JPH03251815A - 光送信器、光変調器の制御回路および光変調方法 - Google Patents
光送信器、光変調器の制御回路および光変調方法Info
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Abstract
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Description
される光信号の安定化をはかる外部変調器の制御方式に
関し、 入力信号に依存せずに、動作点ドリフトに伴う出力光信
号の消光比の劣化を防止できることを目的とし、 光源と、入力信号に応じた駆動電圧を発生する駆動回路
と、駆動電圧に応じて光源の出射光を変調し、入力信号
を光信号に変換する外部変調器とを備えた電気−光変換
回路において、所定の低周波信号を出力する低周波発振
器と、この低周波信号で入力信号に振幅変調をかけて駆
動回路に送出する低周波重畳手段と、外部変調器から出
力される光信号に含まれる低周波信号の周波数成分を検
出し、低周波発振器が出力する低周波信号の位相と比較
して動作点ドリフト方向を検出する低周波信号検出手段
と、動作点ドリフト方向に応じて、外部変調器の動作点
をドリフト方向と同方向に制御する制御信号を駆動回路
に送出する制御手段とを備えて構成される。
から出力される光信号の安定化をはかる外部変調器の制
御方式に関する。
レーザに流れる電流をデータ信号により変調する直接変
調方式が採用されていた。しかし、直接変調方式では、
伝送速度が速くなるに応じて出力される光信号の波長変
動(チャーピング)の影響が大きくなるので、光フアイ
バー内の波長分散により長距離伝送が困難となってきた
。
ダ型外部変調器(以下、rMZ変調変調器−う。)その
他の外部変調器を用いた電気−光変換回路が検討されて
いる。一方、このような外部変調器を用いた構成では、
光通信システムの長期安定動作を達成するために、温度
変動および経時変化に対して出力される光信号の安定化
が必要になっている。
構成を示す図である。
て与えられる入力信号に応じて、半導体レーザ75の出
射光を変調し、光信号として出力する。
に伴う外部変調器の動作点のずれを補償する方法として
、入力信号の一方の論理レベルに低周波信号を重畳して
変調器を駆動し、出力される光信号から検出される低周
波信号の位相により動作点を制御する方法が提案されて
いる。
化、および経時変化により、その入出力特性に変化(動
作点ドリフト)を生じる。
し、■は動作点ドリフトを生じた場合の特性を示す。な
お、MZ変調器の入出力特性は、図に示すように駆動電
圧に対して周期性を有する。
の上下の各尖頭値が得られる駆動電圧■。、■1を用い
ることにより、効率的な2値変調を行うことができる。
ドリフトの発生時に駆動電圧■。、Vlが一定であると
、上述の周期性により消光比が劣化する。したがって、
動作点ドリフトが発生した時にそのドリフト量をdVと
すると、駆動電圧■。、■、をそれぞれ■。+dVおよ
びV、±dVとして動作点ドリフトを補償する必要があ
る。
畳する従来の動作点ドリフトの補償方法では、入力信号
のマーク率の変化、立ち上がり時間あるいは立ち下がり
時間の増大により、最適動作点を保持する制御が困難で
あった。
う出力光信号の消光比の劣化を防止できる外部変調器の
制御方式を提供することを目的とする。
圧を発生する。
を変調し、入力信号を光信号に変換する。
幅変調をかけて駆動回路12に送出する。
れる光信号に含まれる低周波信号の周波数成分を検出し
、低周波発振器14が出力する低周波信号の位相と比較
して動作点ドリフト方向を検出する。
調器13の動作点をドリフト方向と同方向に制御する制
御信号を駆動回路12に送出する。
ら与えられる低周波信号で振幅変調した入力信号を駆動
回路12を介して外部変調器13に与え、外部変調器1
3がこの信号で光源11の出射光を変調した光信号を出
力する。
畳された低周波信号の周波数成分を検出し、低周波発振
器14が出力する低周波信号の位相と比較し、その位相
差から外部変調器13の動作点ドリフトの方向を検出す
る。
リフトがない場合には、低周波信号が入力信号の各論理
値に対応して逆相で変調され、その周波数成分が出力さ
れる光信号に含まれないので「0」となる。また、この
ような位相の差が「0」となる状態は、入力信号の波形
に左右されずに発生する。
入力信号の各論理値に対応して同相で変調され、その周
波数成分が出力される光信号に含まれる。また、求めら
れる位相の差は動作点ドリフトの方向に応じて180°
異なる値となる。
方向に動作点を制御する制御信号を駆動回路12に送出
することにより、外部変調器13から出力される光信号
を安定化させることができる。
明する。
外部変調器として用いられるMZ変調器22に与える。
利得アンプ23には、入力信号および低周波発振器24
が出力する所定周波数(−f。)の低周波信号が入力さ
れ、入力信号をこの低周波信号で振幅変調して出力する
。この出力信号は、所定の信号レベルを得る駆動アンプ
25、さらにコンデンサ26を介してMZ変調器22の
一方の変調入力端子に入力される。また、MZ変調器2
2の他方の変調入力端子には、直列接続されたバイアス
ティ27および終端抵抗器28が接続される。なお、駆
動アンプ25、コンデンサ26、バイアスティ27およ
び終端抵抗器28は、MZ変調器22の駆動回路に相当
する。
より半導体レーザ21の出射光を変調し、光信号に変換
して出力する。
て取り出される。この分岐された光信号は、光−電気変
換を行うフォトダイオード30に入力され、その出力に
得られる電気信号はf。の周波数成分を選択増幅する帯
域増幅器31を介してミキサ32の一方の入力端子に入
力される。また、ミキサ32の他方の入力端子には低周
波発振器24が出力する低周波信号が入力される。ミキ
サ32は、これらの信号の位相を比較し、その位相差に
応じた信号を出力する。なお、分岐回路29、フォトダ
イオード30、帯域増幅器31およびミキサ32は、低
周波信号検出手段に相当する。
の信号を通過させる低域通過フィルタ33を介して差動
アンプ34の一方の入力端子に入力される。また、差動
アンプ34の他方の入力端子は、回路アースに接続され
る。差動アンプ34の出力は、バイアスティ27に接続
される。
る。
光信号の波形を示す図である。
光信号の波形を示す図である。
作点ドリフトに応した動作点の制御動作について説明す
る。
、第3図(a)に示されるように、入力信号に低周波信
号が重畳されたものである。このような入力信号で、第
3図ら)に示す入出力特性を有するMZ変調器22を駆
動すると、第3図(C)に示すように周波数2r、の信
号で振幅変調された出力光信号が得られる。
ルに対応した駆動電圧■。、VlがMZ変調器22の入
出力特性上でそれぞれ上下の尖頭値間(半周期)に設定
されているために、入力信号に重畳された低周波信号は
、入力信号の「O」レベルおよび「1」レベルで互いに
逆相で変調される。したがって、帯域増幅器31の出力
には、foの周波数成分が検出されない。
図に示すように、入力信号に重畳された低周波信号が入
力信号の「0」レベルおよび「1」レベルにおいて同相
で変調される。出力される光信号の平均電力はこのよう
な同相変調に伴って周波数f0で変動し、その周波数成
分子0の位相はMZ変調器22の動作点ドリフトの方向
に応して、180°異なった値となる。したがって、ミ
キサ32の出力には、その周波数成分子。と低周波発振
器24が出力する低周波信号との位相差に応じた信号が
得られる。
信号により、出力光信号に周波数成分子0が含まれない
ように駆動電圧を制御し、動作点ドリフトを補正した最
適の動作点を保持する。
供給しているが、低周波で変調された入力信号の包路線
が上下対称であり、かつ駆動アンプ25の直流出力電圧
が調整できれば、コンデンサ26およびバイアスティ2
7を除いてもよい。
てもよい。
の動作原理を定量的に説明する。
vo−シロ)をνπとし、出力光信号の電力をそのピー
ク値で正規化した値をPとし、駆動電圧を■πで正規化
した値を■とすると、MZ変調器22の入出力特性は、 P(V) = (1−cos(x (V−Vd)))/
2の式で与えられる。なお、Vdは、■πで正規化され
た動作点ドリフト電圧である。
対して周波数f0(=ω。/2π)の低周波信号により
変調度mで振幅変調を行うと、入力信号の論理レベル「
0」およびrl、に対応する駆動電圧■。、■1は、 ν。=msin(ω。t) V、= 1−msin(ωot) の各式で与えられる。また、mが十分小さい場合におい
て、これらの各論理レベルに対応した出力光信号の電力
P。、Plは、 P o ”” P (ν。) ”1(1−cos(πVd) πm5in(ωot)sin(πVd))/2P+=P
(V+) #(1+cos(zVd) tt m5in(ωot)sin(πVd))/2の各
近位式で与えられる。さらに、入力信号の立ち上がり時
間および立ち下がり時間における出力光信号の平均電力
P2は、 −1/2−cos(πVo)sin(πVd)バπ(1
2Vo))#1/2 ((1+2m5in(ωot)
)/z)sin(πVd)の近似式で与えられる。
出現確率を示す図である。
信号のビットレートfbと入力信号の立ち上がり時間お
よび立ち下がり時間(−r (1/fb))の関係を示
す定数である。
重畳される低周波信号の周期(−i/ro)より十分短
い時間で平均した出力光信号の電力Pavは、 P−−一(r(I M)2+(1r)(I M)P
a+ (rM2+ (1−r)M)P、 +2r(1−
M)MP2ミKoPo +に+P+ 十KzPz の式で与えられる。なお、KO,K、およびに2は、そ
れぞれ上式中に示される比例定数である。
信号の周波数f0の成分Pは、 P = −(((r(1−M)2+(1−r)(1−M
)+(rM”+(1−r)M))(z/2)+2r(1
−M)M(π/2) l Xm5in(zVd) 5in(ωat)の式で与えら
れる。したがって、周波数f。の成分Pは、動作点ドリ
フトの方向(Vdの極性)によってその位相が180°
異なる。また、この周波数成分Pを基準周波数5in(
ω。t)と乗算すると、動作点ドリフトの方向に応じた
正負の直流成分を検出することができる。すなわち、こ
の直流成分を「0」とする制御を行うことによって、動
作点を最適に保持することができる。
フトVdが「0」の場合だけであるので、入力信号の波
形に応じて変動するパラメータMおよびrに依存せずに
動作点を最適に制御できる。
に、外部変調器の動作点ドリフトに対応して最適動作点
を保持することができる。
されてその消光比の劣化が防止され、外部変調器を実用
システムに導入することが可能となる。
信号の波形を示す図、 第5図は負方向の動作点ドリフト発生時における出力光
信号の波形を示す図、 第6図はアイパターンにおける入力信号の各論理値の出
現確率を示す図、 第7図は外部変調器を用いた電気−光変換回路の基本構
成を示す図、 第8図はMZ変調器の入出力特性を示す図である。 図において、 1は光源、 2は駆動回路、 3は外部変調器、 4は低周波発振器、 5は低周波重畳手段、 6は低周波信号検出手段、 7は制御手段、 1.75は半導体レーザ、 2はマツハツエンダ型外部変調器(MZ変調器)、3は
可変利得アンプ、 4は低周波発振器、 5は駆動アンプ、 6はコンデンサ、 7はバイアスティ、 28は終端抵抗、 29は光分岐回路、 30はフォトダイオード、 31は帯域増幅器、 32はミキサ、 33は高域遮断フィルタ、 34は差動アンプ、 71は外部変調器、 73は駆動回路である。 本発明の一実施例を示す図 第 2 図 本発明の原理ブロック図 第 1 (5)入力信号 外部変調器の出力光信号の波形を示す間第 3 図 出力光電力 正方向の動作点ドリフト発生時における出力光信号の波
形を示す図第 図 第 図 アイパターンにおける入力信号の各論理値を示す図第 図
Claims (1)
- (1)光源(11)と、 入力信号に応じた駆動電圧を発生する駆動回路(12)
と、 前記駆動電圧に応じて前記光源(11)の出射光を変調
し、前記入力信号を光信号に変換する外部変調器(13
)と を備えた電気−光変換回路において、 所定の低周波信号を出力する低周波発振器(14)と、 この低周波信号で前記入力信号に振幅変調をかけて前記
駆動回路(12)に送出する低周波重畳手段(15)と
、 前記外部変調器(13)から出力される光信号に含まれ
る前記低周波信号の周波数成分を検出し、前記低周波発
振器(14)が出力する低周波信号の位相と比較して動
作点ドリフト方向を検出する低周波信号検出手段(16
)と、 前記動作点ドリフト方向に応じて、前記外部変調器(1
3)の動作点をドリフト方向と同方向に制御する制御信
号を前記駆動回路(12)に送出する制御手段(17)
と を備えたことを特徴とする外部変調器の制御方式。
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