CN101884004B - 外部调制器的控制设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于输入信号调制从光源发射的光的用于外部调制器的控制设备，该控制设备包括：低频信号生成装置，该低频信号生成装置生成并输出具有预定频率的低频信号；信号叠加装置，该信号叠加装置在该低频信号上叠加作为输入信号的第一调制信号，以构成第二调制信号，并将该第二调制信号施加于外部调制器；低频信号检测装置，该低频信号检测装置从外部调制器的光输出中检测低频信号分量，将所检测到的低频信号的相位与从低频信号生成装置输出的低频信号的相位进行比较，并且输出根据相位差的信号；工作点控制装置，该工作点控制装置基于低频信号检测装置的输出信号进行控制，以补偿外部调制器的工作点漂移；光功率水平检测装置，该光功率水平检测装置检测外部调制器的光输出的平均值；以及可变增益放大装置，被配置用于基于光功率水平检测装置的检测输出而设置增益，该可变增益放大装置放大低频信号检测装置的输出并将其输出至工作点控制装置；其中，设置可变增益放大装置的增益，以使得从外部调制器的输出侧起通过工作点控制装置并回到外部调制器的环路的闭环增益变得恒定。

Description

外部调制器的控制设备和方法
技术领域
本发明涉及要在光通信系统中使用的马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)型光调制器的控制设备和方法。 
本申请要求2007年12月4日提交的日本专利申请2007-313474的优先权，其全部内容通过引用包含于此。 
背景技术
作为外部调制器，已知有诸如LiNbO3调制器(LN调制器)等的Mach-Zehnder(MZ)型调制器，在MZ型调制器中，相对于所施加的电压，透光特性改变成正弦波形(周期为2Vπ)。然而，该透光特性对于诸如温度变化等的干扰是灵敏的，因此在其中发生时间变化(工作点漂移)。 
这里，“工作点漂移”是指在表示施加电压和光输出功率之间的关系的特性曲线中，在施加电压增大或减小的方向上的漂移。 
在用于补偿诸如Mach-Zehnder(MZ)型调制器等的外部调制器的工作点漂移的各种方法中，低频叠加方法由于其简单性和方便性而已被广泛使用。该低频叠加方法是这样一种方法：在调制信号上预先叠加低频信号，并且根据在外部调制器的输出中所检测到的低频信号分量和原始低频信号之间的相位差来补偿工作点偏移量。图10示出了用于使用低频叠加方法的传统的外部调制器的控制设备21的结构(专利文献1)。 
在图10中，用于要在光通信中使用的传统的外部调制器的控制设备设置有光源20、Mach-Zehnder(MZ)型光调制器22、光分路单元23、低频振荡器24、低频叠加单元25、低频信号检测单元26和工作点控制单元27。 
来自Mach-Zehnder(MZ)型光调制器22的光输出被光分路单元23分路并被输出至光输出单元(图中未示出)侧和低频信号检测单元26侧。 
低频振荡器24生成并输出用于检测Mach-Zehnder型光调制器22的工作点偏移量的低频信号(频率f)。 
低频叠加单元25对用于调制从光源20输出的光的调制信号以及从低频振荡器24输出的低频信号(频率f)进行叠加。 
低频信号检测单元26检测Mach-Zehnder(MZ)型光调制器22的光输出中的、已通过低频叠加单元25而被叠加在调制信号上的低频信号分量(频率f)。而且，低频信号检测单元26根据该低频信号分量(频率f)与从低频振荡器输出的低频信号(频率f)之间的相位差(Mach-Zehnder型光调制器22的工作点偏移量)来输出直流电压信号。 
工作点控制单元27基于从低频信号检测单元26输出的电信号来控制工作点，以补偿Mach-Zehnder(MZ)型光调制器22的工作点偏移量(工作点漂移)。 
在上述结构中，将从光源20输出的连续光输入到Mach-Zehnder型光调制器22中，并且进行光调制。在该光调制中使用的电信号是其中从低频振荡器24输出的低频信号(频率f)已通过低频叠加单元25而被叠加在调制信号上的信号。因此，光调制信号包含低频信号(频率f)分量。 
在Mach-Zehnder型光调制器22中，从光源20输出的连续光被利用从低频叠加单元25输出的包含低频信号分量的调制信号来进行调制，然后被输出至光分路单元23。 
Mach-Zehnder型光调制器22的调制输出被通过光分路单元23而进行分路，并被输出至光输出单元侧和低频信号检测单元26侧。 
低频信号检测单元26检测低频信号分量(频率f)，将检测到的低频信号的相位与从低频振荡器24输出的低频信号(频率f)的相位进行比较，并将相位差信息(即，表示Mach-Zehnder型光调制器22的工作点偏移量的信号(直流电压信号))输出至工作点控制单元27。 
在低频检测单元26中，通过光电二极管将已在光分路单元23处取得的光输出转换成电信号以被检测。该电信号包含已在低频叠加单元中被叠加的低频信号。在放大器中被适当放大之后，该检测到的电信号被通过混频器而与从低频振荡器至混频器的低频输入相混合，并且相位被检测。在来自与该相位相对应的混频器的输出中，通过低通滤波器截止高于预定频 率的信号，并且向工作点控制单元27输出直流电压信号。 
在工作点控制单元27中，向Mach-Zehnder型光调制器22施加用于基于相位差信息而补偿Mach-Zehnder型光调制器22的工作点漂移(工作点偏移量)的控制电压。也就是说，根据从低频信号检测单元26输出的电信号而使偏置电压偏移，并补偿Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的工作点漂移。 
通过利用上述光分路单元23、低频信号检测单元26和工作点控制单元27的反馈环路的反馈控制操作，可以补偿Mach-Zehnder型光调制器22的工作点漂移，并且稳定地进行调制以遵循工作点漂移。 
[专利文献1]日本未审专利申请首次公开H03-251815。 
发明内容
本发明要解决的问题 
然而，在专利文献1中公开的用于外部调制器的控制设备中，如上所述，所有示出的为：通过使用光分路单元23、低频信号检测单元26和工作点控制单元27的反馈环路的反馈控制方法来进行Mach-Zehnder型光调制器的工作点控制。没有公开对Mach-Zehnder型光调制器的光输入功率的变化的影响。 
在光源20中，由于温度变化和时间变化等，可能导致发生光输出功率的变化。而且，可能需要改变光源20的光输出功率的系统，以改变Mach-Zehnder型光调制器22的光输出功率。 
如果至Mach-Zehnder型光调制器22的光输入功率变化，则闭环增益(即，Mach-Zehnder型光调制器22→光分路单元23→低频信号检测单元26→工作点控制单元27的反馈环路的增益)将改变。图11是示出了闭环增益改变时的方面的图。该图的纵轴表示从低频信号检测单元26输出的直流电压信号的大小，并且横轴表示从Mach-Zehnder型光调制器22输出的光信号的交叉点。此外，该图中的实线S1示出在闭环增益变化之前光信号交叉点与直流电压信号之间的关系。该图中的虚线S2示出了在闭环增益已改变之后光信号交叉点和直流电压信号之间的关系。如图11所示，当闭环增益改变时，该直线的斜率改变，因此光信号交叉点改变。 
本发明考虑上述情况，目的是提供降低工作点对于至外部调制器的光输入功率的变化的依赖性的外部调制器的控制设备和方法。用于解决该问题的措施 
本发明为解决上述问题和实现所述目的采用以下措施： 
(1)本发明的用于外部调制器的控制设备是用于基于输入信号而对从光源发射的光进行调制的外部调制器的控制设备，该控制设备包括：低频信号生成装置，该低频信号生成装置生成并输出具有预定频率的低频信号；信号叠加装置，该信号叠加装置将作为输入信号的第一调制信号与该低频信号相叠加，以构成第二调制信号，并将该第二调制信号施加于外部调制器；低频信号检测装置，该低频信号检测装置从外部调制器的光输出中检测低频信号分量，将该检测到的低频信号的相位与从低频信号生成装置输出的低频信号的相位进行比较，并输出根据相位差的信号；工作点控制装置，该工作点控制装置基于低频信号检测装置的输出信号进行控制，以补偿外部调制器的工作点漂移；光功率水平检测装置，该光功率水平检测装置检测外部调制器的光输出的平均值；以及可变增益放大装置，被配置用于基于光功率水平检测装置的检测输出而设置增益，该可变增益放大装置放大低频信号检测装置的输出，并将该输出输出至工作点控制装置；其中，设置可变增益放大装置的增益，以使得从外部调制器的输出侧起通过工作点控制装置并回到外部调制器的环路的闭环增益变得恒定。 
根据以上的(1)中所述的用于外部调制器的控制设备，设置可变增益放大装置的增益，以使得从外部调制器的输出侧起通过工作点控制装置并回到外部调制器的环路的闭环增益变得恒定。 
因而，可以抑制外部调制器的工作点的改变，同时降低工作点对于外部调制器的输入功率的变化的依赖性。 
(2)本发明的用于外部调制器的控制设备是基于输入信号对从光源发射的光进行调制的外部调制器的控制设备，该控制设备包括：低频信号生成装置，该低频信号生成装置生成并输出具有预定频率的低频信号；信号叠加装置，该信号叠加装置将作为输入信号的第一调制信号与该低频信号相叠加，以构成第二调制信号，并将该第二调制信号施加于外部调制器；低频信号检测装置，所述低频信号检测装置从所述外部调制器的光输出中检测所述低频信号的频率的低频信号分量，将该检测到的所述低频信号分 量的相位与从所述低频信号生成装置输出的低频信号的相位进行比较，并将该相位差作为表示所述光输出的工作点偏移量的输出信号输出；工作点控制装置，所述工作点控制装置基于所述低频信号检测装置的所述输出信号控制所述外部调制器的工作点，以追随所述外部调制器的工作点漂移；光功率水平检测装置，所述光功率水平检测装置检测所述外部调制器的光输出的平均值；以及光输出控制装置，所述光输出控制装置控制所述光源的光输出，从而使得所述光功率水平检测装置检测的平均值变得恒定。 
根据以上的(2)中所述的用于外部调制器的控制设备，可以保持外部调制器的输出恒定，并且从外部调制器的输出侧起通过工作点控制装置并回到外部调制器的环路的闭环增益变得恒定。因而，可以抑制外部调制器的工作点的变化，同时降低工作点对于外部调制器的输入功率的变化的依赖性。 
(3)本发明的外部调制器的控制方法是基于输入信号从对光源发射的光进行调制的外部调制器的控制方法，该控制方法包括：第一步骤，用于利用低频信号生成装置生成具有预定频率的低频信号；第二步骤，用于利用信号叠加装置在作为输入信号的第一调制信号上叠加在第一步骤中生成的低频信号，以生成第二调制信号，并将该第二调制信号施加于外部调制器；第三步骤，用于利用光功率水平检测装置检测外部调制器的光输出的平均值；第四步骤，用于利用低频信号检测装置从外部调制器的光输出中检测低频信号分量，将该检测到的低频信号的相位与从低频信号生成装置输出的低频信号的相位进行比较，并输出根据相位差的信号；第五步骤，用于基于光功率水平检测装置的检测输出而对放大低频信号检测装置的输出并将该输出输出至工作点控制装置的可变增益放大装置的增益进行设置；以及第六步骤，用于基于根据该相位差的信号而利用工作点控制装置进行控制，以补偿外部调制器的工作点漂移；其中，在第五步骤中，基于在第三步骤中输出的信号来设置可变增益放大装置的增益，以使得从外部调制器的光输出侧起通过工作点控制装置并回到外部调制器的环路的闭环增益变得恒定。 
根据以上的(3)中所述的外部调制器的控制方法，设置可变增益放大装置的增益，以使得从外部调制器的光输出侧起通过工作点控制装置并回到外部调制器的环路中的闭环增益变得恒定。 
因此，从外部调制器的输出侧起通过工作点控制装置并回到外部调制器的环路中的闭环增益变得恒定。因而，可以抑制外部调制器的工作点的变化，同时降低工作点对于外部调制器的输入功率的变化的依赖性。 
(4)本发明的外部调制器的控制方法是基于输入信号来对从光源发射的光进行调制的外部调制器的控制方法，该控制方法包括：第一步骤，用于利用低频信号生成装置生成具有预定频率的低频信号；第二步骤，用于利用信号叠加装置在作为输入信号的第一调制信号上叠加该低频信号，以构成第二调制信号，并将该第二调制信号施加于外部调制器；第三步骤，用于利用光功率水平检测装置来检测外部调制器的光输出的平均值；第四步骤，用于利用低频信号检测装置从外部调制器的光输出中检测低频信号分量，将该检测到的低频信号的相位与从低频信号生成装置输出的低频信号的相位进行比较，并输出根据相位差的信号；第五步骤，用于基于根据该相位差的信号而利用工作点控制装置进行控制，以补偿外部调制器的工作点漂移；以及第六步骤，用于基于第三步骤的检测输出而利用光输出控制装置控制光源的光输出，从而使得光功率水平检测装置的检测值变得恒定。 
根据以上(4)中所述的外部调制器的控制方法，可以保持外部调制器的输出恒定，并且从外部调制器的输出侧起通过工作点控制装置并回到外部调制器的环路中的闭环增益变得恒定。因此，可以抑制外部调制器的工作点的变化，同时降低工作点对于外部调制器的输入功率的变化的依赖性。 
本发明的效果 
根据以上(1)中所述的用于外部调制器的控制设备，可以对放大要输出至工作点控制装置的信号的可变增益放大装置的增益进行控制，或者可以控制外部调制器的输出，从而使得从外部调制器的输出侧起通过工作点控制装置并回到外部调制器的环路中的闭环增益变得恒定。因此，可以抑制外部调制器的工作点的变化，同时降低工作点对于外部调制器的输入功率的变化的依赖性。 
附图说明
图1是示出根据本发明第一实施例的外部调制器的控制设备的结构的框图； 
图2是示出同一实施例的光功率水平检测装置的结构的图； 
图3是示出同一实施例的低频信号检测装置的结构的图； 
图4是示出同一实施例的可变增益放大装置的结构的图； 
图5是示出同一实施例的工作点控制装置的结构的图； 
图6是示出根据同一实施例的用于外部调制器的控制设备的操作的说明图； 
图7是示出根据本发明第二实施例的用于外部调制器的控制设备的结构的框图； 
图8是示意性地示出同一实施例的光输出控制装置的结构的图； 
图9是示出本发明的外部调制器的控制设备中所获得的直流电压信号和漂移的量之间的关系的图； 
图10是示出传统的外部调制器的控制设备的结构的框图； 
图11是示出直流电压信号与光信号交叉点之间的关系的图。 
附图标记的说明 
1(1A，1B)用于外部调制器的控制设备 
10  光源 
11  光输出控制装置 
12  外部调制器(Mach-Zehnder型光调制器) 
13  光分路单元 
14  低频信号生成装置 
15  信号叠加装置 
16  光功率水平检测装置 
17  低频信号检测装置 
18  可变增益放大装置 
19  工作点控制装置 
具体实施方式
第一实施例 
下面参考附图说明本发明的实施例。图1示出根据本发明第一实施例的用于外部调制器的控制设备的结构。在图1中，根据本发明第一实施例的用于外部调制器的控制设备1A(1)设置有：光源10、光分路单元13、 低频信号生成装置14、信号叠加装置15、光功率水平检测装置16、低频信号检测装置17、可变增益放大装置18和工作点控制装置19。该外部调制器的控制设备1A控制外部调制器12以基于输入的信号来调制从光源10发射的光。 
在本发明中，优选地使用Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12作为外部调制器12。向该Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12输入来自光源10的光输出、从信号叠加装置15输出的调制信号和来自工作点控制装置19的偏置电压。Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12在接收到该偏置电压时，根据来自信号叠加装置15的调制信号的输入而调制从光源10输入的光，然后输出该光。 
低频信号生成装置14生成具有预定频率f的低频信号，并输出该低频信号。这里，预定频率f是指在波段上不与第一调制信号相重叠且可通过低通滤波器而被容易地分离的频率。第一调制信号通常在10kHz至40GHz的大致范围内，因此例如约1kHz优选地作为频率f。如果频率f过低，则控制速度将降低，并且还将难以通过后述的低通滤波器17c来分离该频率。 
作为低频信号生成装置14，可以应用能够生成上述预定频率的诸如低频振荡器等的传统上众所周知的装置。 
信号叠加装置15在作为Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的输入信号的原始调制信号(第一调制信号)上叠加从低频信号生成装置14输出的具有频率f的低频信号，从而提供第二调制信号。信号叠加装置15将该第二调制信号作为新的调制信号而施加于Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12。 
信号叠加装置15没有被特别限制，并且可以使用能够利用具有频率f的低频信号来对第一调制信号进行振幅调制并将其输出为第二调制信号的诸如可变增益放大器等的装置。通过用于获得预定信号电平的驱动放大器和电容器，将从信号叠加装置15输出的第二调制信号输入至Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12。从光源10输入的连续光被利用该第二调制信号来进行调制，并被输出至光分路单元13。 
光分路单元13将从Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12输出的光分路至光输出单元(图中未示出)侧和光功率水平检测装置16侧。 
光功率水平检测装置16检测从Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12 输出的光输出中的、通过光分路单元13取得的光输出的平均值。此时，可以使用Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的散射光(光泄漏)来检测光输出的平均值。 
例如，如图2所示，光功率水平检测装置16示意性地配置有光电二极管16a和电流检测电路16b。通过光电二极管16a将由光分路单元13取得的Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的光输出转换成电信号(直流分量和调制信号分量)，并且电流检测电路16b检测直流分量的大小(平均值)。在光功率水平检测装置16的输出中，将该直流分量输入至可变增益放大装置18中，并将调制信号分量输入至低频信号检测装置17中。 
低频信号检测装置17从Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的光输出中检测低频信号分量(频率f)，将该检测到的低频信号的相位与从低频信号生成装置14输出的低频信号的相位进行比较，检测其相位差信息(工作点偏移量)，并将该相位差信息输出至可变增益放大装置18。例如，如图3所示，低频信号检测装置16示意性地配置有带通放大器17a、混频器17b和低通滤波器17c。经由选择性地放大具有频率f的低频信号的带通放大器17a而将从光功率水平检测装置16输出的电信号输入至混频器17b的输入端之一中。从低频信号生成装置14输出的低频信号被输入到混频器17b的另一输入端。混频器17b比较这些信号的相位，并向低通滤波器17c输出根据相位差的信号。低通滤波器17c截止来自混频器17b的输出中的、具有大于预定频率(例如，作为上述信号的相乘的结果而生成的两倍的频率分量，或者频率f的泄漏分量)的频率的信号，并向可变增益放大装置18输出直流电压信号。由于低通滤波器17c足以截止这些信号，因而低频滤波器17c的优选通带不大于100Hz。 
从低频信号检测装置17输入的直流电压信号被由可变增益放大装置18根据来自光功率水平检测装置16的输入而进行放大，并被输出至工作点控制装置19。如图4所示，可变增益放大装置18示意性地配置有放大器18a和可变电阻器18b。利用该结构，低频信号检测装置17输入的电信号被基于光功率水平检测装置16的检测输出而设置增益，被通过放大器18a进行放大，并被输出至工作点控制装置19。 
工作点控制装置19基于从可变增益放大装置18输出的电信号进行控制，以补偿Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的工作点漂移。如图5所示，工作点控制装置17示意性地配置有放大器19a和电容器19b。该结构给出依赖于从可变增益放大装置18输出的电信号的输出，以补偿 Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的工作点漂移。也就是说，工作点控制装置19根据从可变增益放大装置18输出的电信号来使偏置电压偏移，以补偿Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的工作点漂移。 
在本实施例的用于外部调制器的控制设备中，可以通过可变增益放大装置18来设置根据光功率水平检测装置16的检测输出的增益。通过与光功率水平检测装置16中检测到的光功率水平成反比地设置该增益，可以使从Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的输出侧起通过工作点控制装置19并回到Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的环路的闭环增益保持恒定。传统上，在从光源输入至外部调制器12的光功率由于温度变化而改变的情况下，闭环增益改变，并且光信号交叉点改变。在本实施例的用于外部调制器的控制设备中，如上所述，即使在光源10的光功率变化的情况下，闭环增益也是恒定的。因此，即使在该光功率已改变的情况下，输入至工作点控制装置19的直流电压信号和光信号交叉点之间的关系也不从图11所示的直线S1改变。也就是说，即使光源10的光功率改变，图11的图中所示的直线的斜率也将是恒定的。结果，即使从光源10输入至外部调制器12的光功率改变，也可以抑制Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的工作点的变化。 
图9是示出在本实施例的用于外部调制器的控制设备中获得的输入至工作点控制装置19的直流电压信号与漂移量之间的关系的图。该图的纵轴表示直流电压信号的大小，并且横轴表示漂移量。该图中的V1表示当在本实施例的用于外部调制器的控制设备中正从外部调制器12输出最佳光输出时的直流电压信号的大小。而且，该图中的D1表示正从外部调制器12输出最佳光输出的情况下的状态(初始值)。在由于温度变化或施加于Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的电压而发生工作点漂移(D2、D3)的情况下，根据该漂移方向，检测到具有相同相位或者反向相位的频率f的低频分量。通过低频信号检测装置17检测到在工作点漂移中发生的相位差，因而可以利用工作点控制装置19控制偏置电压，以使得直流电压信号的输出变成恒定值(V2、V3变成V1)。因此，如同用于传统的外部调制器的控制设备一样，可以补偿已由于温度变化或者施加于Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的电压而发生的工作点漂移。 
也就是说，本实施例的用于外部调制器的控制设备能够抑制由于温度变化或施加于Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的电压而发生的工作点漂移，同时能够抑制由于输入至Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的光功率的变化而发生的工作点漂移。因此，与用于传统的外部调制器的控制设备相比，可以更有效地抑制外部调制器的工作点的变化和稳定外部调制器的输出。
在上述第一实施例的外部调制器的控制设备1A中，可变放大装置18不一定存在于低频信号检测装置17的后级，而是只需要在该闭环中。例如，该结构可以是使得：图2所示的电阻器16c是可变电阻器，并且该可变电阻器16c设置有可变增益放大装置18的功能。这仍然可以获得与上述第一实施例的外部调制器的控制设备1A中的效果相类似的效果。 
接着使用本实施例的外部调制器的控制设备1A说明控制外部调制器12的方法。 
该控制外部调制器的方法包括：第一步骤：用于利用低频信号生成装置14生成具有预定频率的低频信号；第二步骤，用于利用信号叠加装置15在作为输入信号的第一调制信号上叠加该低频信号，以构成第二调制信号，并将该第二调制信号施加于外部调制器12；第三步骤，用于利用光功率水平检测装置16检测外部调制器12的光输出的平均值；第四步骤，用于利用低频信号检测装置17从外部调制器12的光输出中检测低频信号分量，将该检测到的低频信号的相位与从低频信号生成装置14输出的低频信号的相位进行比较，并且输出根据相位差的信号；第五步骤，用于基于光功率水平检测装置16的检测输出而设置可变增益放大装置18的增益，其中可变增益放大装置18放大低频信号检测装置17的输出并将其输出至工作点控制装置19；以及第六步骤，用于基于根据该相位差的信号而利用工作点控制装置19进行控制，以补偿外部调制器12的工作点漂移。下面说明各步骤。 
<第一步骤> 
在第一步骤中，利用低频信号生成装置14生成具有上述预定频率f的低频信号。<第二步骤> 
在第二步骤中，信号叠加装置15在作为输入信号的第一调制信号上叠加该低频信号，从而给出第二调制信号，并将该第二调制信号施加于外部调制器12。利用该第二调制信号来调制从光源10输入至Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的信号的光输出，并将该光输出输出至光分路单元13。 
<第三步骤> 
在第三步骤中，通过光功率水平检测装置16检测外部调制器12的光输出的平均值。这里，从Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12输出的光的一部分在光分路单元13处被取得，通过光功率水平检测装置16的光电二极管16a被光电转换，并在电路检测电路16b中被检测其平均值。 
<第四步骤> 
在第四步骤中，低频信号检测装置17检测外部调制器12的光输出中的低频信号分量(频率f)。将该检测到的低频信号分量的相位与从低频信号生成装置14输出的(在第一步骤中所生成的)低频信号的相位进行比较，并检测根据该相位差(工作点偏移量)的信号。然后该信号被转换成直流电压信号，并被输出至可变增益放大装置18。 
<第五步骤> 
基于第三步骤中的信号输出(光功率水平检测装置16的检测输出)而设置可变增益放大装置18的增益，其中，可变增益放大装置18放大低频信号检测装置17的输出，并将该输出输出至工作点控制装置19。此时，将可变增益放大装置18的增益设置成使得从外部调制器12的光输出侧起通过工作点控制装置19并回到外部调制器12的环路的闭环增益变得恒定。 
<第六步骤> 
在第六步骤中，工作点控制装置19进行控制，以补偿外部调制器12的工作点漂移。也就是说，在接收到可变增益放大装置18的输出时，工作点控制装置19使偏置电压偏移以遵循Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的工作点漂移，从而控制Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的工作点。 
这里相对于Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的输出说明了光功率水平检测装置16的输出、可变增益放大装置18的增益和用于工作点控制的反馈环路的闭环增益。 
图6示出光功率水平检测装置16的输出、可变增益放大装置18的增益以及从Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的输出侧起通过工作点控制装置19并回到Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的环路的闭环增益相对于Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的输出的关系。 
这里考虑Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的光输出功率强的情况 (图6的上侧)和Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的光输出功率弱的情况(图6的下侧)。从光功率水平检测装置16至可变增益放大装置18的输出约与Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的光输出功率成比例。因此，如图6所示，与Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的光输出功率弱的情况相比，在Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的光输出功率强的情况下，光功率水平检测装置16的输出较大。 
如上所述，将可变增益放大装置18的增益设置成与光功率水平检测装置16中所检测到的值成反比。因此，如图6所示，随着Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的光输出功率变得更强，可变增益放大装置18的增益变得更小，并且随着Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的光输出功率变得更弱，可变增益放大装置18的增益变得更大。 
从Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的输出侧起通过工作点控制装置19并回到Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的环路的闭环增益与光功率水平检测装置16的输出和可变增益放大装置18的增益的乘积成比例。在本实施例中，光功率水平检测装置16的输出和可变增益放大装置18的增益成反比。因此，它们的乘积变得基本恒定。因此，可以利用工作点控制装置19控制Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的工作点，以遵循工作点漂移，作为结果，可以抑制Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的工作点的变化。 
第二实施例 
接着，图7示出根据本发明第二实施例的用于外部调制器的控制设备的结构。 
根据本实施例的用于外部调制器的控制设备1B(1)在结构上与根据第一实施例的用于外部调制器的控制设备1A(1)的差别在于：作为对第一实施例中的可变增益放大装置18的代替，设置了控制光源10的输出的光输出控制装置11。以相同的附图标记表示具有与第一实施例的组件的功能相类似的功能的组件，并且省略对其的说明。 
在图7中，根据本发明第二实施例的外部调制器的控制设备1B设置有光源10、光输出控制装置11、光分路单元13、低频信号生成装置14、信号叠加装置15、光功率水平检测装置16、低频信号检测装置17和工作点控制装置19。利用该控制设备1B，通过Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12来调制从光源10发射的光。在本实施例中，基于来自光功率水平检 测装置16的输入信号控制光源10的该光输出。 
在本实施例中，光功率水平检测装置16检测已在光分路单元13处被分路的Mach-Zehnder(MZ)型光调制器的光输出的平均值，并将该检测到的信号输出至光输出控制装置11。如同第一实施例一样，通过光电二极管16a将在光分路单元13处取得的外部调制器12的光输出转换成电信号(直流分量和调制信号分量)，并且电流检测电路16b检测该直流分量的大小(平均值)。在光功率水平检测装置16的输出中，将该直流分量输入至光输出控制装置11，并将调制信号分量输入至低频信号检测装置17。 
工作点控制装置19基于从低频信号检测装置17输出的根据相位差的信号(根据工作点漂移的信号)而使偏置电压偏移，从而进行控制，以补偿Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的工作点漂移。 
光输出控制装置11基于光功率水平检测装置16的检测输出而控制光源10的光输出，以使得该检测输出变得恒定。如图8所示，光输出控制装置11示意性地配置有放大器11a和电容器11b。利用该结构，调整来自光源10的输出，从而使得从光功率水平检测装置16输出的电信号变得恒定。 
结果，即使在由于温度变化而在输入至Mach-Zehnder型光调制器12的光功率中已发生了变化、且Mach-Zehnder型光调制器12的插入损耗已增大的情况下，也可以抑制Mach-Zehnder型光调制器12的工作点漂移，同时降低工作点对于Mach-Zehnder型光调制器12的输入功率的变化的依赖性。 
在本实施例的外部调制器的控制设备1B中，利用光输出控制装置11，可以使得从Mach-Zehnder型光调制器12输出的光输出恒定。因此，可以抑制由于温度变化或者施加于Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的电压而发生的工作点漂移。与此同时，还可以抑制由于输入至Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的光功率的变化而发生的工作点偏移。因此，与用于传统的外部调制器的控制设备相比，可以更有效地抑制外部调制器的工作点的变化和稳定外部调制器的输出。 
接着说明使用本实施例的外部调制器的控制设备1B来控制基于输入信号而调制从光源10发射的光的外部调制器12的方法。 
该控制外部调制器的方法包括：第一步骤，用于利用低频信号生成装置14生成具有预定频率的低频信号；第二步骤，用于利用信号叠加装置 15将该低频信号叠加在作为输入信号的第一调制信号上，以构成第二调制信号，并将该第二调制信号施加于外部调制器12；第三步骤，用于利用光功率水平检测装置16检测外部调制器12的光输出的平均值；第四步骤，用于利用低频信号检测装置17检测来自外部调制器12的光输出的低频信号分量，将该检测到的低频信号的相位与从低频信号生成装置14输出的低频信号的相位进行比较，并输出根据相位差的信号；第五步骤，用于基于根据该相位差的信号而利用工作点控制装置19进行控制，以补偿外部调制器12的工作点漂移；以及第六步骤，用于基于第三步骤的检测输出而利用光输出控制装置11控制光源10的光输出，从而使得光功率水平检测装置16的检测值变得恒定。对于第一步骤至第四步骤，控制方法与第一实施例中的控制方法相类似。 
<第五步骤> 
在第五步骤中，工作点控制装置19基于第四步骤中所检测到的根据相位差的信号(根据工作点漂移的信号)而进行控制，以补偿外部调制器12的工作点漂移。也就是说，在接收到低频信号检测装置17的输出时，工作点控制装置19控制Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的工作点，以遵循Mach-Zehnder(MZ)型光调制器12的工作点漂移。 
<第六步骤> 
在第六步骤中，光输出控制装置11基于第三步骤的检测输出而控制光源10的光输出，从而使得光功率水平检测装置16的检测值变得恒定。 
结果，即使由于温度变化导致输入至Mach-Zehnder型光调制器12的光功率已发生改变，也可以抑制Mach-Zehnder型光调制器12的工作点漂移，同时降低工作点对于Mach-Zehnder型光调制器12的输入功率的变化的依赖性。 
工业应用性 
在本发明的用于外部调制器的控制设备中，设置可变增益放大装置的增益，从而使得从外部调制器的输出侧起通过工作点控制装置并且回到外部调制器的环路中的闭环增益变得恒定。结果，可以抑制外部调制器的工作点的变化，同时降低工作点对于外部调制器的输入功率的变化的依赖性。 

Claims (4)

1.一种用于基于输入信号调制从光源发射的光的外部调制器的控制设备，所述控制设备包括：
低频信号生成装置，所述低频信号生成装置生成并输出具有预定频率的低频信号；
信号叠加装置，所述信号叠加装置在所述低频信号上叠加作为所述输入信号的第一调制信号，以构成第二调制信号，并将该第二调制信号施加于所述外部调制器；
低频信号检测装置，所述低频信号检测装置从所述外部调制器的光输出中检测低频信号分量，将该检测到的低频信号的相位与从所述低频信号生成装置输出的低频信号的相位进行比较，并输出根据相位差的信号；
工作点控制装置，所述工作点控制装置基于所述低频信号检测装置的输出信号进行控制，以补偿所述外部调制器的工作点漂移；
光功率水平检测装置，所述光功率水平检测装置检测所述外部调制器的光输出的平均值；以及
可变增益放大装置，被配置用于基于所述光功率水平检测装置的检测输出设置增益，所述可变增益放大装置放大所述低频信号检测装置的输出，并将该输出输出至所述工作点控制装置；其中，
设置所述可变增益放大装置的增益，以使得从所述外部调制器的输出侧起通过所述工作点控制装置并回到所述外部调制器的环路的闭环增益变得恒定。
2.一种用于基于输入信号调制从光源发射的光的外部调制器的控制设备，该控制设备包括：
低频信号生成装置，所述低频信号生成装置生成并输出具有预定频率的低频信号；
信号叠加装置，所述信号叠加装置在所述低频信号上叠加作为所述输入信号的第一调制信号，以构成第二调制信号，并将该第二调制信号施加于所述外部调制器；
低频信号检测装置，所述低频信号检测装置从所述外部调制器的光输出中检测所述低频信号的频率的低频信号分量，将该检测到的所述低频信号分量的相位与从所述低频信号生成装置输出的低频信号的相位进行比较，并将该相位差作为表示所述光输出的工作点偏移量的输出信号输出；
工作点控制装置，所述工作点控制装置基于所述低频信号检测装置的所述输出信号控制所述外部调制器的工作点，以追随所述外部调制器的工作点漂移；
光功率水平检测装置，所述光功率水平检测装置检测所述外部调制器的光输出的平均值；以及
光输出控制装置，所述光输出控制装置控制所述光源的光输出，从而使得所述光功率水平检测装置检测的平均值变得恒定。
3.一种基于输入信号调制从光源发射的光的外部调制器的控制方法，该控制方法包括：
第一步骤，用于利用低频信号生成装置生成具有预定频率的低频信号；
第二步骤，用于利用信号叠加装置将所述第一步骤中生成的所述低频信号叠加在作为输入信号的第一调制信号上，以构成第二调制信号，并将所述第二调制信号施加于所述外部调制器；
第三步骤，用于利用光功率水平检测装置检测所述外部调制器的光输出的平均值；
第四步骤，用于利用低频信号检测装置从所述外部调制器的光输出中检测低频信号分量，将该检测到的低频信号的相位与从所述低频信号生成装置输出的低频信号的相位进行比较，并输出根据相位差的信号；
第五步骤，用于基于所述光功率水平检测装置的检测输出而对放大所述低频信号检测装置的输出并将该输出输出至工作点控制装置的可变增益放大装置的增益进行设置；以及
第六步骤，用于基于根据所述相位差的信号而利用所述工作点控制装置进行控制，以补偿所述外部调制器的工作点漂移；其中，
在所述第五步骤中，基于在所述第三步骤中输出的信号而设置所述可变增益放大装置的增益，以使得从所述外部调制器的光输出侧起通过所述工作点控制装置并回到所述外部调制器的环路的闭环增益变得恒定。
4.一种基于输入信号调制从光源发射的光的外部调制器的控制方法，该控制方法包括：
第一步骤，用于利用低频信号生成装置生成具有预定频率的低频信号；
第二步骤，用于利用信号叠加装置将所述低频信号叠加在作为输入信号的第一调制信号上，以构成第二调制信号，并将所述第二调制信号施加于所述外部调制器；
第三步骤，用于利用光功率水平检测装置检测所述外部调制器的光输出的平均值；
第四步骤，用于利用低频信号检测装置从所述外部调制器的光输出中检测所述低频信号的频率的低频信号分量，将从所述光输出中检测到的所述低频信号分量的相位与从所述低频信号生成装置输出的低频信号的相位进行比较，并将该相位差作为表示所述光输出的工作点偏移量的输出信号输出；
第五步骤，用于基于所述输出信号，控制所述外部调制器的工作点，以追随所述外部调制器的工作点漂移；以及
第六步骤，用于利用光输出控制装置控制来自所述光源的出射光，从而使得在所述第三步骤中检测出的所述平均值变得恒定。
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