CN105656563A - 光发送器和用于光调制器的偏压控制方法 - Google Patents

光发送器和用于光调制器的偏压控制方法 Download PDF

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Abstract

光发送器和用于光调制器的偏压控制方法。光发送器具有：光调制器，所述光调制器具有马赫-曾德尔干涉仪；调制器驱动器，所述调制器驱动器用于通过驱动信号来驱动所述光调制器；低频生成器，所述低频生成器用于生成低频信号，所述低频信号改变驱动振幅相对于所述光调制器的半波电压的比率；光检测器，所述光检测器用于检测所述光调制器的输出光的一部分；检测器，所述检测器用于使用所述低频信号来检测包含在来自所述光检测器的被检测到的信号中的低频分量；以及偏压控制器，所述偏压控制器用于控制用于所述光调制器的偏压，使得检测到的低频分量变为最大值并且与叠加的所述低频信号同相。

Description

光发送器和用于光调制器的偏压控制方法
技术领域
本发明涉及光发送器和用于光调制器的偏压控制方法。
背景技术
近年来，已经使用了数字相干技术通过双偏振正交相移键控(DP-QPSK)来实施每秒100吉比特(Gbps)长距离光传输。为了进一步提高传输容量，期望更窄的频谱带宽和更高级别的调制方案。
在超过10Gbps的高速光传输中，马赫-曾德尔(MZ)调制器通常用作光调制器。为了产生高质量的光信号，光调制器的操作点保持在相对于输入驱动信号的适当点。在相位调制方案中，控制施加于光调制器的偏置电压，使得电气数据信号的振动的中心与MZ调制器的驱动电压-光强度特征曲线的最低点相一致。为了将偏置电压控制到适当值，将低频信号叠加在偏置电压上，并且在偏置电压上执行反馈控制，从而最小化包含在输出光中的低频(f0)分量。
图1例示了驱动信号的眼图。图(A)是用于QPSK调制的驱动波形。图(B)是用于Nyquist-QPSK调制的窄带驱动波形。图(C)是用于16正交振幅调制(16-QAM)的多级别驱动波形。导致MZ调制器的光输出从最大光强度到最小光强度变化的电压通常被称为半波电压Vπ。通过使用具有振幅2xVπ的驱动信号，可以获得光信号的最大输出电平。因此，对于QPSK调制，具有振幅2xVπ的驱动信号通常如在图(A)中使用。
与此相反，在图(B)中的窄带传输或图(C)中的高级别调制方案中，峰峰驱动振幅变为大于驱动信号的平均振幅。在这种情况下，将驱动信号的平均振幅设置为小于2xVπ的值。然而，当减小驱动信号的振幅时，存在有特定驱动振幅，使得常规偏压控制方案不能执行偏压控制。
图2A和图2B是说明当在Nyquist-QPSK调制中使用具有降低振幅的驱动信号来执行偏压控制时产生的问题的图。图2A例示了当使用具有1×Vπ的平均振幅的驱动信号(在其上叠加低频信号)时观察到的电压-光强度特征。一般来说，由于温度变化或随时间变化，光输出特征相对于驱动信号漂移。在图2A的示例中，操作点从最佳偏压点(在该点处，驱动信号的振动的中心与光强度特征的最低点相一致)偏离或漂移。在该状态下，当由于叠加的低频信号f0而使偏置电压摆动到高压侧时，高压侧的操作点处的光的输出电平增大(从谷向峰)，但是在低压侧的操作点处的光的输出电平减低(向谷)。光输出电平的这些改变被彼此抵消。因此，即使偏压点从最佳点漂移，也不能检测到低频f0分量。
图2B是例示了针对驱动信号的振幅的多个参数，同步检测到的低频f0分量的大小作为偏置电压的函数的图表。从正弦波形"a"到"f"，随着调制器驱动信号的振幅从1×2Vπ减小到0.8×2Vπ，...，0.2×2Vπ，检测到的低频f0分量的大小变得更小。灵敏度在50％振幅处(即，1×Vπ)变为零。当振幅变得小于50％时，反转极性的符号且检测灵敏度逐渐地增大。当检测到的低频分量相对于叠加的低频信号同相时，符号为正。当检测到的低频分量相对于叠加的低频是180度异相时，符号为负。
图3例示了针对16-QAM调制中的多个参数，同步检测到的低频f0分量的大小作为偏置电压的函数。类似于常规QPSK偏压控制，将低频信号f0叠加在偏置电压上以执行反馈控制，从而在16-QAM调制期间，使得同步检测到的f0分量更接近于零。例如，参见HirotoKawakami，"Autobiascontroltechniqueforoptical16-QAMtransmitterwithasymmetricbiasdithering"，OPTICSEXPRESS，2011年12月，第19卷，第26期，B308-B312页。如图3所示，根据驱动信号的振幅，尽管观察到偏压点的漂移的事实，但是没有检测到低频分量。在图3的示例中，以0.75×2Vπ的驱动振幅，即使操作点已经从最佳偏压点偏离，也不能检测到低频分量。此外，根据驱动信号的振幅，指示偏压点的漂移的方向的同相和180度异相之间的关系被反转。
图4A和图4B例示了用于解决存在妨碍偏压控制的驱动振幅的问题的已知技术。在图4A中，通过将抖动信号叠加在偏置电压上、以及在调制器驱动信号上来产生非对称的组合信号。例如，参见特开2013-88702号日本专利。使用组合信号，仅高压侧的光强度改变，并且如图4B所示，即使驱动信号的振幅是1×Vπ，在出现偏压点的漂移时，可以检测到低频分量。因此，如图5所示，不管驱动信号的设计振幅如何，在出现偏压点从最佳点的漂移时，必定能检测到低频分量。
另一已知技术是在驱动信号上叠加第一导频信号，同时在用于光调制器的偏置电压上叠加第二导频信号，以产生高质量的光信号，即使驱动信号的振幅变化。基于从输出光检测到的第一导频信号分量和第二导频信号分量，控制施加到光调制器的偏置电压。例如，参见PCT专利公开WO2013/114628。
发明内容
然而，使用图4A、图4B和图5所示的常规技术，用作偏压控制的标准的低频分量的目标值必须根据驱动振幅而改变。例如，利用2×Vπ的驱动振幅，控制偏置电压，使得包含在输出光中的低频分量变为零(参见图5中的深色圆形标记的正弦曲线)。利用1×Vπ(2*Vπ×50％)的驱动振幅，控制偏置电压，使得包含在输出光中的低频分量变为最大值(参见图5中的深色三角形标记的正弦曲线)。利用75％的驱动振幅，控制偏置电压，使得包含在输出光中的低频分量变为最大大小的大约70％(参见图5中的深色正方形标记的正弦曲线)。
使用该常规方法，来始终监视驱动振幅，以根据驱动振幅改变包含在输出光中的低频分量的目标值，并且控制操作变得复杂且困难。考虑到电路元件的特征随年限而变化或温度变化，控制偏置电压使得检测到的低频分量的大小变为特定值是不现实的。在16-QAM中，存在根据驱动振幅，不管偏压点的漂移，检测不到f0分量的状态(参见图3)。还存在根据驱动振幅切换偏置电压的控制方向的另一问题。
出于这些原因，期望的是，提供一种不管调制器驱动信号的所采用的振幅，以稳定方式将光调制器的偏置电压控制到最佳偏压点的技术。
根据本发明的一个方面，光发送器具有：
光调制器，所述光调制器具有马赫-曾德尔干涉仪；
调制器驱动器，所述调制器驱动器用于通过驱动信号来驱动所述光调制器；
低频生成器，所述低频生成器用于生成低频信号，所述低频信号改变驱动振幅相对于所述光调制器的半波电压的比率；
光检测器，所述光检测器用于检测所述光调制器的输出光的一部分；
检测器，所述检测器用于使用所述低频信号来检测包含在来自所述光检测器的被检测到的信号中的低频分量；以及
偏压控制器，所述偏压控制器用于控制用于所述光调制器的偏压，使得检测到的低频分量变为最大值并且与叠加的所述低频信号同相。
通过该结构，可以以稳定方式将光调制器的偏置电压控制到最佳点，而不管光调制器的驱动振幅。
本发明的目的与优点将通过随附权利要求书中具体地指出的元件及组合来实现并获得。应当理解的是，上述一般描述和以下详细描述均是示例性和说明性的，并不对所要求保护的本发明构成限制。
附图说明
图1例示了根据调制方案的信号波形；
图2A例示了偏压控制不起作用的情况；
图2B例示了根据驱动振幅，偏压控制不起作用的情况；
图3例示了根据16-QAM中的驱动振幅，偏压控制不起作用的情况。
图4A和图4B例示了用于消除妨碍偏压控制的驱动振幅的已知技术；
图5例示了根据图4A和图4B的技术，与最佳偏压点的偏差和同步检测到的输出电平之间的关系；
图6是应用本发明的光收发器的示意图；
图7A例示了光发送器的示例性结构；
图7B例示了用于驱动图7A的光调制器的驱动波形；
图8是说明根据实施方式的偏压控制的行为的图；
图9是说明根据实施方式的偏压控制的行为的图；
图10是说明根据实施方式的偏压控制的行为的图；
图11是例示了根据实施方式的、与最佳偏压点的偏差和同步检测到的低频分量的大小之间的关系的图表；
图12是根据实施方式的偏压控制的流程图；
图13例示了图12的偏压控制的修改例；
图14是说明图13的步骤S203的操作的图；
图15是应用于Nyquist-QPSK或16-QAM的光发送器的示意图；
图16是例示了当应用于16-QAM时，与最大偏压点的偏差和同步检测到的f0分量的大小之间的关系的图表；
图17是作为另一修改的光发送器的示意图；
图18是说明半导体光调制器中的基板偏置电压和光学相位之间的关系的图；以及
图19是使用半导体光调制器的QPSK光发送器的示意图。
具体实施方式
现在参照附图来描述本发明的实施方式。
图6是应用实施方式的控制方案的、用于光纤传输的光收发器1的示意图。光收发器1包括：用于外部地输入和输出电信号的连接器25、电源26、以及信号处理器11。例如，信号处理器11执行复用电信号或将信号处理成适合于光发送和接收的形式。光收发器1还具有光发送器10、前端接收器21、以及本地振荡器光源22。前端接收器21从外部接收光信号，并通过将与本地振荡器光的干涉光转换成电信号而检测信号。
光发送器10具有发送器用的光源12、光调制器15、用于驱动光调制器15的调制器驱动器13a和13b、以及用于控制光调制器15和调制器驱动器13a和13b的操作的控制器16。光调制器15使用从调制器驱动器13a和13b提供的驱动信号来调制从光源12发出的光束，并输出经调制的光信号。实施方式的偏压控制方案用于光收发器1的光发送器10。
图7A是QPSK光发送器10A(其是光发送器10的示例)的示意图。从光源12(诸如，激光二极管(LD))发出的光被输入到光调制器15并且被分离到两个波导151和152中。例如，光调制器15是LiNbO3马赫-曾德尔调制器。光调制器15具有第一马赫-曾德尔干涉仪15I(其简称为“第一调制器15I”)和第二马赫-曾德尔干涉仪15Q(其简称为“第二调制器15Q”)，以及移相器153，该移相器153在第一调制器15I和第二调制器15Q之间提供预定量的相位差。第一调制器15I被称为“I-臂”且第二调制器15Q被称为“Q-臂”。
用于驱动光调制器15的I-臂的调制器驱动器13a从信号处理器11A接收数据信号I，用于驱动光调制器15的Q-臂的调制器驱动器13b从信号处理器11A接收数据信号Q。将已经通过I-臂由数据信号I调制的光分量与已经通过其间具有aπ/2相位差的Q-臂由数据信号Q进行调制的光分量进行组合，由此产生了QPSK调制信号。由光检测器155检测到QPSK调制信号的一部分。将检测结果提供给控制器16A。
控制器16A具有低频生成器161、偏压控制器162、以及同步检测器163。低频生成器161将低频信号f0提供给调制器驱动器13a和13b。该低频信号被叠加在数据信号上，且该低频信号将平缓的振幅调制提供给高频数据信号(或驱动信号)。在应用低频信号f0的情况下，驱动振幅相对于半波电压Vπ的比率轻微地变化。
调制器驱动器13a的叠加低频信号f0的正输出施加到I-臂15I的波导1511，调制器驱动器13a的叠加低频信号f0的负输出施加到I-臂15I的另一波导1512。类似地，调制器驱动器13b的叠加f0的正输出施加到Q-臂15Q的波导1521，调制器驱动器13b的叠加f0的负输出施加到Q-臂15Q的另一波导1522。
图7B例示了施加到光调制器15的I-臂15I和Q-臂15Q的驱动波形。由调制器驱动器13a和13b中的每一个产生的高频驱动信号经历低频信号f0的振幅调制。在振幅方向上，f0振动出现在高频驱动信号的一方，且具有相反相位的另一f0振动出现在高频驱动信号的另一方。光调制器15利用相对于驱动振幅的中心的对称驱动波形来调制传输光束。
返回图7A，同步检测器163使用低频信号f0来执行同步检测并从由光检测器155检测到的调制信号中检测低频(f0)分量。
光发送器10A的一个特征是，偏压控制器162控制施加到I-臂15I和Q-臂的偏置电压，使得由同步检测器163检测到的低频分量变为与叠加的低频信号f0同相并变为最大值，而不管光调制器15的驱动振幅的变化的比率。
关于对移相器153的控制，控制施加到移相器153的偏置电压，使得光强度在I-臂15I和Q-臂15Q之间变得相等，并且可以采用任意已知技术。省略这种已知技术的详细说明。
图8到图10是说明光发送器10A的操作的图。假设将用于驱动光调制器15的驱动振幅设置为1×Vπ。为了简化说明，驱动信号是具有交替设置的值“0”和“1”的交替二进制信号。还假设包括光检测器155和同步检测器163的监控系统在充分宽带范围上操作。
图8例示了偏置电压处于最佳状态的情况。在该状态下，驱动波形的振幅的中心与驱动电压-光强度特征曲线的最低点相一致。当由于叠加的低频信号f0而使驱动振幅在增大的方向上摆动时，高压侧和低压侧的操作点均在光强度增加(朝向峰)的方向上移动。当由于叠加的低频信号f0而使驱动振幅在减小的方向上摆动时，高压侧和低压侧的操作点均在光强度减小(朝向谷)的方向上移动。因此，同步检测到与叠加的f0信号同相的低频(f0)分量。
图9例示了偏置电压偏移0.5×Vπ的情况。在该状态下，驱动波形的振幅的中心到达与到驱动电压-光强度特征曲线的峰值的一半(halfway)相对应的点。当由于叠加的低频信号f0而使驱动振幅摆动或变化时，高压侧的操作点在光强度的峰值处折返，并且2×f0分量出现在高压侧。在低压侧，操作点在驱动电压-光强度特征曲线的最低点处折返，并且具有相反相位的2×f0分量出现在低压侧。这两个互相具有相反的光学相位的2×f0分量互相抵销，并且未从光调制器15的输出中检测到2×f0分量和f0分量两者。
图10例示了偏置电压漂移1.0×Vπ的情况。在该状态下，当由于叠加的低频信号f0而使驱动振幅在增大的方向上摆动时，高压侧和低压侧的操作点均在光强度减小(朝向谷)的方向上移动。当由于叠加的低频信号f0而使驱动振幅在减小的方向上摆动时，高压侧和低压侧的操作点在光强度增大(朝向峰)的方向上移动。因此，同步检测到与叠加的f0信号180度异相的低频(f0)分量。
图11是例示了描绘偏压点与最佳点的的偏差和检测到的低频分量的大小之间的关系的模拟结果的图表，同时在1×2Vπ、0.8×2Vπ、0.6×2Vπ、0.5×2Vπ、0.4×2Vπ、以及0.2×2Vπ当中改变驱动振幅。纵轴的正范围表明检测到的低频分量与叠加在光调制器15的驱动信号上的低频信号f0同相。纵轴的负范围表明检测到的低频分量与叠加在光调制器15的驱动信号上的低频信号f0为180度异相。
不管所采用的驱动振幅的值，当偏置电压的漂移是零(0×Vπ)时，同步检测到的低频分量的大小始终是最大值。检测到的低频分量的极性为正，即，与叠加的低频信号f0同相。随着偏置电压的漂移增大，同步检测到的低频分量的大小减小，并且当偏置电压的漂移为±0.5×Vπ时，同步检测到的低频分量的大小变为零。当偏置电压的漂移进一步增大时，再次检测到低频分量，但具有相反极性。同步检测到的低频分量与叠加在驱动信号上的低频信号f0为180度异相。当偏置电压的漂移变为±1.0×Vπ时，同步检测到的低频分量的大小(绝对值)再次变为最大值。
从图11，可以理解的是，即使驱动振幅变化，可以通过控制偏置电压使得同步检测到的f0分量与叠加的f0信号同相且同步检测到的f0分量变为最大值而将偏压点设置为最佳点。即使驱动振幅由于随时间的变化或温度变化而变化，可以通过最大化与叠加的f0信号同相的、检测到的f0分量的控制方案，来选择最佳偏置电压。该方案可以实现稳定控制，因为f0分量的极性恒定，与驱动振幅无关(与图3不同)，并且因为可以避免如下的不希望的情形，即，不管出现偏压点的漂移，根据驱动振幅，未检测到f0分量。
图12是例示用于控制施加到I-臂的偏置电压的操作的流程图。在Q-臂上执行相同的偏压控制。首先，将低频信号f0叠加在要输入到I-臂马赫-曾德尔干涉仪15I的驱动信号上，并且利用f0信号从由光检测器155检测到的电流信号中同步检测到f0分量(S101)。
然后，确定检测到的f0分量是否相对于叠加的f0信号是同相的(S103)。如果同相，则意味着偏压点的漂移对应于范围从0到0.5×Vπ的偏置电压的偏差。如果180度异相，则意味着偏压点的漂移对应于范围从0.5×Vπ到1.0×Vπ的偏置电压的偏差。然后，在任一情况下，进一步确定当前检测到的f0分量(f0(t))是否大于先前检测到的f0分量(f0(t-1))(S105和S107)。
如果检测到的f0分量为同相(在S103中，是)，并且如果它大于先前检测到的f0分量(在S105中，是)，则意味着偏置电压正接近于最佳值。在这种情况下，在与先前控制相同的方向上控制偏置电压(S109)。如果检测到的f0分量为同相(在S103中，是)，且如果它不大于先前检测到的f0分量(在S105中，否)，则意味着偏置电压正在远离最佳电平地移动。在这种情况下，反转控制方向，且在与先前控制相反的方向上控制偏置电压(S111)。
如果检测到的f0分量为180度异相(在S103中，否)，且如果它大于先前检测到的f0分量(在S107中，是)，则意味着偏置电压正在远离最佳电平地移动。在这种情况下，反转控制方向，且在与先前控制相反的方向上控制偏置电压(S113)。如果检测到的f0分量为180度异相(在S103中，否)，且如果它不大于先前检测到的f0分量(在S107中，否)，则意味着偏置电压正接近于最佳值。在这种情况下，在与先前控制相同的方向上控制偏置电压(S115)。
在确定了控制方向后，按照规定量改变偏置电压(S117)。偏置电压的改变量(步长)是通过针对检测到的f0分量执行预定计算而获得的改变量。例如，改变量可以与检测到的f0分量的大小的倒数成比例。另选地，改变大小可以与当前检测到的f0分量和先前检测到的f0分量之间的差的绝对值成比例。作为另一选择，可以使用固定步长来控制偏置电压。
通过重复从S101到S119的操作流程，可以使从监视信号检测到的f0分量(即，从光检测器155输出)为同相和最大值，从而将偏置电压控制到最佳电平。
图13例示了图12的偏置电压控制流程的修改例。与图12中的步骤相同的步骤可以由相同符号来表示，且省去对其的冗余说明。
存在包含在由光检测器155检测到的且作为电流信号输出的被监视光信号中的噪音。因此，当检测到的f0分量的大小小时(在偏置电压的偏差为0.5×Vπ左右的情况下)，不可能准确地执行同步检测。为了排除这种不便，考虑到检测到的f0分量的大小小的情况，执行图13中的偏压控制。
在光调制器15的驱动信号的振幅上叠加低频信号f0，并且从光调制器15的输出信号中检测到f0分量(S101)。然后，确定检测到的f0分量是否大于阈值(S201)。当检测到的f0分量大于阈值时(在S201中，是)，实施如图12中的步骤S103到S117。如果检测到的f0分量等于或低于阈值(在S201中，否)，则在与先前检测相同的控制方向上以固定步长改变偏置电压(S203)。当偏置电压的偏差在0.5×Vπ左右时，该布置可以阻止偏压控制失效。
图14是更详细地说明图13的步骤S203的图。实施方式的控制方案可以通过如下的控制来将偏置电压实现为最佳电平，即，该控制使得包含在光调制器15的输出中的低频(f0)分量变为最大值且与叠加的低频信号同相，而不管驱动信号的振幅。然而，在±0.5×Vπ的偏置电压的偏差范围内，检测到的f0分量的大小接近于零且f0分量可以被淹没在噪音中。为了避免该不便，设置阈值，并且当同步检测到的f0分量的大小(或绝对值)等于或低于该阈值时，在与先前检测相同的方向上执行固定量的控制。
如图14所示，不管与最佳点的偏置电压偏离方向(正或负)如何，始终控制偏置电压，以使得f0分量为最大值。在图14的深色区域中的同步检测到的f0电平意味着，到那时为止，已经朝向最佳偏压条件进行了偏压控制。因此，当检测到的f0分量的大小(或绝对值)已经变为等于或小于阈值时，在相同方向上继续控制操作，以继续良好调节的偏压控制。
<对窄带调制或高级别调制的应用>
图15例示了光发送器10B的示例性结构，其中，将光收发器1应用于Nyquist-QPSK或16-QAM。与图7中的元件相同的元件用相同符号来表示，且省去冗余说明。在图15的示例中，使用用于数字信号处理(DSP-LSI)11B的大规模集成电路来执行Nyquist-QPSK调制。DSP-LSI11B在要在数字信号处理中传输的电信号上执行Nyquist滤波。借助于Nyquist滤波，频谱变窄，且频谱使用效率提高。对于窄带QPSK信号，峰峰驱动振幅变得大于平均驱动振幅。为了向正弦信号的峰值点提供电-光转换，通常将平均驱动振幅降低到或接近1×Vπ(参见图1的图(B))。使用实施方式的结构和方法，即使驱动振幅为1×Vπ，可以从光调制器的输出中检测到f0分量。因此，可以根据图12或图13的控制流，来适当地控制偏置电压。
类似地，对于16-QAM，DSP-LSI11B产生16-QAM电子波形。在偏压控制期间，控制偏置电压，使得检测到的f0分量变为最大值，如在Nyquist-QPSK中一样。
图16是例示了针对驱动振幅的多个数值，绘制偏压点与最佳点的偏差和检测到的低频分量的大小之间的关系的模拟结果的图表。如在针对QPSK波形的图11的图表中，f0分量在最佳偏压点处变为最大值。因此，可以根据图12或图13的控制流来执行偏压控制。在诸如64-QAM或128-QAM这样的高级别调制中，在偏压点的漂移和检测到的f0分量的大小之间的关系等同地应用，且可以如同在16-QAM中一样地执行偏压控制。
图17是作为用于光收发器1的光发送器的另一修改例的光发送器10C的示意图。通过使同步检测到的f0分量最大化并与叠加的f0信号同相，上述结构与方法可以在偏置电压上实现均匀控制，而与驱动振幅无关。然而，f0分量检测灵敏度根据驱动振幅而变化(参见图11)。为了补偿检测灵敏度的差异，在图17中，调节驱动振幅和要叠加的低频信号f0的大小中的至少一个。
光发送器10C具有控制器16C。除了低频生成器161、偏压控制器162和同步检测器163之外，控制器16C还具有峰值检测器(或振幅检测器)164和振幅控制器165。峰值检测器164检测从调制器驱动器13a和13b中的每一个输出的驱动信号的峰值电平，并将检测结果提供给振幅控制器165。基于驱动信号的峰值电平，振幅控制器165调节要叠加的低频信号f0的大小，使得对于同步检测到的f0分量的检测灵敏度变得恒定。低频生成器161、偏压控制器162和同步检测器163的结构和功能与参照图7已经说明的那些相同，且省去冗余说明。
在QPSK波形中，当驱动振幅是2×Vπ(1.0×2Vπ)时，对于同步检测到的f0分量的检测灵敏度变为零(参见图11)。在这种情况下，调节驱动振幅，使得小于2×Vπ。在该调节下，可以同步地检测到包含在光调制器15的输出中的f0分量，且可以连续地执行偏压控制。峰值检测器164检测驱动振幅的峰值电平并将检测结果提供给振幅控制器165。当检测到的驱动振幅是2×Vπ时，振幅控制器165调节驱动振幅，从而稍微降低峰值电平。
<半导体光调制器的应用>
图18是例示了基板偏置电压和光学相位之间的关系的图表。在半导体光调制器中，由于温度变化或随时间的变化，采用针对“基板偏压”的控制，而非用于校正操作点的漂移(或者相对于驱动信号的光输出特性)的偏压控制。随着基板偏置电压增大，相位旋转的坡度增大。此现象对应于光调制器的半波电压Vπ减小的事实。基板偏置电压的最佳点是需要产生π弧度的相移的半波电压Vπ的中心。
图19是使用半导体光调制器15d作为光调制器15的QPSK光发送器10D的示意图。不同于用于利用LiNbO3晶体的折射率变化(普克尔斯效应)进行相位调制的铌酸锂(LN)马赫-曾德尔调制器，半导体光调制器利用由于光吸收引起的相位变化来进行相位调制。通过光检测器155来监视半导体光调制器15d的输出的一部分。将监视信号(电流信号)反馈回到控制器16D。
控制器16D具有低频生成器161、同步检测器163、光学-相位偏压控制器162D以及基板偏压控制器167。光学-相位偏压控制器162D具有与图7、图15、以及图17所示的偏压控制器162的结构和功能相同的结构和功能。为了在“基板偏压控制”和“偏压控制”之间进行区分的目的，偏压控制器162在图19被命名为“光学-相位偏压控制器162D”。
低频生成器161产生低频信号f0并将f0信号叠加在由基板偏压控制器167产生的基板偏置电压上。代替将f0信号叠加在由调制器驱动器13a和13b产生的驱动信号上，将低频信号f0叠加在施加到I-臂15I和Q-臂15Q的基板偏置电压上。从改变驱动信号的振幅相对于半波电压Vπ的比率的观点，将f0信号叠加在驱动振幅上与将f0信号叠加在基板偏置电压上是相同的。当基板偏置电压朝向高压侧摆动时，半波电压Vπ变得更小(参见图18)。此时，驱动振幅相对于调制器的半波电压Vπ的比率在增大的方向上改变。这与低频(f0)信号被叠加在驱动信号并且驱动振幅在增大的方向上摆动的情况相同。通过使用低频信号将平缓的振幅调制提供给基板偏置电压，驱动振幅相对于光调制器15的半波电压Vπ的比率变为图7B所示的比率。这导致了相位-偏置电压与最佳点的偏差和由同步检测器163检测到的f0分量的大小之间的关系变为图11所示的关系的事实。因此，控制偏置电压(即，光学-相位偏置电压)，使得由同步检测器163检测到的f0分量在图12或图13的控制流程下变为同相且最大值。关于对基板偏置电压的控制，可以使用任何已知技术。
可以将图17的结构应用于图19的半导体光调制器。可以检测到驱动信号的振幅的峰值电平，并可以调节驱动振幅，以不使得半波电压(2×Vπ)加倍。可以控制驱动信号的振幅以位于小于(2×Vπ)的范围内。
代替在图6的光收发器1中分开地使用用于发送器的光源12和本地振荡器光源22，可以使用单个光源。来自该单个光源的光束可以被分支成用于发送光和本地振荡器光的两个部分。
根据实施方式，可以以稳定方式将光调制器的偏置电压(即，光学-相位偏置电压)控制到最佳点，而不管光调制器的驱动振幅。

Claims (11)

1.一种光发送器，所述光发送器包括：
光调制器，所述光调制器具有马赫-曾德尔干涉仪；
调制器驱动器，所述调制器驱动器通过驱动信号来驱动所述光调制器；
低频生成器，所述低频生成器生成低频信号，所述低频信号改变驱动振幅相对于所述光调制器的半波电压的比率；
光检测器，所述光检测器检测所述光调制器的输出光的一部分；
检测器，所述检测器使用所述低频信号来检测包含在来自所述光检测器的被检测到的信号中的低频分量；以及
偏压控制器，所述偏压控制器控制用于所述光调制器的偏压，使得检测到的低频分量变为最大并且与叠加的所述低频信号同相。
2.根据权利要求1所述的光发送器，
其中，所述低频信号叠加在由所述调制器驱动器生成的所述驱动信号上，并且
其中，所述光调制器由驱动波形驱动，在所述驱动波形中，所述驱动信号的峰值边缘以所述低频信号的频率关于所述驱动信号的所述振幅的中心对称地在振幅方向上变化。
3.根据权利要求1所述的光发送器，
其中，所述马赫-曾德尔干涉仪是马赫-曾德尔类型的半导体光调制器，并且
其中，所述低频信号叠加在施加到所述半导体光调制器的基板偏压上，从而关于所述驱动振幅的中心对称地改变所述驱动振幅相对于所述半波电压的所述比率。
4.根据权利要求1所述的光发送器，所述光发送器还包括：
振幅检测器，所述振幅检测器检测来自所述调制器驱动器的输出信号的振幅电平；以及
振幅控制器，所述振幅控制器基于所述峰值检测器的检测结果而把所述调制器驱动器生成的驱动信号的振幅控制为恒定。
5.根据权利要求2所述的光发送器，所述光发送器还包括：
振幅检测器，所述振幅检测器检测来自所述调制器驱动器的输出信号的振幅电平；以及
振幅控制器，所述振幅控制器基于所述峰值检测器的检测结果而把所述调制器驱动器生成的所述驱动信号的振幅控制为恒定。
6.根据权利要求3所述的光发送器，所述光发送器还包括：
振幅检测器，所述振幅检测器检测来自所述调制器驱动器的输出信号的振幅电平；以及
振幅控制器，所述振幅控制器基于所述峰值检测器的检测结果而把所述调制器驱动器生成的驱动信号的振幅控制为恒定。
7.根据权利要求1所述的光发送器，所述光发送器还包括：
振幅控制器，所述振幅控制器基于所述振幅检测器的检测结果而控制要叠加在所述驱动信号上的所述低频信号的大小。
8.根据权利要求2所述的光发送器，所述光发送器还包括：
振幅控制器，所述振幅控制器基于所述振幅检测器的检测结果而控制要叠加在所述驱动信号上的所述低频信号的大小。
9.根据权利要求1所述的光发送器，所述光发送器还包括：
信号处理器，所述信号处理器生成要提供到所述调制器驱动器的电信号，
其中，所述电信号是经过了Nyquist滤波的窄带信号或通过数字信号处理产生的多级信号。
10.一种光收发器，所述光收发器包括：
根据权利要求1所述的光发送器；以及
前端接收器，所述前端接收器从外部接收光信号并处理所述光信号。
11.一种用于光调制器的偏压控制方法，所述偏压控制方法包括以下步骤：
当驱动具有马赫-曾德尔干涉仪的光调制器时，提供低频信号，所述低频信号用于改变驱动振幅相对于所述光调制器的半波电压的比率；
使用所述低频信号来检测包含在所述光调制器的输出中的低频分量；以及
控制用于所述光调制器的偏压，使得所述低频分量变为最大并且与所述低频信号同相。
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