ１１７を有し、プリアンプ１０６から入力された電気信号とディザ信号発生器１１２から出力された低周波信号とをミキシングする。ミキシングされた信号は、演算増幅器１０８を介して低域透過フィルタ１０９に入力され、低域透過された信号は、バイアス電圧制御回路１１０に出力される。
【００１１】
バイアス電圧制御回路１１０は、ＤＣ電源１１８と加算器１１９とを有し、加算器１１９は、同期検波回路１０７から出力された信号と、ＤＣ電源１１８から出力されたバイアス電圧を加算し、インダクタ１１１を介して、接続点Ｔ１からマッハツェンダ型光変調器１０３にバイアス電圧として出力する。一方、駆動信号は、入力端１２１から入力され、駆動回路１２４を介して低周波重畳回路１１３に出力する。低周波重畳回路１１３は、入力された駆動信号とディザ信号発生器１１２から出力された低周波信号とを重畳し、コンデンサを介し、接続点Ｔ１からマッハツェンダ型光変調器１０３に駆動信号として印加する。したがって、接続点Ｔ１からは、ともに低周波信号が重畳された駆動信号、およびバイアス電圧制御されたバイアス電圧がマッハツェンダ型光変調器１０３に印加されることになる。
【００１２】
ここで、図１３〜図１５を参照して、従来の光送信装置によるマッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧制御方法について説明する。図１３は、バイアス電圧（位相δ）が適正な値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器１０３による変調動作を説明する図である。図１３において、マッハツェンダ型光変調器１０３の動作特性曲線１３０は、式（１）で示した動作特性曲線を示し、バイアス電圧（位相δ）が適正に設定された状態を示している。この場合、マッハツェンダ型光変調器１０３に、低周波信号が重畳された駆動信号（入力信号）１３１が入力されると、駆動信号１３１は、動作特性曲線１３０によって変調され、出力光信号１３２として出力される。この出力光信号１３２には、駆動信号に重畳された低周波信号の低周波成分（ｆ［Ｈｚ］）が含まれておらず、低周波成分（ｆ［Ｈｚ］）の２倍の低周波成分（２ｆ［Ｈｚ］）が発生している。したがって、出力光信号１３２の一部をフォトダイオード１０５で受光し、さらにプリアンプ１０６で増幅した後、同期検波回路１０７によって同期検波した信号の出力は、「０」となる。この場合、バイアス電圧制御回路１１０の加算器１１９において加算される信号成分はないため、現在のバイアス電圧がそのまま維持され、マッハツェンダ型光変調器１０３に印加される。
【００１３】
一方、図１４は、バイアス電圧が適正な値に比してやや高い値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器１０３による変調動作を説明する図である。図１４において、マッハツェンダ型光変調器１０３の動作特性曲線１４０は、バイアス電圧が適正な値に比してやや高い値に設定された状態を示している。この場合、マッハツェンダ型光変調器１０３に、低周波信号が重畳された駆動信号１３１と同じ駆動信号１４１がマッハツェンダ型光変調器１０３に入力されると、駆動信号１４１は、動作特性曲線１４０によって変調され、出力光信号１４２として出力される。この出力光信号１４２は、駆動信号に重畳された低周波信号の低周波成分（ｆ［Ｈｚ］）が含まれ、この低周波成分（ｆ［Ｈｚ］）の位相は、駆動信号に重畳された低周波成分（ｆ［Ｈｚ］）の位相に対して反転している。したがって、同期検波回路１０７は、低周波成分（ｆ［Ｈｚ］）を同期検波するとともに、その出力を「負」電圧としてバイアス電圧制御回路１１０に出力する。この場合、バイアス電圧制御回路１１０の加算器１１９は、ＤＣ電源１１８から出力されるバイアス電圧に負の電圧を加算し、現在のバイアス電圧を小さくし、適正なバイアス電圧の値に近づける制御を行う。
【００１４】
また、図１５は、バイアス電圧が適正な値に比してやや低い値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器１０３による変調動作を説明する図である。図１５において、マッハツェンダ型光変調器１０３の動作特性曲線１５０は、バイアス電圧が適正な値に比してやや低い値に設定された状態を示している。この場合、マッハツェンダ型光変調器１０３に、低周波信号が重畳された駆動信号１３１と同じ駆動信号１５１がマッハツェンダ型光変調器１０３に入力されると、駆動信号１５１は、動作特性曲線１５０によって変調され、出力光信号１５２として出力される。この出力光信号１５２は、駆動信号に重畳された低周波信号の低周波成分（ｆ［Ｈｚ］）が含まれ、この低周波成分（ｆ［Ｈｚ］）の位相は、駆動信号に重畳された低周波成分（ｆ［Ｈｚ］）の位相に一致している。したがって、同期検波回路１０７は、低周波成分（ｆ［Ｈｚ］）を同期検波するとともに、その出力を「正」電圧としてバイアス電圧制御回路１１０に出力する。この場合、バイアス電圧制御回路１１０の加算器１１９は、ＤＣ電源１１８から出力されるバイアス電圧に正の電圧を加算し、現在のバイアス電圧を大きくし、適正なバイアス電圧の値に近づける制御を行う。
【００１５】
このようにして、従来の光送信装置のマッハツェンダ型光変調器に印加されるバイアス電圧制御では、マッハツェンダ型光変調器１０３から出力される出力光信号の一部を検出し、バイアス電圧の最適動作点からのずれに対応した誤差信号を同期検波回路１０７が生成し、バイアス電圧制御回路１１０が、この誤差信号が小さくなるようにバイアス電圧を制御し、安定したバイアス電圧を維持するようにしている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の光送信装置のマッハツェンダ型光変調器１０３に印加されるバイアス電圧制御では、駆動信号に低周波信号を重畳するようにしているが、この低周波信号を駆動信号に重畳する低周波重畳回路１１３は、図示しない電圧制御アッテネータや電圧制御可変利得増幅器などのデバイスを用いているため、駆動信号の帯域が１０ＧＨｚ以上になると、これらのデバイスの動作帯域が不足し、マッハツェンダ型光変調器１０３に印加すべき駆動信号に波形歪みが発生することによって、出力光信号の品質劣化が生ずるという問題点があった。
【００１７】
また、駆動回路１２４も、駆動信号の帯域が２０ＧＨｚ以上になると、駆動回路１２４の動作帯域が不足し、駆動信号に波形歪みを発生させ、これによって出力光信号の品質劣化が生ずるという問題点があった。
【００１８】
なお、従来の光送信装置は、駆動信号の繰り返し周波数ｆｃに比例した出力光信号を得るものであったが、駆動信号の繰り返し周波数ｆｃの２倍の繰り返し周波数２ｆｃをもつ出力光信号を出力する光送信装置であっても、マッハツェンダ型光変調器におけるバイアス電圧の安定化制御ができることが要望されている。
【００１９】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、出力信号光の繰り返し周波数２ｆｃに対し、駆動信号の繰り返し周波数はｆｃで良く、容易にバイアス電圧の安定化制御を行うことができる光送信装置およびこれに用いる光変調器のバイアス電圧制御方法を得ることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる光送信装置は、駆動信号の２倍の周波数をもつ光パルス列を送信出力する光送信装置において、マッハツェンダ型の光変調器と、前記光変調器に光信号を入力する光源と、前記光変調器に前記駆動信号を入力する駆動手段と、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換する変換手段と、前記変換手段によって変換された電気信号内に含まれる前記駆動信号の周波数成分を抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された前記駆動信号の周波数成分の値を最小にするバイアス電圧の誤差信号を生成する誤差信号生成手段と、前記バイアス電圧の誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するバイアス電圧制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、駆動手段が、マッハツェンダ型の前記光変調器に駆動信号を入力し、光源から入力される光信号を変調出力し、変換手段が、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換し、抽出手段が、前記変換手段によって変換された電気信号内に含まれる前記駆動信号の周波数成分を抽出し、誤差信号生成手段が、前記抽出手段によって抽出された前記駆動信号の周波数成分の値を最小にするバイアス電圧の誤差信号を生成し、バイアス電圧制御手段が、前記バイアス電圧の誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するフィードバック制御を行うようにしている。
【００２２】
つぎの発明にかかる光送信装置は、駆動信号の２倍の周波数をもつ光パルス列を送信出力する光送信装置において、マッハツェンダ型の光変調器と、前記光変調器に光信号を入力する光源と、前記光変調器に前記駆動信号を入力する駆動手段と、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換する変換手段と、前記変換手段によって変換された電気信号内に含まれる前記駆動信号の２倍の周波数成分を抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された前記駆動信号の２倍の周波数成分の値を最大にするバイアス電圧の誤差信号を生成する誤差信号生成手段と、前記バイアス電圧の誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するバイアス電圧制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、駆動手段が、マッハツェンダ型の前記光変調器に駆動信号を入力し、光源から入力される光信号を変調出力し、変換手段が、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換し、抽出手段が、前記変換手段によって変換された電気信号内に含まれる前記駆動信号の２倍の周波数成分を抽出し、誤差信号生成手段が、前記抽出手段によって抽出された前記駆動信号の２倍の周波数成分の値を最大にするバイアス電圧の誤差信号を生成し、
バイアス電圧制御手段が、前記バイアス電圧の誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するフィードバック制御を行うようにしている。
【００２４】
つぎの発明にかかる光送信装置は、上記の発明において、前記光源は、前記駆動信号に同期し、該駆動信号の２倍のビットレートをもち、変調された光パルスを生成し、該光パルスを前記光変調器に入力し、前記光変調器は、前記駆動信号によって前記光パルスをパルス変調出力することを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、前記光源が、前記駆動信号に同期し、該駆動信号の２倍のビットレートをもち、変調された光パルスを生成し、該光パルスを前記光変調器に入力し、前記光変調器が、前記駆動信号によって前記光パルスをパルス変調出力するようにしている。
【００２６】
つぎの発明にかかる光送信装置は、上記の発明において、前記光源は、複数の異なる単一波長光源を備え、前記変換手段の前段に設けられ、前記光変調器から出力された光信号を構成する複数の異なる単一波長光源の波長光のうちのいずれか一つの波長光を透過させる光フィルタをさらに備えたことを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、光フィルタが、前記光変調器から出力された光信号を構成する複数の異なる単一波長光源の波長光のうちのいずれか一つの波長光を透過させ、抽出手段が、この透過した波長光内の駆動信号の周波数成分あるいは２倍の周波数成分を抽出し、誤差信号生成手段がバイアス電圧の誤差信号を生成して、バイアス電圧制御を行うようにしている。
【００２８】
つぎの発明にかかる光送信装置は、上記の発明において、前記誤差信号生成手段および前記バイアス電圧制御手段に入力するディザ信号を発生するディザ信号発生手段をさらに備え、前記誤差信号生成手段は、前記抽出手段が抽出した駆動信号の周波数成分あるいは駆動信号の２倍の周波数成分にディザ信号を乗算して同期検波を行い、この同期検波結果を前記バイアス電圧の誤差信号として前記バイアス電圧制御手段に出力し、前記バイアス電圧制御手段は、前記バイアス電圧および前記ディザ信号に前記バイアス電圧の誤差信号を重畳した信号を前記変調器に印加することを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、前記誤差信号生成手段が、前記抽出手段が抽出した駆動信号の周波数成分あるいは駆動信号の２倍の周波数成分にディザ信号を乗算して同期検波を行い、この同期検波結果を前記バイアス電圧の誤差信号として前記バイアス電圧制御手段に出力し、前記バイアス電圧制御手段が、前記バイアス電圧および前記ディザ信号に前記バイアス電圧の誤差信号を重畳した信号を前記変調器に印加するようにしている。
【００３０】
つぎの発明にかかる光送信装置に用いる光変調器のバイアス電圧制御方法は、マッハツェンダ型の光変調器に光信号を入力するとともに、駆動信号およびバイアス電圧を印加し、該駆動信号の２倍の周波数をもつ光パルス列を送信出力する光送信装置に用いる光変調器のバイアス電圧制御方法において、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換する変換工程と、前記変換工程によって変換された電気信号内の前記駆動信号の周波数成分を抽出する抽出工程と、前記抽出工程によって抽出された前記駆動信号の周波数成分の値を最小にするバイアス電圧の誤差信号を生成する誤差信号生成工程と、前記誤差信号生成工程によって生成された誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するバイアス電圧制御工程と、を含むことを特徴とする。
【００３１】
この発明によれば、変換工程によって、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換し、抽出工程によって、前記変換工程によって変換された電気信号内の前記駆動信号の周波数成分を抽出し、誤差信号生成工程によって、前記抽出工程によって抽出された前記駆動信号の周波数成分の値を最小にするバイアス電圧の誤差信号を生成し、バイアス電圧制御工程によって、前記誤差信号生成工程によって生成された誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するフィードバック制御を行うようにしている。
【００３２】
つぎの発明にかかる光送信装置に用いる光変調器のバイアス電圧制御方法は、マッハツェンダ型の光変調器に光信号を入力するとともに、駆動信号およびバイアス電圧を印加し、該駆動信号の２倍の周波数をもつ光パルス列を送信出力する光送信装置に用いる光変調器のバイアス電圧制御方法において、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換する変換工程と、前記変換工程によって変換された電気信号内の前記駆動信号の２倍の周波数成分を抽出する抽出工程と、前記抽出工程によって抽出された前記駆動信号の２倍の周波数成分の値を最大にするバイアス電圧の誤差信号を生成する誤差信号生成工程と、前記誤差信号生成工程によって生成された誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するバイアス電圧制御工程と、を含むことを特徴とする。
【００３３】
この発明によれば、変換工程によって、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換し、抽出工程によって、前記変換工程によって変換された電気信号内の前記駆動信号の２倍の周波数成分を抽出し、誤差信号生成工程によって、前記抽出工程によって抽出された前記駆動信号の２倍の周波数成分の値を最大にするバイアス電圧の誤差信号を生成し、バイアス電圧制御工程によって、前記誤差信号生成工程によって生成された誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するフィードバック制御を行うようにしている。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光送信装置およびこれに用いる光変調器のバイアス電圧制御方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００３５】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である光送信装置の構成を示すブロック図である。図１において、光源１から出射された連続光は、リチウムナイオベイトを用いたマッハツェンダ型光変調器３に入力される。マッハツェンダ型光変調器３には、終端器１４が接続されるとともに、接続点Ｔ１を介してマッハツェンダ型光変調器３を駆動する駆動信号（ｆｃ［Ｈｚ］）およびバイアス電圧が印加される。
【００３６】
マッハツェンダ型光変調器３によって変調された出力光信号は、分波器４を介して出力端２０に出力されるとともに、一部の出力光信号は、フォトダイオード５に入力される。フォトダイオード５は、入力された一部の出力光信号を電気信号に変換し、プリアンプ６に入力する。プリアンプ６は、この電気信号を増幅し、バンドパスフィルタ１６に入力する。バンドパスフィルタ１６は、入力された電気信号に含まれる周波数ｆｃ成分を選択的に透過させ、誤差信号生成回路７に出力する。誤差信号生成回路７は、バンドパスフィルタ１６を透過した周波数ｆｃ成分のレベルを検出し、この検出値をもとに、バイアス電圧の誤差を示す誤差信号を生成し、バイアス電圧制御回路１０に出力する。
【００３７】
バイアス電圧制御回路１０は、ＤＣ電源１８と加算器１９とを有し、加算器１９は、誤差信号生成回路７から出力された信号と、ＤＣ電源１８から出力された誤差信号を加算し、インダクタ１１を介して、接続点Ｔ１からマッハツェンダ型光変調器３にバイアス電圧として出力する。一方、駆動信号は、入力端２１から入力され、駆動回路２４およびコンデンサ２５を介し、接続点Ｔ１からマッハツェンダ型光変調器３に駆動信号として印加する。したがって、接続点Ｔ１からは、周波数ｆｃ成分の駆動信号、およびバイアス電圧制御されたバイアス電圧がマッハツェンダ型光変調器３に印加されることになる。なお、フォトダイオード５は、周波数ｆｃ成分を受光でき、プリアンプ６は、周波数ｆｃ成分を増幅できる十分な帯域を持つことが望ましい。
【００３８】
ここで、図２〜図４を参照して、図１に示した光送信装置によるマッハツェンダ型光変調器３のバイアス電圧制御について説明する。図２は、バイアス電圧（位相δ）が適正な値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器３による変調動作を説明する図である。なお、図２（ａ）は、マッハツェンダ型光変調器３に入力された駆動信号と出力光信号との関係を示し、図２（ｂ）は、フォトダイオード５が検出した出力光信号のスペクトル分布を示す図である。
【００３９】
図２において、マッハツェンダ型光変調器３の動作特性曲線２０ａは、式（１）で示した動作特性曲線を示し、バイアス電圧（位相δ）が適正に設定された状態を示している。この場合、式（２）に対応し、変調度βをβ＝２πとし、初期の位相δをδ＝０に設定され、マッハツェンダ型光変調器３は、繰り返し周波数ｆｃ［Ｈｚ］の駆動信号２０ｂによって、繰り返し周波数ｆｃ［Ｈｚ］の２倍の繰り返し周波数２ｆｃ［Ｈｚ］をもつ出力光信号２０ｃとして出力する。
【００４０】
分波器４は、一部の出力光信号２０ｃを分岐し、フォトダイオード５に出力する。フォトダイオードによって検出され、電気信号に変換された信号は、プリアンプ６に入力される。プリアンプ６によって増幅された信号は、バンドパスフィルタ１６に入力される。バンドパスフィルタ１６は、出力光信号２０ｃ内に含まれる駆動信号２０ｂに対応した繰り返し周波数ｆｃ成分のみを透過させ、誤差信号生成回路７に出力する。
【００４１】
ここで、図２（ｂ）に示すように、出力光信号のスペクトルには、周波数ｆｃ成分が含まれず、周波数２ｆｃ成分のみが含まれる。この結果、バンドパスフィルタ１６から出力される信号の値は、「０」となる。ここで、誤差信号生成回路７は、バンドパスフィルタ１６の信号の値をもとに、誤差信号を生成するが、この値が「０」であるため、誤差信号生成回路７から出力される誤差信号の値も、「０」となる。この結果、バイアス電圧制御回路１０は、現在のバイアス電圧を維持したバイアス電圧を、インダクタ１１および接続点Ｔ１を介してマッハツェンダ型光変調器３に印加する。
【００４２】
これに対し、図３は、マッハツェンダ型光変調器３に印加されるバイアス電圧が適正な値に比してやや高い値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器３による変調動作を説明する図である。なお、図３（ａ）は、マッハツェンダ型光変調器３に入力された駆動信号と出力光信号との関係を示し、図３（ｂ）は、フォトダイオード５が検出した出力光信号のスペクトル分布を示す図である。図３（ａ）に示したマッハツェンダ型光変調器３の動作特性曲線２１ａは、図２（ａ）に示した動作特性曲線２０ａに比して、バイアス電圧がやや高い値に設定された状態となっている。
【００４３】
分波器４は、一部の出力光信号２１ｃを分岐し、フォトダイオード５に出力する。フォトダイオードによって検出され、電気信号に変換された信号は、プリアンプ６に入力される。プリアンプ６によって増幅された信号は、バンドパスフィルタ１６に入力される。バンドパスフィルタ１６は、出力光信号２１ｃ内に含まれる駆動信号２１ｂに対応した繰り返し周波数ｆｃ成分のみを透過させ、誤差信号生成回路７に出力する。
【００４４】
ここで、図３（ｂ）に示すように、出力光信号のスペクトルには、周波数ｆｃ成分が含まれ、周波数２ｆｃ成分も含まれる。この結果、バンドパスフィルタ１６からは、周波数ｆｃ成分の値が誤差信号生成回路７に出力される。ここで、誤差信号生成回路７は、バンドパスフィルタ１６の信号の値に対応した誤差信号を生成し、バイアス電圧制御回路１０の加算器１９に出力する。加算器１９は、ＤＣ電源１８から入力されるバイアス電圧に、誤差信号を加算し、この加算したバイアス電圧を、インダクタ１１および接続点Ｔ１を介してマッハツェンダ型光変調器３に印加する。これによって、マッハツェンダ型光変調器３の動作点が最適動作点に近づく。
【００４５】
これに対し、図４は、マッハツェンダ型光変調器３に印加されるバイアス電圧が適正な値に比してやや低い値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器３による変調動作を説明する図である。なお、図４（ａ）は、マッハツェンダ型光変調器３に入力された駆動信号と出力光信号との関係を示し、図４（ｂ）は、フォトダイオード５が検出した出力光信号のスペクトル分布を示す図である。図４に示したマッハツェンダ型光変調器３の動作特性曲線２２ａは、図２に示した動作特性曲線２０ａに比して、バイアス電圧がやや低い値に設定された状態となっている。
【００４６】
分波器４は、一部の出力光信号２２ｃを分岐し、フォトダイオード５に出力する。フォトダイオードによって検出され、電気信号に変換された信号は、プリアンプ６に入力される。プリアンプ６によって増幅された信号は、バンドパスフィルタ１６に入力される。バンドパスフィルタ１６は、出力光信号２２ｃ内に含まれる駆動信号２２ｂに対応した繰り返し周波数ｆｃ成分のみを透過させ、誤差信号生成回路７に出力する。
【００４７】
ここで、図４（ｂ）に示すように、出力光信号のスペクトルには、周波数ｆｃ成分が含まれ、周波数２ｆｃ成分も含まれる。この結果、バンドパスフィルタ１６からは、周波数ｆｃ成分の値が誤差信号生成回路７に出力される。ここで、誤差信号生成回路７は、バンドパスフィルタ１６の信号の値に対応した誤差信号を生成し、バイアス電圧制御回路１０の加算器１９に出力する。加算器１９は、ＤＣ電源１８から入力されるバイアス電圧に、誤差信号を加算し、この加算したバイアス電圧を、インダクタ１１および接続点Ｔ１を介してマッハツェンダ型光変調器３に印加する。これによって、マッハツェンダ型光変調器３の動作点が最適動作点に近づく。
【００４８】
ここで、誤差信号生成回路７の構成および処理について説明する。図５は、図１に示した誤差信号生成回路７の構成を示すブロック図である。図５において、レベル検出器７ａは、バンドパスフィルタ１６から入力された周波数ｆｃ成分のレベルを検出し、ＣＰＵ７ｂに出力する。ＣＰＵ７ｂは、レベル検出器７ａによるレベル検出結果をもとに誤差信号を生成し、Ｄ／Ａ変換器７ｃに出力する。Ｄ／Ａ変換器７ｃは、ＣＰＵ７ｂから出力されたディジタルの誤差信号を、アナログの誤差信号に変換し、バイアス電圧制御回路１０の加算器１９に誤差信号として出力する。
【００４９】
図６は、誤差信号生成回路７による誤差信号生成処理手順を示すフローチャートである。図６において、ＣＰＵ７ｂは、バイアス電圧制御回路１０が出力するバイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）をバイアス電圧Ｖｂとして設定し、誤差信号を「０」として出力する（ステップＳ１０１）。その後、レベル検出器７ａは、バイアス電圧Ｖｂ印加時におけるレベル値Ｖｃ（Ｖｂ）を測定する（ステップＳ１０２）。
【００５０】
その後、バイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）を、＋ΔＶ変化させたバイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）＝Ｖｂ＋ΔＶに設定し、「＋ΔＶ」を誤差信号として出力する（ステップＳ１０３）。その後、バイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）＝Ｖｂ＋ΔＶ印加時におけるレベル値Ｖｃ（Ｖｂ＋ΔＶ）を測定する（ステップＳ１０４）。
【００５１】
そして、レベル値Ｖｃ（Ｖｂ）がレベル値Ｖｃ（Ｖｂ＋ΔＶ）に比して大きいか否かを判断し（ステップＳ１０５）、レベル値Ｖｃが大きい場合（ステップＳ１０５，ＹＥＳ）には、バイアス電圧Ｖｂをバイアス電圧（Ｖｂ＋ΔＶ）に設定し、「＋ΔＶ」を誤差信号として、バイアス電圧制御回路１０に出力し（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０１に移行する。
【００５２】
一方、レベル値Ｖｃがレベル値Ｖｃ（Ｖｂ＋ΔＶ）に比して大きくない場合（ステップＳ１０５，ＮＯ）には、バイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）を、−ΔＶ変化させるバイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）＝Ｖｂ−ΔＶに設定し、「−ΔＶ」を誤差信号として出力する（ステップＳ１０７）。その後、バイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）＝Ｖｂ−ΔＶ印加時におけるレベル値Ｖｃ（Ｖｂ−ΔＶ）を測定する（ステップＳ１０８）。
【００５３】
そして、レベル値Ｖｃ（Ｖｂ）がレベル値Ｖｃ（Ｖｂ−ΔＶ）に比して大きいか否かを判断し（ステップＳ１０９）、レベル値Ｖｃが大きい場合（ステップＳ１０９，ＹＥＳ）には、バイアス電圧Ｖｂをバイアス電圧（Ｖｂ−ΔＶ）に設定し、「−ΔＶ」を誤差信号として、バイアス電圧制御回路１０に出力し（ステップＳ１１０）、ステップＳ１０１に移行する。一方、レベル値Ｖｃが大きくない場合（ステップＳ１０９，ＮＯ）には、バイアス電圧Ｖｂをバイアス電圧Ｖｂ＝Ｖｂに設定し、「０」を誤差信号として、バイアス電圧制御回路１０に出力し（ステップＳ１１１）、ステップＳ１０１に移行する。このようなフィードバック制御によって、バイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）を最適動作点に近づけることができる。すなわち、周波数ｆｃ成分のレベル値を最小にすることで、バイアス電圧を最適動作点に近づけるようにしている。
【００５４】
なお、上述した実施の形態１では、接続点Ｔ１において、駆動信号とバイアス電圧とを合成し、この合成した信号をマッハツェンダ型光変調器３に印加するようにしているが、これに限らず、駆動信号とバイアス電圧とを異なる入力端から入力するマッハツェンダ型光変調器にも適用できる。
【００５５】
さらに、フォトダイオード６の前段に光フィルタをさらに設けるようにしてもよい。光源１から出力される光信号に不要な波長成分や雑音成分が含まれている場合、この光フィルタによって出力光信号成分の波長を選択的に透過させることができ、この結果、全体的に精度の高いバイアス電圧制御が可能になるからである。
【００５６】
この実施の形態１によれば、マッハツェンダ型光変調器３の出力光信号をフォトダイオード５で検出して電気信号に変換し、バンドパスフィルタ１６によって駆動信号の周波数ｆｃ成分を抽出し、マッハツェンダ型光変調器３の動作点の誤差信号を生成し、この誤差信号をバイアス電圧制御回路１０を介してフィードバック制御するようにしているので、マッハツェンダ型光変調器３の動作点のドリフトによる出力光信号の品質廉価を抑圧することができ、しかも、安定した周波数２ｆｃの光パルス列を生成することができる。
【００５７】
実施の形態２．
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、バンドパスフィルタ１６が駆動信号の周波数ｆｃ成分を抽出し、この周波数ｆｃ成分が最小となるようにバイアス電圧制御を行っていたが、この実施の形態２では、バンドパスフィルタ１６に代えて、駆動信号の周波数ｆｃの２倍の周波数２ｆｃ成分を抽出するバンドパスフィルタ２６を設け、このバンドパスフィルタ２６が抽出する周波数２ｆｃ成分が最大となるようにバイアス電圧制御を行うようにしている。
【００５８】
図７は、この発明の実施の形態２である光送信装置の構成を示すブロック図である。図７において、バンドパスフィルタ２６は、上述したように、駆動信号の周波数ｆｃ成分の２倍の周波数２ｆｃ成分を透過させ、誤差信号生成回路２７に出力する。誤差信号生成回路２７は、周波数２ｆｃ成分のレベル値が最大となる誤差信号を生成する。その他の構成は、実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００５９】
ここで、図８に示すフローチャートを参照して、誤差信号生成回路２７による誤差信号生成処理手順について説明する。図７において、誤差信号生成回路２７は、バイアス電圧制御回路１０が出力するバイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）をバイアス電圧Ｖｂとして設定し、誤差信号を「０」として出力する（ステップＳ２０１）。その後、バイアス電圧Ｖｂ印加時における周波数２ｆｃ成分のレベル値Ｖｃ２（Ｖｂ）を測定する（ステップＳ２０２）。
【００６０】
その後、バイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）を、＋ΔＶ変化させたバイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）＝Ｖｂ＋ΔＶに設定し、「＋ΔＶ」を誤差信号として出力する（ステップＳ２０３）。その後、バイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）＝Ｖｂ＋ΔＶ印加時における周波数２ｆｃ成分のレベル値Ｖｃ２（Ｖｂ＋ΔＶ）を測定する（ステップＳ２０４）。
【００６１】
そして、レベル値Ｖｃ２（Ｖｂ）がレベル値Ｖｃ２（Ｖｂ＋ΔＶ）に比して小さいか否かを判断し（ステップＳ２０５）、レベル値Ｖｃ２が小さい場合（ステップＳ２０５，ＹＥＳ）には、バイアス電圧Ｖｂをバイアス電圧（Ｖｂ＋ΔＶ）に設定し、「＋ΔＶ」を誤差信号として、バイアス電圧制御回路１０に出力し（ステップＳ２０６）、ステップＳ２０１に移行する。
【００６２】
一方、レベル値Ｖｃ２がレベル値Ｖｃ２（Ｖｂ＋ΔＶ）に比して小さくない場合（ステップＳ２０５，ＮＯ）には、バイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）を、−ΔＶ変化させるバイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）＝Ｖｂ−ΔＶに設定し、「−ΔＶ」を誤差信号として出力する（ステップＳ２０７）。その後、バイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）＝Ｖｂ−ΔＶ印加時における周波数２ｆｃ成分のレベル値Ｖｃ２（Ｖｂ−ΔＶ）を測定する（ステップＳ２０８）。
【００６３】
そして、レベル値Ｖｃ２（Ｖｂ）がレベル値Ｖｃ２（Ｖｂ−ΔＶ）に比して小さいか否かを判断し（ステップＳ２０９）、レベル値Ｖｃ２が小さい場合（ステップＳ２０９，ＹＥＳ）には、バイアス電圧Ｖｂをバイアス電圧（Ｖｂ−ΔＶ）に設定し、「−ΔＶ」を誤差信号として、バイアス電圧制御回路１０に出力し（ステップＳ２１０）、ステップＳ２０１に移行する。一方、レベル値Ｖｃ２が小さくない場合（ステップＳ２０９，ＮＯ）には、バイアス電圧Ｖｂをバイアス電圧Ｖｂ＝Ｖｂに設定し、「０」を誤差信号として、バイアス電圧制御回路１０に出力し（ステップＳ２１１）、ステップＳ２０１に移行する。このようなフィードバック制御によって、バイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）を最適動作点に近づけることができる。すなわち、周波数２ｆｃ成分のレベル値を最大にすることで、バイアス電圧を最適動作点に近づけるようにしている。
【００６４】
この実施の形態２によれば、マッハツェンダ型光変調器３の出力光信号をフォトダイオード５で検出して電気信号に変換し、バンドパスフィルタ１６によって駆動信号の周波数２ｆｃ成分を抽出し、周波数２ｆｃ成分の値が最大となるように、マッハツェンダ型光変調器３の動作点の誤差信号を生成し、この誤差信号をバイアス電圧制御回路１０を介してフィードバック制御するようにしているので、マッハツェンダ型光変調器３の動作点のドリフトによる出力光信号の品質廉価を抑圧することができ、しかも、安定した周波数２ｆｃの光パルス列を生成することができる。
【００６５】
実施の形態３．
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。上述した実施の形態１，２では、光源１が連続光を出力し、駆動信号によって、この連続光を変調するようにしていたが、この実施の形態３では、光源１が、駆動信号に同期した光パルスを出力し、駆動信号を用いてマッハツェンダ型光変調器３からパルス変調された光信号を出力できるようにしている。
【００６６】
図９は、この発明の実施の形態３である光送信装置の構成を示すブロック図である。図９において、光源２は、駆動信号（周波数ｆｃ［Ｈｚ］）に同期した光パルスを出力するパルス光源であり、たとえば、駆動信号の繰り返し周波数ｆｃの２倍のビットレートを有する光パルスを出力する。その他の構成は、実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００６７】
光源２は、たとえば、半導体レーザをゲインスイッチングして光パルスを出力する装置、ファイバ型光増幅器を用いたリング発振器、マッハツェンダ型光変調器によって連続光をパルス状に変調出力する装置などによって実現することができる。この場合、光源２から出力された光パルスは、マッハツェンダ型光変調器３によって変調されるため、出力端２０から出力される出力光信号は、パルス変調されたＲＺ信号となる。したがって、分波器４を介してフォトダイオード５が検出する信号も、ＲＺ信号となる。バンドパスフィルタ１６は、繰り返し周波数ｆｃ成分を透過させ、この透過させた信号を誤差信号生成回路７に出力するようにしているので、実施の形態１と同様にして、マッハツェンダ型光変調器３の動作点を最適動作点に近づけるバイアス電圧制御を行うことができる。
【００６８】
この実施の形態３によれば、マッハツェンダ型光変調器３に入力される光信号が光パルスであっても、マッハツェンダ型光変調器３からの出力光信号内に駆動信号の繰り返し周波数ｆｃ成分が含まれている限り、マッハツェンダ型光変調器３のバイアス電圧を最適動作点に制御することができるとともに、実施の形態１と同様に、変調光の信号帯域が１０ＧＨｚ以上になっても、バイアス電圧制御を容易に行うことができ、駆動信号の波形歪みによる出力光信号の品質劣化を抑止することができる。
【００６９】
実施の形態４．
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。上述した実施の形態１〜３では、いずれも、光源１，２が１つの単一波長光源であったが、この実施の形態４では、複数の単一波長光源をマッハツェンダ型光変調器３に入力し、各単一波長光源からの光信号を一括して変調出力するようにしている。
【００７０】
図１０は、この発明の実施の形態４である光送信装置の構成を示すブロック図である。図１０において、光源３１は、実施の形態１に示した光源１に代えて設けられ、異なる３つの単一波長光源３１ａ〜３１ｃを有し、各単一波長光源３１ａ〜３１ｃからの光信号は、光カプラ２８を介してマッハツェンダ型光変調器３に出力される。また、分波器４とフォトダイオード５との間に、光フィルタ３２を設け、光フィルタ３２は、単一波長光源３１ａ〜３１ｃのいずれかの波長を選択的に透過させる。その他の構成は、実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００７１】
マッハツェンダ型光変調器３に入力される各単一波長光源３１ａ〜３１ｃの光信号は、駆動信号によって一括変調される。光フィルタ３２によって、１つの単一波長光源３１ａ〜３１ｃの波長光を選択して、この選択した波長光に対する駆動信号の周波数ｆｃ成分をバンドパスフィルタ１６によって抽出することによって、各単一波長光源３１ａ〜３１ｃに対するバイアス電圧制御を一括して行うことができる。なお、単一波長光源３１ａ〜３１ｃが時間に応じてオン／オフする場合には、オンしている単一波長光源３１ａ〜３１ｃの出力波長に会わせて光フィルタ３２の透過波長を制御するようにすればよい。
【００７２】
この実施の形態４によれば、波長多重光を一括して変調出力する光送信装置の場合にも、各単一波長光源３１ａ〜３１ｃが出力する波長光のいずれか１つの単一波長光を光フィルタ３２によって選択的に透過させ、この透過させた信号における駆動信号の周波数ｆｃ成分を抽出し、この周波数ｆｃ成分が最小となるようにバイアス電圧制御を行うことによって、波長多重光を一括変調するマッハツェンダ型光変調器３のバイアス電圧を最適動作点に近づけることができ、実施の形態１と同様に、駆動信号の波形歪みによる出力光信号の品質劣化を抑止することができる。
【００７３】
実施の形態５．
つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。上述した実施の形態１〜４では、いずれも、駆動信号の周波数ｆｃ成分あるいは周波数２ｆｃ成分を抽出し、このレベル値を最小あるいは最大とするフィードバック制御を行うことによって、マッハツェンダ型光変調器３の動作点を最適動作点に近づけるバイアス電圧制御を行うようにしていたが、この実施の形態５では、ディザ信号などの低周波信号をバイアス電圧に重畳し、同期検波を行うことによって、バイアス電圧制御を行うようにしている。
【００７４】
図１１は、この発明の実施の形態５である光送信装置の構成を示すブロック図である。図１１において、この光送信装置は、誤差信号生成回路７に代えて同期検波を行う誤差信号生成回路３７を設けるとともに、ディザ信号発生器１２をさらに設けている。ディザ信号発生器１２から出力されるディザ信号は、誤差信号生成回路３７およびバイアス電圧制御回路１０に入力される。その他の構成は、実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００７５】
誤差信号生成回路３７は、バンドパスフィルタ１６から出力された周波数ｆｃ成分の信号を増幅器８ａによって増幅し、この増幅した信号とディザ信号とをミキサ１７ａによってミキシングし、同期検波を行う。このミキシングされた信号は、増幅器８ｂによって増幅され、ローパスフィルタ９を介して低周波成分を誤差信号としてバイアス電圧制御回路１０の加算器１９ａに出力する。
【００７６】
バイアス電圧制御回路１０の加算器１９ａは、ＤＣ電源１８から出力されたバイアス電圧に誤差信号を加算するとともに、ディザ信号を重畳し、この重畳したバイアス電圧をインダクタ１１および接続点Ｔ１を介して、マッハツェンダ型光増幅器３に出力する。
【００７７】
このように、誤差信号生成回路３７では、バイアス電圧制御回路１０から出力される周波数ｆｃをディザ信号の周波数ｆ成分を用いて同期検波し、この同期検波結果によって、マッハツェンダ型光変調器の最適動作点方向を含む誤差信号を自動生成するようにしている。
【００７８】
なお、増幅器８ａ，８ｂは、演算増幅器を用いて構成することができる。また、増幅器８ａは、リニアアンプによって実現することが好ましい。さらに、フォトダイオード５は、駆動信号の周波数ｆｃ成分を受光でき、プリアンプ６は、駆動信号の周波数ｆｃ成分を増幅できる十分な帯域を有することが望ましい。
【００７９】
また、加算器１９ａに重畳されるディザ信号の振幅は、駆動信号の数％以下とすることによって、出力光信号の品質劣化は生じない。なお、誤差信号生成回路３７内に、バンドパスフィルタ１６、およびリニアアンプによって実現した増幅器８ａを用いることによって、光源１から出力される光信号の強度変動の影響をなくした誤差信号を得ることができる。
【００８０】
この実施の形態５によれば、ディザ信号を重畳した駆動信号の周波数ｆｃ成分を抽出し、この周波数ｆｃ成分をディザ信号と同期検波するようにしているので、マッハツェンダ型光変調器３の最適動作点方向を含む誤差信号を生成することができ、実施の形態１と同様に、駆動信号の波形歪みによる出力光信号の品質劣化を抑止することができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、駆動手段が、マッハツェンダ型の前記光変調器に駆動信号を入力し、光源から入力される光信号を変調出力し、変換手段が、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換し、抽出手段が、前記変換手段によって変換された電気信号内に含まれる前記駆動信号の周波数成分を抽出し、誤差信号生成手段が、前記抽出手段によって抽出された前記駆動信号の周波数成分の値を最小にするバイアス電圧の誤差信号を生成し、バイアス電圧制御手段が、前記バイアス電圧の誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するフィードバック制御を行うようにしているので、前記駆動信号に、ディザ信号のような低周波信号を重畳する装置構成を設けなくても、バイアス電圧制御を行うことができ、しかも、変調光の信号帯域が１０ＧＨｚ以上になっても、バイアス電圧制御を容易に行うことができ、駆動信号の波形歪みによる出力光信号の品質劣化を抑止することができるという効果を奏する。
【００８２】
つぎの発明によれば、駆動手段が、マッハツェンダ型の前記光変調器に駆動信号を入力し、光源から入力される光信号を変調出力し、変換手段が、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換し、抽出手段が、前記変換手段によって変換された電気信号内に含まれる前記駆動信号の２倍の周波数成分を抽出し、誤差信号生成手段が、前記抽出手段によって抽出された前記駆動信号の２倍の周波数成分の値を最大にするバイアス電圧の誤差信号を生成し、バイアス電圧制御手段が、前記バイアス電圧の誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するフィードバック制御を行うようにしているので、前記駆動信号に、ディザ信号のような低周波信号を重畳する装置構成を設けなくても、バイアス電圧制御を行うことができ、しかも、変調光の信号帯域が１０ＧＨｚ以上になっても、バイアス電圧制御を容易に行うことができ、駆動信号の波形歪みによる出力光信号の品質劣化を抑止することができるという効果を奏する。
【００８３】
つぎの発明によれば、前記光源が、前記駆動信号に同期し、該駆動信号の２倍のビットレートをもち、変調された光パルスを生成し、該光パルスを前記光変調器に入力し、前記光変調器が、前記駆動信号によって前記光パルスをパルス変調出力するようにしているので、光変調器に入力される光信号が光パルスであっても、前記駆動信号に、ディザ信号のような低周波信号を重畳する装置構成を設けずに、バイアス電圧制御を行うことができ、しかも、変調光の信号帯域が１０ＧＨｚ以上になっても、バイアス電圧制御を容易に行うことができ、駆動信号の波形歪みによる出力光信号の品質劣化を抑止することができるという効果を奏する。
【００８４】
つぎの発明によれば、光フィルタが、前記光変調器から出力された光信号を構成する複数の異なる単一波長光源の波長光のうちのいずれか一つの波長光を透過させ、抽出手段が、この透過した波長光内の駆動信号の周波数成分あるいは２倍の周波数成分を抽出し、誤差信号生成手段がバイアス電圧の誤差信号を生成して、バイアス電圧制御を行うようにしているので、変調光の信号帯域が１０ＧＨｚ以上で、多重波長光に対する一括変調出力を行う場合であっても、変調器の動作点を最適動作点に制御することができるという効果を奏する。
【００８５】
つぎの発明によれば、前記誤差信号生成手段が、前記抽出手段が抽出した駆動信号の周波数成分あるいは駆動信号の２倍の周波数成分にディザ信号を乗算して同期検波を行い、この同期検波結果を前記バイアス電圧の誤差信号として前記バイアス電圧制御手段に出力し、前記バイアス電圧制御手段が、前記バイアス電圧および前記ディザ信号に前記バイアス電圧の誤差信号を重畳した信号を前記変調器に印加するようにしているので、バイアス電圧制御の方向を含む誤差信号の自動生成が可能となり、変調光の信号帯域が１０ＧＨｚ以上になっても、バイアス電圧制御を容易に行うことができ、駆動信号の波形歪みによる出力光信号の品質劣化を抑止することができるという効果を奏する。
【００８６】
つぎの発明によれば、変換工程によって、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換し、抽出工程によって、前記変換工程によって変換された電気信号内の前記駆動信号の周波数成分を抽出し、誤差信号生成工程によって、前記抽出工程によって抽出された前記駆動信号の周波数成分の値を最小にするバイアス電圧の誤差信号を生成し、バイアス電圧制御工程によって、前記誤差信号生成工程によって生成された誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するフィードバック制御を行うようにしているので、前記駆動信号に、ディザ信号のような低周波信号を重畳する装置構成を設けなくても、バイアス電圧制御を行うことができ、しかも、変調光の信号帯域が１０ＧＨｚ以上になっても、バイアス電圧制御を容易に行うことができ、駆動信号の波形歪みによる出力光信号の品質劣化を抑止することができるという効果を奏する。
【００８７】
つぎの発明によれば、変換工程によって、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換し、抽出工程によって、前記変換工程によって変換された電気信号内の前記駆動信号の２倍の周波数成分を抽出し、誤差信号生成工程によって、前記抽出工程によって抽出された前記駆動信号の２倍の周波数成分の値を最大にするバイアス電圧の誤差信号を生成し、バイアス電圧制御工程によって、前記誤差信号生成工程によって生成された誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するフィードバック制御を行うようにしているので、前記駆動信号に、ディザ信号のような低周波信号を重畳する装置構成を設けなくても、バイアス電圧制御を行うことができ、しかも、変調光の信号帯域が１０ＧＨｚ以上になっても、バイアス電圧制御を容易に行うことができ、駆動信号の波形歪みによる出力光信号の品質劣化を抑止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１である光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 図１に示したマッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧が適正な値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器による変調動作を説明する図である。
【図３】 図１に示したマッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧が適正な値に比してやや高い値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器による変調動作を説明する図である。
【図４】 図１に示したマッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧が適正な値に比してやや低い値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器による変調動作を説明する図である。
【図５】 図１に示した誤差信号生成回路の詳細構成を示すブロック図である。
【図６】 図１に示した誤差信号生成回路による誤差信号発生処理手順を示すフローチャートである。
【図７】 この発明の実施の形態２である光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図８】 図７に示した誤差信号生成回路による誤差信号発生処理手順を示すフローチャートである。
【図９】 この発明の実施の形態３である光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】 この発明の実施の形態４である光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】 この発明の実施の形態５である光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】 従来の光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】 図８に示したマッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧が適正な値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器による変調動作を説明する図である。
【図１４】 図８に示したマッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧が適正な値に比してやや高い値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器による変調動作を説明する図である。
【図１５】 図８に示したマッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧が適正な値に比してやや低い値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器による変調動作を説明する図である。
【符号の説明】
１，２，３１ 光源、３ マッハツェンダ型光変調器、４ 分波器、５ フォトダイオード、６ プリアンプ、７，２７，３７ 誤差信号生成回路、７ａ レベル検出器、７ｂ ＣＰＵ、７ｃ Ｄ／Ａ変換器、１０ バイアス電圧制御回路、１１ インダクタ、１２ ディザ信号発生器、１４ 終端器、１６，２６ バンドパスフィルタ、１８ ＤＣ電源、１９ 加算器、２０ 出力端、２１ 入力端、２４ 駆動回路、２５ コンデンサ、２８ 光カプラ、３１ａ〜３１ｃ 単一波長光源、３２ 光フィルタ、Ｔ１ 接続点。
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信システムに用いられる外部変調方式の光送信装置およびこれに用いる光変調器のバイアス電圧制御方法に関し、特に、マッハツェンダ型の光変調器を用いた光送信装置およびこれに用いる光変調器のバイアス電圧制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、光通信システムでは、レーザダイオードに対する駆動電流によって光変調信号を生成し、駆動電流である電気信号に比例した光の強度信号を得る直接変調方式が用いられていた。しかし、伝送速度が数Ｇｂｉｔ／ｓを超える超高速・広帯域光通信システムでは、直接変調時において光の波長が変化するチャーピングが発生し、このチャーピングが伝送容量を制限する。
【０００３】
一方、外部変調方式は、チャーピングの発生が少なく、１０ＧＨｚ以上の動作帯域であっても、比較的簡単に変調することができ、超高速・広帯域の大容量光通信システムに適用されつつある。外部変調器として最も一般的な光変調器は、リチウムナイオベイト（ＬｉＮｂＯ3：Lithium Niobate）を用いたマッハツェンダ（Mach-Zehnder）型光変調器である。
【０００４】
このマッハツェンダ型光変調器を用いて、変調信号Ｓ（ｔ）で変調した出力光信号Ｉ（ｔ）は、次式（１）で表される。すなわち、
Ｉ（ｔ）＝ｋ｛１＋cos（β・Ｓ（ｔ）＋δ）｝ …（１）
である。ここで、「ｋ」は、比例係数であり、「β」は、変調度であり、「δ」は、マッハツェンダ型光変調器の動作点の位相である。
【０００５】
変調信号Ｓ（ｔ）を２値のディジタル信号とし、変調度βをβ＝πとし、適切なＤＣ電圧（バイアス電圧）をマッハツェンダ型光変調器に印加して初期の位相δをδ＝π／２とすると、マッハツェンダ型光変調器は、変調信号Ｓ（ｔ）に比例してオン／オフする出力光信号Ｉ（ｔ）を出力する。
【０００６】
ここで、変調度βをβ＝２πとし、適切なバイアス電圧をマッハツェンダ型光変調器に印加して初期の位相δをδ＝０とし、さらに変調信号Ｓ（ｔ）として、繰り返し周波数ｆｃの正弦波を入力すると、出力光信号Ｉ（ｔ）は、次式（２）で表される。すなわち、
Ｉ（ｔ）＝ｋ｛１＋cos（２π・sin（２πｆｃ（ｔ））｝ …（２）
である。したがって、式（２）が示す出力光信号Ｉ（ｔ）は、繰り返し周波数ｆｃの２倍の繰り返し周波数２ｆｃでオン／オフする光信号として出力される。
【０００７】
ここで、位相δの値が一定であれば、問題ないが、通常のリチウムナイオベイトを用いた光変調器では、その動作点がドリフトしてしまうという問題点がある。このドリフトには、温度変化がもたらす焦電効果による熱ドリフトと、光変調器の電極に印加したバイアス電圧が光変調器の素子表面上に形成する電荷分布によって生起するＤＣドリフトとの２つのドリフトがある。これらのドリフトによる動作点変動を補償するには、最適な動作点となるようにバイアス電圧を光変調器に印加する必要がある。
【０００８】
図１２は、このリチウムナイオベイトを用いた光変調器に印加されるバイアス電圧を安定化させることができる従来の光送信装置の構成を示すブロック図である（特開平５−１４２５０４号公報参照）。図１２において、光源１０１から出射された連続光は、リチウムナイオベイトを用いたマッハツェンダ型光変調器１０３に入力される。マッハツェンダ型光変調器１０３には、終端器１１４が接続されるとともに、接続点Ｔ１を介してマッハツェンダ型光変調器１０３を駆動する駆動信号およびバイアス電圧が印加される。
【０００９】
マッハツェンダ型光変調器１０３によって変調された出力光信号は、分波器１０４を介して出力端１２０に出力されるとともに、一部の出力光信号は、フォトダイオード１０５に入力される。フォトダイオード１０５は、入力された一部の出力光信号を電気信号に変換し、プリアンプ１０６によって、この電気信号を増幅し、同期検波回路１０７に出力する。
【００１０】
同期検波回路１０７は、プリアンプ１０６から入力された電気信号とディザ信号発生器１１２から出力された低周波信号との同期検波を行う。同期検波回路１０７は、ミキサ１１７を有し、プリアンプ１０６から入力された電気信号とディザ信号発生器１１２から出力された低周波信号とをミキシングする。ミキシングされた信号は、演算増幅器１０８を介して低域透過フィルタ１０９に入力され、低域透過された信号は、バイアス電圧制御回路１１０に出力される。
【００１１】
バイアス電圧制御回路１１０は、ＤＣ電源１１８と加算器１１９とを有し、加算器１１９は、同期検波回路１０７から出力された信号と、ＤＣ電源１１８から出力されたバイアス電圧を加算し、インダクタ１１１を介して、接続点Ｔ１からマッハツェンダ型光変調器１０３にバイアス電圧として出力する。一方、駆動信号は、入力端１２１から入力され、駆動回路１２４を介して低周波重畳回路１１３に出力する。低周波重畳回路１１３は、入力された駆動信号とディザ信号発生器１１２から出力された低周波信号とを重畳し、コンデンサを介し、接続点Ｔ１からマッハツェンダ型光変調器１０３に駆動信号として印加する。したがって、接続点Ｔ１からは、ともに低周波信号が重畳された駆動信号、およびバイアス電圧制御されたバイアス電圧がマッハツェンダ型光変調器１０３に印加されることになる。
【００１２】
ここで、図１３〜図１５を参照して、従来の光送信装置によるマッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧制御方法について説明する。図１３は、バイアス電圧（位相δ）が適正な値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器１０３による変調動作を説明する図である。図１３において、マッハツェンダ型光変調器１０３の動作特性曲線１３０は、式（１）で示した動作特性曲線を示し、バイアス電圧（位相δ）が適正に設定された状態を示している。この場合、マッハツェンダ型光変調器１０３に、低周波信号が重畳された駆動信号（入力信号）１３１が入力されると、駆動信号１３１は、動作特性曲線１３０によって変調され、出力光信号１３２として出力される。この出力光信号１３２には、駆動信号に重畳された低周波信号の低周波成分（ｆ［Ｈｚ］）が含まれておらず、低周波成分（ｆ［Ｈｚ］）の２倍の低周波成分（２ｆ［Ｈｚ］）が発生している。したがって、出力光信号１３２の一部をフォトダイオード１０５で受光し、さらにプリアンプ１０６で増幅した後、同期検波回路１０７によって同期検波した信号の出力は、「０」となる。この場合、バイアス電圧制御回路１１０の加算器１１９において加算される信号成分はないため、現在のバイアス電圧がそのまま維持され、マッハツェンダ型光変調器１０３に印加される。
【００１３】
一方、図１４は、バイアス電圧が適正な値に比してやや高い値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器１０３による変調動作を説明する図である。図１４において、マッハツェンダ型光変調器１０３の動作特性曲線１４０は、バイアス電圧が適正な値に比してやや高い値に設定された状態を示している。この場合、マッハツェンダ型光変調器１０３に、低周波信号が重畳された駆動信号１３１と同じ駆動信号１４１がマッハツェンダ型光変調器１０３に入力されると、駆動信号１４１は、動作特性曲線１４０によって変調され、出力光信号１４２として出力される。この出力光信号１４２は、駆動信号に重畳された低周波信号の低周波成分（ｆ［Ｈｚ］）が含まれ、この低周波成分（ｆ［Ｈｚ］）の位相は、駆動信号に重畳された低周波成分（ｆ［Ｈｚ］）の位相に対して反転している。したがって、同期検波回路１０７は、低周波成分（ｆ［Ｈｚ］）を同期検波するとともに、その出力を「負」電圧としてバイアス電圧制御回路１１０に出力する。この場合、バイアス電圧制御回路１１０の加算器１１９は、ＤＣ電源１１８から出力されるバイアス電圧に負の電圧を加算し、現在のバイアス電圧を小さくし、適正なバイアス電圧の値に近づける制御を行う。
【００１４】
また、図１５は、バイアス電圧が適正な値に比してやや低い値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器１０３による変調動作を説明する図である。図１５において、マッハツェンダ型光変調器１０３の動作特性曲線１５０は、バイアス電圧が適正な値に比してやや低い値に設定された状態を示している。この場合、マッハツェンダ型光変調器１０３に、低周波信号が重畳された駆動信号１３１と同じ駆動信号１５１がマッハツェンダ型光変調器１０３に入力されると、駆動信号１５１は、動作特性曲線１５０によって変調され、出力光信号１５２として出力される。この出力光信号１５２は、駆動信号に重畳された低周波信号の低周波成分（ｆ［Ｈｚ］）が含まれ、この低周波成分（ｆ［Ｈｚ］）の位相は、駆動信号に重畳された低周波成分（ｆ［Ｈｚ］）の位相に一致している。したがって、同期検波回路１０７は、低周波成分（ｆ［Ｈｚ］）を同期検波するとともに、その出力を「正」電圧としてバイアス電圧制御回路１１０に出力する。この場合、バイアス電圧制御回路１１０の加算器１１９は、ＤＣ電源１１８から出力されるバイアス電圧に正の電圧を加算し、現在のバイアス電圧を大きくし、適正なバイアス電圧の値に近づける制御を行う。
【００１５】
このようにして、従来の光送信装置のマッハツェンダ型光変調器に印加されるバイアス電圧制御では、マッハツェンダ型光変調器１０３から出力される出力光信号の一部を検出し、バイアス電圧の最適動作点からのずれに対応した誤差信号を同期検波回路１０７が生成し、バイアス電圧制御回路１１０が、この誤差信号が小さくなるようにバイアス電圧を制御し、安定したバイアス電圧を維持するようにしている。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の光送信装置のマッハツェンダ型光変調器１０３に印加されるバイアス電圧制御では、駆動信号に低周波信号を重畳するようにしているが、この低周波信号を駆動信号に重畳する低周波重畳回路１１３は、図示しない電圧制御アッテネータや電圧制御可変利得増幅器などのデバイスを用いているため、駆動信号の帯域が１０ＧＨｚ以上になると、これらのデバイスの動作帯域が不足し、マッハツェンダ型光変調器１０３に印加すべき駆動信号に波形歪みが発生することによって、出力光信号の品質劣化が生ずるという問題点があった。
【００１７】
また、駆動回路１２４も、駆動信号の帯域が２０ＧＨｚ以上になると、駆動回路１２４の動作帯域が不足し、駆動信号に波形歪みを発生させ、これによって出力光信号の品質劣化が生ずるという問題点があった。
【００１８】
なお、従来の光送信装置は、駆動信号の繰り返し周波数ｆｃに比例した出力光信号を得るものであったが、駆動信号の繰り返し周波数ｆｃの２倍の繰り返し周波数２ｆｃをもつ出力光信号を出力する光送信装置であっても、マッハツェンダ型光変調器におけるバイアス電圧の安定化制御ができることが要望されている。
【００１９】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、出力信号光の繰り返し周波数２ｆｃに対し、駆動信号の繰り返し周波数はｆｃで良く、容易にバイアス電圧の安定化制御を行うことができる光送信装置およびこれに用いる光変調器のバイアス電圧制御方法を得ることを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる光送信装置は、駆動信号の２倍の周波数をもつ光パルス列を送信出力する光送信装置において、マッハツェンダ型の光変調器と、前記光変調器に光信号を入力する光源と、前記光変調器に前記駆動信号を入力する駆動手段と、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換する変換手段と、前記変換手段によって変換された電気信号内に含まれる前記駆動信号の周波数成分を抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された前記駆動信号の周波数成分の値を最小にするバイアス電圧の誤差信号を生成する誤差信号生成手段と、前記バイアス電圧の誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するバイアス電圧制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、駆動手段が、マッハツェンダ型の前記光変調器に駆動信号を入力し、光源から入力される光信号を変調出力し、変換手段が、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換し、抽出手段が、前記変換手段によって変換された電気信号内に含まれる前記駆動信号の周波数成分を抽出し、誤差信号生成手段が、前記抽出手段によって抽出された前記駆動信号の周波数成分の値を最小にするバイアス電圧の誤差信号を生成し、バイアス電圧制御手段が、前記バイアス電圧の誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するフィードバック制御を行うようにしている。
【００２２】
つぎの発明にかかる光送信装置は、駆動信号の２倍の周波数をもつ光パルス列を送信出力する光送信装置において、マッハツェンダ型の光変調器と、前記光変調器に光信号を入力する光源と、前記光変調器に前記駆動信号を入力する駆動手段と、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換する変換手段と、前記変換手段によって変換された電気信号内に含まれる前記駆動信号の２倍の周波数成分を抽出する抽出手段と、前記抽出手段によって抽出された前記駆動信号の２倍の周波数成分の値を最大にするバイアス電圧の誤差信号を生成する誤差信号生成手段と、前記バイアス電圧の誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するバイアス電圧制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、駆動手段が、マッハツェンダ型の前記光変調器に駆動信号を入力し、光源から入力される光信号を変調出力し、変換手段が、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換し、抽出手段が、前記変換手段によって変換された電気信号内に含まれる前記駆動信号の２倍の周波数成分を抽出し、誤差信号生成手段が、前記抽出手段によって抽出された前記駆動信号の２倍の周波数成分の値を最大にするバイアス電圧の誤差信号を生成し、
バイアス電圧制御手段が、前記バイアス電圧の誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するフィードバック制御を行うようにしている。
【００２４】
つぎの発明にかかる光送信装置は、上記の発明において、前記光源は、前記駆動信号に同期し、該駆動信号の２倍のビットレートをもち、変調された光パルスを生成し、該光パルスを前記光変調器に入力し、前記光変調器は、前記駆動信号によって前記光パルスをパルス変調出力することを特徴とする。
【００２５】
この発明によれば、前記光源が、前記駆動信号に同期し、該駆動信号の２倍のビットレートをもち、変調された光パルスを生成し、該光パルスを前記光変調器に入力し、前記光変調器が、前記駆動信号によって前記光パルスをパルス変調出力するようにしている。
【００２６】
つぎの発明にかかる光送信装置は、上記の発明において、前記光源は、複数の異なる単一波長光源を備え、前記変換手段の前段に設けられ、前記光変調器から出力された光信号を構成する複数の異なる単一波長光源の波長光のうちのいずれか一つの波長光を透過させる光フィルタをさらに備えたことを特徴とする。
【００２７】
この発明によれば、光フィルタが、前記光変調器から出力された光信号を構成する複数の異なる単一波長光源の波長光のうちのいずれか一つの波長光を透過させ、抽出手段が、この透過した波長光内の駆動信号の周波数成分あるいは２倍の周波数成分を抽出し、誤差信号生成手段がバイアス電圧の誤差信号を生成して、バイアス電圧制御を行うようにしている。
【００２８】
つぎの発明にかかる光送信装置は、上記の発明において、前記誤差信号生成手段および前記バイアス電圧制御手段に入力するディザ信号を発生するディザ信号発生手段をさらに備え、前記誤差信号生成手段は、前記抽出手段が抽出した駆動信号の周波数成分あるいは駆動信号の２倍の周波数成分にディザ信号を乗算して同期検波を行い、この同期検波結果を前記バイアス電圧の誤差信号として前記バイアス電圧制御手段に出力し、前記バイアス電圧制御手段は、前記バイアス電圧および前記ディザ信号に前記バイアス電圧の誤差信号を重畳した信号を前記変調器に印加することを特徴とする。
【００２９】
この発明によれば、前記誤差信号生成手段が、前記抽出手段が抽出した駆動信号の周波数成分あるいは駆動信号の２倍の周波数成分にディザ信号を乗算して同期検波を行い、この同期検波結果を前記バイアス電圧の誤差信号として前記バイアス電圧制御手段に出力し、前記バイアス電圧制御手段が、前記バイアス電圧および前記ディザ信号に前記バイアス電圧の誤差信号を重畳した信号を前記変調器に印加するようにしている。
【００３０】
つぎの発明にかかる光送信装置に用いる光変調器のバイアス電圧制御方法は、マッハツェンダ型の光変調器に光信号を入力するとともに、駆動信号およびバイアス電圧を印加し、該駆動信号の２倍の周波数をもつ光パルス列を送信出力する光送信装置に用いる光変調器のバイアス電圧制御方法において、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換する変換工程と、前記変換工程によって変換された電気信号内の前記駆動信号の周波数成分を抽出する抽出工程と、前記抽出工程によって抽出された前記駆動信号の周波数成分の値を最小にするバイアス電圧の誤差信号を生成する誤差信号生成工程と、前記誤差信号生成工程によって生成された誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するバイアス電圧制御工程と、を含むことを特徴とする。
【００３１】
この発明によれば、変換工程によって、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換し、抽出工程によって、前記変換工程によって変換された電気信号内の前記駆動信号の周波数成分を抽出し、誤差信号生成工程によって、前記抽出工程によって抽出された前記駆動信号の周波数成分の値を最小にするバイアス電圧の誤差信号を生成し、バイアス電圧制御工程によって、前記誤差信号生成工程によって生成された誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するフィードバック制御を行うようにしている。
【００３２】
つぎの発明にかかる光送信装置に用いる光変調器のバイアス電圧制御方法は、マッハツェンダ型の光変調器に光信号を入力するとともに、駆動信号およびバイアス電圧を印加し、該駆動信号の２倍の周波数をもつ光パルス列を送信出力する光送信装置に用いる光変調器のバイアス電圧制御方法において、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換する変換工程と、前記変換工程によって変換された電気信号内の前記駆動信号の２倍の周波数成分を抽出する抽出工程と、前記抽出工程によって抽出された前記駆動信号の２倍の周波数成分の値を最大にするバイアス電圧の誤差信号を生成する誤差信号生成工程と、前記誤差信号生成工程によって生成された誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するバイアス電圧制御工程と、を含むことを特徴とする。
【００３３】
この発明によれば、変換工程によって、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換し、抽出工程によって、前記変換工程によって変換された電気信号内の前記駆動信号の２倍の周波数成分を抽出し、誤差信号生成工程によって、前記抽出工程によって抽出された前記駆動信号の２倍の周波数成分の値を最大にするバイアス電圧の誤差信号を生成し、バイアス電圧制御工程によって、前記誤差信号生成工程によって生成された誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するフィードバック制御を行うようにしている。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光送信装置およびこれに用いる光変調器のバイアス電圧制御方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００３５】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である光送信装置の構成を示すブロック図である。図１において、光源１から出射された連続光は、リチウムナイオベイトを用いたマッハツェンダ型光変調器３に入力される。マッハツェンダ型光変調器３には、終端器１４が接続されるとともに、接続点Ｔ１を介してマッハツェンダ型光変調器３を駆動する駆動信号（ｆｃ［Ｈｚ］）およびバイアス電圧が印加される。
【００３６】
マッハツェンダ型光変調器３によって変調された出力光信号は、分波器４を介して出力端２０に出力されるとともに、一部の出力光信号は、フォトダイオード５に入力される。フォトダイオード５は、入力された一部の出力光信号を電気信号に変換し、プリアンプ６に入力する。プリアンプ６は、この電気信号を増幅し、バンドパスフィルタ１６に入力する。バンドパスフィルタ１６は、入力された電気信号に含まれる周波数ｆｃ成分を選択的に透過させ、誤差信号生成回路７に出力する。誤差信号生成回路７は、バンドパスフィルタ１６を透過した周波数ｆｃ成分のレベルを検出し、この検出値をもとに、バイアス電圧の誤差を示す誤差信号を生成し、バイアス電圧制御回路１０に出力する。
【００３７】
バイアス電圧制御回路１０は、ＤＣ電源１８と加算器１９とを有し、加算器１９は、誤差信号生成回路７から出力された信号と、ＤＣ電源１８から出力された誤差信号を加算し、インダクタ１１を介して、接続点Ｔ１からマッハツェンダ型光変調器３にバイアス電圧として出力する。一方、駆動信号は、入力端２１から入力され、駆動回路２４およびコンデンサ２５を介し、接続点Ｔ１からマッハツェンダ型光変調器３に駆動信号として印加する。したがって、接続点Ｔ１からは、周波数ｆｃ成分の駆動信号、およびバイアス電圧制御されたバイアス電圧がマッハツェンダ型光変調器３に印加されることになる。なお、フォトダイオード５は、周波数ｆｃ成分を受光でき、プリアンプ６は、周波数ｆｃ成分を増幅できる十分な帯域を持つことが望ましい。
【００３８】
ここで、図２〜図４を参照して、図１に示した光送信装置によるマッハツェンダ型光変調器３のバイアス電圧制御について説明する。図２は、バイアス電圧（位相δ）が適正な値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器３による変調動作を説明する図である。なお、図２（ａ）は、マッハツェンダ型光変調器３に入力された駆動信号と出力光信号との関係を示し、図２（ｂ）は、フォトダイオード５が検出した出力光信号のスペクトル分布を示す図である。
【００３９】
図２において、マッハツェンダ型光変調器３の動作特性曲線２０ａは、式（１）で示した動作特性曲線を示し、バイアス電圧（位相δ）が適正に設定された状態を示している。この場合、式（２）に対応し、変調度βをβ＝２πとし、初期の位相δをδ＝０に設定され、マッハツェンダ型光変調器３は、繰り返し周波数ｆｃ［Ｈｚ］の駆動信号２０ｂによって、繰り返し周波数ｆｃ［Ｈｚ］の２倍の繰り返し周波数２ｆｃ［Ｈｚ］をもつ出力光信号２０ｃとして出力する。
【００４０】
分波器４は、一部の出力光信号２０ｃを分岐し、フォトダイオード５に出力する。フォトダイオードによって検出され、電気信号に変換された信号は、プリアンプ６に入力される。プリアンプ６によって増幅された信号は、バンドパスフィルタ１６に入力される。バンドパスフィルタ１６は、出力光信号２０ｃ内に含まれる駆動信号２０ｂに対応した繰り返し周波数ｆｃ成分のみを透過させ、誤差信号生成回路７に出力する。
【００４１】
ここで、図２（ｂ）に示すように、出力光信号のスペクトルには、周波数ｆｃ成分が含まれず、周波数２ｆｃ成分のみが含まれる。この結果、バンドパスフィルタ１６から出力される信号の値は、「０」となる。ここで、誤差信号生成回路７は、バンドパスフィルタ１６の信号の値をもとに、誤差信号を生成するが、この値が「０」であるため、誤差信号生成回路７から出力される誤差信号の値も、「０」となる。この結果、バイアス電圧制御回路１０は、現在のバイアス電圧を維持したバイアス電圧を、インダクタ１１および接続点Ｔ１を介してマッハツェンダ型光変調器３に印加する。
【００４２】
これに対し、図３は、マッハツェンダ型光変調器３に印加されるバイアス電圧が適正な値に比してやや高い値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器３による変調動作を説明する図である。なお、図３（ａ）は、マッハツェンダ型光変調器３に入力された駆動信号と出力光信号との関係を示し、図３（ｂ）は、フォトダイオード５が検出した出力光信号のスペクトル分布を示す図である。図３（ａ）に示したマッハツェンダ型光変調器３の動作特性曲線２１ａは、図２（ａ）に示した動作特性曲線２０ａに比して、バイアス電圧がやや高い値に設定された状態となっている。
【００４３】
分波器４は、一部の出力光信号２１ｃを分岐し、フォトダイオード５に出力する。フォトダイオードによって検出され、電気信号に変換された信号は、プリアンプ６に入力される。プリアンプ６によって増幅された信号は、バンドパスフィルタ１６に入力される。バンドパスフィルタ１６は、出力光信号２１ｃ内に含まれる駆動信号２１ｂに対応した繰り返し周波数ｆｃ成分のみを透過させ、誤差信号生成回路７に出力する。
【００４４】
ここで、図３（ｂ）に示すように、出力光信号のスペクトルには、周波数ｆｃ成分が含まれ、周波数２ｆｃ成分も含まれる。この結果、バンドパスフィルタ１６からは、周波数ｆｃ成分の値が誤差信号生成回路７に出力される。ここで、誤差信号生成回路７は、バンドパスフィルタ１６の信号の値に対応した誤差信号を生成し、バイアス電圧制御回路１０の加算器１９に出力する。加算器１９は、ＤＣ電源１８から入力されるバイアス電圧に、誤差信号を加算し、この加算したバイアス電圧を、インダクタ１１および接続点Ｔ１を介してマッハツェンダ型光変調器３に印加する。これによって、マッハツェンダ型光変調器３の動作点が最適動作点に近づく。
【００４５】
これに対し、図４は、マッハツェンダ型光変調器３に印加されるバイアス電圧が適正な値に比してやや低い値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器３による変調動作を説明する図である。なお、図４（ａ）は、マッハツェンダ型光変調器３に入力された駆動信号と出力光信号との関係を示し、図４（ｂ）は、フォトダイオード５が検出した出力光信号のスペクトル分布を示す図である。図４に示したマッハツェンダ型光変調器３の動作特性曲線２２ａは、図２に示した動作特性曲線２０ａに比して、バイアス電圧がやや低い値に設定された状態となっている。
【００４６】
分波器４は、一部の出力光信号２２ｃを分岐し、フォトダイオード５に出力する。フォトダイオードによって検出され、電気信号に変換された信号は、プリアンプ６に入力される。プリアンプ６によって増幅された信号は、バンドパスフィルタ１６に入力される。バンドパスフィルタ１６は、出力光信号２２ｃ内に含まれる駆動信号２２ｂに対応した繰り返し周波数ｆｃ成分のみを透過させ、誤差信号生成回路７に出力する。
【００４７】
ここで、図４（ｂ）に示すように、出力光信号のスペクトルには、周波数ｆｃ成分が含まれ、周波数２ｆｃ成分も含まれる。この結果、バンドパスフィルタ１６からは、周波数ｆｃ成分の値が誤差信号生成回路７に出力される。ここで、誤差信号生成回路７は、バンドパスフィルタ１６の信号の値に対応した誤差信号を生成し、バイアス電圧制御回路１０の加算器１９に出力する。加算器１９は、ＤＣ電源１８から入力されるバイアス電圧に、誤差信号を加算し、この加算したバイアス電圧を、インダクタ１１および接続点Ｔ１を介してマッハツェンダ型光変調器３に印加する。これによって、マッハツェンダ型光変調器３の動作点が最適動作点に近づく。
【００４８】
ここで、誤差信号生成回路７の構成および処理について説明する。図５は、図１に示した誤差信号生成回路７の構成を示すブロック図である。図５において、レベル検出器７ａは、バンドパスフィルタ１６から入力された周波数ｆｃ成分のレベルを検出し、ＣＰＵ７ｂに出力する。ＣＰＵ７ｂは、レベル検出器７ａによるレベル検出結果をもとに誤差信号を生成し、Ｄ／Ａ変換器７ｃに出力する。Ｄ／Ａ変換器７ｃは、ＣＰＵ７ｂから出力されたディジタルの誤差信号を、アナログの誤差信号に変換し、バイアス電圧制御回路１０の加算器１９に誤差信号として出力する。
【００４９】
図６は、誤差信号生成回路７による誤差信号生成処理手順を示すフローチャートである。図６において、ＣＰＵ７ｂは、バイアス電圧制御回路１０が出力するバイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）をバイアス電圧Ｖｂとして設定し、誤差信号を「０」として出力する（ステップＳ１０１）。その後、レベル検出器７ａは、バイアス電圧Ｖｂ印加時におけるレベル値Ｖｃ（Ｖｂ）を測定する（ステップＳ１０２）。
【００５０】
その後、バイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）を、＋ΔＶ変化させたバイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）＝Ｖｂ＋ΔＶに設定し、「＋ΔＶ」を誤差信号として出力する（ステップＳ１０３）。その後、バイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）＝Ｖｂ＋ΔＶ印加時におけるレベル値Ｖｃ（Ｖｂ＋ΔＶ）を測定する（ステップＳ１０４）。
【００５１】
そして、レベル値Ｖｃ（Ｖｂ）がレベル値Ｖｃ（Ｖｂ＋ΔＶ）に比して大きいか否かを判断し（ステップＳ１０５）、レベル値Ｖｃが大きい場合（ステップＳ１０５，ＹＥＳ）には、バイアス電圧Ｖｂをバイアス電圧（Ｖｂ＋ΔＶ）に設定し、「＋ΔＶ」を誤差信号として、バイアス電圧制御回路１０に出力し（ステップＳ１０６）、ステップＳ１０１に移行する。
【００５２】
一方、レベル値Ｖｃがレベル値Ｖｃ（Ｖｂ＋ΔＶ）に比して大きくない場合（ステップＳ１０５，ＮＯ）には、バイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）を、−ΔＶ変化させるバイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）＝Ｖｂ−ΔＶに設定し、「−ΔＶ」を誤差信号として出力する（ステップＳ１０７）。その後、バイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）＝Ｖｂ−ΔＶ印加時におけるレベル値Ｖｃ（Ｖｂ−ΔＶ）を測定する（ステップＳ１０８）。
【００５３】
そして、レベル値Ｖｃ（Ｖｂ）がレベル値Ｖｃ（Ｖｂ−ΔＶ）に比して大きいか否かを判断し（ステップＳ１０９）、レベル値Ｖｃが大きい場合（ステップＳ１０９，ＹＥＳ）には、バイアス電圧Ｖｂをバイアス電圧（Ｖｂ−ΔＶ）に設定し、「−ΔＶ」を誤差信号として、バイアス電圧制御回路１０に出力し（ステップＳ１１０）、ステップＳ１０１に移行する。一方、レベル値Ｖｃが大きくない場合（ステップＳ１０９，ＮＯ）には、バイアス電圧Ｖｂをバイアス電圧Ｖｂ＝Ｖｂに設定し、「０」を誤差信号として、バイアス電圧制御回路１０に出力し（ステップＳ１１１）、ステップＳ１０１に移行する。このようなフィードバック制御によって、バイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）を最適動作点に近づけることができる。すなわち、周波数ｆｃ成分のレベル値を最小にすることで、バイアス電圧を最適動作点に近づけるようにしている。
【００５４】
なお、上述した実施の形態１では、接続点Ｔ１において、駆動信号とバイアス電圧とを合成し、この合成した信号をマッハツェンダ型光変調器３に印加するようにしているが、これに限らず、駆動信号とバイアス電圧とを異なる入力端から入力するマッハツェンダ型光変調器にも適用できる。
【００５５】
さらに、フォトダイオード６の前段に光フィルタをさらに設けるようにしてもよい。光源１から出力される光信号に不要な波長成分や雑音成分が含まれている場合、この光フィルタによって出力光信号成分の波長を選択的に透過させることができ、この結果、全体的に精度の高いバイアス電圧制御が可能になるからである。
【００５６】
この実施の形態１によれば、マッハツェンダ型光変調器３の出力光信号をフォトダイオード５で検出して電気信号に変換し、バンドパスフィルタ１６によって駆動信号の周波数ｆｃ成分を抽出し、マッハツェンダ型光変調器３の動作点の誤差信号を生成し、この誤差信号をバイアス電圧制御回路１０を介してフィードバック制御するようにしているので、マッハツェンダ型光変調器３の動作点のドリフトによる出力光信号の品質廉価を抑圧することができ、しかも、安定した周波数２ｆｃの光パルス列を生成することができる。
【００５７】
実施の形態２．
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、バンドパスフィルタ１６が駆動信号の周波数ｆｃ成分を抽出し、この周波数ｆｃ成分が最小となるようにバイアス電圧制御を行っていたが、この実施の形態２では、バンドパスフィルタ１６に代えて、駆動信号の周波数ｆｃの２倍の周波数２ｆｃ成分を抽出するバンドパスフィルタ２６を設け、このバンドパスフィルタ２６が抽出する周波数２ｆｃ成分が最大となるようにバイアス電圧制御を行うようにしている。
【００５８】
図７は、この発明の実施の形態２である光送信装置の構成を示すブロック図である。図７において、バンドパスフィルタ２６は、上述したように、駆動信号の周波数ｆｃ成分の２倍の周波数２ｆｃ成分を透過させ、誤差信号生成回路２７に出力する。誤差信号生成回路２７は、周波数２ｆｃ成分のレベル値が最大となる誤差信号を生成する。その他の構成は、実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００５９】
ここで、図８に示すフローチャートを参照して、誤差信号生成回路２７による誤差信号生成処理手順について説明する。図７において、誤差信号生成回路２７は、バイアス電圧制御回路１０が出力するバイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）をバイアス電圧Ｖｂとして設定し、誤差信号を「０」として出力する（ステップＳ２０１）。その後、バイアス電圧Ｖｂ印加時における周波数２ｆｃ成分のレベル値Ｖｃ２（Ｖｂ）を測定する（ステップＳ２０２）。
【００６０】
その後、バイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）を、＋ΔＶ変化させたバイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）＝Ｖｂ＋ΔＶに設定し、「＋ΔＶ」を誤差信号として出力する（ステップＳ２０３）。その後、バイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）＝Ｖｂ＋ΔＶ印加時における周波数２ｆｃ成分のレベル値Ｖｃ２（Ｖｂ＋ΔＶ）を測定する（ステップＳ２０４）。
【００６１】
そして、レベル値Ｖｃ２（Ｖｂ）がレベル値Ｖｃ２（Ｖｂ＋ΔＶ）に比して小さいか否かを判断し（ステップＳ２０５）、レベル値Ｖｃ２が小さい場合（ステップＳ２０５，ＹＥＳ）には、バイアス電圧Ｖｂをバイアス電圧（Ｖｂ＋ΔＶ）に設定し、「＋ΔＶ」を誤差信号として、バイアス電圧制御回路１０に出力し（ステップＳ２０６）、ステップＳ２０１に移行する。
【００６２】
一方、レベル値Ｖｃ２がレベル値Ｖｃ２（Ｖｂ＋ΔＶ）に比して小さくない場合（ステップＳ２０５，ＮＯ）には、バイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）を、−ΔＶ変化させるバイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）＝Ｖｂ−ΔＶに設定し、「−ΔＶ」を誤差信号として出力する（ステップＳ２０７）。その後、バイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）＝Ｖｂ−ΔＶ印加時における周波数２ｆｃ成分のレベル値Ｖｃ２（Ｖｂ−ΔＶ）を測定する（ステップＳ２０８）。
【００６３】
そして、レベル値Ｖｃ２（Ｖｂ）がレベル値Ｖｃ２（Ｖｂ−ΔＶ）に比して小さいか否かを判断し（ステップＳ２０９）、レベル値Ｖｃ２が小さい場合（ステップＳ２０９，ＹＥＳ）には、バイアス電圧Ｖｂをバイアス電圧（Ｖｂ−ΔＶ）に設定し、「−ΔＶ」を誤差信号として、バイアス電圧制御回路１０に出力し（ステップＳ２１０）、ステップＳ２０１に移行する。一方、レベル値Ｖｃ２が小さくない場合（ステップＳ２０９，ＮＯ）には、バイアス電圧Ｖｂをバイアス電圧Ｖｂ＝Ｖｂに設定し、「０」を誤差信号として、バイアス電圧制御回路１０に出力し（ステップＳ２１１）、ステップＳ２０１に移行する。このようなフィードバック制御によって、バイアス電圧Ｖｂ（Ｔ）を最適動作点に近づけることができる。すなわち、周波数２ｆｃ成分のレベル値を最大にすることで、バイアス電圧を最適動作点に近づけるようにしている。
【００６４】
この実施の形態２によれば、マッハツェンダ型光変調器３の出力光信号をフォトダイオード５で検出して電気信号に変換し、バンドパスフィルタ１６によって駆動信号の周波数２ｆｃ成分を抽出し、周波数２ｆｃ成分の値が最大となるように、マッハツェンダ型光変調器３の動作点の誤差信号を生成し、この誤差信号をバイアス電圧制御回路１０を介してフィードバック制御するようにしているので、マッハツェンダ型光変調器３の動作点のドリフトによる出力光信号の品質廉価を抑圧することができ、しかも、安定した周波数２ｆｃの光パルス列を生成することができる。
【００６５】
実施の形態３．
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。上述した実施の形態１，２では、光源１が連続光を出力し、駆動信号によって、この連続光を変調するようにしていたが、この実施の形態３では、光源１が、駆動信号に同期した光パルスを出力し、駆動信号を用いてマッハツェンダ型光変調器３からパルス変調された光信号を出力できるようにしている。
【００６６】
図９は、この発明の実施の形態３である光送信装置の構成を示すブロック図である。図９において、光源２は、駆動信号（周波数ｆｃ［Ｈｚ］）に同期した光パルスを出力するパルス光源であり、たとえば、駆動信号の繰り返し周波数ｆｃの２倍のビットレートを有する光パルスを出力する。その他の構成は、実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００６７】
光源２は、たとえば、半導体レーザをゲインスイッチングして光パルスを出力する装置、ファイバ型光増幅器を用いたリング発振器、マッハツェンダ型光変調器によって連続光をパルス状に変調出力する装置などによって実現することができる。この場合、光源２から出力された光パルスは、マッハツェンダ型光変調器３によって変調されるため、出力端２０から出力される出力光信号は、パルス変調されたＲＺ信号となる。したがって、分波器４を介してフォトダイオード５が検出する信号も、ＲＺ信号となる。バンドパスフィルタ１６は、繰り返し周波数ｆｃ成分を透過させ、この透過させた信号を誤差信号生成回路７に出力するようにしているので、実施の形態１と同様にして、マッハツェンダ型光変調器３の動作点を最適動作点に近づけるバイアス電圧制御を行うことができる。
【００６８】
この実施の形態３によれば、マッハツェンダ型光変調器３に入力される光信号が光パルスであっても、マッハツェンダ型光変調器３からの出力光信号内に駆動信号の繰り返し周波数ｆｃ成分が含まれている限り、マッハツェンダ型光変調器３のバイアス電圧を最適動作点に制御することができるとともに、実施の形態１と同様に、変調光の信号帯域が１０ＧＨｚ以上になっても、バイアス電圧制御を容易に行うことができ、駆動信号の波形歪みによる出力光信号の品質劣化を抑止することができる。
【００６９】
実施の形態４．
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。上述した実施の形態１〜３では、いずれも、光源１，２が１つの単一波長光源であったが、この実施の形態４では、複数の単一波長光源をマッハツェンダ型光変調器３に入力し、各単一波長光源からの光信号を一括して変調出力するようにしている。
【００７０】
図１０は、この発明の実施の形態４である光送信装置の構成を示すブロック図である。図１０において、光源３１は、実施の形態１に示した光源１に代えて設けられ、異なる３つの単一波長光源３１ａ〜３１ｃを有し、各単一波長光源３１ａ〜３１ｃからの光信号は、光カプラ２８を介してマッハツェンダ型光変調器３に出力される。また、分波器４とフォトダイオード５との間に、光フィルタ３２を設け、光フィルタ３２は、単一波長光源３１ａ〜３１ｃのいずれかの波長を選択的に透過させる。その他の構成は、実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００７１】
マッハツェンダ型光変調器３に入力される各単一波長光源３１ａ〜３１ｃの光信号は、駆動信号によって一括変調される。光フィルタ３２によって、１つの単一波長光源３１ａ〜３１ｃの波長光を選択して、この選択した波長光に対する駆動信号の周波数ｆｃ成分をバンドパスフィルタ１６によって抽出することによって、各単一波長光源３１ａ〜３１ｃに対するバイアス電圧制御を一括して行うことができる。なお、単一波長光源３１ａ〜３１ｃが時間に応じてオン／オフする場合には、オンしている単一波長光源３１ａ〜３１ｃの出力波長に会わせて光フィルタ３２の透過波長を制御するようにすればよい。
【００７２】
この実施の形態４によれば、波長多重光を一括して変調出力する光送信装置の場合にも、各単一波長光源３１ａ〜３１ｃが出力する波長光のいずれか１つの単一波長光を光フィルタ３２によって選択的に透過させ、この透過させた信号における駆動信号の周波数ｆｃ成分を抽出し、この周波数ｆｃ成分が最小となるようにバイアス電圧制御を行うことによって、波長多重光を一括変調するマッハツェンダ型光変調器３のバイアス電圧を最適動作点に近づけることができ、実施の形態１と同様に、駆動信号の波形歪みによる出力光信号の品質劣化を抑止することができる。
【００７３】
実施の形態５．
つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。上述した実施の形態１〜４では、いずれも、駆動信号の周波数ｆｃ成分あるいは周波数２ｆｃ成分を抽出し、このレベル値を最小あるいは最大とするフィードバック制御を行うことによって、マッハツェンダ型光変調器３の動作点を最適動作点に近づけるバイアス電圧制御を行うようにしていたが、この実施の形態５では、ディザ信号などの低周波信号をバイアス電圧に重畳し、同期検波を行うことによって、バイアス電圧制御を行うようにしている。
【００７４】
図１１は、この発明の実施の形態５である光送信装置の構成を示すブロック図である。図１１において、この光送信装置は、誤差信号生成回路７に代えて同期検波を行う誤差信号生成回路３７を設けるとともに、ディザ信号発生器１２をさらに設けている。ディザ信号発生器１２から出力されるディザ信号は、誤差信号生成回路３７およびバイアス電圧制御回路１０に入力される。その他の構成は、実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。
【００７５】
誤差信号生成回路３７は、バンドパスフィルタ１６から出力された周波数ｆｃ成分の信号を増幅器８ａによって増幅し、この増幅した信号とディザ信号とをミキサ１７ａによってミキシングし、同期検波を行う。このミキシングされた信号は、増幅器８ｂによって増幅され、ローパスフィルタ９を介して低周波成分を誤差信号としてバイアス電圧制御回路１０の加算器１９ａに出力する。
【００７６】
バイアス電圧制御回路１０の加算器１９ａは、ＤＣ電源１８から出力されたバイアス電圧に誤差信号を加算するとともに、ディザ信号を重畳し、この重畳したバイアス電圧をインダクタ１１および接続点Ｔ１を介して、マッハツェンダ型光増幅器３に出力する。
【００７７】
このように、誤差信号生成回路３７では、バイアス電圧制御回路１０から出力される周波数ｆｃをディザ信号の周波数ｆ成分を用いて同期検波し、この同期検波結果によって、マッハツェンダ型光変調器の最適動作点方向を含む誤差信号を自動生成するようにしている。
【００７８】
なお、増幅器８ａ，８ｂは、演算増幅器を用いて構成することができる。また、増幅器８ａは、リニアアンプによって実現することが好ましい。さらに、フォトダイオード５は、駆動信号の周波数ｆｃ成分を受光でき、プリアンプ６は、駆動信号の周波数ｆｃ成分を増幅できる十分な帯域を有することが望ましい。
【００７９】
また、加算器１９ａに重畳されるディザ信号の振幅は、駆動信号の数％以下とすることによって、出力光信号の品質劣化は生じない。なお、誤差信号生成回路３７内に、バンドパスフィルタ１６、およびリニアアンプによって実現した増幅器８ａを用いることによって、光源１から出力される光信号の強度変動の影響をなくした誤差信号を得ることができる。
【００８０】
この実施の形態５によれば、ディザ信号を重畳した駆動信号の周波数ｆｃ成分を抽出し、この周波数ｆｃ成分をディザ信号と同期検波するようにしているので、マッハツェンダ型光変調器３の最適動作点方向を含む誤差信号を生成することができ、実施の形態１と同様に、駆動信号の波形歪みによる出力光信号の品質劣化を抑止することができる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、駆動手段が、マッハツェンダ型の前記光変調器に駆動信号を入力し、光源から入力される光信号を変調出力し、変換手段が、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換し、抽出手段が、前記変換手段によって変換された電気信号内に含まれる前記駆動信号の周波数成分を抽出し、誤差信号生成手段が、前記抽出手段によって抽出された前記駆動信号の周波数成分の値を最小にするバイアス電圧の誤差信号を生成し、バイアス電圧制御手段が、前記バイアス電圧の誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するフィードバック制御を行うようにしているので、前記駆動信号に、ディザ信号のような低周波信号を重畳する装置構成を設けなくても、バイアス電圧制御を行うことができ、しかも、変調光の信号帯域が１０ＧＨｚ以上になっても、バイアス電圧制御を容易に行うことができ、駆動信号の波形歪みによる出力光信号の品質劣化を抑止することができるという効果を奏する。
【００８２】
つぎの発明によれば、駆動手段が、マッハツェンダ型の前記光変調器に駆動信号を入力し、光源から入力される光信号を変調出力し、変換手段が、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換し、抽出手段が、前記変換手段によって変換された電気信号内に含まれる前記駆動信号の２倍の周波数成分を抽出し、誤差信号生成手段が、前記抽出手段によって抽出された前記駆動信号の２倍の周波数成分の値を最大にするバイアス電圧の誤差信号を生成し、バイアス電圧制御手段が、前記バイアス電圧の誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するフィードバック制御を行うようにしているので、前記駆動信号に、ディザ信号のような低周波信号を重畳する装置構成を設けなくても、バイアス電圧制御を行うことができ、しかも、変調光の信号帯域が１０ＧＨｚ以上になっても、バイアス電圧制御を容易に行うことができ、駆動信号の波形歪みによる出力光信号の品質劣化を抑止することができるという効果を奏する。
【００８３】
つぎの発明によれば、前記光源が、前記駆動信号に同期し、該駆動信号の２倍のビットレートをもち、変調された光パルスを生成し、該光パルスを前記光変調器に入力し、前記光変調器が、前記駆動信号によって前記光パルスをパルス変調出力するようにしているので、光変調器に入力される光信号が光パルスであっても、前記駆動信号に、ディザ信号のような低周波信号を重畳する装置構成を設けずに、バイアス電圧制御を行うことができ、しかも、変調光の信号帯域が１０ＧＨｚ以上になっても、バイアス電圧制御を容易に行うことができ、駆動信号の波形歪みによる出力光信号の品質劣化を抑止することができるという効果を奏する。
【００８４】
つぎの発明によれば、光フィルタが、前記光変調器から出力された光信号を構成する複数の異なる単一波長光源の波長光のうちのいずれか一つの波長光を透過させ、抽出手段が、この透過した波長光内の駆動信号の周波数成分あるいは２倍の周波数成分を抽出し、誤差信号生成手段がバイアス電圧の誤差信号を生成して、バイアス電圧制御を行うようにしているので、変調光の信号帯域が１０ＧＨｚ以上で、多重波長光に対する一括変調出力を行う場合であっても、変調器の動作点を最適動作点に制御することができるという効果を奏する。
【００８５】
つぎの発明によれば、前記誤差信号生成手段が、前記抽出手段が抽出した駆動信号の周波数成分あるいは駆動信号の２倍の周波数成分にディザ信号を乗算して同期検波を行い、この同期検波結果を前記バイアス電圧の誤差信号として前記バイアス電圧制御手段に出力し、前記バイアス電圧制御手段が、前記バイアス電圧および前記ディザ信号に前記バイアス電圧の誤差信号を重畳した信号を前記変調器に印加するようにしているので、バイアス電圧制御の方向を含む誤差信号の自動生成が可能となり、変調光の信号帯域が１０ＧＨｚ以上になっても、バイアス電圧制御を容易に行うことができ、駆動信号の波形歪みによる出力光信号の品質劣化を抑止することができるという効果を奏する。
【００８６】
つぎの発明によれば、変換工程によって、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換し、抽出工程によって、前記変換工程によって変換された電気信号内の前記駆動信号の周波数成分を抽出し、誤差信号生成工程によって、前記抽出工程によって抽出された前記駆動信号の周波数成分の値を最小にするバイアス電圧の誤差信号を生成し、バイアス電圧制御工程によって、前記誤差信号生成工程によって生成された誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するフィードバック制御を行うようにしているので、前記駆動信号に、ディザ信号のような低周波信号を重畳する装置構成を設けなくても、バイアス電圧制御を行うことができ、しかも、変調光の信号帯域が１０ＧＨｚ以上になっても、バイアス電圧制御を容易に行うことができ、駆動信号の波形歪みによる出力光信号の品質劣化を抑止することができるという効果を奏する。
【００８７】
つぎの発明によれば、変換工程によって、前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換し、抽出工程によって、前記変換工程によって変換された電気信号内の前記駆動信号の２倍の周波数成分を抽出し、誤差信号生成工程によって、前記抽出工程によって抽出された前記駆動信号の２倍の周波数成分の値を最大にするバイアス電圧の誤差信号を生成し、バイアス電圧制御工程によって、前記誤差信号生成工程によって生成された誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するフィードバック制御を行うようにしているので、前記駆動信号に、ディザ信号のような低周波信号を重畳する装置構成を設けなくても、バイアス電圧制御を行うことができ、しかも、変調光の信号帯域が１０ＧＨｚ以上になっても、バイアス電圧制御を容易に行うことができ、駆動信号の波形歪みによる出力光信号の品質劣化を抑止することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１である光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 図１に示したマッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧が適正な値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器による変調動作を説明する図である。
【図３】 図１に示したマッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧が適正な値に比してやや高い値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器による変調動作を説明する図である。
【図４】 図１に示したマッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧が適正な値に比してやや低い値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器による変調動作を説明する図である。
【図５】 図１に示した誤差信号生成回路の詳細構成を示すブロック図である。
【図６】 図１に示した誤差信号生成回路による誤差信号発生処理手順を示すフローチャートである。
【図７】 この発明の実施の形態２である光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図８】 図７に示した誤差信号生成回路による誤差信号発生処理手順を示すフローチャートである。
【図９】 この発明の実施の形態３である光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】 この発明の実施の形態４である光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】 この発明の実施の形態５である光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】 従来の光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】 図８に示したマッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧が適正な値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器による変調動作を説明する図である。
【図１４】 図８に示したマッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧が適正な値に比してやや高い値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器による変調動作を説明する図である。
【図１５】 図８に示したマッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧が適正な値に比してやや低い値である場合におけるマッハツェンダ型光変調器による変調動作を説明する図である。
【符号の説明】
１，２，３１ 光源、３ マッハツェンダ型光変調器、４ 分波器、５ フォトダイオード、６ プリアンプ、７，２７，３７ 誤差信号生成回路、７ａ レベル検出器、７ｂ ＣＰＵ、７ｃ Ｄ／Ａ変換器、１０ バイアス電圧制御回路、１１ インダクタ、１２ ディザ信号発生器、１４ 終端器、１６，２６ バンドパスフィルタ、１８ ＤＣ電源、１９ 加算器、２０ 出力端、２１ 入力端、２４ 駆動回路、２５ コンデンサ、２８ 光カプラ、３１ａ〜３１ｃ 単一波長光源、３２ 光フィルタ、Ｔ１ 接続点。
Claims (7)
- 駆動信号の２倍の周波数をもつ光パルス列を送信出力する光送信装置において、
マッハツェンダ型の光変調器と、
前記光変調器に光信号を入力する光源と、
前記光変調器に前記駆動信号を入力する駆動手段と、
前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換する変換手段と、
前記変換手段によって変換された電気信号内に含まれる前記駆動信号の周波数成分を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された前記駆動信号の周波数成分の値を最小にするバイアス電圧の誤差信号を生成する誤差信号生成手段と、
前記バイアス電圧の誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するバイアス電圧制御手段と、
を備えたことを特徴とする光送信装置。 - 駆動信号の２倍の周波数をもつ光パルス列を送信出力する光送信装置において、
マッハツェンダ型の光変調器と、
前記光変調器に光信号を入力する光源と、
前記光変調器に前記駆動信号を入力する駆動手段と、
前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換する変換手段と、
前記変換手段によって変換された電気信号内に含まれる前記駆動信号の２倍の周波数成分を抽出する抽出手段と、
前記抽出手段によって抽出された前記駆動信号の２倍の周波数成分の値を最大にするバイアス電圧の誤差信号を生成する誤差信号生成手段と、
前記バイアス電圧の誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するバイアス電圧制御手段と、
を備えたことを特徴とする光送信装置。 - 前記光源は、前記駆動信号に同期し、該駆動信号の２倍のビットレートをもつ変調された光パルスを生成し、該光パルスを前記光変調器に入力し、
前記光変調器は、前記駆動信号によって前記光パルスをパルス変調出力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。 - 前記光源は、複数の異なる単一波長光源を備え、
前記変換手段の前段に設けられ、前記光変調器から出力された光信号を構成する複数の異なる単一波長光源の波長光のうちのいずれか一つの波長光を透過させる光フィルタをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光送信装置。 - 前記誤差信号生成手段および前記バイアス電圧制御手段に入力するディザ信号を発生するディザ信号発生手段をさらに備え、
前記誤差信号生成手段は、前記抽出手段が抽出した駆動信号の周波数成分あるいは駆動信号の２倍の周波数成分にディザ信号を乗算して同期検波を行い、この同期検波結果を前記バイアス電圧の誤差信号として前記バイアス電圧制御手段に出力し、
前記バイアス電圧制御手段は、前記バイアス電圧および前記ディザ信号に前記バイアス電圧の誤差信号を重畳した信号を前記変調器に印加することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光送信装置。 - マッハツェンダ型の光変調器に光信号を入力するとともに、駆動信号およびバイアス電圧を印加し、該駆動信号の２倍の周波数をもつ光パルス列を送信出力する光送信装置に用いる光変調器のバイアス電圧制御方法において、
前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換する変換工程と、
前記変換工程によって変換された電気信号内の前記駆動信号の周波数成分を抽出する抽出工程と、
前記抽出工程によって抽出された前記駆動信号の周波数成分の値を最小にするバイアス電圧の誤差信号を生成する誤差信号生成工程と、
前記誤差信号生成工程によって生成された誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するバイアス電圧制御工程と、
を含むことを特徴とする光送信装置に用いる光変調器のバイアス電圧制御方法。 - マッハツェンダ型の光変調器に光信号を入力するとともに、駆動信号およびバイアス電圧を印加し、該駆動信号の２倍の周波数をもつ光パルス列を送信出力する光送信装置に用いる光変調器のバイアス電圧制御方法において、
前記光変調器から出力された光信号の一部を取り出し、電気信号に変換する変換工程と、
前記変換工程によって変換された電気信号内の前記駆動信号の２倍の周波数成分を抽出する抽出工程と、
前記抽出工程によって抽出された前記駆動信号の２倍の周波数成分の値を最大にするバイアス電圧の誤差信号を生成する誤差信号生成工程と、
前記誤差信号生成工程によって生成された誤差信号を加算したバイアス電圧を前記光変調器に印加するバイアス電圧制御工程と、
を含むことを特徴とする光送信装置に用いる光変調器のバイアス電圧制御方法。
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