JP4466861B2 - Ｑｐｓｋ光変調装置 - Google Patents

Description

本発明は、波長分割多重（ＷＤＭ）方式の光通信システムに用いられるＱＰＳＫ光送信部に関し、光送信部を構成する光変調部の光出力のＩ成分とＱ成分の振幅が等しくなるように補償したＱＰＳＫ光変調装置に関する。

波長分割多重（ＷＤＭ）方式の光通信システムとしてＱＰＳＫ光送信部を用いたものとしては下記の文献が知られている。

特開２００４−５１６７４３

図５は上記特許文献１に記載されたＱＰＳＫ光送信部の一例を示す要部構成図である。
図では、単一の光搬送波上へ２つの２０Ｇｂｉｔ／ｓＮＲＺデータ・ストリームｄ1（ｔ），ｄ2（ｔ）を符号化するための光学的位相偏移変調型の変調装置が示されている。この変調装置は、例えば、各ＷＤＭ波長チャンネルに対してそれぞれ変調装置を有するＷＤＭ光通信システムにおける送信機の一部として用いられる。

この変調装置は、所定波長に対する安定な光出力が要求され、例えば分布反射型（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ・ｆｅｅｄｂａｃｋ：ＤＦＢ）で、振幅一定、周波数一定、位相一定、単一周波数の半導体レーザ１を備えている。このレーザ１は、選択された波長（通常ＷＤＭ波長チャンネル）の無変調の光出力を生成するように動作する。

レーザ１からの光［Ａ］は、光分波器２によって、２つの部分［Ｂ］，［Ｃ］へと分割され、図示の例においては一方の光［Ｃ］はπ／２位相シフト部３を介して光位相変調器４ｂへと送られる。各光位相変調器４ａ，４ｂは、それぞれの２値（バイポーラ）ＮＲＺ駆動電圧ＶI（ｔ），ＶQ（ｔ）に応じて、これらの光位相変調器によって位相が選択的に０又はπラジアンだけ変調されるように構成されている。

光位相変調器４ａ，４ｂのそれぞれは、例えばガリウム砒素又はニオブ酸リチウムで作られている。光位相変調器４ａ，４ｂは、光信号の振幅（強度）に実質的な影響を与えることなく、光位相変調器として動作しなければならない。これを実現するために、各光変調装置は、駆動電圧のない時に光伝送を最小化するようバイアスがかけられており、それぞれ駆動電圧ＶI（ｔ），ＶQ（ｔ）＝±Ｖpで駆動されて振幅変調を最小にしたまま急激な位相シフトを与えるようになっている。２つの位相変調器４ａ，４ｂは、整合遅延部（ｍａｔｃｈｅｄ ｄｅｌａｙ）（位相特性）を有している。

光位相変調器４ａ，４ｂは、入力光の位相を電気信号で変化させるものであり、QPSK変調の場合は位相０[rad]、π[rad]の２値変調を行っている。
光位相変調器４ａの光出力Ｉ［Ｊ］及び光位相変調器４ｂの光出力Ｑ［Ｋ］は光合波器９で合波され、合成変調光出力［Ｌ］となる。

光位相変調器４ａ，４ｂの変調パターン（電気信号）はＩＱエンコーダ６において生成され、その信号は光位相変調器４ａ，４ｂを駆動するに十分な振幅となるようドライバ７ａ，７ｂによって増幅、振幅調整されている。

図６は合成変調光出力［Ｌ］のベクトル表記（コンスタレーション図）である。図５における光位相変調器４ａからの光出力［Ｊ］がＩ、同じく光位相変調器４ｂからの光出力［Ｋ］がＱに相当する。Ｉ，Ｑそれぞれの成分が０°、１８０°と変化することにより、４通りのベクトルの組合せができ、ＩＱ合成信号のベクトルが×で示すシンボルとなることがわかる。

図６は理想的なコンスタレーションであり、Ｉ，Ｑが位相が共に直行し、振幅が等しい状態を表している。
しかしながら、光送信装置を構成する光位相変調器４ａ，４ｂやＩＱエンコーダなどの光モジュール、および高周波電気モジュールは、温度や経時の特性変化が大きく、Ｉ，Ｑの光出力振幅に差が出てきてしまうことが問題になっていた。

図７はＩ，Ｑの光出力振幅に差が出てきた状態を示すもので、ＩＱの振幅バランスが崩れ｜Ｉ｜＜｜Ｑ｜となっている。このような現象は、光分波器,π／２位相シフタ,光位相変調器,光合波器のＩＱ伝送特性差や、ドライバ７とドライバ８間のゲイン特性のばらつきがＩ,Ｑの振幅差に影響しているものと推定される。
このように、コンスタレーションが悪化すると、受信側（図示せず）で４つのシンボル位置の切り分けが難しくなるので、エラーレートの低下につながり、通信品質が劣化するという問題があった。

本発明は上記従来技術の問題点を解決するためになされたもので、変調系の特性変化に対し、安定したＩＱ振幅比を実現した光送信装置を提供することを目的とする。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載のＱＰＳＫ光変調装置の発明は、
一定波長の光を出力する光源と、この光源からの光を入力して２方向に分岐する第１光分波器と、分岐した一方の光を入力する第１光位相変調器及び分岐した他方の光を入力する第２光位相変調器と、前記第１，第２光位相変調器のいずれかの前段若しくは後段に設けられたπ／２位相シフト部と、前記第１，第２光位相変調器にそれぞれドライバを介して入力するＩ信号及びＱ信号を出力するエンコーダと、前記第１，第２光位相変調器の出力を合波して合成変調光を出力する光合波器と、この光合波器の後段に設けた第２光分波器と、この第２光分波器からの一方の出力を用いて前記第１光分波器から第２光分波器までの変調系で生じる光信号の振幅アンバランスを補正する補正手段を設けたＱＰＳＫ光変調装置において、
前記振幅アンバランスの補正手段は、前記Ｉ信号に第１制御用信号を加算する第１信号加算器と、前記Ｑ信号に第２制御用信号を加算する第２信号加算器と、前記第２光分波器からの出力の一方を前記第１，第２光位相変調器のいずれか一方に帰還させる負帰還部と、この負帰還部からの出力信号の振幅を変化させる振幅可変部とからなり、この振幅可変部からの信号を前記第１，第２信号加算器のいずれかに加算するように構成したことを特徴としている。

請求項２においては、請求項１記載のＱＰＳＫ光変調装置において、
前記負帰還部は前記第２光分波器からの出力の一方を入力する光／電気変換器と、この光／電気変換器の出力に重畳された前記制御用信号の振幅成分を検出する重畳信号検出部と、この重畳信号検出部の信号を元に制御用信号の振幅成分が最小となるように前記振幅可変部の出力を制御するサーボ部とで構成したことを特徴としている。

請求項３においては、請求項２記載のＱＰＳＫ光変調装置において、
前記重畳信号検出部は前記光／電気変換器からの出力を入力してＡＭ検波を行うＡＭ検波回路と検波器とで構成したことを特徴としている。

請求項４においては、請求項２記載のＱＰＳＫ光変調装置において、
前記サーボ部は積分回路であることを特徴としている。

請求項５においては、請求項１に記載のＱＰＳＫ光変調装置において、
前記第１制御用信号と第２制御用信号は位相が１８０°異なる低周波信号であることを特徴としている。

以上説明したことから明らかなように請求項１から６の発明によれば、
ＱＰＳＫ光変調装置において、
前記光合波器の後段に設けた第２光分波器と、この第２光分波器からの一方の出力を用いて前記第１光分波器から第２光分波器までの変調系で生じる光信号の振幅アンバランスを補正する補正手段を設け、

その補正手段は、前記Ｉ信号に第１制御用信号を加算する第１信号加算器と、前記Ｑ信号に第２制御用信号を加算する第２信号加算器と、前記第２光分波器からの出力の一方を前記第１，第２光位相変調器のいずれか一方に帰還させる負帰還部と、この負帰還部からの出力信号の振幅を変化させる振幅可変部とからなり、この振幅可変部からの信号を前記第１，第２信号加算器のいずれかに加算するように構成し、

前記負帰還部は前記第２光分波器からの出力の一方を入力する光／電気変換器と、この光／電気変換器の出力に重畳された前記制御用信号を検出する重畳信号検出部と、この重畳信号検出部の信号を元に制御用信号の振幅成分が最小となるように前記振幅可変部の出力を制御する積分回路からなるサーボ部とで構成し、
前記重畳信号検出部は前記光／電気変換器からの出力を入力してＡＭ検波を行うＡＭ検波回路と検波器とで構成し、

前記第１制御用信号と第２制御用信号は位相が１８０°異なる低周波信号としたので、変調系の特性変化に対し、安定したＩＱ振幅比を有するＱＰＳＫ光変調装置を実現することができる。

図１は本発明の実施形態の一例を示す要部ブロック構成図である。
図１において、図４に示す従来例と同一要素には同一符号を付して重複する説明は省略する。１０は低周波信号発生部であり、この低周波信号発生部１０で生成された制御用重畳信号はドライバ７ａ，７ｂの前段に設けられた加算器１１ａ，１１ｂに入力されてＩ変調信号［Ｅ］及びＱ変調信号［Ｆ］に加算されドライバ７ａ，７ｂを介して光位相変調器４ａ,４ｂにれそれぞ入力する。

なお制御用重畳信号は加算器１１ａ，１１ｂの前段でアンプ１２ａ，１２ｂにより増幅されるが、アンプ１２ｂはインバータ機能を有しており、これらの信号は位相が１８０°異なった状態で出力される。

光位相変調器４ａ，４ｂの出力は図４に示す従来例と同様光合波器９で合波されて光分波器２ａに入力し、一方の信号［Ｌ］は図示しない光受信器側に送信され、他方の信号［Ｑ］は光⇒電気変換器１３、ＡＭ検波回路１４、検波器１５及び積分回路１６からなる負帰還部１６に入力した後、その出力は振幅可変部１７に入力される。この振幅可変部１７からの出力は制御用重畳信号［Ｎ］とともに加算器１１ｂに入力してドライバ７ｂを介して光位相変調器４ｂに入力する。

ここで、ＡＭ検波回路１４および検波器１５は重畳信号検出部として機能し、積分回路１６はサーボ部として機能する。
なお、加算信号[Ｇ]における［Ｅ］の振幅成分と[Ｍ]の振幅成分の比と、加算信号[Ｈ]における［Ｆ]の振幅成分と［Ｎ］の振幅成分の比とは等しくなるような構成とする。

図２（ａ）は低周波信号を重畳したＩ変調信号ベクトルの先端の軌跡とＱ変調信号ベクトルを矢印であらわした状態を示している。図に示すように低周波信号の位相は１８０°異なっている。
図２(ｂ)は図２（ａ）の合成ベクトルを示すものである。ここでＩとＱに重畳した信号が１８０度異なるため、合成ベクトルの軌跡は円の接線方向となり、重畳信号が比較的小さいと仮定すると、合成ベクトルは振幅方向にほとんど変化がないことがわかる。

図３は位相バランスが崩れた場合の合成ベクトルを示すものである。光振幅が変動すると。この変動は重畳波をＡＭ検波することにより取り出すことができる。

図４は本発明の振幅アンバランスを補正する補正手段の負帰還部１２の一部を構成する各部からの出力波形を示すものである。図において（イ）は光電気変換器１３からの出力［Ｒ］、（ロ）はＡＭ検波回路１４の出力［Ｓ］（ハ）は検波器［Ｔ］の出力波形を示しており、上段は図３の合成ベクトルの波形、下段は図２（ｂ）の合成ベクトルの波形を示している。

上述の構成によれば、光合波器の後段に設けた第２光分波器、Ｉ信号に第１制御用信号を加算する第１信号加算器、Ｑ信号に第２制御用信号を加算する第２信号加算器、第２光分波器からの出力の一方を第１，第２光位相変調器のいずれか一方に帰還させる負帰還部、この負帰還部からの出力信号の振幅を変化させる振幅可変部で構成され、この振幅可変部からの信号を前記第１，第２信号加算器のいずれかに加算するように構成し、負帰還部は前記第２光分波器からの出力の一方を入力する光／電気変換器と、この光／電気変換器の出力に重畳された前記制御用信号を検出するＡＭ検波回路と検波器と積分回路で構成し、第１制御用信号と第２制御用信号は位相が１８０°異なる低周波信号としたので、変調系の特性変化に対し、安定したＩＱ振幅比を有するＱＰＳＫ光変調装置を実現することができる。

なお、以上の説明は、本発明の説明および例示を目的として特定の好適な実施例を示したに過ぎない。例えば、負帰還部で用いた積分回路は同様の機能を有する他の部品をもちいてもよい。
したがって本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形を含むものである。

本発明の実施形態の一例を示すＱＰＳＫ光変調装置のブロック構成図である。 低周波信号を重畳したＩ変調信号ベクトルの先端の軌跡とＱ変調信号ベクトルをあらわした状態を示す図である。 位相バランスが崩れた場合の合成ベクトルを示すである。 振幅アンバランスを補正する補正手段の一部を構成する各部からの出力波形を示す図である。 従来のＱＰＳＫ光変調装置ブロック構成図である。 理想的なコンスタレーションを示す図である。 Ｉ，Ｑの光出力振幅に差が出てきた状態を示す図である。

符号の説明

１ レーザ光源
２ 光分波器
３ π／２位相シフタ
４ 光位相変調器
６ ＩＱエンコーダ
７ ドライバ
９ 光合波器
１０ 低周波信号発生部
１１ 加算器
１２ 負帰還部
１３ 光⇒電気変換器
１４ ＡＭ検波回路
１５ 検波器
１６ サーボ部（積分回路）
１７ 振幅可変部

Claims (5)

1. 一定波長の光を出力する光源と、この光源からの光を入力して２方向に分岐する第１光分波器と、分岐した一方の光を入力する第１光位相変調器及び分岐した他方の光を入力する第２光位相変調器と、前記第１，第２光位相変調器のいずれかの前段若しくは後段に設けられたπ／２位相シフト部と、前記第１，第２光位相変調器にそれぞれドライバを介して入力するＩ信号及びＱ信号を出力するエンコーダと、前記第１，第２光位相変調器の出力を合波して合成変調光を出力する光合波器と、この光合波器の後段に設けた第２光分波器と、この第２光分波器からの一方の出力を用いて前記第１光分波器から第２光分波器までの変調系で生じる光信号の振幅アンバランスを補正する補正手段を設けたＱＰＳＫ光変調装置において、
   前記振幅アンバランスの補正手段は、前記Ｉ信号に第１制御用信号を加算する第１信号加算器と、前記Ｑ信号に第２制御用信号を加算する第２信号加算器と、前記第２光分波器からの出力の一方を前記第１，第２光位相変調器のいずれか一方に帰還させる負帰還部と、この負帰還部からの出力信号の振幅を変化させる振幅可変部とからなり、この振幅可変部からの信号を前記第１，第２信号加算器のいずれかに加算するように構成したことを特徴とするＱＰＳＫ光変調装置。
2. 前記負帰還部は前記第２光分波器からの出力の一方を入力する光／電気変換器と、この光／電気変換器の出力に重畳された前記制御用信号の振幅成分を検出する重畳信号検出部と、この重畳信号検出部の信号を元に制御用信号の振幅成分が最小となるように前記振幅可変部の出力を制御するサーボ部とで構成したことを特徴とする請求項１に記載のＱＰＳＫ光変調装置。
3. 前記重畳信号検出部は前記光／電気変換器からの出力を入力してＡＭ検波を行うＡＭ検波回路と検波器とで構成したことを特徴とする請求項２に記載のＱＰＳＫ光変調装置。
4. 前記サーボ部は積分回路であることを特徴とする請求項２に記載のＱＰＳＫ光変調装置。
5. 前記第１制御用信号と第２制御用信号は位相が１８０°異なる低周波信号であることを特徴とする請求項１に記載のＱＰＳＫ光変調装置

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