JP5610620B2 - 光送信器およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光送信器およびその制御方法に関する。

一般に、光通信システムで用いられる光送信器は、光出力レベルの変動、発振波長の変動、変調信号の非同期、無変調状態、外部変調器に印加されるバイアス電圧の変動などの異常を検出し、外部にアラームを発出する機能を有している。

光送信器の運用中に異常が発生した場合、異常状態から極力速やかに正常な状態へ復旧させるため、異常発生箇所をより正確に特定することが要求されている。

これに関連して、特許文献１には、パイロット信号が重畳されたデータ信号を用いて連続光を変調する外部変調器からの出力光の中に、パイロット信号周波数の２倍の周波数成分が含まれているか否かをモニタし、そのような周波数成分が検出されなければデータ信号が停止または消滅したものと判断してアラームを出力する光送信装置が記載されている。

特開２００４−５６１８７号公報

しかしながら、特許文献１に記載された上記方法を用いる場合には以下のような課題がある。

すなわち、データ信号がＲＺ（Return-to-Zero）方式で符号化された信号（ＲＺ信号）である場合、データ信号系列中の「０」を表すビットの数と「１」を表すビットの数が等しいとすれば、データ信号が「Ｈレベル」になる確率が２５％であるのに対して、「Ｌレベル」になる確率は７５％となる（図４Ｂ参照）。この場合、データ信号が外部変調器に正常に入力されていれば、外部変調器からの出力光の中にパイロット信号周波数の２倍の周波数成分が検出される（特許文献１の段落５３−６０参照）。

一方、データ信号がＮＲＺ（Non-Return-to-Zero）方式で符号化された信号（ＮＲＺ信号）である場合、データ信号系列中の「０」を表すビットの数と「１」を表すビットの数が等しいとすれば、データ信号が「Ｈレベル」になる確率および「Ｌレベル」になる確率はそれぞれ５０％となる（図４Ａ参照）。この場合、データ信号が外部変調器に正常に入力されていても、外部変調器からの出力光の中からパイロット信号周波数の２倍の周波数成分を検出することはできない（特許文献１の段落６８−７０参照）。

そこで、データ信号がＮＲＺ信号である場合には、データ信号が「Ｈレベル」になる確率と「Ｌレベル」になる確率を故意に異ならせる手段として、外部変調器に入力されるデータ信号のデューティを変更するデューティ調整部および、外部変調器から出力される光信号のデューティを元に戻す波形整形部（たとえば分散補償ファイバ）を光送信装置に追加しなければならない（特許文献１の段落７１−７６参照）。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、入力されるデータ信号がＮＲＺ方式およびＲＺ方式のいずれで符号化されたものであっても、同一の構成でデータ信号の停止または消滅を検出することができる光送信器およびその制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る光送信器は、直列接続された２以上の増幅器を含み、入力されるデータ信号を該２以上の増幅器により増幅する多段増幅器と、前記多段増幅器により増幅されたデータ信号に基づいて、レーザ光源から入力される無変調連続光を変調する変調手段と、前記多段増幅器に含まれる前記２以上の増幅器の少なくとも１つで消費される電流を示すモニタ値を取得する消費電流モニタ部と、前記消費電流モニタ部で取得されるモニタ値が予め定められた閾値より小さい場合に、アラームを出力する判定部と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、入力されるデータ信号がＮＲＺ方式およびＲＺ方式のいずれで符号化されたものであっても、同一の構成でデータ信号の停止または消滅を検出することができる。

また、本発明の一態様では、前記変調手段は、前記多段増幅器により増幅されたデータ信号に基づいて、レーザ光源から入力される無変調連続光を変調する外部変調器であり、前記光送信器は、前記外部変調器の駆動動作点電圧が該外部変調器の入力電圧−光出力特性カーブ上の最適点電圧となるよう、前記外部変調器に印加するバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御部をさらに含んでもよい。

また、本発明の一態様では、前記光送信器が、前記判定部により出力されるアラームに応じて、前記外部変調器の駆動動作点電圧を所定のバイアス電圧初期値にリセットする動作点リセット部をさらに含んでもよい。

この態様によれば、データ信号がいったん無変調状態になると、その後正常状態に復帰したとしても、外部変調器の駆動動作点電圧が電圧範囲の上限または下限に移行したままとなり、駆動動作点電圧を最適値に戻せなくなる、という問題を防ぐことができる。

また、本発明の一態様では、前記多段増幅器に入力されるデータ信号は、データ信号源から入力される複数のデータ信号が多重された信号であってもよい。

また、本発明に係る光送信器の制御方法は、直列接続された２以上の増幅器を含み、入力されるデータ信号を該２以上の増幅器により増幅する多段増幅器と、前記多段増幅器により増幅されたデータ信号に基づいて、レーザ光源から入力される無変調連続光を変調する変調手段と、を含む光送信器の制御方法であって、前記多段増幅器に含まれる前記２以上の増幅器の少なくとも１つで消費される電流を示すモニタ値を取得するステップと、前記取得されるモニタ値が予め定められた閾値より小さい場合に、アラームを出力するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、入力されるデータ信号がＮＲＺ方式およびＲＺ方式のいずれで符号化されたものであっても、同一の構成でデータ信号の停止または消滅を検出する光送信器およびその制御方法を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る光送信器のブロック図である。 外部変調器の入力電圧−光出力特性およびその動作を示す図である。 雰囲気温度に対する消費電流モニタ値をデータ信号のビットレートごとに測定した結果を示す図である。 ＮＲＺ方式で符号化されたデータ信号（ＮＲＺ信号）を示す図である。 ＲＺ方式で符号化されたデータ信号（ＲＺ信号）を示す図である。 データ信号が「Ｈレベル」になる確率に対する消費電流モニタ値を測定した結果を示す図である。 本発明の実施形態２に係る光送信器のブロック図である。

以下、本発明の実施形態１，２を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複説明は省略する。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る光送信器１ａのブロック図である。図１に示すように、光送信器１ａは、ＭＵＸ（Multiplexer：多重化装置）２、多段増幅器３、レーザ光源４、外部変調器５、ＰＤ（Photodiode）６、電流−電圧変換部７、バイアス電圧制御部８、ゲイン調整部１３、振幅調整部１４、電源１５、検出抵抗１６、検出電圧増幅部１７、ＡＤＣ（Analog to Digital Converter）１８、消費電流モニタ部１９、および判定部２３を含んで構成される。

ＭＵＸ２は、外部装置（図示せず）から入力される複数の低速データ信号を多重し、１本の高速データ信号に変換した後、多段増幅器３に出力する。

多段増幅器３は、少なくとも初段増幅器１１と終段増幅器１２を含む２以上の増幅器（本実施形態では初段増幅器１１と終段増幅器１２のみ）が直列接続された構造を有する。多段増幅器３は、ＭＵＸ２から入力される高速データ信号を増幅し、これを外部変調器５の駆動用データ信号（駆動用電圧）として、外部変調器５内部の電極２２に出力する。

電源１５は、初段増幅器１１および終段増幅器１２へ電力を供給する。初段増幅器１１の消費電流は、検出抵抗１６で電圧に変換された後、検出電圧増幅部１７でゲイン倍され、ＡＤＣ１８でディジタル値に変換される。消費電流モニタ部１９は、ＡＤＣ１８で得られたディジタル値を取り込み、初段増幅器１１で消費される電流を示す消費電流モニタ値を生成する。

なお、初段増幅器１１のゲインは、初段増幅器１１の消費電流が規定値となるように、ゲイン調整部１３の出力電圧を調整することによって設定される。たとえば、初段増幅器１１のゲインは、光送信器１ａの製造工程において、消費電流モニタ部１９で生成される消費電流モニタ値に基づいて、所要の値に設定される。

また、終段増幅器１２のゲインは、外部変調器５から出力される光信号の波形が所定の規格を満たすように、振幅調整部１４の出力電圧を調整することによって設定される。たとえば、終段増幅器１２のゲインは、光送信器１ａの製造工程において、外部変調器５から出力される光信号の波形に基づいて、所要の値に設定される。

そして、これら初段増幅器１１のゲインおよび終段増幅器１２のゲインを所要の値に設定することにより、外部変調器５を駆動するために適正な高速データ信号波形を得ることができる。なお、光送信器１ａの運用中は、初段増幅器１１のゲインおよび終段増幅器１２のゲインは固定されているため、それぞれにおける消費電流も一定である。

ここで、初段増幅器１１のゲインおよび終段増幅器１２のゲインが設定済であり、かつＭＵＸ２から出力される高速データ信号が多段増幅器３に正常に入力されている場合、初段増幅器１１にて高速データ信号が増幅され、初段増幅器１１の消費電流および消費電流モニタ部１９におけるモニタ値は初段増幅器１１の設定ゲインに応じた固定値となる。

一方、ＭＵＸ２から多段増幅器３に入力される高速データ信号が停止または消滅している場合は、初段増幅器１１にて高速データ信号が増幅されなくなるため、初段増幅器１１の消費電流は大幅に減少し、消費電流モニタ部１９におけるモニタ値も大幅に減少する。

判定部２３は、消費電流モニタ部１９で生成される消費電流モニタ値を予め設定された閾値と比較する。消費電流モニタ値が閾値よりも小さい場合、判定部２３は、ＭＵＸ２から多段増幅器３に入力される高速データ信号が停止または消滅したと判断してアラームを発出する。

外部変調器５は、多段増幅器３から入力される高速データ信号に基づき、レーザ光源４から入力される無変調連続光を変調し、変調された光信号を出力する。

外部変調器５では、レーザ光源４から入力される無変調連続光が光路２０と光路２１とにそれぞれ分岐された後、出力側で合波される。光路２０、２１はＬｉＮｂＯ_３で構成されており、電極２２に電圧を印加すると電気光学効果により光路２０，２１における光の伝播速度が変化する。このため、電極２２に印加される電圧（高速データ信号）が変化すると、光路２０，２１の出力端における光の位相の関係が変化する。たとえば、光路２０の出力端と光路２１の出力端の光の位相が同じならば、合波された光の出力は最大になり、それらの位相が互いに反転していれば出力は最小となる。

図２は、外部変調器５の入力電圧−光出力特性およびその動作を示す図である。図２に示すように、外部変調器５の電極２２に入力される電圧（データ信号）と外部変調器５の光出力との関係は、周期的に変化するサインカーブとなる。このため、駆動動作点電圧を基準とした電圧信号（データ信号）を外部変調器５に入力すれば、その波形に対応した波形を持つ光信号が外部変調器５から出力される。すなわち、外部変調器５は、その電極２２に印加される電圧信号に基づいて、レーザ光源４から入力される無変調連続光を変調することができる。

ＰＤ６は、外部変調器５から出力される光信号の一部を受光し、受光された光信号の強度に応じた電気信号を出力する。電流−電圧変換部７は、ＰＤ６から出力される電気信号（出力電流）を電圧に変換する。バイアス電圧制御部８は、電流−電圧変換部７の出力電圧に基づき、外部変調器５の駆動動作点電圧が最適値となるように、外部変調器５の電極２２に印加するバイアス電圧を制御する。

図３は、雰囲気温度に対する消費電流モニタ値をデータ信号のビットレートごとに測定した結果を示す図である（横軸：雰囲気温度Ｔａ、縦軸：消費電流モニタ値）。図３に示す結果は、ＮＲＺ方式で符号化された高速データ信号（ＮＲＺ信号）がＭＵＸ２から出力される多段増幅器３に正常に入力されている場合と正常に入力されていない場合のそれぞれについて消費電流モニタ値を測定したものである。図３に示すように、多段増幅器３に高速データ信号が正常に入力されている場合とされていない場合のいずれも、消費電流モニタ値は雰囲気温度Ｔａによらずほぼ一定である。また、多段増幅器３に高速データ信号が正常に入力されている場合とされていない場合の消費電流モニタ値の差は、温度変動に対して十分に大きい。一方、多段増幅器３に高速データ信号が正常に入力されている場合には、その伝送レートによらず消費電流モニタ値はほぼ同じである。

すなわち、図３に示す実測結果によれば、データ信号がＮＲＺである場合、消費電流モニタ値は、ＭＵＸ２からの高速データ信号が多段増幅器３に正常に入力されているか否かにのみ依存し、雰囲気温度やデータ信号のビットレートには依存しないとみなしても差し支えない。このため、判定部２３は、消費電流モニタ部１９で生成される消費電流モニタ値が閾値よりも小さい場合に、ＭＵＸ２から多段増幅器３に入力される高速データ信号が停止または消滅したと判定し、閾値よりも大きい場合に、ＭＵＸ２から出力される高速データ信号が多段増幅器３に正常に入力されていると判定することができる。

次に、本判定方法が、ＮＲＺ方式およびＲＺ方式のいずれで符号化されたデータ信号にも適用可能であることを説明する。

図４Ａは、ＮＲＺ方式で符号化されたデータ信号（ＮＲＺ信号）を示す図であり、図４Ｂは、ＲＺ方式で符号化されたデータ信号（ＲＺ信号）を示す図である。図４Ａに示すように、ＮＲＺ信号では、データ信号系列中の「１」が「Ｈレベル」で表され、「０」が「Ｌレベル」で表される。データ信号系列中の「０」を表すビットの数および「１」を表すビットの数が等しいとすれば、データ信号が「Ｈレベル」になる確率および「Ｌレベル」になる確率はそれぞれ５０％となる。一方、図４Ｂに示すように、ＲＺ信号では、データ信号系列中の「１」が「Ｈレベル」と「Ｌレベル」の組み合わせで表される。このため、データ信号系列中の「０」を表すビットの数と「１」を表すビットの数が等しいとすれば、データ信号が「Ｈレベル」になる確率は２５％に、データ信号が「Ｌレベル」になる確率は７５％になる。

図５は、固定パターンを有するデータ信号を用いて、データ信号が「Ｈレベル」になる確率に対する消費電流モニタ値を測定した結果を示す図である（横軸：確率、縦軸：消費電流モニタ値）。図５に示すように、データ信号が「Ｈレベル」になる確率を１０％付近まで減少させたとしても、多段増幅器３に高速データ信号が正常に入力されている場合とされていない場合との間には、閾値を設定するために十分な消費電流モニタ値の差があることが分かる。

このため、光送信器１ａによれば、外部変調器５に入力されるデータ信号がＮＲＺ方式およびＲＺ方式のいずれで符号化されたものであっても、同一の構成でデータ信号の停止または消滅を検出することができる。

［実施形態２］
図６は、上記実施形態１の変形例である本発明の実施形態２に係る光送信器１ｂのブロック図である。図６に示すように、光送信器１ｂは、ＭＵＸ２、多段増幅器３、レーザ光源４、外部変調器５、ＰＤ６、電流−電圧変換部７、バイアス電圧制御部８、動作点リセット部１０、ゲイン調整部１３、振幅調整部１４、電源１５、検出抵抗１６、検出電圧増幅部１７、ＡＤＣ１８、消費電流モニタ部１９、判定部２３、および信号発生部２４を含んで構成される。

光送信器１ｂでは、多段増幅器３を構成する終段増幅器１２と電源１５との間に検出抵抗１６を配置して、終段増幅器１２の消費電流をモニタする。

また、判定部２３の後段に信号発生部２４が配置されている。信号発生部２４は、判定部２３から出力されるアラームに応じて、動作点リセット部１０にリセット信号を発する。

動作点リセット部１０は、信号発生部２４からリセット信号を受けた場合またはバイアス電圧制御部８による駆動動作点電圧の制御をオフにする場合に、外部変調器５の駆動動作点電圧を強制的に所定のバイアス電圧初期値にリセットする。これにより、データ信号がいったん無変調状態になると、その後正常状態に復帰したとしても、外部変調器５の駆動動作点電圧が電圧範囲の上限または下限に移行したままとなり、駆動動作点電圧を最適値に戻せなくなる、という問題を防ぐことができる。

この光送信器１ｂによっても、光送信器１ａと同様、外部変調器５に入力されるデータ信号がＮＲＺ方式およびＲＺ方式のいずれで符号化されたものであっても、同一の構成でデータ信号の停止または消滅を検出することができる。

［変形例］
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。また上記実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成または同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。

たとえば、光送信器の運用中、初段増幅器１１はもちろん、終段増幅器１２もゲインが一定であるため、終段増幅器１２の消費電流はほぼ一定である。よって、初段増幅器１１の消費電流と終段増幅器１２の消費電流の合計値をモニタしてもよい。つまり、多段増幅器３全体の消費電流をモニタしてもよいし、別々にモニタしてもよい。

また、伝送特性を考慮して光信号の消光比を変化させる場合、データ信号の振幅を変えることになる。この場合は多段増幅器３を構成する終段増幅器１２の消費電流も変化するため、判定部２３における閾値の変更が必要になることがある。このようなケースに対応するため、判定部２３における閾値を調整可能としてもよい。

また、扱うデータ信号をＮＲＺ信号からＲＺ信号に変更する場合、またはＲＺ信号からＮＲＺ信号に変更する場合についても同様に、判定部２３における閾値を調整可能としてよい。

また、上記実施形態では、高速データ信号の伝送レートが１０［Ｇｂｉｔ／ｓ］オーダであることを前提としたが、これらと異なる伝送レートのデータ信号を扱う光送信器にも本発明は適用可能である。

また、外部変調器により無変調連続光を変調する方式を採用する光送信器に限らず、ＭＵＸからの高速データ信号を増幅器にて増幅し、無変調連続光を変調する方式を採用する光送信器にも同様に、本発明は適用可能である。また、光送信器だけでなく、光送信器を実質的に含む光送受信器にも本発明が適用可能なことはもちろんである。

１ａ，１ｂ 光送信器、２ ＭＵＸ、３ 多段増幅器、４ レーザ光源、５ 外部変調器、６ ＰＤ、７ 電流−電圧変換部、８ バイアス電圧制御部、１０ 動作点リセット部、１１ 初段増幅器、１２ 終段増幅器、１３ ゲイン調整部、１４ 振幅調整部、１５ 電源、１６ 検出抵抗、１７ 検出電圧増幅部、１８ ＡＤＣ、１９ 消費電流モニタ部、２０，２１ 光路、２２ 電極、２３ 判定部、２４ 信号発生部。

Claims (5)

1. 直列接続された第１増幅器と前記第１増幅器の後段に配置された第２増幅器とを含み、入力されるデータ信号を増幅する多段増幅器と、
   前記多段増幅器により増幅されたデータ信号に基づいて、レーザ光源から入力される無変調連続光を変調する変調手段と、
   前記多段増幅器に含まれる前記第１増幅器で消費される電流を示すモニタ値を取得する消費電流モニタ部と、
   前記消費電流モニタ部で取得されるモニタ値が予め定められた閾値より小さい場合に、アラームを出力する判定部と、を含み、
   前記第１増幅器のゲインは、前記消費電流モニタ部により取得される前記モニタ値が規定値となるように予め設定され、
   前記第２増幅器のゲインは、前記変調手段から出力される光信号の波形が所定の規格を満たすように予め設定される、
   ことを特徴とする光送信器。
2. 請求項１に記載の光送信器において、
   前記変調手段は、前記多段増幅器により増幅されたデータ信号に基づいて、レーザ光源から入力される無変調連続光を変調する外部変調器であり、
   前記光送信器は、前記外部変調器の駆動動作点電圧が該外部変調器の入力電圧−光出力特性カーブ上の最適点電圧となるよう、前記外部変調器に印加するバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御部をさらに含む、
   ことを特徴とする光送信器。
3. 請求項２に記載の光送信器において、
   前記判定部により出力されるアラームに応じて、前記外部変調器の駆動動作点電圧を所定のバイアス電圧初期値にリセットする動作点リセット部をさらに含む、
   ことを特徴とする光送信器。
4. 請求項１に記載の光送信器において、
   前記多段増幅器に入力されるデータ信号は、データ信号源から入力される複数のデータ信号が多重された信号である、
   ことを特徴とする光送信器。
5. 直列接続された第１増幅器と前記第１増幅器の後段に配置された第２増幅器とを含み、入力されるデータ信号を増幅する多段増幅器と、
   前記多段増幅器により増幅されたデータ信号に基づいて、レーザ光源から入力される無変調連続光を変調する変調手段と、
   を含む光送信器の制御方法であって、
   前記多段増幅器に含まれる前記第１増幅器で消費される電流を示すモニタ値を取得するステップと、
   前記取得されるモニタ値が予め定められた閾値より小さい場合に、アラームを出力するステップと、を含み、
   前記第１増幅器のゲインは、前記取得されるモニタ値が規定値となるように予め設定され、
   前記第２増幅器のゲインは、前記変調手段から出力される光信号の波形が所定の規格を満たすように予め設定される、
   ことを特徴とする光送信器の制御方法。

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