JP4409022B2 - 光強度変調光源 - Google Patents
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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、７ ＡＴＣ
３ ＡＰＣ
４、８、１７、１８ 光ファイバ
５ ＬＮ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
【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、７ ＡＴＣ
３ ＡＰＣ
４、８、１７、１８ 光ファイバ
５ ＬＮ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
Claims (7)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。
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