JP4409022B2

JP4409022B2 - Light intensity modulated light source

Info

Publication number: JP4409022B2
Application number: JP36848099A
Authority: JP
Inventors: 敏夫坂根
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 1999-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2019-12-24
Also published as: JP2001183613A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信、光信号処理等の分野において用いられ、特に、安定した光出力を持った光信号を発生させる際に用いて好適な光強度変調光源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信で使用される信号の速度がより高速になって来ており、従来から光信号の光源として用いられている半導体レーザにおいて内部変調によって光強度を変調する方法では、その固有な特性であるチャープにより光の特性が変化してしまい、光信号の伝送距離が制限される。そのため、光源の外部で光変調を行う外部変調によって光の強度を変調して光信号を出力する導波路型光強度変調器を用いた光強度変調光源が、その高速性やチャープゼロ、一定範囲内での変調特性の良好な直線性等の理由により、使用されて来ている。
この導波路型光強度変調器において、その変調特性を示す変調曲線は、例えば図７に示す変調曲線Ｗ１０のような正弦波形となる。通常、導波路型光強度変調器の動作点は、変調曲線の最大光出力の１／２に対応する中点に設定される場合が多く、バイアス電圧Ｖ１０が導波路型光強度変調器に印加されることによって変調曲線Ｗ１０の中点Ｐ１０に動作点が設定される。
【０００３】
ところで、導波路型光強度変調器の変調曲線Ｗ１０は、固定のバイアス電圧Ｖ１０が印加された状態では、例えば変調曲線Ｗ１１へとシフトして、その動作点は中点Ｐ１０から点Ｐ１３へとずれてしまう。その結果、導波路型光強度変調器によって変調された光出力は、歪んだものとなる。
このように導波路型光強度変調器の変調曲線１０がシフトしてずれた動作点Ｐ１３を変調曲線Ｗ１１の中点Ｐ１１に補正するための制御を行う光変調装置として、例えば、特開平５−１００１９４号公報または特開平５−２４９４１８号公報に記載される装置が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来の光変調装置は、変調曲線Ｗ１１のように光透過特性（光挿入損失）が変化しない場合には、導波路型光強度変調器の動作点を補正することができたが、変調曲線Ｗ１２のように光透過特性（光挿入損失）が変化することによって動作点が変調曲線の中点からはずれた場合には、そのずれた動作点を補正することはできない。
例えば、図７に示す変調曲線Ｗ１０が、導波路型光強度変調器の光挿入損失の変化によって変調曲線Ｗ１２に変わったとする。従来の光変調装置では動作点を点Ｐ１４としてしまい、変調曲線Ｗ１２の中点である点Ｐ１２ではないため変調ひずみを生じてしまう。
そのために、従来の光変調装置を用いた光強度変調光源は、導波路型光強度変調器の光挿入損失が変化した場合には、歪みのない安定した光出力を持った光信号を発生することができないという問題点があった。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は歪みのない安定した光出力を持った光信号を発生することができる光強度変調光源を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、導波路型光強度変調器の光強度変調特性を示す変調曲線が、導波路型光強度変調器に印加される直流電圧によって発生する内部電荷が外部印加電界を打ち消す現象であるＤＣドリフトや、周囲の温度変化によってシフトすること、または、周囲の温度変化によって導波路型光強度変調器の光透過特性（光挿入損失）が変化することの知見に基づき、以下に示す手段を具備してなるものである。
請求項１に記載の発明は、一定の光強度の光を発生する光源と、入力される前記光の光強度を変調し被変調光として出力する光強度変調器と、前記光強度変調器が出力する被変調光の一部を分岐しモニタ光として出力する光分岐器と、前記モニタ光を電気信号に変換して出力する光電変換回路と、第一の基準電圧を発生する第一の可変電圧発生器と、前記第一の基準電圧と前記光電変換回路から出力される電気信号の電圧との差分電圧を増幅する差動増幅器と、第二の基準電圧を発生する第二の可変電圧発生器と、前記差動増幅器によって増幅された差分電圧を前記第二の基準電圧に加算する加算回路と、前記加算回路からの出力に基づいて前記光強度変調器にバイアス電圧を印加するバイアス駆動手段と、を具備してなる光強度変調光源であって、バイアス信号を発生させる前記第二の可変電圧発生器が発生する電圧値を前記光強度変調器の光強度変調特性の変調曲線の中点に対応する電圧値に設定し、この設定された電圧値を前記第二の基準電圧の値に設定し、この第二の基準電圧値の設定下状態で前記差分電圧がゼロになるときの前記第一の可変電圧発生器が発生する電圧値を前記第一の基準電圧の値としたことを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第二の可変電圧発生器により直流電圧を発生させた時の出力光の最大光強度出力を測定し、該最大光強度出力の半値の光強度出力が得られる該直流電圧の値を前記第二の基準電圧の値とし、該最大光強度出力の半値の光強度出力が得られる該直流電圧を発生させた状態において、前記光電変換回路から出力される信号の電圧の値を前記第一の基準電圧の値としたことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第二の可変電圧発生器により発生させた直流電圧に低周波交流信号を重畳してバイアス信号とし、前記第二の可変電圧発生器が発生する直流電圧値を変化させて、前記モニタ光に含まれる前記低周波交流信号の２倍の周波数成分がゼロとなる時の該直流電圧値を前記第二の基準電圧の値とし、前記第二の可変電圧発生器が発生する直流電圧値を変化させて、前記モニタ光に含まれる前記低周波交流信号の２倍の周波数成分がゼロとなる時の前記被変調光の平均光強度に相当する電圧値を前記第一の基準電圧の値としたことを特徴とする。
【０００７】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、低周波信号を発生する低周波信号発生器と、前記光強度変調器に印加するバイアス電圧に前記低周波信号を重畳する重畳手段と、前記モニタ光に含まれる前記低周波信号成分を検波する検波手段と、前記検波手段から出力される検波出力信号に基づいて前記光強度変調器の変調特性の傾きの符号を判別し、この結果に基づいて前記光強度変調器の初期動作点を設定することを特徴とする。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記第一の基準電圧値および前記第二の基準電圧値が設定された後に、前記低周波信号発生器からの信号をオフにすることを特徴とする。
【０００８】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５に記載の発明において、前記差動増幅器によって増幅された差分電圧の符号を反転する符号反転手段と、前記差動増幅器によって増幅された差分電圧と前記符号反転手段によって符号が反転された差分電圧とのいずれかを選択する選択手段と、を具備することを特徴とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項５に記載の発明において、前記光強度変調器が内部に設置され、内部の温度を一定に保持する恒温槽を具備することを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
先ず、本発明の一実施形態に用いられる導波路型光強度変調器の構成と動作について説明する。導波路型光強度変調器においては、ニオブ酸リチウム（LiNbO3；ＬＮ）結晶の表面にチタン（Ti）等の金属が拡散されて導波路が形成される。
図２は、その導波路型光強度変調器（以下、ＬＮ変調器と称する）５の構成を示すブロック図である。この図において、ニオブ酸リチウム結晶２０の表面に導波路２３、２４が形成されている。光ファイバ４を介して入力される入力光は、入力導波路２１を通り、Ｙ分岐２２によって等量の光に分岐されて、導波路２３と導波路２４へ出力される。これら導波路２３、２４へ入力された光は、導波路２３、２４の近傍に設けられた変調電極２７、２８へ端子２９または端子３０から印加される信号に応じて、それぞれの光位相が変調される。次いで、それぞれ光位相が変調された光は、Ｙ合波２５によって合波され、出力導波路２６を介して光ファイバ８へ光強度の変化を受けた被変調光として出力される。上述したニオブ酸リチウム結晶２０の表面に形成されたＬＮ変調器チップは、ケース３１に光ファイバ４、８及び端子２９、３０と共に固定される。
【００１０】
図４は、上述したＬＮ変調器５の光強度変調特性の一例である変調曲線Ｗ１〜Ｗ３を示す波形図である。この図において、ＬＮ変調器５に入力される光の強度は横軸にとられた印加電圧に応じて、縦軸に示す光出力へと強度変調される。
ＬＮ変調器５の変調曲線は、変調曲線Ｗ１〜Ｗ３に示すような正弦波形となる。このＬＮ変調器５の変調曲線Ｗ１〜Ｗ３において、その動作点は変調曲線Ｗ１〜Ｗ３の中点であるＰ１〜Ｐ３、Ｐ４などに設定される。これら中点Ｐ１〜Ｐ３、Ｐ４などにおいて、各変調曲線Ｗ１〜Ｗ３の直線性の良い変調特性が得られる。
【００１１】
次に、図１は、本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。この図において、半導体レーザ１は温度制御回路（以下、ＡＴＣ；Auto Temperature Controlと称する）２によって、その温度が一定に保たれており、出力する光の波長が安定化される。また、この半導体レーザ１から出力される光は、定出力化回路（ＡＰＣ；Auto Power Control）３によって安定した光強度に保たれ、光ファイバ４へ出力される。この光ファイバ４には、偏波保持ファイバが用いられており、半導体レーザ１の出力光の偏光状態は保たれる。
この光ファイバ４を介してＬＮ変調器５に入力される入力光は、上述したように光強度が変調された被変調光として光ファイバ８に出力され、光分岐器９によって出力光Ｂ１と分岐光Ｂ２とに分岐される。この光分岐器９によって分岐された出力光Ｂ１が光ファイバ１７によって伝送される光信号となる。一方、光分岐器９によって分岐された分岐光Ｂ２は、光ファイバ１８を介し、モニタ光としてバイアス制御回路１２へ入力される。
なお、分岐光Ｂ２としては、例えば、被変調光の５％程度が光分岐器９によって分岐され、残り９５％程度が出力光Ｂ１として出力される。
【００１２】
次いで、変調信号発生器１０によって発生される変調信号Ａ１は、コネクタ１１に接続されて、ＬＮ変調器５の端子２９に入力される。また、バイアス制御回路１２から出力されるバイアス信号Ａ２は、バイアスＴ回路１３のコイル１４を介してコネクタ１５に接続され、ＬＮ変調器５の端子３０に入力される。このバイアス信号Ａ２が接続されるバイアスＴ回路１３のコネクタ１５と反対端は、コンデンサＣ１を介して終端器１６に接続されており、変調電極２７を介して伝搬される変調信号Ａ１を無反射で吸収する。
このＬＮ変調器５に入力されるバイアス信号Ａ２は、ＬＮ変調器５の動作点電圧となり、ＬＮ変調器５の入力光の光強度が変調信号Ａ１に応じて変調される。例えば、ＬＮ変調器５の変調特性が図４に示される変調曲線Ｗ１であった場合、バイアス信号Ａ２の電圧（バイアス電圧）をＶ１に設定すれば、その動作点は中点Ｐ１となり直線性の良い変調特性が得られる。この直線性の良い変調特性に設定されたＬＮ変調器５は、入力される変調信号Ａ１に応じて入力光の光強度を変調し良好な被変調光を出力する。
なお、上述した本発明の一実施形態においては、ＬＮ変調器５へ動作点電圧を印加する構成として、終端器１６をバイアスＴ回路１３に接続する構成を用いたが、この構成に限定されるものではない。
【００１３】
ところで、例えば、ＬＮ変調器５の変調曲線が図４に示す変調曲線Ｗ１である場合に、バイアス信号Ａ２の電圧をＶ１に設定し、ＬＮ変調器５の動作点を中点Ｐ１に設定したとする。すると固定のバイアス電圧Ｖ１がＬＮ変調器５に印加された状態では、周辺の温度変化やＤＣドリフトなどにより、変調曲線Ｗ１が、例えば変調曲線Ｗ２へとシフトして、ＬＮ変調器５の動作点は中点Ｐ１から点Ｐ２ａへとずれてしまう。
しかしながら、図１に示す本発明の一実施形態においては、ＬＮ変調器５は恒温槽６内に設置されており、このＬＮ変調器５が設置された恒温槽６内の温度はＡＴＣ７によって一定に保たれるので、ＬＮ変調器５の温度も一定に保持される。したがって、温度が変化することによって、ＬＮ変調器５の変調曲線がシフトすることを回避することができる。
なお、恒温槽６内の温度の安定度としては、例えば、光出力の光強度変化を０．５ｄＢ以内に抑えるためには、温度変化を０．５℃以内にする必要がある。
【００１４】
次に、温度変化以外のＤＣドリフト等による変調曲線のシフトによってずれたＬＮ変調器５の動作点が補正されるように、バイアス電圧を制御するバイアス制御回路１２について説明する。
図３は、バイアス制御回路１２の構成を示す回路図である。
先ず、この図を参照して、図４に示す変調曲線Ｗ１の中点Ｐ１にＬＮ変調器５の初期動作点を設定し、変調曲線の傾きの符号が正である中点に動作点を保持する回路の構成と動作について説明する。
初めに、可変電圧発生器４７が発生する第二基準信号Ｓ６の電圧は、図４に示す変調曲線Ｗ１の中点Ｐ１のバイアス電圧Ｖ１に対応する値に設定されている。
この図３において、光分岐器９によって分岐された分岐光Ｂ２は、光ファイバ１８を介して光電変換回路４０の光電変換素子４１に入力され、この入力される光量に比例した電流が光電変換素子４１から出力される。この光電変換素子４１から出力される電流が、演算増幅器４２によって抵抗Ｒ１に応じた電圧に変換され、信号Ｓ１として出力される。
【００１５】
次いで、この光電変換回路４０から出力される信号Ｓ１は差動増幅器４４の負入力端子に接続される。また、差動増幅器４４の正入力端子には可変電圧発生器４３によって発生された第一基準信号Ｓ２が接続され、この第一基準信号Ｓ２の電圧と負入力端子に接続される信号Ｓ１の電圧との差分電圧が、利得Ｇの差動増幅器４４によって増幅され信号Ｓ３として出力される。この第一基準信号Ｓ２と信号Ｓ１との差分電圧は、第一基準信号Ｓ２の電圧が信号Ｓ１の電圧より大きい場合に正符号となる。
【００１６】
次いで、その差動増幅器４４から出力される信号Ｓ３は、スイッチ４５を介して抵抗Ｒ２〜Ｒ４及び演算増幅器４８から構成される加算回路５０へ入力され、可変電圧発生器４７が発生する第二基準信号Ｓ６と加算されて出力される。この加算回路５０から出力される信号Ｓ７は、増幅器４９によって変調電極２７、２８を駆動するに足りる電圧に増幅され、バイアス信号Ａ２として出力される。
なお、ＬＮ変調器５の動作点を変調曲線の傾きの符号が正である中点に設定した場合には、スイッチ４５が信号Ｓ３を信号Ｓ４として出力するように、入力端子４５ａと出力端子４５ｃとを接続する。
また、ＬＮ変調器５の初期動作点が設定済であり、その動作点を変調曲線の傾きの符号が初期動作点と同一である中点に保持するオペレーション状態ではスイッチ５４をオフにする。
【００１７】
さて、上述した可変電圧発生器４３によって発生される第一基準信号Ｓ２の電圧は、変調曲線Ｗ１の中点Ｐ１にて変調された分岐光Ｂ２の光強度に対応する値であり、ＬＮ変調器５の動作点が中点Ｐ１に保持されれば、第一基準信号Ｓ２と信号Ｓ１との差分電圧はゼロとなるので信号Ｓ３の電圧もゼロとなる。
一方、この第一基準信号Ｓ２と信号Ｓ１との間に生じた差分電圧は、ＬＮ変調器５の動作点のずれを示す。また、この動作点のずれを示す差分電圧を増幅した信号Ｓ３の電圧符号は、バイアス電圧を制御する方向と一致している。
【００１８】
例えば、図４に示す変調曲線Ｗ１が右方向へずれて変調曲線Ｗ２となった場合、中点Ｐ１にて変調された分岐光Ｂ２の光強度に比して、バイアス電圧Ｖ１に対応する動作点Ｐ２ａの光強度は小さい。したがって、この時の信号Ｓ１の電圧は第一基準信号Ｓ２の電圧より小さくなり、信号Ｓ３の符号は正となる。この正符号の信号Ｓ３が第二基準信号Ｓ６の電圧に加算され、バイアス信号Ａ２として出力されることによって、バイアス電圧はＶ１より大きくなるので、ＬＮ変調器５の動作点のずれが動作点Ｐ２ａから中点Ｐ２へと右方向へ補正される。
【００１９】
一方、図４に示す変調曲線Ｗ１が左方向へずれて変調曲線Ｗ３となった場合、中点Ｐ１にて変調された分岐光Ｂ２の光強度に比して、バイアス電圧Ｖ１に対応する動作点Ｐ３ａの光強度は大きい。したがって、この時の信号Ｓ１の電圧は第一基準信号Ｓ２の電圧より大きくなり、信号Ｓ３の符号は負となる。この負符号の信号Ｓ３が第二基準信号Ｓ６の電圧に加算され、バイアス信号Ａ２として出力されることによって、バイアス電圧はＶ１より小さくなるので、ＬＮ変調器５の動作点のずれが動作点Ｐ３ａから中点Ｐ３へと左方向へ補正される。
このように、第一基準信号Ｓ２と信号Ｓ１との間に生じた差分電圧をゼロにするように、すなわち、分岐光Ｂ２の光強度が変調曲線の中点の動作点による光強度に相当するように、バイアス信号Ａ２の制御が行われることによって、ＬＮ変調器５の動作点はその変調曲線の中点に保持される。
【００２０】
次に、図４に示す変調曲線Ｗ１の中点Ｐ４にＬＮ変調器５の初期動作点を設定し、変調曲線の傾きの符号が負である中点に動作点を保持する場合には、信号Ｓ３が反転増幅器４６によって符号反転された信号Ｓ５を信号Ｓ４として出力するように、スイッチ４５の入力端子４５ｂと出力端子４５ｃとを接続する。また、第二基準信号Ｓ６の電圧は、図４に示す変調曲線Ｗ１の中点Ｐ４のバイアス電圧Ｖ４に対応する値に設定されている。また、可変電圧発生器４３によって発生される第一基準信号Ｓ２の電圧は、変調曲線Ｗ１の中点Ｐ４にて変調された分岐光Ｂ２の光強度に対応する値である。なお、その他の回路構成と動作は、上述した変調曲線の傾きの符号が正である中点に動作点を保持する場合と同様である。
【００２１】
次いで、そのスイッチ４５〜出力される信号Ｓ４を第二基準信号Ｓ６に加算し、増幅器４９によって増幅後、バイアス信号Ａ２として出力する。したがって、上述した動作点を変調曲線の傾きの符号が正である中点に保持する場合とは、逆方向にバイアス電圧が制御されてＬＮ変調器５の動作点のずれが補正されるので、変調曲線の傾きの符号が負である中点に動作点が保持されることになる。
なお、上述したバイアス制御回路１２において、可変電圧発生器４３によって発生される第一基準信号Ｓ２の電圧は、予め変調曲線Ｗ１の各点に対応する値を測定しておき、中点Ｐ１またはＰ４に対応する測定値が設定される。あるいは、図１に示すバイアス信号Ａ２として、別途設けた可変電圧発生器により直流電圧を発生させて、その時の出力光Ｂ１の最大光強度出力を測定する。次いで、その最大光強度出力の半値の光強度出力が得られる直流電圧を発生させた状態において、演算増幅器４２から出力される信号Ｓ１の電圧を測定し、この測定された値を第一基準信号Ｓ２の電圧とする。
【００２２】
また、第一基準信号Ｓ２の電圧を決定する他の方法について以下に述べる。先ず、上記の別途設けた可変電圧発生器が発生する直流電圧に、低周波交流信号を重畳してバイアス信号Ａ２とする。次いで、その可変電圧発生器が発生する直流電圧値を変化させて、信号Ｓ１に含まれる重畳された低周波交流成分の２倍の周波数成分がゼロとなるようにする。この時の信号Ｓ１の電圧の時間平均値を第一基準信号Ｓ２の電圧として設定する。この方法は、変調曲線の中点において光強度変調の２次歪みがゼロとなる特性を利用したものであり、その変調曲線の中点に対応する第一基準信号Ｓ２の電圧を高精度に設定することができる。
【００２３】
なお、上述したバイアス制御回路１２において、可変電圧発生器４７によって発生される第二基準信号Ｓ６の電圧は、任意の初期バイアス電圧に対応して設定されるものであり、上述した信号Ｓ３の電圧がゼロの時にバイアス信号Ａ３の電圧として出力される。また、第二基準信号Ｓ６の電圧は、上記第一基準信号Ｓ２の電圧が変調曲線Ｗ１の中点Ｐ１またはＰ４に対応する電圧に設定された状態において、その第二基準信号Ｓ６の電圧を変化させ、信号Ｓ３の電圧がゼロに成るように設定される。このようにして設定された第二基準信号Ｓ６の電圧が、変調曲線Ｗ１の中点Ｐ１またはＰ４に動作点を設定するバイアス電圧に対応する。
【００２４】
次に、図３に示すバイアス制御回路１２において、図４に示す変調曲線Ｗ１の傾きの符号が正である中点Ｐ１に、ＬＮ変調器５の初期動作点を設定する回路の構成と動作について説明する。
初めに、ＬＮ変調器５の初期動作点を設定する場合には、スイッチ５４をオンにする。また、変調曲線の傾きの符号が正である中点にＬＮ変調器５の初期動作点を設定する場合には、スイッチ５３の入力端子５３ａと出力端子５３ｃとを接続し、スイッチ４５の入力端子４５ａと出力端子４５ｃとを接続する。
先ず、低周波信号発生器５１が発生する低周波信号Ｓ８は、スイッチ５３及びスイッチ５４を介して加算回路５０へ入力される。この加算回路５０によって低周波信号Ｓ８が重畳された信号Ｓ７は、増幅器４９を介してバイアス信号Ａ２として出力される。
次いで、この低周波信号Ｓ８が重畳されたバイアス信号Ａ２によってバイアスされたＬＮ変調器５の被変調光の分岐光Ｂ２は、光電変換回路４０によって電気信号に変換された後、差動増幅器４４によって第一基準信号Ｓ２との差分電圧が増幅された信号Ｓ３として出力される。この信号Ｓ３は、低周波信号Ｓ８の低周波成分を含んでおり、コンデンサＣ２によるＤＣカットフィルタによって直流成分が除去された信号Ｓ１０としてＡＮＤ回路５６へ入力される。
【００２５】
次いで、このＡＮＤ回路５６へ入力された信号Ｓ１０は、低周波信号Ｓ８が遅延回路５５を介して入力される信号Ｓ１１との論理積が求められることによって検波され、その検波出力信号Ｓ１２がＡＮＤ回路５６から出力される。この検波出力信号Ｓ１２は、ＲＣフィルタからなる整流回路５７によって直流にされた信号Ｓ１３として比較器５８へ出力される。この比較器５８は、入力される信号Ｓ１３の電圧と可変電圧発生器５９が発生する第三基準信号Ｓ１４の電圧とを比較して比較信号Ｓ１５を出力する。
この可変電圧発生器５９が発生する第三基準信号Ｓ１４の電圧は、変調曲線Ｗ１の中点Ｐ１にＬＮ変調器５の動作点がある時に、整流回路５７から出力される信号Ｓ１３に応じて設定される。したがって、上記回路構成において、可変電圧発生器４７が発生する第二基準信号Ｓ６の電圧を変更し、比較器５８から出力される比較信号Ｓ１５が「１」となり、且つ、差動増幅器４４が出力する信号Ｓ３の電圧平均値がゼロとなる電圧値に設定すれば、変調曲線Ｗ１の中点Ｐ１にＬＮ変調器５の初期動作点が設定される。
【００２６】
例えば、低周波信号発生器５１から発生される低周波信号Ｓ８が、図５に示す波形Ｗ５１であったとする。すると、バイアス信号Ａ２に重畳される低周波信号は低周波信号Ｓ８と同位相である波形Ｗ５２に示す信号Ｓ１６である。この状態において、ＬＮ変調器５の動作点が変調曲線Ｗ１の中点Ｐ４にあれば、差動増幅器４４の出力である信号４２は、波形Ｗ５３に示す信号４２−１のように信号Ｓ８とは逆位相となる。この結果、ＡＮＤ回路５６によって検波された検波出力信号Ｓ１２は、波形Ｗ５４に示すようにレベルがゼロである信号１２−１となる。
【００２７】
一方、ＬＮ変調器５の動作点が変調曲線Ｗ１の中点Ｐ１にあれば、差動増幅器４４の出力である信号４２は、波形Ｗ５５に示す信号４２−２のように信号Ｓ８と同位相となり、この結果、ＡＮＤ回路５６によって検波された検波出力信号Ｓ１２は、波形Ｗ５６に示す信号１２−２となる。この信号１２−２が整流回路５７によって直流とされた信号Ｓ１３は、第三基準信号Ｓ１４より大きい電圧値となるので、比較器５８の出力である比較信号Ｓ１５は「１」となる。
次いで、この初期動作点が設定された状態でスイッチ５４をオフにすることによって、上述したように、動作点を変調曲線の傾きの符号が初期動作点と同一である中点に保持するオペレーション状態となる。
【００２８】
次に、図４に示す変調曲線Ｗ１の傾きの符号が負である中点Ｐ４に、ＬＮ変調器５の初期動作点を設定する場合には、スイッチ５４をオンにし、また、スイッチ５３の入力端子５３ｂと出力端子５３ｃとを接続し、スイッチ４５の入力端子４５ｂと出力端子４５ｃとを接続する。
このように各スイッチが設定されたバイアス制御回路１２において、バイアス信号Ａ２は、インバータ回路５２によって低周波信号Ｓ８が符号反転された信号Ｓ９、反転増幅器４６によって信号Ｓ３が符号反転された信号Ｓ５及び第二基準信号Ｓ６とが加算回路５０によって重畳された信号となる。なお、その他の回路構成と動作は、上述した変調曲線の傾きの符号が正である中点Ｐ１に、ＬＮ変調器５の初期動作点を設定する場合と同様である。
【００２９】
この状態において、アンド回路５６に入力される信号Ｓ１０に含まれる低周波成分は、ＬＮ変調器５の動作点が変調曲線Ｗ１の傾きの符号が負である点にある場合には、信号１１と同位相となる。したがって、上述した変調曲線の傾きの符号が正である中点Ｐ１にＬＮ変調器５の初期動作点を設定する場合と同じように、比較器５８から出力される比較信号Ｓ１５が「１」となり、且つ、差動増幅器４４が出力する信号Ｓ３の電圧平均値がゼロとなる電圧値に第二基準信号Ｓ６の電圧を設定すれば、変調曲線Ｗ１の中点Ｐ４にＬＮ変調器５の初期動作点が設定される。
【００３０】
例えば、低周波信号発生器５１から発生される低周波信号Ｓ８が、図６に示す波形Ｗ６１であったとする。すると、バイアス信号Ａ２に重畳される低周波信号は低周波信号Ｓ８とは逆位相である波形Ｗ６２に示す信号Ｓ１６となる。この状態において、ＬＮ変調器５の動作点が変調曲線Ｗ１の中点Ｐ１にあれば、差動増幅器４４の出力である信号４２は、波形Ｗ６５に示す信号４２−２のように信号Ｓ８とは逆位相となる。この結果、ＡＮＤ回路５６によって検波された検波出力信号Ｓ１２は、波形Ｗ６６に示すようにレベルがゼロである信号１２−２となる。
一方、ＬＮ変調器５の動作点が変調曲線Ｗ１の中点Ｐ４にあれば、差動増幅器４４の出力である信号４２は、波形Ｗ６３に示す信号４２−１のように信号Ｓ８と同位相となり、この結果、ＡＮＤ回路５６によって検波された検波出力信号Ｓ１２は、波形Ｗ６４に示す信号１２−１となる。この信号１２−１が整流回路５７によって直流とされた信号Ｓ１３は、第三基準信号Ｓ１４より大きい電圧値となるので、比較器５８の出力である比較信号Ｓ１５は「１」となる。
【００３１】
なお、上述したバイアス制御回路１２において、スイッチ４５及びスイッチ５３は、変調曲線の傾きの符号が正である中点にＬＮ変調器５の初期動作点を設定する場合には、両スイッチの各入力端子４５ａ、５３ａとその出力端子４５ｃ、５３ｃとが共に接続され、一方、変調曲線の傾きの符号が負である中点にＬＮ変調器５の初期動作点を設定する場合には、両スイッチの各入力端子４５ｂ、５３ｂとその出力端子４５ｃ、５３ｃとが共に接続されるように制御される。
なお、上述したように、本発明の一実施形態のバイアス制御回路１２においては、ＬＮ変調器５の動作点である変調曲線の中点での光出力レベルを基準として、バイアス電圧を制御する。したがって、ＬＮ変調器５の温度が変化してＬＮ変調器５の光透過特性（光挿入損失）が変化し、バイアス電圧制御の基準である中点の光出力レベルが変化すると、ＬＮ変調器５の動作点を変調曲線の中点に保持することができない。
【００３２】
例えば、図７に示す変調曲線Ｗ１０が光挿入損失の変化によって変調曲線Ｗ１２へと変化した場合において、上記バイアス制御回路１２のバイアス電圧制御の基準は、変調曲線Ｗ１２の中点Ｐ１２の光出力ＰＷ１２ではなく、変調曲線Ｗ１０の中点Ｐ１０の光出力ＰＷ１０である。その結果、バイアス制御回路１２は、変調曲線Ｗ１２の中点Ｐ１２ではなく、変調曲線Ｗ１０の中点Ｐ１０の光出力ＰＷ１０に相当する変調曲線Ｗ１２の点Ｐ１４へとＬＮ変調器５の動作点を補正してしまう。
しかしながら、上述した本発明の一実施形態においては、ＬＮ変調器５を恒温槽６内に設置し、ＬＮ変調器５の温度を一定に保つことによって、ＬＮ変調器５の温度が変化してＬＮ変調器５の光挿入損失が変化することを防ぐので、ＬＮ変調器５の動作点を変調曲線の中点に安定して保持することが可能である。
【００３３】
以上が、本発明の一実施形態の説明であるが、上述したように、ＬＮ変調器５を恒温槽６内に設置し、ＬＮ変調器５の温度を一定に保つことによって、温度変化による変調曲線のシフトを防ぐことができる。
さらに、ＬＮ変調器５の温度が変化してＬＮ変調器５の光挿入損失が変化することも防ぐことができる。
また、ＬＮ変調器５の光挿入損失は経年変化として多少変化するが、上述した本発明の一実施形態において、光出力レベルの基準である第一基準信号Ｓ２の電圧とバイアス電圧の基準である第二基準信号Ｓ６の電圧とを再設定することによって、経年変化によるＬＮ変調器５の光挿入損失の変化に対処することが可能である。
したがって、上述した本発明の一実施形態によれば、周囲の温度変化によらず、ＬＮ変調器５の動作点を変調曲線の中点に安定して保持することが可能となり、歪みのない安定した光出力を持った光信号を発生することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光強度変調器を恒温槽内に設置し、該光強度変調器の温度を一定に保つようにしたので、該光強度変調器の温度が変化して光挿入損失が変化することがないので、周囲の温度変化によらず、該光強度変調器の動作点を変調曲線の中点に安定して保持することが可能となり、歪みのない安定した光出力を持った光信号を発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による光強度変調光源の構成を示すブロック図である。
【図２】図１におけるＬＮ変調器５の構成を示すブロック図である。
【図３】図１におけるバイアス制御回路１２の構成を示す回路図である。
【図４】図２に示すＬＮ変調器５の変調曲線の一例を示す波形図である。
【図５】図３に示すバイアス制御回路１２の動作を説明するための第一の波形図である。
【図６】図３に示すバイアス制御回路１２の動作を説明するための第二の波形図である。
【図７】光挿入損失によって変調曲線が変化した場合の光変調特性について説明するための波形図である。
【符号の説明】
１半導体レーザ
２、７ＡＴＣ
３ＡＰＣ
４、８、１７、１８光ファイバ
５ＬＮ変調器
６恒温槽
９光分岐器
１０変調信号発生器
１１、１５コネクタ
１２バイアス制御回路
１３バイアスＴ回路
１４コイル
１６終端器
Ｃ１コンデンサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light intensity modulation light source that is used in the fields of optical communication, optical signal processing, and the like, and particularly suitable for use in generating an optical signal having a stable optical output.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the speed of signals used in optical communication has become higher, and the method of modulating light intensity by internal modulation in a semiconductor laser conventionally used as a light source for optical signals has its unique characteristics. As a result of the chirp, the light characteristics change, and the transmission distance of the optical signal is limited. Therefore, a light intensity modulation light source using a waveguide type light intensity modulator that modulates the intensity of light by external modulation that performs light modulation outside the light source and outputs an optical signal has a high speed, chirp zero, within a certain range. Have been used for reasons such as good linearity of the modulation characteristics.
In this waveguide type optical intensity modulator, the modulation curve indicating the modulation characteristic is a sinusoidal waveform such as a modulation curve W10 shown in FIG. Usually, the operating point of the waveguide type optical intensity modulator is often set to a midpoint corresponding to 1/2 of the maximum optical output of the modulation curve, and the bias voltage V10 is applied to the waveguide type optical intensity modulator. As a result, the operating point is set at the midpoint P10 of the modulation curve W10.
[0003]
By the way, the modulation curve W10 of the waveguide type light intensity modulator is shifted to, for example, the modulation curve W11 in a state where the fixed bias voltage V10 is applied, and the operating point shifts from the middle point P10 to the point P13. End up. As a result, the light output modulated by the waveguide-type light intensity modulator is distorted.
As an optical modulation device that performs control for correcting the operating point P13 where the modulation curve 10 of the waveguide-type optical intensity modulator is shifted and shifted to the middle point P11 of the modulation curve W11 as described above, for example, A device described in Japanese Patent No. 100194 or Japanese Patent Laid-Open No. 5-249418 is known.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above-described conventional light modulation device can correct the operating point of the waveguide-type light intensity modulator when the light transmission characteristic (light insertion loss) does not change as in the modulation curve W11. When the operating point deviates from the midpoint of the modulation curve due to the change of the light transmission characteristic (light insertion loss) as in the modulation curve W12, the shifted operating point cannot be corrected.
For example, it is assumed that the modulation curve W10 shown in FIG. 7 is changed to the modulation curve W12 due to a change in the optical insertion loss of the waveguide type light intensity modulator. In the conventional optical modulation device, the operating point is set to the point P14, and not the point P12 which is the middle point of the modulation curve W12, thereby causing modulation distortion.
Therefore, a light intensity modulation light source using a conventional light modulation device generates an optical signal having a stable light output without distortion when the light insertion loss of the waveguide light intensity modulator changes. There was a problem that it was not possible.
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a light intensity modulated light source capable of generating an optical signal having a stable light output without distortion.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the present invention provides a modulation curve indicating the light intensity modulation characteristics of a waveguide light intensity modulator, wherein internal charges generated by a DC voltage applied to the waveguide light intensity modulator are Knowledge that the light transmission characteristics (optical insertion loss) of the waveguide type optical intensity modulator change due to DC drift, which is a phenomenon of canceling the externally applied electric field, or shift due to ambient temperature change, or ambient temperature change Based on the above, the following means are provided.
The invention according to claim 1 is a light source that generates light having a constant light intensity, a light intensity modulator that modulates the light intensity of the input light and outputs the modulated light, and the light intensity modulator includes: An optical branching device for branching a part of the modulated light to be output and outputting it as monitor light, a photoelectric conversion circuit for converting the monitor light into an electrical signal and outputting it, and a first reference voltage generating first reference voltage variable A voltage generator; a differential amplifier that amplifies a differential voltage between the first reference voltage and the voltage of the electrical signal output from the photoelectric conversion circuit; and a second that generates a second reference voltage. variable A voltage generator; an addition circuit for adding the differential voltage amplified by the differential amplifier to the second reference voltage; and a bias for applying a bias voltage to the light intensity modulator based on an output from the addition circuit A light intensity modulated light source comprising: a driving means; The voltage value generated by the second variable voltage generator for generating a bias signal is set to a voltage value corresponding to the midpoint of the modulation curve of the light intensity modulation characteristic of the light intensity modulator. The generated voltage value is set to the value of the second reference voltage, and the voltage generated by the first variable voltage generator when the differential voltage becomes zero under the setting of the second reference voltage value The value is the value of the first reference voltage. .
[0006]
The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, The maximum light intensity output of the output light when a DC voltage is generated by the second variable voltage generator is measured, and the value of the DC voltage at which a light intensity output at half the maximum light intensity output is obtained In the state in which the DC voltage is generated that provides a light intensity output that is half the maximum light intensity output, the voltage value of the signal output from the photoelectric conversion circuit is the first reference voltage value. Reference voltage value It is characterized by that.
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1, A bias signal is formed by superimposing a low-frequency AC signal on the DC voltage generated by the second variable voltage generator, and the DC voltage value generated by the second variable voltage generator is changed to the monitor light. The DC voltage value when the frequency component twice the included low frequency AC signal becomes zero is set as the second reference voltage value, and the DC voltage value generated by the second variable voltage generator is changed. The voltage value corresponding to the average light intensity of the modulated light when the frequency component twice the low-frequency AC signal included in the monitor light becomes zero is set as the value of the first reference voltage. It is characterized by that.
[0007]
The invention according to claim 4 is the claim 3 In the invention described in A low-frequency signal generator for generating a low-frequency signal, superimposing means for superimposing the low-frequency signal on a bias voltage applied to the light intensity modulator, and detection for detecting the low-frequency signal component included in the monitor light And a sign of the slope of the modulation characteristic of the light intensity modulator based on the detection output signal output from the detection means, and an initial operating point of the light intensity modulator is set based on the result. And features.
The invention according to claim 5 is the claim. 4 In the invention described in The signal from the low frequency signal generator is turned off after the first reference voltage value and the second reference voltage value are set. .
[0008]
Invention of Claim 6 in invention of Claim 1 thru | or 5, Select one of a sign inversion means for inverting the sign of the differential voltage amplified by the differential amplifier, a differential voltage amplified by the differential amplifier, and a differential voltage whose sign is inverted by the sign inverting means. Selecting means It is characterized by that.
The invention according to claim 7 is the invention according to claim 1 to 5, wherein the light intensity modulator is Inside A thermostatic chamber that is installed and maintains a constant internal temperature With It is characterized by that.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the configuration and operation of a waveguide type light intensity modulator used in an embodiment of the present invention will be described. In the waveguide type light intensity modulator, a metal such as titanium (Ti) is diffused on the surface of a lithium niobate (LiNbO3; LN) crystal to form a waveguide.
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the waveguide-type light intensity modulator (hereinafter referred to as LN modulator) 5. In this figure, waveguides 23 and 24 are formed on the surface of the lithium niobate crystal 20. The input light input through the optical fiber 4 passes through the input waveguide 21, is branched into equal amounts of light by the Y branch 22, and is output to the waveguide 23 and the waveguide 24. The light input to the waveguides 23 and 24 is modulated in accordance with the signal applied from the terminal 29 or the terminal 30 to the modulation electrodes 27 and 28 provided in the vicinity of the waveguides 23 and 24. Is done. Next, the lights whose optical phases are modulated are combined by the Y combining 25 and output to the optical fiber 8 through the output waveguide 26 as modulated light having undergone a change in light intensity. The LN modulator chip formed on the surface of the lithium niobate crystal 20 is fixed to the case 31 together with the optical fibers 4 and 8 and the terminals 29 and 30.
[0010]
FIG. 4 is a waveform diagram showing modulation curves W1 to W3 which are examples of the light intensity modulation characteristics of the LN modulator 5 described above. In this figure, the intensity of the light input to the LN modulator 5 is intensity-modulated to the optical output indicated on the vertical axis in accordance with the applied voltage taken on the horizontal axis.
The modulation curve of the LN modulator 5 has a sine waveform as shown by the modulation curves W1 to W3. In the modulation curves W1 to W3 of the LN modulator 5, the operating points are set to P1 to P3 and P4 which are the midpoints of the modulation curves W1 to W3. At these midpoints P1 to P3, P4, etc., the modulation characteristics with good linearity of the respective modulation curves W1 to W3 are obtained.
[0011]
Next, FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention. In this figure, the temperature of the semiconductor laser 1 is kept constant by a temperature control circuit (hereinafter referred to as ATC; Auto Temperature Control) 2 and the wavelength of the output light is stabilized. The light output from the semiconductor laser 1 is maintained at a stable light intensity by a constant output circuit (APC: Auto Power Control) 3 and is output to the optical fiber 4. A polarization maintaining fiber is used for the optical fiber 4, and the polarization state of the output light of the semiconductor laser 1 is maintained.
The input light input to the LN modulator 5 via the optical fiber 4 is output to the optical fiber 8 as modulated light whose light intensity is modulated as described above, and is branched from the output light B1 by the optical branching device 9. Branches to the light B2. The output light B1 branched by the optical branching device 9 becomes an optical signal transmitted through the optical fiber 17. On the other hand, the branched light B2 branched by the optical splitter 9 is input to the bias control circuit 12 as monitor light via the optical fiber 18.
As the branched light B2, for example, about 5% of the modulated light is branched by the optical branching device 9, and the remaining 95% is output as the output light B1.
[0012]
Next, the modulation signal A1 generated by the modulation signal generator 10 is connected to the connector 11 and input to the terminal 29 of the LN modulator 5. The bias signal A 2 output from the bias control circuit 12 is connected to the connector 15 via the coil 14 of the bias T circuit 13 and input to the terminal 30 of the LN modulator 5. The opposite end of the bias T circuit 13 to which the bias signal A2 is connected is connected to the terminator 16 via a capacitor C1, and the modulation signal A1 propagated via the modulation electrode 27 is not reflected. Absorb.
The bias signal A2 input to the LN modulator 5 becomes the operating point voltage of the LN modulator 5, and the light intensity of the input light of the LN modulator 5 is modulated according to the modulation signal A1. For example, when the modulation characteristic of the LN modulator 5 is the modulation curve W1 shown in FIG. 4, if the voltage (bias voltage) of the bias signal A2 is set to V1, the operating point becomes the midpoint P1, and the linearity Good modulation characteristics can be obtained. The LN modulator 5 set to the modulation characteristic with good linearity modulates the light intensity of the input light in accordance with the input modulation signal A1, and outputs a good modulated light.
In the embodiment of the present invention described above, the configuration in which the terminator 16 is connected to the bias T circuit 13 is used as the configuration for applying the operating point voltage to the LN modulator 5, but the configuration is limited to this configuration. It is not a thing.
[0013]
By the way, for example, when the modulation curve of the LN modulator 5 is the modulation curve W1 shown in FIG. 4, the voltage of the bias signal A2 is set to V1, and the operating point of the LN modulator 5 is set to the middle point P1. To do. Then, in a state in which the fixed bias voltage V1 is applied to the LN modulator 5, the modulation curve W1 is shifted to, for example, the modulation curve W2 due to a surrounding temperature change, DC drift, etc., and the operating point of the LN modulator 5 Shifts from the midpoint P1 to the point P2a.
However, in one embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the LN modulator 5 is installed in the thermostat 6, and the temperature in the thermostat 6 in which the LN modulator 5 is installed is made constant by the ATC 7. Thus, the temperature of the LN modulator 5 is also kept constant. Therefore, it is possible to avoid shifting of the modulation curve of the LN modulator 5 due to the temperature change.
As the temperature stability in the thermostatic chamber 6, for example, in order to suppress the light intensity change of the light output within 0.5 dB, the temperature change needs to be within 0.5 ° C.
[0014]
Next, a description will be given of the bias control circuit 12 that controls the bias voltage so that the operating point of the LN modulator 5 shifted by the shift of the modulation curve due to DC drift other than the temperature change is corrected.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the bias control circuit 12.
First, referring to this figure, the initial operating point of the LN modulator 5 is set at the midpoint P1 of the modulation curve W1 shown in FIG. 4, and the operating point is held at the midpoint where the sign of the slope of the modulation curve is positive. The configuration and operation of the circuit will be described.
First, the voltage of the second reference signal S6 generated by the variable voltage generator 47 is set to a value corresponding to the bias voltage V1 at the midpoint P1 of the modulation curve W1 shown in FIG.
In FIG. 3, the branched light B <b> 2 branched by the optical branching device 9 is input to the photoelectric conversion element 41 of the photoelectric conversion circuit 40 through the optical fiber 18, and a current proportional to the input light amount is a photoelectric conversion element. 41. The current output from the photoelectric conversion element 41 is converted into a voltage corresponding to the resistor R1 by the operational amplifier 42 and output as a signal S1.
[0015]
Next, the signal S 1 output from the photoelectric conversion circuit 40 is connected to the negative input terminal of the differential amplifier 44. The first reference signal S2 generated by the variable voltage generator 43 is connected to the positive input terminal of the differential amplifier 44. The voltage of the first reference signal S2 and the voltage of the signal S1 connected to the negative input terminal are connected. Is amplified by a differential amplifier 44 having a gain G and output as a signal S3. The differential voltage between the first reference signal S2 and the signal S1 has a positive sign when the voltage of the first reference signal S2 is greater than the voltage of the signal S1.
[0016]
Next, the signal S3 output from the differential amplifier 44 is input to the adder circuit 50 including the resistors R2 to R4 and the operational amplifier 48 via the switch 45, and the second reference generated by the variable voltage generator 47. The signal S6 is added and output. The signal S7 output from the adder circuit 50 is amplified to a voltage sufficient to drive the modulation electrodes 27 and 28 by the amplifier 49 and output as a bias signal A2.
Note that when the operating point of the LN modulator 5 is set to the midpoint where the sign of the slope of the modulation curve is positive, the input terminal 45a and the output terminal 45c so that the switch 45 outputs the signal S3 as the signal S4. And connect.
In the operation state in which the initial operating point of the LN modulator 5 has been set and the operating point is held at the midpoint where the sign of the slope of the modulation curve is the same as the initial operating point, the switch 54 is turned off.
[0017]
The voltage of the first reference signal S2 generated by the variable voltage generator 43 described above is a value corresponding to the light intensity of the branched light B2 modulated at the midpoint P1 of the modulation curve W1, and is an LN modulator. If the operating point of 5 is held at the midpoint P1, the differential voltage between the first reference signal S2 and the signal S1 becomes zero, so the voltage of the signal S3 also becomes zero.
On the other hand, the differential voltage generated between the first reference signal S2 and the signal S1 indicates a shift in the operating point of the LN modulator 5. In addition, the voltage sign of the signal S3 obtained by amplifying the differential voltage indicating the deviation of the operating point coincides with the direction in which the bias voltage is controlled.
[0018]
For example, when the modulation curve W1 shown in FIG. 4 is shifted to the right to become the modulation curve W2, the operating point corresponding to the bias voltage V1 as compared with the light intensity of the branched light B2 modulated at the midpoint P1. The light intensity of P2a is small. Accordingly, the voltage of the signal S1 at this time is smaller than the voltage of the first reference signal S2, and the sign of the signal S3 is positive. Since the positive sign signal S3 is added to the voltage of the second reference signal S6 and output as the bias signal A2, the bias voltage becomes higher than V1, so that the deviation of the operating point of the LN modulator 5 is the operating point P2a. To the middle point P2 is corrected in the right direction.
[0019]
On the other hand, when the modulation curve W1 shown in FIG. 4 is shifted leftward to become the modulation curve W3, the operating point corresponding to the bias voltage V1 is compared with the light intensity of the branched light B2 modulated at the middle point P1. The light intensity of P3a is large. Accordingly, the voltage of the signal S1 at this time is larger than the voltage of the first reference signal S2, and the sign of the signal S3 is negative. The negative sign signal S3 is added to the voltage of the second reference signal S6 and is output as the bias signal A2, so that the bias voltage becomes smaller than V1, so that the deviation of the operating point of the LN modulator 5 is the operating point P3a. To the middle point P3 is corrected in the left direction.
In this way, the differential voltage generated between the first reference signal S2 and the signal S1 is set to zero, that is, the light intensity of the branched light B2 corresponds to the light intensity at the operating point at the midpoint of the modulation curve. Thus, by controlling the bias signal A2, the operating point of the LN modulator 5 is held at the midpoint of the modulation curve.
[0020]
Next, when the initial operating point of the LN modulator 5 is set at the midpoint P4 of the modulation curve W1 shown in FIG. 4 and the operating point is held at the midpoint where the sign of the slope of the modulation curve is negative, The input terminal 45b of the switch 45 and the output terminal 45c are connected so that the signal S5 whose sign is inverted by the inverting amplifier 46 is output as the signal S4. The voltage of the second reference signal S6 is set to a value corresponding to the bias voltage V4 at the midpoint P4 of the modulation curve W1 shown in FIG. The voltage of the first reference signal S2 generated by the variable voltage generator 43 is a value corresponding to the light intensity of the branched light B2 modulated at the midpoint P4 of the modulation curve W1. Other circuit configurations and operations are the same as those in the case where the operating point is held at the midpoint where the sign of the slope of the modulation curve is positive.
[0021]
Next, the signal S4 output from the switch 45 is added to the second reference signal S6, amplified by the amplifier 49, and then output as the bias signal A2. Therefore, since the bias voltage is controlled in the reverse direction to correct the deviation of the operating point of the LN modulator 5 from the case where the operating point is held at the midpoint where the sign of the slope of the modulation curve is positive, The operating point is held at the middle point where the sign of the slope of the modulation curve is negative.
In the bias control circuit 12 described above, the voltage of the first reference signal S2 generated by the variable voltage generator 43 is measured in advance at a value corresponding to each point of the modulation curve W1, and the midpoint P1 or P4. The measurement value corresponding to is set. Alternatively, as the bias signal A2 shown in FIG. 1, a DC voltage is generated by a separately provided variable voltage generator, and the maximum light intensity output of the output light B1 at that time is measured. Next, in a state in which a DC voltage that can obtain a light intensity output at half the maximum light intensity output is generated, the voltage of the signal S1 output from the operational amplifier 42 is measured, and this measured value is used as the first reference signal. The voltage is S2.
[0022]
Further, another method for determining the voltage of the first reference signal S2 will be described below. First, a bias signal A2 is obtained by superimposing a low-frequency AC signal on a DC voltage generated by the separately provided variable voltage generator. Next, the DC voltage value generated by the variable voltage generator is changed so that the frequency component twice the superimposed low-frequency AC component included in the signal S1 becomes zero. The time average value of the voltage of the signal S1 at this time is set as the voltage of the first reference signal S2. This method uses the characteristic that the second-order distortion of the light intensity modulation becomes zero at the midpoint of the modulation curve, and the voltage of the first reference signal S2 corresponding to the midpoint of the modulation curve is set with high accuracy. can do.
[0023]
In the bias control circuit 12 described above, the voltage of the second reference signal S6 generated by the variable voltage generator 47 is set corresponding to an arbitrary initial bias voltage, and the voltage of the signal S3 described above. Is output as the voltage of the bias signal A3. The voltage of the second reference signal S6 changes in the state where the voltage of the first reference signal S2 is set to a voltage corresponding to the midpoint P1 or P4 of the modulation curve W1. And the voltage of the signal S3 is set to be zero. The voltage of the second reference signal S6 set in this way corresponds to the bias voltage that sets the operating point at the midpoint P1 or P4 of the modulation curve W1.
[0024]
Next, in the bias control circuit 12 shown in FIG. 3, the configuration and operation of a circuit that sets the initial operating point of the LN modulator 5 at the middle point P1 where the sign of the slope of the modulation curve W1 shown in FIG. 4 is positive. explain.
First, when setting the initial operating point of the LN modulator 5, the switch 54 is turned on. When the initial operating point of the LN modulator 5 is set to the middle point where the sign of the slope of the modulation curve is positive, the input terminal 53a and the output terminal 53c of the switch 53 are connected and the input terminal of the switch 45 is connected. 45a and output terminal 45c are connected.
First, the low frequency signal S8 generated by the low frequency signal generator 51 is input to the adder circuit 50 via the switch 53 and the switch 54. The signal S7 on which the low frequency signal S8 is superimposed by the adding circuit 50 is output as a bias signal A2 via the amplifier 49.
Next, the branched light B2 of the modulated light of the LN modulator 5 biased by the bias signal A2 on which the low frequency signal S8 is superimposed is converted into an electric signal by the photoelectric conversion circuit 40, and then is converted by the differential amplifier 44. A differential voltage from the first reference signal S2 is output as an amplified signal S3. This signal S3 includes the low frequency component of the low frequency signal S8, and is input to the AND circuit 56 as a signal S10 from which the DC component has been removed by the DC cut filter by the capacitor C2.
[0025]
Next, the signal S10 input to the AND circuit 56 is detected by obtaining a logical product of the low frequency signal S8 and the signal S11 input via the delay circuit 55, and the detection output signal S12 is detected by the AND circuit. 56. This detection output signal S12 is output to the comparator 58 as a signal S13 that has been converted to a direct current by a rectifier circuit 57 comprising an RC filter. The comparator 58 compares the voltage of the input signal S13 with the voltage of the third reference signal S14 generated by the variable voltage generator 59, and outputs a comparison signal S15.
The voltage of the third reference signal S14 generated by the variable voltage generator 59 is set according to the signal S13 output from the rectifier circuit 57 when the operating point of the LN modulator 5 is at the midpoint P1 of the modulation curve W1. Is done. Therefore, in the above circuit configuration, the voltage of the second reference signal S6 generated by the variable voltage generator 47 is changed, the comparison signal S15 output from the comparator 58 becomes “1”, and the differential amplifier 44 outputs When the voltage average value of the signal S3 to be set is set to zero, the initial operating point of the LN modulator 5 is set to the middle point P1 of the modulation curve W1.
[0026]
For example, it is assumed that the low frequency signal S8 generated from the low frequency signal generator 51 has a waveform W51 shown in FIG. Then, the low frequency signal superimposed on the bias signal A2 is a signal S16 indicated by a waveform W52 having the same phase as the low frequency signal S8. In this state, if the operating point of the LN modulator 5 is at the middle point P4 of the modulation curve W1, the signal 42 that is the output of the differential amplifier 44 is different from the signal S8 as the signal 42-1 shown in the waveform W53. The phase is reversed. As a result, the detection output signal S12 detected by the AND circuit 56 becomes a signal 12-1 whose level is zero as shown by the waveform W54.
[0027]
On the other hand, if the operating point of the LN modulator 5 is at the midpoint P1 of the modulation curve W1, the signal 42 that is the output of the differential amplifier 44 has the same phase as the signal S8 like the signal 42-2 shown in the waveform W55. As a result, the detection output signal S12 detected by the AND circuit 56 becomes a signal 12-2 indicated by the waveform W56. Since the signal S13 obtained by converting the signal 12-2 into a direct current by the rectifier circuit 57 has a voltage value larger than the third reference signal S14, the comparison signal S15 that is the output of the comparator 58 is “1”.
Next, by turning off the switch 54 with this initial operating point set, as described above, the operating state holds the operating point at the midpoint where the sign of the slope of the modulation curve is the same as the initial operating point. It becomes.
[0028]
Next, when setting the initial operating point of the LN modulator 5 to the middle point P4 where the sign of the slope of the modulation curve W1 shown in FIG. 4 is negative, the switch 54 is turned on and the input of the switch 53 is set. The terminal 53b and the output terminal 53c are connected, and the input terminal 45b and the output terminal 45c of the switch 45 are connected.
In the bias control circuit 12 in which the respective switches are set in this way, the bias signal A2 includes a signal S9 obtained by inverting the sign of the low frequency signal S8 by the inverter circuit 52, a signal S5 obtained by inverting the sign of the signal S3 by the inverting amplifier 46, and The second reference signal S6 is a signal superimposed by the adding circuit 50. Other circuit configurations and operations are the same as those in the case where the initial operating point of the LN modulator 5 is set at the midpoint P1 where the sign of the slope of the modulation curve is positive.
[0029]
In this state, the low frequency component included in the signal S10 input to the AND circuit 56 is the signal 11 when the operating point of the LN modulator 5 is at a point where the sign of the slope of the modulation curve W1 is negative. It becomes the same phase. Therefore, the comparison signal S15 output from the comparator 58 is “1”, as in the case where the initial operating point of the LN modulator 5 is set at the midpoint P1 where the sign of the slope of the modulation curve is positive. If the voltage of the second reference signal S6 is set to a voltage value at which the voltage average value of the signal S3 output from the differential amplifier 44 becomes zero, the initial operation of the LN modulator 5 is set at the middle point P4 of the modulation curve W1. A point is set.
[0030]
For example, it is assumed that the low frequency signal S8 generated from the low frequency signal generator 51 has a waveform W61 shown in FIG. Then, the low frequency signal superimposed on the bias signal A2 becomes a signal S16 indicated by a waveform W62 having a phase opposite to that of the low frequency signal S8. In this state, if the operating point of the LN modulator 5 is at the midpoint P1 of the modulation curve W1, the signal 42 that is the output of the differential amplifier 44 is different from the signal S8 as the signal 42-2 shown in the waveform W65. The phase is reversed. As a result, the detection output signal S12 detected by the AND circuit 56 becomes a signal 12-2 whose level is zero as shown by the waveform W66.
On the other hand, if the operating point of the LN modulator 5 is at the midpoint P4 of the modulation curve W1, the signal 42 that is the output of the differential amplifier 44 is in phase with the signal S8 as the signal 42-1 shown in the waveform W63. As a result, the detection output signal S12 detected by the AND circuit 56 becomes a signal 12-1 indicated by a waveform W64. Since the signal S13 obtained by making the signal 12-1 DC by the rectifier circuit 57 has a voltage value larger than the third reference signal S14, the comparison signal S15 that is the output of the comparator 58 is “1”.
[0031]
In the bias control circuit 12 described above, the switch 45 and the switch 53 are configured so that the input of both switches is set when the initial operating point of the LN modulator 5 is set to the middle point where the sign of the slope of the modulation curve is positive. When the terminals 45a and 53a and their output terminals 45c and 53c are connected together and the initial operating point of the LN modulator 5 is set to the middle point where the sign of the slope of the modulation curve is negative, Each input terminal 45b, 53b and its output terminal 45c, 53c are controlled to be connected together.
As described above, in the bias control circuit 12 according to the embodiment of the present invention, the bias voltage is controlled based on the light output level at the midpoint of the modulation curve that is the operating point of the LN modulator 5. Therefore, when the temperature of the LN modulator 5 changes, the light transmission characteristics (optical insertion loss) of the LN modulator 5 change, and the light output level at the midpoint, which is the reference for bias voltage control, changes, the LN modulator 5 Cannot be kept at the midpoint of the modulation curve.
[0032]
For example, when the modulation curve W10 shown in FIG. 7 changes to the modulation curve W12 due to the change of the optical insertion loss, the bias voltage control reference of the bias control circuit 12 is the optical output PW12 of the middle point P12 of the modulation curve W12. Instead, it is the optical output PW10 at the midpoint P10 of the modulation curve W10. As a result, the bias control circuit 12 corrects the operating point of the LN modulator 5 not to the midpoint P12 of the modulation curve W12 but to the point P14 of the modulation curve W12 corresponding to the optical output PW10 of the midpoint P10 of the modulation curve W10. Resulting in.
However, in the above-described embodiment of the present invention, the LN modulator 5 is installed in the thermostat 6 and the temperature of the LN modulator 5 is kept constant, so that the temperature of the LN modulator 5 changes and the LN Since the optical insertion loss of the modulator 5 is prevented from changing, the operating point of the LN modulator 5 can be stably held at the midpoint of the modulation curve.
[0033]
The above is an explanation of an embodiment of the present invention. As described above, the LN modulator 5 is installed in the thermostatic bath 6 and the temperature of the LN modulator 5 is kept constant, so that the modulation by the temperature change is performed. Curve shift can be prevented.
Furthermore, it is possible to prevent the optical insertion loss of the LN modulator 5 from changing due to the temperature of the LN modulator 5 changing.
Further, although the optical insertion loss of the LN modulator 5 changes somewhat as the secular change, in the above-described embodiment of the present invention, it is the reference of the voltage of the first reference signal S2, which is the reference of the optical output level, and the bias voltage. By resetting the voltage of the second reference signal S6, it is possible to cope with a change in the optical insertion loss of the LN modulator 5 due to aging.
Therefore, according to the above-described embodiment of the present invention, the operating point of the LN modulator 5 can be stably held at the midpoint of the modulation curve regardless of the ambient temperature change, and stable without distortion. It is possible to generate an optical signal having the optical output.
[0034]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the light intensity modulator is installed in the thermostat and the temperature of the light intensity modulator is kept constant, the temperature of the light intensity modulator changes. Because the optical insertion loss does not change, the operating point of the optical intensity modulator can be stably held at the midpoint of the modulation curve regardless of the ambient temperature change, and stable without distortion. An optical signal having an optical output can be generated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a light intensity modulated light source according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing a configuration of an LN modulator 5 in FIG.
3 is a circuit diagram showing a configuration of a bias control circuit 12 in FIG. 1. FIG.
4 is a waveform diagram showing an example of a modulation curve of the LN modulator 5 shown in FIG.
5 is a first waveform diagram for explaining the operation of the bias control circuit 12 shown in FIG. 3; FIG.
6 is a second waveform diagram for explaining the operation of the bias control circuit 12 shown in FIG. 3; FIG.
FIG. 7 is a waveform diagram for explaining optical modulation characteristics when a modulation curve is changed by optical insertion loss.
[Explanation of symbols]
1 Semiconductor laser
2, 7 ATC
3 APC
4, 8, 17, 18 Optical fiber
5 LN modulator
6 Thermostatic bath
9 Optical splitter
10 Modulation signal generator
11, 15 connector
12 Bias control circuit
13 Bias T circuit
14 coils
16 Terminator
C1 capacitor

Claims

一定の光強度の光を発生する光源と、
入力される前記光の光強度を変調し被変調光として出力する光強度変調器と、
前記光強度変調器が出力する被変調光の一部を分岐しモニタ光として出力する光分岐器と、
前記モニタ光を電気信号に変換して出力する光電変換回路と、
第一の基準電圧を発生する第一の可変電圧発生器と、
前記第一の基準電圧と前記光電変換回路から出力される電気信号の電圧との差分電圧を増幅する差動増幅器と、
第二の基準電圧を発生する第二の可変電圧発生器と、
前記差動増幅器によって増幅された差分電圧を前記第二の基準電圧に加算する加算回路と、
前記加算回路からの出力に基づいて前記光強度変調器にバイアス電圧を印加するバイアス駆動手段と、を具備してなる光強度変調光源であって、
バイアス信号を発生させる前記第二の可変電圧発生器が発生する電圧値を前記光強度変調器の光強度変調特性の変調曲線の中点に対応する電圧値に設定し、この設定された電圧値を前記第二の基準電圧の値に設定し、この第二の基準電圧値の設定下状態で前記差分電圧がゼロになるときの前記第一の可変電圧発生器が発生する電圧値を前記第一の基準電圧の値としたことを特徴とする光強度変調光源。A light source that generates light of constant light intensity;
A light intensity modulator that modulates the light intensity of the input light and outputs the modulated light;
An optical branching device for branching a part of the modulated light output by the light intensity modulator and outputting it as monitor light;
A photoelectric conversion circuit that converts the monitor light into an electrical signal and outputs the electrical signal;
A first variable voltage generator for generating a first reference voltage;
A differential amplifier that amplifies a differential voltage between the first reference voltage and the voltage of the electrical signal output from the photoelectric conversion circuit;
A second variable voltage generator for generating a second reference voltage;
An addition circuit for adding the differential voltage amplified by the differential amplifier to the second reference voltage;
A light intensity modulation light source comprising bias drive means for applying a bias voltage to the light intensity modulator based on an output from the addition circuit ,
The voltage value generated by the second variable voltage generator for generating a bias signal is set to a voltage value corresponding to the midpoint of the modulation curve of the light intensity modulation characteristic of the light intensity modulator, and the set voltage value Is set to the value of the second reference voltage, and the voltage value generated by the first variable voltage generator when the differential voltage becomes zero under the setting of the second reference voltage value is set to the first reference voltage value. A light intensity modulation light source characterized by having a reference voltage value .

前記第二の可変電圧発生器により直流電圧を発生させた時の出力光の最大光強度出力を測定し、
該最大光強度出力の半値の光強度出力が得られる該直流電圧の値を前記第二の基準電圧の値とし、
該最大光強度出力の半値の光強度出力が得られる該直流電圧を発生させた状態において、前記光電変換回路から出力される信号の電圧の値を前記第一の基準電圧の値としたことを特徴とする請求項１に記載の光強度変調光源。 Measure the maximum light intensity output of the output light when a DC voltage is generated by the second variable voltage generator,
The value of the direct current voltage at which a light intensity output at half the maximum light intensity output is obtained is the value of the second reference voltage,
In the state in which the DC voltage that can obtain a light intensity output at half the maximum light intensity output is generated, the voltage value of the signal output from the photoelectric conversion circuit is the value of the first reference voltage. The light intensity-modulated light source according to claim 1.

前記第二の可変電圧発生器により発生させた直流電圧に低周波交流信号を重畳してバイアス信号とし、
前記第二の可変電圧発生器が発生する直流電圧値を変化させて、前記モニタ光に含まれる前記低周波交流信号の２倍の周波数成分がゼロとなる時の該直流電圧値を前記第二の基準電圧の値とし、
前記第二の可変電圧発生器が発生する直流電圧値を変化させて、前記モニタ光に含まれる前記低周波交流信号の２倍の周波数成分がゼロとなる時の前記被変調光の平均光強度に相当する電圧値を前記第一の基準電圧の値としたことを特徴とする請求項１に記載の光強度変調光源。 A bias signal by superimposing a low-frequency AC signal on the DC voltage generated by the second variable voltage generator;
By changing the DC voltage value generated by the second variable voltage generator, the DC voltage value when the double frequency component of the low-frequency AC signal included in the monitor light becomes zero is set to the second voltage value. The reference voltage value of
When the DC voltage value generated by the second variable voltage generator is changed, the average light intensity of the modulated light when the frequency component twice the low frequency AC signal included in the monitor light becomes zero The light intensity modulated light source according to claim 1, wherein a voltage value corresponding to is a value of the first reference voltage .

低周波信号を発生する低周波信号発生器と、
前記光強度変調器に印加するバイアス電圧に前記低周波信号を重畳する重畳手段と、
前記モニタ光に含まれる前記低周波信号成分を検波する検波手段と、
前記検波手段から出力される検波出力信号に基づいて前記光強度変調器の変調特性の傾きの符号を判別し、この結果に基づいて前記光強度変調器の初期動作点を設定する、
ことを特徴とする請求項３に記載の光強度変調光源。A low frequency signal generator for generating a low frequency signal;
Superimposing means for superimposing the low-frequency signal on a bias voltage applied to the light intensity modulator;
Detection means for detecting the low-frequency signal component contained in the monitor light;
Determining the sign of the slope of the modulation characteristic of the light intensity modulator based on the detection output signal output from the detection means, and setting the initial operating point of the light intensity modulator based on this result;
The light intensity modulated light source according to claim 3 .

前記第一の基準電圧値および前記第二の基準電圧値が設定された後に、前記低周波信号発生器からの信号をオフにすることを特徴とする請求項４に記載の光強度変調光源。 5. The light intensity modulated light source according to claim 4, wherein after the first reference voltage value and the second reference voltage value are set, the signal from the low frequency signal generator is turned off .

前記差動増幅器によって増幅された差分電圧の符号を反転する符号反転手段と、
前記差動増幅器によって増幅された差分電圧と前記符号反転手段によって符号が反転された差分電圧とのいずれかを選択する選択手段と、
を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載の光強度変調光源。Sign inverting means for inverting the sign of the differential voltage amplified by the differential amplifier;
Selecting means for selecting either the differential voltage amplified by the differential amplifier and the differential voltage whose sign is inverted by the sign inverting means;
Intensity modulated light source according to claims 1 to 5, characterized in that it comprises a.

前記光強度変調器が内部に設置され、内部の温度を一定に保持する恒温槽を具備することを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載の光強度変調光源。Said optical intensity modulator is installed inside, the light intensity modulated light source according to claim 1 to claim 6, characterized in that it comprises a thermostat for holding the internal temperature constant.