JPH04215486A - 光変調回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、波長変動を抑圧した光
変調回路に関する。光ファイバ通信システムに於ける伝
送速度の高速化に伴い、光ファイバの波長分散による波
形歪が問題となっている。その為、従来の直接強度変調
方式に比較して波長変動を大幅に小さくできる外部変調
方式の開発が進められている。このような外部変調方式
に於いても、光変調器に於いて生じる波長変動と、光フ
ァイバの波長分散との関係により生じる波形歪を小さく
することが要望されている。

【０００２】

【従来の技術】前述の直接強度変調方式は、半導体レー
ザの閾値電流近傍にバイアス電流を設定し、そのバイア
ス電流に、入力変調信号に従った電流を重畳して半導体
レーザに加えることにより、半導体レーザの出力光を制
御するものである。この直接強度変調方式は、半導体レ
ーザに加える電流の変化に対応して発振波長が変動する
欠点がある。従って、数Ｇｂｐｓ程度以上の光信号を得
る場合には、外部変調方式が採用されることになる。

【０００３】従来例の外部変調方式による光変調回路は
、例えば、図５に示すように、レーザ光源３１と、バイ
アス回路３２と、光変調器３３と、駆動回路３４とを備
え、バイアス回路３２からレーザ光源３１に一定のバイ
アス電流を供給して連続的にレーザ光を発生させ、その
レーザ光を光変調器３３に入射し、入力変調信号を駆動
回路３４に加えて、この駆動回路３４から光変調器３３
に入力変調信号に従った駆動信号を加えて、レーザ光の
強度変調を行うことになる。レーザ光源３１としては、
単一モードで動作する分布帰還型半導体レーザが一般的
であり、又光変調器３３としては、電界吸収型光変調器
やマッハツェンダ干渉計型光変調器等が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】外部変調方式は、レー
ザ光源３１を連続的に動作させるから、レーザ光源３１
に於いては波長変動を生じないことになる。しかし、電
界吸収型光変調器等の光変調器３３は、光の強度変調と
共に位相変調を行う構成となり、それによって光波長が
変調されることになる。光ファイバは、前述のように、
波長分散特性を有するものであるから、波長変動が生じ
ると、波長分散の影響を受けて波形が歪むことになる。

【０００５】このような問題に対して、ＲＺ波形で変調
する場合について、レーザ光源３１を正弦波で同時に変
調して、光ファイバ伝送時の波形劣化を小さくすること
が提案された。しかし、ＮＲＺ波形で変調する場合には
適用できないものである。一般に、高速変調に於いては
、パルス幅の狭いＲＺ波形で変調するよりも、パルス幅
が広いＮＲＺ波形で変調する方が容易となるから、ＮＲ
Ｚ波形で変調し、且つ波長変動が生じない変調手段が必
要となる。本発明は、光ファイバ伝送時の光信号波形の
歪を少なくするように変調することを目的とするもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体レーザ
等のレーザ光源１と、このレーザ光源１に一定のバイア
ス電流を供給するバイアス回路２と、レーザ光源１から
のレーザ光を入力する光変調器３と、この光変調器３を
入力変調信号に従って駆動する駆動回路４とを備えた光
変調回路に於いて、入力変調信号を微分する微分回路５
と、この微分回路５の微分出力信号に従った振幅，位相
，極性の補償電流を、バイアス回路２からの一定のバイ
アス電流に重畳して供給する補償回路６とを設けたもの
である。

【０００７】又補償回路６を、光変調器３の出力光を伝
送する光ファイバの波長分散特性に対応して、補償電流
の振幅，位相，極性を調整しておき、微分回路５の微分
出力信号に従った補償電流を出力するように構成するも
のである。

【０００８】

【作用】光変調器３に於ける位相変調成分による波長変
動は、駆動回路４からの駆動信号の立上り及び立下りに
於いて生じるものである。従って、入力変調信号を微分
回路５により微分して、駆動信号の立上り及び立下りの
タイミングに於ける補償電流を補償回路６からレーザ光
源１に供給することにより、光変調器３に於ける波長変
動と逆の波長変動をレーザ光源１に発生させて、相互の
波長変動を打ち消すことにより、波長変動が抑圧した変
調光を出力することができる。

【０００９】又光ファイバの波長分散特性に対応して、
補償回路６からの補償電流の振幅，位相，極性を調整す
ることにより、前述のように、波長変動を零とすること
ができることは勿論のこと、過補償状態とすることもで
きる。例えば、光ファイバの波長分散の符号が正の場合
に、光パルスの立上り部分の波長を長く、立下り部分の
波長を短くなるように過補償状態とし、波長分散特性に
よる光パルス波形の圧縮を生じさせて、長距離伝送を可
能とすることができる。

【００１０】

【実施例】図２は本発明の実施例のブロック図であり、
１１はレーザ光源としての分布帰還型半導体レーザ、１
２はバイアス回路、１３は電界吸収型光変調器、１４は
駆動回路、１５は微分回路、１６は補償回路、１７は極
性設定回路、１８は位相調整回路、１９は振幅調整回路
である。バイアス回路１２から一定のバイアス電流が半
導体レーザ１１に供給され、一定の波長のレーザ光が光
変調器１３に入力される。伝送データとしての入力変調
信号が駆動回路１４と微分回路１５とに加えられ、駆動
回路１４から光変調器１３に駆動信号が加えられて、レ
ーザ光の強度変調が行われ、その時に前述のような位相
変調成分が生じる。

【００１１】微分回路１５は入力変調信号を微分して、
その微分出力信号を補償回路１６に加えるもので、この
微分回路１５は、ＣＲによる微分回路の構成或いは１ビ
ット分以下の遅延時間を与えて差をとる構成等により実
現することができる。又補償回路１６は、極性設定回路
１７と位相調整回路１８と振幅調整回路１９とからなり
、極性設定回路１７は微分出力信号の極性と補償電流の
極性との関係を設定する。又位相調整回路１８は微分出
力信号の位相と補償電流の位相との関係を調整し、振幅
調整回路１９は補償電流の振幅を調整するものである。 補償電流の極性の設定や位相及び振幅の調整は、半導体
レーザ１１と光変調器１３との特性及び光ファイバの波
長分散特性に対応して予め行うものであり、例えば、入
力変調信号の立上りに相当する駆動信号により光変調器
１３を駆動した時の波長が短波長側に変動し、半導体レ
ーザ１１に供給する補償電流を負極性とした時に、発光
波長が長波長側に変動する場合、微分出力信号が正極性
の時に補償電流を負極性とするように極性を設定するこ
とにより、光変調器１３に於いて生じる波長変動を半導
体レーザ１１の発光波長の変動により相殺し、波長変動
を零とした強度変調光を出力することができる。従って
、光ファイバの零分散波長のレーザ光波長に選定するこ
とにより、波形歪がない光信号を伝送することができる
。

【００１２】電界吸収型光変調器１３は、駆動信号によ
って屈折率変化等により波長透過特性が変化し、それに
よって、波長λ０　の光が透過されたり、吸収されたり
するように構成されており、その場合の電界吸収型光変
調器１３の出力光電力Ｐ（ｔ）　と出力光波長λ（ｔ）
　とは次式に示すものとなる。 　　Ｐ（ｔ）　＝Ｐ０　・ｅｘｐ　（−ａ・Ｖ（ｔ）　
）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　…（１）　　　λ（ｔ）　＝λ０　＋α（λ０　）
２　／（４πｃ）・ｄＶ（ｔ）　／ｄｔ　　　　　　…
（２）　　　但し、 Ｐ０　　　：駆動電圧＝０Ｖの時の光変調器の出力光電
力ａ　　　　：係数 Ｖ（ｔ）　：駆動電圧 λ　　　　：光変調器の出力光波長 λ０　　　：光変調器の入力光波長 α　　　　：光変調器の屈折率の実数部の変化量と虚数
部の変化量との比 ｃ　　　　：光速度 又分布帰還型半導体レーザ１１は、供給電流に対応して
活性層の屈折率が変化する結果、前述のように発振波長
が変化する。従って、前述のように、電界吸収型光変調
器１３に於ける波長変動を相殺する波長変動を、分布帰
還型半導体レーザ１１に生じさせて、変調出力光の波長
変動を零とすることができる。

【００１３】図３は本発明の実施例の動作説明図であり
、（ａ）は“０”，“１”，“０”，“１”，“１”の
入力変調信号のＮＲＺ波形、（ｂ）は光変調器１３の出
力光強度、（ｃ）は光変調器１３に於いて発生する波長
変動、（ｄ）は微分回路１５の微分出力信号、（ｅ）は
一定のバイアス電流に補償電流を重畳した供給電流、（
ｆ）は半導体レーザ１１の出力光波長、（ｇ）は光変調
器１３の出力光波長を示す。この実施例に於いては、光
変調器１３に加える駆動信号の立上りで光変調器１３で
は短波長側に波長変動が生じ、駆動信号の立下りで長波
長側に波長変動を生じると共に、半導体レーザ１１は、
バイアス電流を大きくすると発光波長が短波長側に変動
し、バイアス電流を小さくすると発光波長が長波長側に
変動する場合について示すものである。

【００１４】入力変調信号が（ａ）に示すように“０”
から“１”に立上ると、それに対応して駆動回路１４か
ら光変調器１３に加えられる駆動信号が（ｂ）に示すよ
うに立上る。そして、微分回路１５の微分出力信号が（
ｃ）に示すように正極性となったとすると、補償回路１
６の極性設定回路１７は、微分出力信号の極性を反転し
た極性とし、位相調整回路１８及び振幅調整回路１９と
により、光変調器１３に於いて生じる波長変動分を相殺
する波長変動が生じる電流となるように調整した補償電
流を、バイアス回路１２からのバイアス電流に重畳し、
（ｅ）に示す電流として半導体レーザ１１に供給する。 それによって、半導体レーザ１１の発光波長は、（ｆ）
に示すようにλ０　から長波長側に変動し、光変調器１
３では前述のように短波長側に変動するから、波長変動
分は相殺されて、光変調器１３の出力光波長λ０　は、
（ｇ）に示すように一定となる。又入力変調信号が“１
”から“０”に立下る場合は、前述の動作と反対に光変
調器１３では長波長側に波長変動が生じるから、半導体
レーザ１１に正極性の補償電流をバイアス電流に重畳し
て供給し、半導体レーザ１１の発光波長を短波長側に変
動させて、光変調器１３の出力光波長λ０　を一定とす
るものである。

【００１５】図４は波長分散とパワーペナルティの関係
説明図であり、パワーペナルティは最小受光電力の劣化
量（ｄＢ）を示し、曲線ａは波長変動を補償しない場合
、曲線ｂは波長変動を零とするように補償した場合、曲
線ｃは波長変動を過補償した場合を示す。即ち、パワー
ペナルティ０．５ｄＢ以下でみると、波長変動を補償し
ない従来例に於いては、許容分散値は−１６５０ｐｓ／
ｎｍから＋２３０ｐｓ／ｎｍとなるが、波長変動を補償
した場合は、曲線ｂから判るように、許容分散値は−９
２０ｐｓ／ｎｍから＋９２０ｐｓ／ｎｍとなり、正の分
散に対しても又負の分散に対しても大きい許容値が得ら
れる。又補償電流の振幅を大きくして、曲線ａの場合と
逆の波長変動が生じるように過補償した場合は、前述の
ように、光パルス幅を圧縮する作用が生じることになり
、正の許容分散値を更に大きくする。

【００１６】レーザ光源としては、分布帰還型半導体レ
ーザ以外の他の構成の単一縦モード半導体レーザを使用
することも可能であり、又光変調器としては、電界吸収
型光変調器以外のマッハツェンダ干渉計型等の他の構成
の光変調器を使用することも可能である。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、光変調
器３に於いて生じる波長変動を、レーザ光源１の発光波
長を変化させて補償するものであり、波長変動を零とし
た変調出力光を得ることができるから、光ファイバの波
長分散による光信号波形に歪が生じないようにすること
ができる。又光ファイバの波長分散特性に対応して、光
変調器３の波長変動を過補償することにより、光パルス
幅の圧縮作用を生じさせて、長距離伝送を容易にするこ
とも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理説明図である。

【図２】本発明の実施例のブロック図である。

【図３】本発明の実施例の動作説明図である。

【図４】波長分散とパワーペナルティの関係説明図であ
る。

【図５】従来例のブロック図である。

【符号の説明】

１　　　　レーザ光源 ２　　　　バイアス回路 ３　　　　光変調器 ４　　　　駆動回路 ５　　　　微分回路 ６　　　　補償回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　レーザ光源（１）と、該レーザ光源（
   １）に一定のバイアス電流を供給するバイアス回路（２
   ）と、前記レーザ光源（１）からのレーザ光を入力する
   光変調器（３）と、該光変調器（３）を入力変調信号に
   従って駆動する駆動回路（４）とを備えた光変調回路に
   於いて、前記入力変調信号を微分する微分回路（５）と
   、該微分回路（５）の微分出力信号に従った振幅，位相
   ，極性の補償電流を前記バイアス電流に重畳して前記レ
   ーザ光源（１）に供給する補償回路（６）とを設けたこ
   とを特徴とする光変調回路。
2. 【請求項２】　　前記補償回路（６）は、前記光変調器
   （３）の出力光を伝送する光ファイバの波長分散特性に
   対応して前記補償電流の振幅，位相，極性を調整し、前
   記微分回路（５）の微分出力信号に従った補償電流を出
   力する構成を有することを特徴とする請求項１記載の光
   変調回路。