DE69424471T2

DE69424471T2 - Optische Modulationsvorrichtung

Info

Publication number: DE69424471T2
Application number: DE69424471T
Authority: DE
Inventors: Hisao Kawashima
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-06-25
Filing date: 1994-06-24
Publication date: 2000-10-19
Anticipated expiration: 2014-06-25
Also published as: JPH0713113A; DE69424471D1; EP0631169B1; EP0631169A2; US5521749A; JP2518138B2; EP0631169A3

Description

Die Erfindung betrifft eine optische Modulationsvorrichtung und insbesondere eine Vorrichtung zum Kompensieren von Drifterscheinungen in Spannung-Lichtausgangssignalleistungskennlinien eines optischen Modulators.
Kürzlich wurde ein Lichtleitfaserkommunikationssystem, in dem Informationen im Vergleich zu einem Koaxialkabelkommunikationmssystem mit hoher Geschwindigkeit übertragen werden können, auf dem Markt eingeführt, um der Nachfrage nach einer Übertragung einer großen Informationsmenge nachzukommen. Das gegenwärtig in einem Lichtleitfaserkommunikationssystem verwendete Modulationsverfahren ist ein direktes optisches Modulationsverfahren, bei dem ein Treiber- oder Steuerstrom einer Lichtquelle, z. B. eines Halbleiterlasers, usw. moduliert wird, um die Intensität eines emittierten Lichtsignals direkt zu modulieren. Bei diesem direkten Modulationsverfahren besteht eine Grenze hinsichtlich der pro Zeiteinheit übertragbaren Informationsmenge, weil Chirp- Erscheinungen nicht vernachlässigbar sind, wenn eine Modulationsfrequenz groß wird. Um einem - Bedarf an einer Übertragung wesentlich größerer Informationsmengen gerecht zu werden, wurde ein optischer Modulator erforscht und entwickelt,
in dem der elektrooptische bzw. elektronenoptische Effekt ausgenutzt wird, wobei der Brechungsindex eines Materials durch Anlegen eines elektrischen Feldes an das Material geändert wird.
Obwohl ein optischer Modulator, in dem prinzipiell eine Hochgeschwindigkeitsmodulation ausgeführt werden kann, bereitgestellt werden kann, treten Drifterscheinungen in Span nung-Lichtausgangssignalleistungskennlinien auf, in denen eine Lichtausgangssignalwellenform gestört ist, wenn der Modulationsbetrieb fortgesetzt wird. Daher ist es schwierig, durch eine Demodulation ein präzises demoduliertes Signal aus einem empfangenen Lichtsignal zu erhalten.
Um den vorstehend beschriebenen Nachteil der Drifterscheinung zu überwinden, wurde eine herkömmliche optische Modulationsvorrichtung mit einer Mittelwerterfassungsschaltung zum Berechnen eines Mittelwertes des modulierten Lichtsignals von einem optischen Modulator, in dem der elektronenoptische Effekt ausgenutzt wird, eine Spannungsvergleichsschaltung zum Vergleichen des Mittelwertes mit einer Referenz- oder Bezugsspannung, um ein eine Differenz zwischen diesen Spannungen anzeigendes Differenzsignal bereitzustellen, und eine Vorspannungserzeugungsschaltung zum Erzeugen einer Vorspannung in Abhängigkeit vom Differenzsignal vorgeschlagen.
In der herkömmlichen optischen Modulationsvorrichutng wird die in Abhängigkeit vom Differenzsignal erzeugte Vorspannung zu einem Modulationssignal addiert, und das dadurch erhaltene addierte Signal wird dem optischen Modulator zugeführt. Bei dieser Operation wird die Vorspannung so gesteuert, daß sie mit einer Betriebs- oder Arbeitspunktspannung des optischen Modulators übereinstimmt, um die durch Drift verursachte Störung der Wellenformen von Ausgangslichtsignalen zu unterdrücken.
Anders als die vorstehend beschriebene herkömmliche optische Modulationsvorrichtung wird im japanischen Patent (Kokai) Nr. 59-17527 eine Vorspannungssteuerungsvorrichtung für einen optischen Modulator mit einer Schaltung zum Erfassen eines Unterschieds von Arbeitszyklen oder relativen Einschaltdauern zwischen einem Eingangsmodulationssignal und einem modulierten Lichtsignal und mit einer Schaltung zum Steuern einer Vorspannung in Abhängigkeit vom Unterschied beschrieben, um zu veranlassen, daß die Vorspannung mit einer Arbeitspunktspannung des optischen Modulators übereinstimmt. Außerdem wird im japanischen Patent (Kokai) Nr. 56- 165122 ein Verfahren zum Verhindern einer Gleichspannungsdrift in einem optischen Modulator oder in einem optischen Polarisator durch Teilen einer Pufferschicht beschrieben, und im japanischen Patent (Kokai) Nr. 58-68250 wird eine optische Modulationsvorrichtung beschrieben, in der ein Ausgangslichtsignal eines optischen Modulators und ein aus dem Ausgangslichtsignal erhaltenes geglättetes Signal verglichen werden, um eine Vorspannung in Abhängigkeit von einem Unterschied zwischen diesen Signalen zu steuern.
In der US-A-4162398 (Dl) wird eine Vorspannunsgsteuerungsschaltung für einen Lichtmodulator mit einer Rückkopplungssteuerungsschleife beschrieben, durch die ein Teil eines modulierten Laserstrahls verarbeitet wird, um ein Fehlerkorrektursignal herzuleiten, das dem normalen Vorspannungspotential überlagert wird, um den Vorspannungspunkt in Richtung der Verschiebung der Arbeitskurve des Lichtmodulators zu verschieben, die während der Operation durch die im Lichtmodulator erzeugte Wärme verursacht wurde. Die Vorspannungssteuerungsschaltung besteht aus einem Lichtmodulator 10, einem halbtransparenten Spiegel 16, einem photoelektrischen Meßwandler oder Umsetzer 18, einem Integrator 20 und einem Vergleicher 23. Der Vergleicher 23 weist einen ersten nichtinvertierenden Eingang für eine Spannung V&sub1; ± ΔV vom Integrator 20 und einen zweiten invertierenden Eingang für ein von einer Quelle 21 zugeführtes Referenzsignal V&sub1; - V&sub0; auf. Das Ausgangssignal V&sub0; ± ΔV vom Vergleicher 23 wird dem Modulator 10 zurückgeführt. Durch thermische Drift verursachte Schwankungen der Arbeitspunktspannung werden durch die zugeführte Vorspannung kompensiert. Hierin folgt die Vorspannung nur der Driftschwankung.
In der herkömmlichen optischen Modulationsvorrichtung besteht jedoch ein Nachteil darin, daß die Modulationsoperation vorübergehend unterbrochen werden muß, um eine Vorspannung zurückzusetzen, bevor eine gesteuerte Vorspannung eine Durchbruch- oder Unterbrechungsspannung des optischen Modulators überschreitet. Dies führt dazu, daß die Modulationsoperation für eine Betriebsgarantiezeit von 10 Jahren für eine optische Kommunikationsvorrichtung fortlaufend ausgeführt wird. Die in den vorstehend beschriebenen japanischen Patenten (Kokai) dargestellten Technologien führen zu ähnlichen Nachteilen.
Um den Nachteil der Durchbruch- oder Unterbrechungsspannung zu eliminieren, wurde ein Verfahren vorgeschlagen, in dem eine Vorspannung auf einen niedrigeren Vorspannungswert zurückgesetzt wird, indem ein einer Periode entsprechender Wert von einem höheren Wert subtrahiert wird, wenn die Vorspannung einen vorgegebenen Wert überschreitet, weil Spannung-Lichtausgangssignalleistungskennlinien bezüglich der Spannung periodisch sind. Auch bei diesem Verfahren besteht der gleiche Nachteil darin, daß der Modulationsbetrieb vorübergehend unterbrochen wird, während die Vorspannung zurückgesetzt wird.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Modulationsvorrichtung bereitzustellen, in der eine optische Modulation für eine lange Zeitdauer ununterbrochen ausgeführt wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine optische Modulationsvorrichtung bereitzustellen, in der eine optische Modulation ohne komplizierte Steuerung stabil ausgeführt wird.
Eine erfindungsgemäße optische Modulationsvorichtung ist in Patentanspruch 1 definiert.
Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben; es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm zum Darstellen einer herkömmlichen optischen Modulationsvorrichtung;
Fig. 2 ein Diagramm zum Darstellen der Beziehung von Spannung-Lichtausgangssignalleistungskennlinen eines optischen Modulators, in dem der elektrooptische Effekt ausgenutzt wird, zu Lichtausgangssignalen des optischen Modulators;
Fig. 3 ein Blockdiagramm zum Darstellen einer ersten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Modulationsvorrichtung;
Fig. 4A ein erläuterndes Diagramm zum Darstellen eines in der ersten bevorzugten Ausführungsform verwendeten optischen Modulators des Mach-Zender-Typs;
Fig. 4B eine Querschnittansicht entlang der Linie IV-IV in Fig. 4A;
Fig. 5A und 5B Blockdiagramme zum Darstellen einer Spannungsvergleichsschaltung und einer Vorspannungserzeugungsspannung in der ersten bevorzugten Ausführungsform;
Fig. 6 ein Blockdiagramm zum Darstellen einer zweiten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Modulationsvorrichtung;
Fig. 7 ein Ablaufdiagramm zum Erläutern der Arbeitsweise einer Zentraleinheit (CPU) in der zweiten bevorzugten Ausführungsform; und
Fig. 8 ein erläuterndes Diagramm zum Darstellen einer in den bevorzugten Ausführungsformen zu verwendenden Lichtwellenleitervorrichtung mit einem Druckabschnitt.
Bevor bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen optischen Modulationsvorrichtung beschrieben werden, wird zunächst die vorstehend erwähnte herkömmliche optische Modulationsvorrichtung erläutert.
Fig. 1 zeigt eine herkömmliche optische Modulationsvorrichtung mit einem optischen Modulator 41 zum Modulieren eines Eingangslichtsignals, um durch ein Modulationssignal ein moduliertes Lichtsignal zu erzeugen, eine optische Teilerschaltung zum Teilen des modulierten Lichtsignals in ein erstes und ein zweites moduliertes Lichtsignal, einer Lichtempfangsvorrichtung 43 zum Erzeugen eines elektrischen Signals durch Empfangen des ersten modulierten Lichtsignals, einer Mittelwerterfassungsschaltung 44 zum Berechnen eines Mittelwertes durch Empfangen des elektrischen Signals, eine Spannungsvergleichsschaltung 45 zum Vergleichen des Mittelwertes mit einer Referenzspannung EREF, die einen Mittelwert darstellt, der erhalten wird, wenn eine Vorspannung, die eine Gleichspannungskomponente des Modulationssignals ist, einer Arbeitspunktspannung des optischen Modulators 41 gleich ist, die der halben maximalen Lichtausgangssignalleistung des optischen Modulators 41 entspricht, einer Vorspannungserzeugungsschaltung 46 zum Erzeugen einer Vorspannung, die durch eine Differenz zwischen dem Mittelwert und der Referenzspannung EREF geändert wird, und einer Addierschaltung 47 zum Addieren eines an einem Modulationssignaleingangsanschluß 48 zugeführten Modulationssignals und einer von der Vorspannungserzeugungsschaltung 46 zugeführten Vorspannung.
In der optischen Modulationsvorrichtung wird ein Eingangslichtsignal im optischen Modulator 41 gemäß dem elektrooptischen Effekt moduliert, und das modulierte Lichtsignal wird durch die optische Teilerschaltung 42 in ein erstes und ein zweites moduliertes Lichtsignal geteilt.
Das erste modulierte Lichtsignal wird durch die Lichtempfangsvorrichtung 43 in Abhängigkeit von der Intensität des modulierten Lichtsignals in ein elektrisches Signal umgewandelt, und in der Mittelwerterfassungsschaltung 44 wird der Mittelwert des elektrischen Signals berechnet.
Dann wird der Mittelwert in der Spannungsvergleichsschaltung 45 mit der Referenzspannung EREF verglichen, um in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Mittelwert und der Referenzspannung EREF ein Differenzsignal zu erzeugen, das der Spannungserzeugungsschaltung 46 zugeführt wird. Daher wird in der Spannungserzeugungsschaltung 46 eine sich in Abhängigkeit vom Differenzsignal ändernde Vorspannung so erzeugt, daß die Vorspannung mit der Arbeitspunktspannung übereinstimmt. Die so erzeugte Vorspannung wird in der Addierschaltung 47 mit dem vom Eingangsanschluß 48 zugeführten Modulationssignal addiert, und die so erhaltene Spannung wird von der Addierschaltung 47 dem optischen Modulator 41 zugeführt.
Fig. 2 zeigt die Beziehung eines Lichtsignals zu Spannungs-Lichtausgangssignalkennlinien, wobei Kurven M&sub0;, M&sub1; und M&sub2; Lichtausgangssignalleistungen P&sub0;, P&sub1; und P&sub2; bezüglich Spannungen V zu Zeitpunkten t&sub1;, t&sub2; und t&sub2; gemäß einem festen Modulationssignal S und die Bezugszeichen VOP und VB eine Arbeitspunktspannung bzw. eine Vorspannung darstellen. Wie deutlich erkennbar ist, driften die Spannung-Lichtausgangs- Signalleistungskennlinien in Abhängigkeit von der Zeit. In einer Lichtempfangsvorrichtung zum Demodulieren eines von einer beispielsweise in Fig. 1 dargestellten optischen Modulationsvorrichtung übertragenen modulierten Lichtsignals wird das empfangene Lichtsignal unter der Voraussetzung demoduliert, daß die Arbeitspunktspannung VOP und die Vorspannung VB miteinander übereinstimmen. Aus diesem Grunde ist es, falls Wellenformen der Lichtausgangssignalleistungen P&sub0;, P&sub1; und P&sub2; wesentlich gestört sind, schwierig, das empfangene Licht korrekt zu demodulieren. Eine solche Drift der Spannung-Lichtausgangssignalleistungskennline ist als Gleichstrom- (DC) Drift definiert, und bei dem in Fig. 2 dargestellten Fall tritt die Drift bezüglich einer positiven Vorspannung in positiver Richtung auf. Andererseits kann eine Drift gemäß der Struktur und Fertigungsbedingungen eines optischen Modulators auch in negativer Richtung auftreten. Der Mechanismus, durch den in einem optischen Modulator Drift verursacht wird, ist bisher noch nicht geklärt, und ein optischer Modulator ohne Gleichspannungsdrift wurde bisher nicht entwickelt und hergestellt.
Um die Drifterscheinung zu handhaben, ist in der in Fig. 1 dargestellten optischen Modulationsvorrichtung eine Steuereinheit mit der Mittelwerterfassungsschaltung 44, der Spannungsvergleichsschaltung 45 und der Vorspannungserzeugungsschaltung 46 angeordnet.
Nachstehend wird die erste bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen optischen Modulationsvorrichtung unter Bezug auf die Fig. 3 bis 5 beschrieben.
Die in Fig. 3 dargestellte optische Modulationsvorrichtung weist auf: einen optischen Modulator 11, eine optische Teilerschaltung 12, eine Lichtempfangsvorrichtung 13, eine Mittelwerterfassungsschaltung 14, einer erste Spannungsvergleichsschaltung 15, eine Arbeitspunktspannungserfassungsschaltung 16, eine zweite Spannungsvergleichsschaltung 17, eine Vorspannungserzeugungsschaltung 18 und eine Addierschaltung 19. In der optischen Modulationsvorrichtung ist der optische Modulator 11 ein optischer Modulator des Mach-Zender-Typs mit einer Arbeitspunktspannung in der Nähe von null Volt, die erste Spannungsvergleichsschaltung 15 ist ein Operationsverstärker mit einem Verstärkungsfaktor, der so eingestellt ist, daß die Differenz von zwei Eingangssignalen einer Differenz zwischen der Arbeitspunktspannung und einer Vorspannung entspricht, und der ein Ausgangsspannungssignal ausgibt, das einer Differenz zwischen einer aktuell verwendeten Vorspannung und einer aktuell erfaßten Arbeitspunktspannung entspricht, die durch eine Differenz zwischen einem von der Mittelwerterfassungsschaltung 14 zugeführten Eingangssignal und einer Referenzspannung EREF berechnet wird, und eine Signal von null V ausgibt, wenn eine Arbeitspunktspannung mit der Vorspannung übereinstimmt, die Arbeitspunktspannungserfassungsschaltung 16 ist ein Operationsverstärker, der als Addierschaltung arbeitet und ein Ausgangsspannungssignal einer aktuell erfaßten Arbeitspunktspannung zuführt, die zweite Spannungsvergleichsschaltung 17 besteht aus einem Vergleicher, einem Analoginvertierer und einem elektrischen Schalter, wie in Fig. 5A dargestellt, wobei ein Ausgangssignal (die aktuell erfaßte Arbeitspunktspannung) der Arbeitspunktspannungserfassungsschaltung 16 und ein Spannungssignal E'CNT dem Vergleicher zugeführt werden, von dem ein Steuersignal mit hohem Pegel erhalten wird, wenn die aktuell erfaßte Spannung dem Spannungssignal E'CNT gleicht oder größer als dieses ist, und ein Steuersignal mit niedrigem Pegel erhalten wird, wenn die aktuell erfaßte Spannung kleiner ist als das Spannungssignal E'CNT, und wobei das Signal mit hohem Pegel oder das Signal mit niedrigem Pegel der Vorspannungserzeugungsschaltung 18 und dem elektrischen Schalter zugeführt wird, der dadurch gesteuert wird, um ein positives Signal ECNT zuzuführen, das gemäß der Eingabe des Spannungssignals ECNT zu dem Zeitpunkt, wenn das Steuersignal einen hohen Pegel aufweist, den Analoginvertierer nicht als Spannungssignal E'CNT durchläuft, und in der Zeit, in der das Steuersignal einen niedrigen Pe gel aufweist, ein durch den Analoginvertierer invertiertes negatives Spannungssignal -ECNT als das Spannungssignal E'CNT durchläßt, und wobei die Vorspannungserzeugungsschaltung 18 aus einer Spannungsversorgung EB, einem Analoginvertierer und einem elektrischen Schalter besteht, um ein Ausgangsspannungssignal EB auszugeben, das den Analoginvertierer nicht durchläuft, wenn ein Ausgangssignal der zweiten Spannungsvergleichsschaltung 17 einen hohen Pegel aufweist, und das durch den Analoginvertierer invertierte Ausgangsspannungssignal -EB auszugeben, wenn das Ausgangssignal der zweiten Spannungsvergleichsschaltung 17 einen niedrigen Pegel aufweist.
Fig. 4A und 4B zeigen den optischen Modulator 1, der ein Lithium-Niobat- (LiNbO&sub3;) Substrat 21 aufweist, das einen elektronenoptischen Effekt ausbildet, Wellenleiter 22, die durch Wärmediffusion von Ti in das Substrat 21 gebildet werden, eine Pufferschicht 23 aus einer SiO&sub2;-Schicht und Elektroden 24 aus An, wobei einer der Wellenleiter 22 breiter und tiefer ist als der andere, um zu erreichen, daß eine Arbeitspunktspannung etwa null Volt beträgt. Tatsächlich beträgt die Arbeitspunktspannung 0,15 V.
Nachstehend wird die Arbeitsweise der in den Fig. 3 bis 5 dargestellten optischen Modulationsvorrichtung erläutert.
Ein moduliertes Lichtsignal wird vom optischen Modulator 11 der optischen Teilerschaltung 12 zugeführt, in der das modulierte Licht in ein erstes und in ein zweites moduliertes Lichtsignal geteilt wird.
Das erste modulierte Lichtsignal wird in der Lichtempfangsschaltung 13 empfangen, von der ein aus dem ersten modulierten Lichtsignal umgewandeltes elektrisches Signal der Mittelwerterfassungsschaltung 14 zugeführt wird. In der Mit telwerterfassungsschaltung wird ein Mittelwert des elektrischen Signals berechnet, und der Mittelwert wird der ersten Spannungsvergleichsschaltung 15 zugeführt, in der der Mittelwert mit einer Referenzspannung EREF verglichen wird, die einen Mittelwert eines Lichtausgangssignals darstellt, das erhalten werden soll, wenn eine Arbeitspunktspannung und eine Vorspannung übereinstimmen, um eine Differenz zwischen der Arbeitspunktspannung und der Vorspannung zu berechnen. Die Differenz wird von der ersten Spannungsvergleichsschaltung 15 zusammen mit einer von der Vospannungserzeugungsschaltung 18 ausgegebenen Vorspannung der Arbeitspunktspannungserfassungsschaltung 16 zugeführt, so daß in der Arbeitspunktspannungserfassungsschaltung 16 eine aktuelle Arbeitspunktspannung erhalten wird. In der zweiten Spannungsvergleichsschaltung 17 wird die Arbeitspunktspannung über ein vorgegebenes Zeitintervall überwacht oder gemessen, wobei, wenn die Arbeitspunktspannung sich von einem Wert von mehr als -ECNT auf einen Wert von weniger als -ECNT und von einem Wert von weniger als ECNT auf einen Wert von mehr als ECNT ändert, ein Steuersignal erzeugt wird, das der Vorspannungserzeugungsspannung 18 zugeführt werden soll. Wenn das Steuersignal in der Vorspannungserzeugungsschaltung 18 erfaßt wird, wird die Polarität einer in der Vorspannungserzeugungsschaltung 18 erzeugten Vorspannung invertiert, so daß sie EB oder -EB beträgt, und ausgegeben, um in der Addierschaltung 19 zu einem von einem Eingangsanschluß 20 zugeführten Modulationssignal addiert zu werden. Das addierte Signal wird dem optischen Modulator 11 zugeführt, in dem ein Eingangslichtsignal moduliert wird, um ein moduliertes Ausgangslichtsignal zu erzeugen.
Die Eingangsspannung ECNT für die zweite Spannungsvergleichsschaltung 17 und die Vorspannung EB in der Vorspan nungserzeugungsschaltung 18 stehen gemäß Gleichung (1) mit der maximalen Spannungsdifferenz ΔE zwischen einer Arbeitspunktspannung und einer Vorspannung in Beziehung, gemäß der durch die Operation des optischen Modulators 11 ein geeignetes Ausgangslichtsignal erhalten wird.
ECNT + EB ≤ ΔE (1)
Wenn ECNT und EB die vorstehende Beziehung (1) erfüllen, wird eine Differenzspannung zwischen einer Arbeitspunktspannung und einer Vorspannung auch dann innerhalb der Spannungsdifferenz ΔE gehalten, wenn die Vorspannung auf EB oder -EB eingestellt ist, so lange die Arbeitsspannung im Bereich von ECNT bis ECNT liegt. Dadurch kann ein Modulationssignal von einem in einer Lichtempfangsvorrichtung empfangenen Lichtsignal demoduliert werden.
Basierend auf experimentellen Ergebnissen wird die maximale Spannungsdifferenz ΔE in der ersten bevorzugten Ausführungsform der optischen Modulationsvorrichtung auf 0,5 V eingestellt. Daher ist die Beziehung (1) durch nachstehende Beziehung (2) definiert.
ECNT + EB ≤ 0,5 (2)
Beispielhaft werden ECNT und EB durch Gleichung (3) festgelegt.
ECNT = EB = 0,2 V (3)
Wie vorstehend beschrieben, beträgt die Arbeitspunktspannung im optischen Modulator 11 0,15 V.
Unter dieser Bedingung beginnt die Modulationsoperation in der optischen Modulationsvorrichtung. Im optischen Modulator 11 ist die Richtung der durch Anlegen einer positiven Vorspannung auftretenden Drift positiv, so daß die Arbeitspunktspannung im Verlauf der Zeit zunimmt. Wenn in der zweiten Spannungserfassungsschaltung 17 erfaßt wird, daß die Arbeitspunktspannung größer ist als ECNT ( = 0,2 V), wird der Vorspannungserzeugungsschaltung 18 durch die zweite Spannungsvergleichsschaltung 17 eine Steuerspannung zugeführt, so daß sich die Vorspannung von EB (= 0,2 V) auf -EB (= -0,2 V) ändert.
Wenn die Polarität der Vorspannung verändert wird, ändert sich die Richtung der Gleichspannungsdrift. Dadurch nimmt die Arbeitspunktspannung im Verlauf der Zeit ab. Dadurch wird, wenn die Arbeitspunktspannung kleiner ist als -ECNT (= -0,2 V), der Vorspannungserzeugungsschaltung 18 durch die zweite Spannungsvergleichsschaltung 17 ein Steuersignal zugeführt, so daß die Richtung der Gleichspannungsdrift ihre Richtung ändert und positiv wird. Diese Steuerung wird wiederholt, um die Arbeitspunktspannung innerhalb eines vorgegebenen Bereichs einzustellen. Dadurch wird eine Differenz zwischen einer Arbeitspunktspannung und einer Vorspannung permanent innerhalb eines Toleranzwertes ΔE gehalten, so daß durch die Demodulation eines empfangenen Lichtsignals ein Modulationssignal exakt erhalten wird.
Fig. 6 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer optischen Modulationsvorrichtung. Die optische Modulationsvorrichtung weist einen optischen Modulator 31, eine optische Teilerschaltung 32, eine Lichtempfangsvorrichtung 33, eine Mittelwerterfassungsschaltung 34, einen Analog/Digital- (A/D-) Wandler 35, eine Zentraleinheit (CPU) 36, eine Vorspannungserzeugungsschaltung 37 und eine Addierschaltung auf, wobei der optische Modulator 31 ein optischer Modulator des Mach-Zender-Typs ist, wie unter Bezug auf die erste bevorzugte Ausführungsform erläutert wurde.
In dieser optischen Modulationsvorrichtung wird ein Teil des vom optischen Modulator 31 zugeführten Lichtsignals durch die optische Teilereinrichtung 32 der Lichtempfangs vorrichtung 33 zugeführt, und in Abhängigkeit von einem in der Lichtempfangsvorrichtung 33 empfangenen Lichtsignal wird ein elektrisches Signal erzeugt. Dann wird das elektrische Signal berechnet, um einen Mittelwert über ein vorgegebenes Zeitintervall zu erhalten, und der in Form von Analogdaten vorliegende Mittelwert wird im A/D-Wandler 35 in Digitaldaten umgewandelt, die der Zentraleinheit (CPU) 36 zugeführt werden.
In der Zentraleinheit 36 ist die Beziehung zwischen Lichtsignalmittelwerten und Spannungsdifferenzen zwischen Vorspannungen und Arbeitspunktspannungen gespeichert, so daß gemäß einem zugeführten Mittelwert eine Arbeitspunktspannung erhalten wird, und die Vorspannungserzeugungsschaltung 37 wird gesteuert, um gemäß der Arbeitspunktspannung eine Vorspannung zu erzeugen, wie später anhand eines in Fig. 7 dargestellten Ablaufdiagramms erläutert wird. Daher wird die in der Vorspannungserzeugungsschaltung 37 erzeugte Vorspannung in der Addierschaltung 38 mit einem über einen Modulationssignaleingangsanschluß 39 zugeführten Modulationssignal addiert, und das addierte Signal wird dem optischen Modulator 31 zugeführt.
Im in Fig. 7 dargestellten Steuerungsablauf werden Steuerparameter VCNT, VMIN, VSTP verwendet, wobei der Parameter VCNT den in der ersten bevorzugten Ausführungsform verwendeten Werten ECNT und EB entspricht und in der ersten bevorzugten Ausführungsform auf die Hälfte von ΔE eingestellt ist, VMIN eine Spannung für einen Steuerbereich einer Arbeitspunktspannung und VSTP eine Spannung zum schrittweisen Verengen des Steuerbereichs einer Arbeitspunktspannung ist.
In der Zentraleinheit 36 wird in Schritt S101 der Mittelwert vom A/D-Wandler 35 gelesen, und in Schritt S102 wird eine aktuelle Arbeitspunktspannung VOP gemäß dem Mittelwert bestimmt. Dann wird in Schritt S103 festgestellt, ob ein Betriebsmodusflag FMODE auf "1" gesetzt ist oder nicht, wobei das Betriebsmodusflag FMODE bei einer Arbeitspunktspannung den Wert "1" hat, während das Betriebsmodusflag FMODE in einem Betriebsmodus, bei dem eine Vorspannung einer Arbeitspunktspannung folgt, den Wert "0" hat.
Wenn in Schritt S103 die Antwort NEIN lautet (FMODE = 0), wird in Schritt S104 bestimmt, ob die Arbeitspunktspannung VOP innerhalb eines Steuerbereichs von -VCNT bis VCNT liegt oder nicht. Wenn in Schritt S104 die Antwort JA lautet, wird eine Vorspannung in Schritt S105 so gesteuert, daß sie mit der Arbeitspunktspannung übereinstimmt, und die Verarbeitung kehrt zu Schritt S101 zurück. Andererseits wird, wenn in Schritt S104 die Antwort NEIN lautet, das Operationsmodusflag FMODE in Schritt S106 auf den Wert "1" umgeschaltet, und die Polarität der Vorspannung wird durch Steuern der Vorspannungserzeugungsschaltung 37 in Schritt S107 invertiert. Dann kehrt die Steuerung zu Schritt S101 zurück.
Wenn in Schritt S103 die Antwort JA lautet (FMODE = 1), wird in Schritt S108 bestimmt, ob die Vorzeichen der vorangehenden Arbeitspunktspannung und der aktuellen Arbeitspunktspannung verschieden sind, oder ob die aktuelle Arbeitspunktspannung null beträgt.
Wenn in Schritt S108 die Antwort Nein lautet, d. h., wenn die Vorzeichen der aktuellen und der vorangehenden Arbeitspunktspannung gleich sind, kehrt die Steuerung zu Schritt S101 zurück. Andererseits wird, wenn die Antwort in Schritt S108 JA lautet, d. h., wenn die Arbeitspunktspannung null Volt durchläuft, das Betriebsmodusflag FMODE in Schritt S109 so gesteuert, daß es den Wert "0" annimmt, und der Betriebsmodus wird in einen Modus geändert, gemäß dem eine Vorspannung so gesteuert wird, daß sie einer Ar beitspunktspannung entspricht. In Schritt S110 wird, wenn VCNT gleich oder größer als VMIN ist, VCNT in Schritt S111 um VSTP vermindert, und die Steuerung kehrt zu Schritt S101 zurück.
In der zweiten bevorzugten Ausführungsform werden die Arbeitspunktspannung und die Vorspannung so gesteuert, daß die Differenz zwischen ihnen kleiner ist als 2VMIN.
In der ersten und in der zweiten bevorzugten Ausführungsform kann der in den Fig. 4A und 4B dargestellte optische Modulator durch einen in Fig. 8 dargestellten optischen Modulator ersetzt werden. Der in Fig. 8 dargestellte Modulator weist ein LiNbO&sub3;-Substrat 21, optische Wellenleiter 22 und einen Druckabschnitt 49 zum Drücken eines der optischen Wellenleiter 22 auf. Bei diesem optischen Modulator liegt eine Arbeitspunktspannung aufgrund der Bereitstellung des Druckabschnitts 49 in der Nähe von 0 (null) Volt.

Claims

1. Optische Modulationsvorrichtung mit:

einem optischen Modulator (11; 31) zum Modulieren von Eingangslicht gemäß einem Modulationssignal und einer Vorspannung, um unter Ausnutzung des elektrooptischen Effekts ein moduliertes Lichtsignal zu erzeugen, wobei das Modulationssignal in einer Lichtempfangsvorrichtung von dem modulierten Licht demoduliert werden kann;

einer optischen Vorrichtung (13; 33) zum Erzeugen eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von dem modulierten Licht durch Empfang eines Teils des modulierten Lichts;

einer Arbeitspunktspannungserfassungseinheit (14, 15, 16; 34, 35, 36) zum Bestimmen einer Arbeitspunktspannung gemäß dem elektrischen Signal, wobei der optische Modulator (11; 31) durch Empfang der Arbeitspunktspannung das modulierte Licht mit der Hälfte einer maximalen Lichtausgangsleistung ausgibt; und

einer Vorspannungszufuhreinheit (17, 18; 37) zum Zuführen der Vorspannung zum optischen Modulator (11; 31);

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungszufuhreinheit so angepaßt ist, daß

die Vorspannung eine von einer zweiten Polarität verschiedene Polarität aufweist, wenn die Arbeitspunktspannung sich von einem ersten Zustand, in dem sie innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereichs liegt, in einen zweiten Zustand ändert, in dem sie sich außerhalb des vorgegebenen Spannungsbereichs befindet, und die zweite Polarität aufweist, wenn die Arbeitspunktspannung sich im ersten Zustand befindet und eine Differenz zwischen der Vorspannung und der Arbeitspunktspannung innerhalb eines zweiten vorgegebenen Spannungsbereichs liegt.

2. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei:

die Arbeitspunktspannungserfassungseinrichtung (14, 15, 16; 34, 35, 36) aufweist:

eine Mittelwerterfassungsschaltung (14; 34) zum Erfassen eines Mittelwertes des modulierten Lichts durch Empfang des elektrischen Signals;

eine erste Spannungsvergleichsschaltung (15; 35) zum Erzeugen eines Spannungssignals, das einer Differenz zwischen der Vorspannung und der Arbeitspunktspannung entspricht, durch Empfang des Mittelwertes und einer vorgegebenen Referenzspannung; und

eine Arbeitspunktspannungserfassungsschaltung (16; 36) zum Erzeugen der Arbeitspunktspannung durch Empfang der Spannungsdifferenz und der Vorspannung;

wobei die Vorspannungszufuhreinheit (17, 18; 37) aufweist:

eine zweite Spannungsvergleichsschaltung (17) zum Erzeugen eines Steuersignals, wenn erfaßt wird, daß die Arbeitspunktspannung außerhalb des ersten vorgegebenen Bereichs liegt; und

eine Vorspannungserzeugungsschaltung (18; 38) zum Erzeugen der Vorspannung, deren Polarität durch das Steuersignal zwischen der ersten und der zweiten Polarität umgeschaltet wird.

3. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die zweite Spannungsvergleichsschaltung (17) aufweist:

einen Vergleicher zum Erzeugen des Steuersignals durch Vergleichen der Arbeitspunktspannung mit einer Referenzvergleichsspannung; und

einen Invertierer zum Invertieren einer Polarität der Referenzvergleichsspannung in Abhängigkeit von dem Steuersignal; und

wobei die Vorspannungserzeugungsschaltung (18; 38) aufweist:

eine Spannungsversorgung zum Erzeugen einer Konstantspannung; und

einen Invertierer zum Invertieren einer Polarität der Konstantspannung in Abhängigkeit von dem Steuersignal, um die Vorspannung zu erzeugen.

4. Optische Modulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei:

die erste Spannungsvergleichsschaltung (15; 35), die Arbeitspunktspannungserfassungsschaltung (16; 36) und die zweite Spannungsvergleichsschaltung (17) aus einem Mikroprozessor gebildet werden, der ein Betriebsprogramm und Betriebsdaten speichert.

5. Optische Modulationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

wobei der optische Modulator (11; 31) aufweist:

ein LiNbO&sub3;-Substrat (21), einen ersten und einen zweiten Lichtwellenleiter (22), die auf dem Substrat (21) parallel ausgebildet sind, eine auf den optischen Wellenleitern (22) und auf dem Substrat (21) ausgebildete Pufferschicht (23) und eine erste und eine zweite Elektrode (24), die auf der Pufferschicht (23) so ausgebil det sind, daß sie dem ersten und dem parallel dazu angeordneten zweiten Lichtwellenleiter (22) entsprechen.

6. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei:

der optische Modulator (11; 31) gemäß einer Struktur, in der der zweite Lichtwellenleiter breiter ist als der erste Lichtwellenleiter, eine Arbeitspunktspannung aufweist, die in der Nähe von null Volt liegt.

7. Optische Modulationsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei:

der optische Modulator (11; 31) gemäß einer Struktur, in der der erste Lichtwellenleiter in einem Druckabschnitt gedrückt wird, eine Arbeitspunktspannung aufweist, die in der Nähe von null Volt liegt.