JP2000196185A

JP2000196185A - 光送信機

Info

Publication number: JP2000196185A
Application number: JP10367906A
Authority: JP
Inventors: Motoyoshi Sekiya; 元義関屋; Tetsuya Kiyonaga; 哲也清永; Yoshitaka Shimura; 嘉隆志村
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1998-12-24
Publication date: 2000-07-14
Anticipated expiration: 2018-12-24
Also published as: JP3445176B2; US6590686B1

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は外部変調器を備えた光送信機に関
し、光信号の出力パワー及び波長を高精度に一定に保つ
ことを課題としている。【解決手段】本発明は光信号の出力パワー及び波長の
安定化に適した光送信機に関連している。この光送信機
は、光ビームを出力する光源（２）と、主信号に基づき
光ビームを変調することにより光信号を出力する外部変
調器（４）と、外部変調器から出力された光信号のパワ
ーを検出するパワーモニタ（１８）と、パワーモニタに
より検出されたパワーが一定になるように光源を制御す
る制御ユニット（２０）とを備えている。外部変調器の
下流側で検出されるパワーに基づき光源が制御されるの
で、外部変調器の損失変動等に関わらず得られる光信号
の出力パワーを高精度に一定に保つことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は外部変調器を備えた
光送信機に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバ通信システムの大容量化に伴
い、変調速度が増大している。レーザダイオードの直接
強度変調では、波長チャーピングが問題である。チャー
ピングは、光信号が波長分散を有する光ファイバを通過
するときに波形の歪みを引き起こす。ファイバ損失の観
点からは、シリカファイバに適用されるのに最も望まし
い波長は１．５５μｍである。この波長では、ノーマル
なファイバは大体１８ｐｓ／ｋｍ／ｎｍの波長分散を有
する。これは伝送距離を制限する。この問題を避けるた
めに、外部変調器に対する期待が高まっている。

【０００３】実用的な外部変調器として、ＬｉＮｂＯ₃
（リチウムナイオベート）を基本材料としたマッハツェ
ンダ型の光変調器（ＬＮ変調器）が開発されている。光
源からの一定強度の連続波光（ＣＷ光）がＬＮ変調器に
供給され、光の干渉を用いたスイッチング動作によっ
て、強度変調された光信号が得られる。

【０００４】しばしば指摘されるＬＮ変調器の欠点は、
動作点ドリフトを生じさせることである。動作点ドリフ
トに対処するために、ＬＮ変調器から出力される光がモ
ニタリングされ、その結果得られる電気信号に基づいて
動作点安定化のための制御が行われる。

【０００５】図１は従来の光送信機の一例を示すブロッ
ク図である。この光送信機は、ＣＷ光である光ビームを
出力する光源としてのレーザダイオード（ＬＤ）２と、
ＬＤ２からの光ビームを受け主信号に基づき光ビームを
変調することにより光信号を出力する外部変調器４とを
備えている。レーザダイオード２から出力される光ビー
ムのパワーが一定に保たれるようにするために、レーザ
ダイオード２の駆動電流は、ＬＤ電流制御回路６により
一定に保たれている。また、レーザダイオード２から出
力される光ビームの波長が一定に保たれるようにするた
めに、レーザダイオード２の近傍には図示しないサーミ
スタ等の温度センサが設けられており、その温度センサ
による検出温度が一定になるように、ＬＤ温度制御回路
８によりフィードバック制御が行われている。

【０００６】尚、全図を通して、太い実線は電気信号の
流れを表しており、細い実線は光信号または光ビームの
流れを表している。

【０００７】図１に示される従来の光送信機では、ＬＤ
電流制御回路６によりレーザダイオード２の駆動電流が
一定に保たれているので、レーザダイオード２の経時劣
化等によりレーザダイオード２の特性が変化すると、レ
ーザダイオード２から出力される光ビームのパワーが変
化することがある。この点を改良した光送信機について
図２により説明する。

【０００８】図２は従来の光送信機の他の例を示すブロ
ック図である。レーザダイオード２から出力される光ビ
ームのパワーに関してフィードバック制御を行うため
に、光出力一定制御（ＡＰＣ）回路１０が設けられてい
る。レーザダイオード２はフォワードビーム及びバック
ワードビームを出力する。フォワードビームは外部変調
器４に供給される。バックワードビームはバックパワー
モニタ１２に供給され、ＬＤ電流制御回路１４は、バッ
クパワーモニタ１２により検出されたバックワードビー
ムのパワーが一定になるようにレーザダイオード２に供
給される駆動電流を制御する。フォワードビームのパワ
ーはバックワードビームのパワーに比例するので、この
ようなフィードバック制御によって、フォワードビーム
のパワーを一定に保つことができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図２により説明した従
来の改良された光送信機にあっても、光信号の出力パワ
ーを高精度に一定に保つことが困難であるという問題が
ある。即ち、レーザダイオード２から出力される光ビー
ムのパワーはフィードバック制御により一定に保たれる
のであるが、外部変調器４に関する温度等の外部環境変
化により外部変調器４の損失が変動し、その結果、外部
変調器４から出力される光信号のパワーが変動してしま
うのである。

【００１０】よって、本発明の目的は、外部変調器を備
えた光送信機の光信号の出力パワーを高精度に一定に保
つことにある。

【００１１】本発明の他の目的は、外部変調器を備えた
光送信機の光信号の出力パワー及び波長を高精度に一定
に保つことにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によると、光ビー
ムを出力する光源と、上記光ビームを受け主信号に基づ
き上記光ビームを変調することにより光信号を出力する
外部変調器と、上記外部変調器から出力された光信号の
パワーを検出するパワーモニタと、上記パワーモニタに
より検出されたパワーが一定になるように上記光源を制
御する第１の制御ユニットとを備えた光送信機が提供さ
れる。

【００１３】この構成によると、外部変調器から出力さ
れた光信号のパワーが検出され、検出されたパワーが一
定になるように光源が制御されるので、外部変調器の損
失の変動に関わらずこの光送信機から出力される光信号
のパワーが高精度に一定に保たれ、本発明の目的の１つ
が達成される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の望ましい実施の形
態を詳細に説明する。

【００１５】図３は本発明による光送信機の第１実施形
態を示すブロック図である。この光送信機は、光ビーム
を出力する光源としてのレーザダイオード（ＬＤ）２
と、レーザダイオード２から出力された光ビームを受け
る外部変調器４とを備えている。外部変調器４は、図示
しない駆動回路から供給される主信号に基づき受けた光
ビームを変調して光信号を生成し、この光信号を出力す
る。外部変調器４としては、後述するマッハツェンダ型
光変調器、電界吸収型光変調器、その他の光変調器を用
いることができる。

【００１６】外部変調器４において生成された光信号
は、光カプラ等からなるビームスプリッタ１６を介して
この光送信機から出力される。ビームスプリッタ１６で
は、光信号の一部がモニタビームとして取り出され、こ
のモニタビームはパワーモニタ１８に供給される。パワ
ーモニタ１８は、供給されたモニタビームに基づき、こ
の光送信機から出力される光信号のパワーを検出する。

【００１７】本発明では、パワーモニタ１８により検出
されたパワーが一定になるようにレーザダイオード２を
制御するための第１の制御ユニットが用いられる。この
実施形態では、第１の制御ユニットは、ＬＤ電流制御回
路２０によって提供されている。制御回路２０は、パワ
ーモニタ１８により検出されたパワーが一定になるよう
に制御された駆動電流をレーザダイオード２に供給す
る。

【００１８】また、この実施形態では、レーザダイオー
ド２の温度を一定に保つために、ＬＤ温度制御回路８が
設けられている。制御回路８は、ＬＤ２の近傍に設けら
れる図示しないサーミスタ等の温度センサからの信号を
受け、レーザダイオード２の温度が一定に保たれるよう
に例えばレーザダイオード２の近傍に設けられる図示し
ないペルチェ素子の駆動電流を制御する。

【００１９】この実施形態では、外部変調器４の下流側
で光信号のパワーを検出し、その検出結果に基づきレー
ザダイオード２の駆動電流が制御されるので、外部変調
器４の損失の変動に関わらずこの光送信機から出力され
る光信号の出力パワーを高精度に一定に保つことができ
る。また、レーザダイオード２の温度がＬＤ温度制御回
路８によって一定に保たれるので、この光送信機から出
力される光信号の波長を一定に保つことができる。

【００２０】図３に示される第１実施形態では、レーザ
ダイオード２の温度が一定に保たれる結果、定常的な動
作条件においては、レーザダイオード２の発振波長は一
定に保たれる。しかしながら、ＬＤ電流制御回路２０に
よってレーザダイオード２の駆動電流が制御される結
果、駆動電流の変化に従ってレーザダイオード２の発振
波長が変化するかもしれない。特に、光送信機が波長分
割多重（ＷＤＭ）システムに適用される場合には、隣接
チャネル間のクロストークを防止するために、光源の波
長の高精度な安定化が要求される。このような要求に対
処するための実施形態を図４により説明する。

【００２１】図４は本発明による光送信機の第２実施形
態を示すブロック図である。この実施形態では、レーザ
ダイオード２の温度を一定に保つための制御回路８（図
３参照）に代えて、レーザダイオード２の発振波長が一
定に保たれるようにするための波長モニタ２２及びＬＤ
温度制御回路２４が採用されている。

【００２２】レーザダイオード２はフォワードビーム及
びバックワードビームを出力する。フォワードビームは
外部変調器４に供給され、バックワードビームは波長モ
ニタ２２に供給される。フォワードビーム及びバックワ
ードビームの波長は等しいので、この構成により波長モ
ニタ２２はレーザダイオード２の発振波長を検出するこ
とができる。ＬＤ温度制御回路２４は、波長モニタ２２
により検出された波長が一定に保たれるように、レーザ
ダイオード２の温度を制御する。

【００２３】この実施形態によると、図３に示される第
１実施形態に比べてレーザダイオード２の発振波長を更
に高精度に安定化することができ、この光送信機から出
力される光信号のパワー及び波長を高精度に一定に保つ
ことができる。

【００２４】図５の（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、一
般的なレーザダイオードの特性が示されている。図５の
（Ａ）は光出力波長（任意単位）とＬＤ温度（任意単
位）との関係を示している。ＬＤ温度が上昇するのに従
って、光出力波長は長くなる。また、図５の（Ｂ）は光
出力波長（任意単位）と駆動電流（任意単位）との関係
を表している。駆動電流が増大するのに従って、光出力
波長は長くなる。

【００２５】従って、あるレーザダイオードが与えられ
たときに、そのレーザダイオードについて図５の（Ａ）
及び（Ｂ）に示される関係を予め把握しておくことによ
って、駆動電流の変化による波長変動をＬＤ温度により
補償することができる。具体的には次の通りである。

【００２６】図６は波長変化（レーザダイオードの発振
波長の変化）の補償の例を示す図である。縦軸はレーザ
ダイオードの温度（℃）、横軸はレーザダイオードの駆
動電流（ｍＡ）を表している。右下がりの５本の線は代
表的な等波長線を表している。

【００２７】いま、Ａ点で駆動されているレーザダイオ
ードの出力パワーを一定に保つためにレーザダイオード
の駆動電流が−ΔＩ変化してＢ点に移行したものとす
る。このとき、波長の電流係数（図５の（Ｂ）のグラフ
の傾斜）をＺ（ｎｍ／ｍａ）とすると、波長変化は−Δ
ＩＺ（ｎｍ）となる。従って、波長の温度係数（図５の
（Ａ）に示されるグラフの傾斜）をＱ（ｎｍ／℃）とす
ると、レーザダイオードの温度をΔＩＺ／Ｑ（℃）上昇
させてＣ点に移行させることによって、Ａ点における波
長と同じ波長を得ることができ、波長変化の補償が可能
になる。

【００２８】また、レーザダイオードの駆動電流がΔＩ
（ｍＡ）増大してＡ点からＢ´点に移行した場合には、
レーザダイオードの温度をΔＩＺ／Ｑ（℃）低下させて
Ｃ´点に移行させることによって、同様にして波長変化
を補償することができる。

【００２９】図６により説明した原理に従う補償を行う
ことができる幾つかの実施形態を説明する。

【００３０】図７は本発明による光送信機の第３実施形
態を示すブロック図である。ＬＤ電流制御回路２０とレ
ーザダイオード２との間には電流モニタ２６が設けられ
ている。電流モニタ２６は、制御回路２０からレーザダ
イオード２に供給される駆動電流を検出する。補償ユニ
ット２８は、レーザダイオード２から出力される光ビー
ムの波長が一定になるように、電流モニタ２６により検
出された駆動電流の変化に応じてレーザダイオード２の
温度を変化させる。具体的には、補償ユニット２８の出
力信号に基づいて、ＬＤ温度制御回路３０がレーザダイ
オード２の温度を変化させる。

【００３１】図６により説明した原理に従えば、補償ユ
ニット２８が、レーザダイオード２の駆動電流の増加に
対して線形的にレーザダイオード２の温度を減少させる
ことによって、駆動電流の変化による波長変動を補償す
ることができる。

【００３２】尚、パワーモニタ１８及びＬＤ電流制御回
路２０は、光出力一定制御（ＡＰＣ）のための回路３２
を構成している。

【００３３】図８は本発明による光送信機の第４実施形
態を示すブロック図である。ここでは、図７に示される
補償ユニット２８がアナログ制御を行っているのと対比
して、ディジタル信号処理に適合するように変更された
補償ユニット２８´が用いられている。

【００３４】補償ユニット２８´は、電流モニタ２６に
より検出された駆動電流の変化に対応する波長変化を記
憶するための記憶手段（ここではリードオンリーメモリ
（ＲＯＭ）３４）と、記憶手段の記憶内容に基づき波長
を補償するために必要なレーザダイオード２の温度変化
を算出する手段（ＣＰＵ３６）とを含む。電流モニタ２
６によるモニタ出力は、Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタ
ル）変換機３８を介してＣＰＵ３６に取り込まれ、ＣＰ
Ｕ３６による算出結果は、Ｄ／Ａ（ディジタル／アナロ
グ）変換機４０を介してＬＤ温度制御回路３０に供給さ
れる。

【００３５】このように、第３または第４実施形態によ
ると、レーザダイオード２から出力される光ビームの波
長を実際に測定すること無しに、得られる光信号の出力
パワー及び波長を高精度に一定に保つことができる。

【００３６】図９は本発明による光送信機の第５実施形
態を示すブロック図である。この実施形態は、図７に示
される第３実施形態と対比して、外部変調器４がマッハ
ツェンダ型光変調器等の動作点を決定するためのバイア
ス電圧を受ける変調器によって提供されている点で特徴
づけられる。ＡＰＣのための回路３２に含まれるパワー
モニタ１８に自動バイアス制御回路４２が接続されてお
り、制御回路４２は外部変調器４の動作点が安定化され
るように外部変調器４に供給されるバイアス電圧を制御
する。

【００３７】自動バイアス制御回路４２は、例えば、外
部変調器４に供給される主信号に低周波信号を重畳する
手段と、外部変調器４から出力される光信号に含まれる
低周波成分が少なくなるようにバイアス電圧を制御する
手段とから構成することができる。

【００３８】このように主信号に低周波信号が重畳され
る場合、低周波信号に従ってこの光送信機から出力され
る光信号のパワーが変動するので、ＬＤ電流制御回路２
０と自動バイアス制御回路４２とを同時に動作させる
と、これらの制御が競合し光信号の出力パワーが不所望
に変動する恐れがある。このため、外部変調器４に与え
られるバイアス電圧が安定になるまでＬＤ電流制御回路
２０の動作が遮断されていることが望ましい。

【００３９】そこで、図９に示される第５実施形態で
は、パワーモニタ１８の出力信号または自動バイアス制
御回路４２の出力信号に基づき、バイアスモニタ４４
が、外部変調器４に供給されるバイアス電圧が安定にな
ったことを検出し、その検出結果に基づき、スイッチ回
路４４がＬＤ電流制御回路２０の動作のオン／オフを行
うようにしている。即ち、バイアス電圧が安定になるま
ではスイッチ回路４４によりＬＤ電流制御回路２０の動
作がオフにされ、バイアス電圧が安定になったときにス
イッチ回路４４はＬＤ電流制御回路２０の動作をオンに
する。これにより、自動バイアス制御回路４２による制
御とＬＤ電流制御回路２０による制御とが競合すること
が防止され、光信号の出力パワーが不所望に変動する恐
れが無くなる。

【００４０】バイアスモニタ４４は、自動バイアス制御
回路４２に接続されて直接バイアス電圧を測定すること
によりバイアス電圧の安定化を検出することができ、或
いは、パワーモニタ１８に接続されて前述した低周波信
号に対応する低周波成分の振幅に基づきバイアス電圧の
安定化を検出することができる。後者については、自動
バイアス制御回路４２の具体的な回路構成と共に後述す
る。前者の場合の動作を図１０により説明する。

【００４１】図１０は図９に示されるスイッチ回路４６
の動作を示す図である。自動バイアス制御回路４２によ
るバイアス電圧の制御の結果、バイアス電圧はある一定
の値に収束される。それによるバイアス電圧の安定化が
バイアスモニタ４４により検出され、バイアス電圧が安
定になったときにスイッチ回路４６によりＬＤ電流制御
回路２０の動作がオンにされ、ＡＰＣが開始される。バ
イアス電圧が安定化された時点で、外部変調器４の出力
は安定化されているので、この時点でＡＰＣの動作が開
始されることにより、制御の競合による不安定動作が防
止される。

【００４２】尚、図示はしないが、外部変調器４のバイ
アス電圧が安定になるまでＬＤ電流制御回路２０の動作
を遮断するために、ＬＤ電流制御回路２０及び自動バイ
アス制御回路４２を切替えるためのスイッチと、このス
イッチに接続されるタイマとを設け、このタイマにより
バイアス電圧が安定化されるまでの大まかな時間を設定
してもよい。

【００４３】図１１は本発明による光送信機の第６実施
形態を示すブロック図である。ここでは、図４に示され
る第２実施形態に対応して、パワーモニタ１８及びＬＤ
電流制御回路２０の具体的な回路構成が示されている。

【００４４】パワーモニタ１８は、外部変調器４から出
力された光信号の一部を受けるフォトダイオード４８
と、フォトダイオード４８に流れる光電流を電圧信号に
変換する抵抗器５０とを含む。

【００４５】ＬＤ電流制御回路２０は、パワーモニタ１
８からの電圧信号と供給された参照電圧とを比較してこ
れらの間の誤差信号を出力する演算増幅器５２と、演算
増幅器５２からの誤差信号を制御入力としてレーザダイ
オード２に駆動電流を供給するトランジスタ５４とを含
む。

【００４６】パワーモニタ１８からの電圧信号は演算増
幅器５２のマイナス入力ポートに供給され、電圧源５８
によって与えられる参照電圧は演算増幅器５２のプラス
入力ポートに供給される。演算増幅器５２の出力ポート
はトランジスタ５４のベースに接続される。レーザダイ
オード２のアノードは接地され、カソードはトランジス
タ５４のコレクタに接続される。トランジスタ５４のエ
ミッタは抵抗５６を介してマイナス電源に接続される。

【００４７】この構成によると、外部変調器４から出力
される光信号の平均パワーに基づきレーザダイオード２
の駆動電流がフィードバック制御されるので、外部変調
器４の損失の変動に関わらずこの光送信機から出力され
る光信号の出力パワーを高精度に一定に保つことができ
る。

【００４８】図１２は本発明による光送信機の第７実施
形態を示すブロック図である。ここでは、図７に示され
る第３実施形態の具体的構成が示されている。パワーモ
ニタ１８及びＬＤ電流制御回路２０の具体的構成は図１
１に示されるのと同様である。

【００４９】レーザダイオード２の素子の近傍には、冷
却によりレーザダイオード２の温度を調節するための図
示しないペルチェ素子が設けられており、このペルチェ
素子に電流を流すための一対の端子（ＴＥＣ＋）及び
（ＴＥＣ−）が設けられている。レーザダイオード２の
素子の近傍には温度に応じて変化する抵抗Ｒ_thを有する
サーミスタ６２が設けられている。サーミスタ６２の一
端はマイナス電源Ｖ_-に接続され、サーミスタ６２の他
端はレファレンス抵抗Ｒ_refを介してプラス電源Ｖ₊に
接続されている。

【００５０】サーミスタ６２とレファレンス抵抗Ｒ_ref
との接続点の電位Ｖ_tにはサーミスタ６２の温度が反映
される。

【００５１】ＬＤ温度制御回路３０は、演算増幅器６４
及びペルチェ駆動回路６６を含む。演算増幅器６４のプ
ラス入力ポートには参照電圧Ｖ_refが入力され、演算増
幅器６４のマイナス入力ポートには前述の電圧Ｖ_tが入
力される。ペルチェ駆動回路６６は、電圧Ｖ_tが参照電
圧Ｖ_refに一致するようにペルチェ素子に電流を流す。
即ち、ペルチェ駆動回路６６は端子（ＴＥＣ＋）に接続
され、端子（ＴＥＣ−）は抵抗６０を介して接地されて
いる。

【００５２】レーザダイオード２の駆動電流の変化に応
じてレーザダイオード２の温度を変化させて波長の補償
を行うために、抵抗５６における電圧効果が反転増幅器
６８（電流モニタ２６）により検出される。つまり、抵
抗５６に流れるレーザダイオード２の駆動電流Ｉは、反
転増幅器６８により電圧信号Ｖ_Imに変換される。ここ
で、Ａを定数とすると、Ｖ_Im＝−ＡＩである。この電圧
信号Ｖ_Imは抵抗Ｒ_Cを介してサーミスタ６２とレファレ
ンス抵抗Ｒ_refとの間の接続点に供給される。このとき
次式が成り立つ。

【００５３】（Ｖ_t−Ｖ_-）／Ｒ_th＋（Ｖ_t−Ｖ_Im）／
Ｒ_C＝（Ｖ₊−Ｖ_t）／Ｒ_ref 従って、Ｒ_th，Ｖ_Im及びＩの変化をそれぞれΔＲ_th，Δ
Ｖ_Im及びΔＩとすると、次式が得られる。

【００５４】ΔＲ_th＝−（Ｒ_th ²／Ｃ）ΔＶ_Im＝（Ｒ_th
²／Ｃ）ＡΔＩここでＣは定数である。

【００５５】電流変化ΔＩを波長変化Δλ₁に変換する
と、Δλ₁＝ＺΔＩである。

【００５６】Ｒ_thが増大すると波長λは減少し、この関
係を１次式で近似してその傾きを−Ｙ（ｎｍ／Ω）とす
ると、波長補正量Δλ₂は次式で与えられる。

【００５７】Δλ₂＝−（Ｒ_th ²／Ｃ）ＡＹここで、Δλ₁＋Δλ₂＝０であることを考慮すると、
次式が得られる。

【００５８】Ａ＝ＺＹＣ／Ｒ_th ² ここで、Ａは反転増幅器６８の利得に対応しているの
で、上式が満足されるように反転増幅器６８の利得を設
定することによって、レーザダイオード２の駆動電流の
変化に関わらず常に一定の波長が保たれることになる。

【００５９】図１３は本発明に適用可能なＬＮ変調器を
示す図である。ＬＮ変調器は、ＬｉＮｂＯ₃（リチウム
ナイオベート）を基本材料としたマッハツェンダ型の光
変調器である。

【００６０】このＬＮ変調器は、誘電体チップ７２によ
り提供される光導波構造７４を有している。誘電体チッ
プ７２はリチウムナイオベートからなり、この場合Ｔｉ
（チタン）の熱拡散によって光導波構造７４が得られ
る。

【００６１】光導波構造７４は、光源からの光ビームを
受ける入力ポート７６と、出力ポート７８を有してい
る。光導波構造７４は、更に、入力ポート７６及び出力
ポート７８にそれぞれ光学的に接続される第１のＹ分岐
８０及び第２のＹ分岐８２と、Ｙ分岐８０及び８２間を
接続する第１及び第２のパス８４及び８６とを有してい
る。

【００６２】入力ポート７６に供給された入力ビーム
は、第１のＹ分岐８０で光パワーが実質的に二等分され
る第１及び第２のビームに分岐される。第１及び第２の
ビームはそれぞれパス８４及び８６により導波され、第
２のＹ分岐８２で干渉する。

【００６３】第２のＹ分岐８２における第１及び第２の
ビーム間の位相差に応じて、出力ポート７８において出
力ビームが得られる結合モードと、Ｙ分岐８２から誘電
体チップ７２内に漏洩ビームが放射される漏洩ビームと
が切替えられ、それにより強度変調された光信号が出力
ポート７８から出力される。

【００６４】第１及び第２のビーム間の位相差を変化さ
せるために、第１のパス８４上には接地電極８８が設け
られており、第２のパス８６上には信号電極９０が設け
られている。

【００６５】信号電極９０は進行波型に構成されてお
り、その入力端９０Ａはコネクタ９２の内部導体に接続
され、出力端９０Ｂはコネクタ９４の内部導体に接続さ
れている。また、コネクタ９２及び９４のシールド並び
に接地電極８８は接地されている。

【００６６】電極８８及び９０は例えばＡｕ(金)の蒸着
により形成される。図示はしないが、誘電体チップ７２
と電極８８及び９０との間にＳｉ及び／又はＳｉＯ₂か
らなる安定化用の単一または複数のバッファ層が設けら
れていてもよい。

【００６７】次に図１４を参照して、動作点ドリフトに
ついて説明する。一般に、ＬＮ変調器においては、温度
変化や経時変化により動作特性曲線がドリフトする（動
作点ドリフト）。図１４において、符号９６及び９８は
それぞれ動作点ドリフトが生じていない場合における動
作特性曲線及び出力光信号波形を表しており、符号１０
０及び１０２はそれぞれ正電圧の方向に動作点ドリフト
が生じた場合における動作特性曲線及び出力光信号波形
を表している。符号１０４は入力主信号または変調信号
（駆動電圧）の波形である。

【００６８】動作特性曲線は、出力光パワーが電圧の増
加に対して周期的に増減するものとして表される。図示
された例では、その周期性は正弦波によって与えられて
いる。従って、バイナリ信号としての入力信号の各論理
値（ハイレベル及びローレベル）に対応して光パワーの
極小値及び極大値がそれぞれ得られる電圧Ｖ₀及びＶ ₁
を用いて前述の結合モードと漏洩モードの有効な切替え
を行うことによって、効率的なバイナリ変調を行うこと
ができる。

【００６９】動作点ドリフトが生じたときに、電圧Ｖ₀
及びＶ₁が一定であると、動作特性曲線の周期性により
符号１０２で示されるように出力光信号の消光比が劣化
するとともに波形歪みが生じる。従って、動作点ドリフ
トが生じたときにそのドリフト量をｄＶとすると、電圧
Ｖ₀及びＶ₁をそれぞれ（Ｖ₀＋ｄＶ）及び（Ｖ₁＋ｄ
Ｖ）として、動作点ドリフトを補償することが要求され
る。

【００７０】図１５は本発明による光送信機の第８実施
形態を示すブロック図である。ここでは、図９に示され
る第５実施形態に対応して、自動バイアス制御回路４
２、バイアスモニタ４４及びスイッチ回路４６の具体的
構成が示されている。

【００７１】外部変調器４としては、図１３に示される
ＬＮ変調器が用いられている。レーザダイオード２から
の光ビームは、外部変調器４の入力ポート７６（図１３
参照）に供給される。外部変調器４の出力ポート７８か
ら出力された光信号の一部はビームスプリッタ１６によ
り抽出されてフォトダイオード４８に供給される。フォ
トダイオード４８に生じた光電流は、抵抗５０により電
圧信号に変換され、この電圧信号は、キャパシタ１０
６、帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１０８、振幅検出回路
１１０及び増幅器１１２を通って位相比較回路１１４に
供給される。

【００７２】外部変調器４の動作点安定化のために、発
振器１１６から出力される低周波信号（パイロット信
号）が用いられる。パイロット信号は位相比較回路１１
４及び変調器駆動回路１１８に供給されている。変調器
駆動回路１１８は、例えば、データ入力信号（主信号）
を増幅する可変増幅器と、その出力に接続される低域通
過フィルタとから構成され得る。この場合、パイロット
信号により可変利得増幅器の利得が変化させられ、それ
によりパイロット信号がデータ入力信号に重畳される。
低域通過フィルタの採用により、パイロット信号は、デ
ータ入力信号のローレベル及びハイレベルの両方に互い
に逆相に重畳される。その結果得られた信号は、変調信
号としてキャパシタ１２０を介して外部変調器４にコネ
クタ９２（図１３参照）から供給される。

【００７３】位相比較回路１１４は、例えば同期検波回
路により提供される。位相比較回路１１４は、発振器１
１６からの低周波信号とフォトダイオード４８からの電
圧信号に含まれる低周波成分との位相比較を行う。その
位相比較の結果は位相比較回路１１４の出力信号のＤＣ
成分に表れるので、そのＤＣ成分に従って外部変調器４
のバイアス電圧が制御される。具体的には、位相比較回
路１１４の出力信号は、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１
２２及びインダクタ１２４を介してバイアス電圧として
端子９４（図１３参照）から外部変調器４に供給され
る。変調信号に関して外部変調器４の端子９４を終端す
るために、端子９４はキャパシタ１２６及び抵抗１２８
を介して接地されている。

【００７４】以上のように、外部変調器４のバイアス電
圧がフィードバック制御されることにより、外部変調器
４の動作点が安定化される。このフィードバックループ
においては、フォトダイオード４８からの電圧信号に含
まれる低周波成分が最小となるようにバイアス電圧が調
節される。

【００７５】図１６を参照すると、ＬＮ変調器における
動作点安定化の原理が示されている。符号１３０は入力
電気信号の波形、即ち変調器駆動回路１１８（図１５参
照）が出力する変調信号の波形を示している。

【００７６】最適な動作点は、符号１３２で示されるよ
うに、入力電気信号１３０の両レベルが最大及び最小の
出力光パワーを与える動作特性曲線によって決定され
る。

【００７７】いま、温度変動等により動作特性曲線が符
号１３４または１３６で示されるように電圧軸方向にシ
フトすると、出力光信号には低周波成分が生じるように
なり、シフトの方向は低周波成分の位相に反映される。
即ち、特性曲線１３４及び１３６がそれぞれ与える出力
光信号の包絡線の位相は１８０°異なる。従って、図１
５に示されるように位相比較回路１１４を用いて例えば
同期検波を行うことによって、低周波成分が最小になる
ようなフィードバック制御を行うことができ、外部変調
器４の動作点が安定化される。

【００７８】図１５に示される第８実施形態では、スイ
ッチ１３８により、フォトダイオード４８の出力レベル
が一定になるようにＬＤ電流制御回路２０がレーザダイ
オード２のバイアス電流を制御する第１の制御モード
と、電流モニタ２６により検出されるレーザダイオード
２の駆動電流が一定になるような制御を行う第２の制御
モードとが切替えられる。具体的には、振幅検出回路１
１０により検出される低周波成分の振幅が予め定められ
た値よりも大きい場合には、遮断回路１４０がスイッチ
１３８により第２の制御モードを選択し、振幅検出回路
１１０により検出される低周波成分の振幅が予め定めら
れた値よりも小さくなったときに、遮断回路１４０がス
イッチ１３８により第１の制御モードを選択する。

【００７９】これにより、自動バイアス制御回路４２に
おける制御とＡＰＣのための制御との競合が阻止され、
安定な制御が可能になる。

【００８０】ＬＮ変調器のように干渉により光スイッチ
ングを行う光デバイスにおいては、干渉により本質的に
生じる波長変動（チャーピング）を用いてプリチャーピ
ングを行うことができる。プリチャーピングとは、送信
光信号の１パルス内に波長（周波数）の変動を予め与え
ておくことにより、波長分散及び非線形効果による伝送
波形の劣化を抑制するための方法である。

【００８１】図１７の１７Ａを参照すると、ＬＮ変調器
の動作特性曲線が示されている。印加電圧として１つの
安定点Ｖｂ１の近傍の領域１４２を用いて、１７Ｂの左
側に示されるような正の電圧パルスを与えると、領域１
４２においては印加電圧（Ｖ）の増大に従って光パワー
（Ｐ）が増大するので、１７Ｃの左側に示すように電圧
パルスと同じ極性で正の光パルスが出力される。このと
き、１７Ｄの左側に示すように、光パルスの立上り部分
では波長が平均値よりも短くなり立下り部分では長くな
る。即ち、１つの光パルスにおいて、波長が時間（ｔ）
とともに短波長（青側）から長波長（赤側）へシフトす
る。この現象はレッドシフトと称される。

【００８２】一方、他の安定点Ｖｂ２の近傍の領域１４
４を用いて、１７Ｂの右側に示されるような負の電圧パ
ルスを与えると、領域１４４においては印加電圧の増大
に従って光パワーが減少することから、１７Ｃの右側に
示すように、電圧パルスとは逆極性の正の光パルスが出
力される。このとき、１７Ｄの右側に示すように、光パ
ルスの立上り部分では波長が長波長側にシフトし、立下
り部分では短波長側にシフトする。即ち、１つの光パル
スにおいて波長が時間とともに長波長（赤側）から短波
長（青側）へシフトする。この現象はブルーシフトと称
される。

【００８３】光パルスのチャープパラメータαは、 α＝２（ｄφ／ｄｔ）／（ｄＳ／ｄｔ）／Ｓで与えられる。ここで、φは光位相、Ｓは光強度であ
る。

【００８４】レッドシフトの場合、チャープパラメータ
αは正の値をとり、ブルーシフトの場合、チャープパラ
メータαは負の値をとる。

【００８５】光信号の波長が伝送路として使用される光
ファイバの零分散波長よりも短くて正常分散の領域にあ
るとき、長波長の光は短波長の光よりも光ファイバ中を
速く進むので、予め０＜α（レッドシフト）のプリチャ
ーピングを与えておくことによりパルスの圧縮が生じ、
アイ開口度が大きくなる。

【００８６】逆に、異常分散の領域にあるときには、短
波長の光は長波長の光よりも光ファイバ中を速く進むの
で、予めα＜０（ブルーシフト）のプリチャーピングを
与えておくことによって、アイ開口度が大きくなる。

【００８７】また、光ファイバ伝送路の条件に合わせて
チャープパラメータαの値を調節することによって、シ
ステム全体の伝送条件を最適化することができる。

【００８８】図１８は本発明による光送信機の第９実施
形態を示すブロック図である。この実施形態は図１５に
示される第８実施形態と対比して、得られる光信号のチ
ャープパラメータの符号の切替えが可能である点で特徴
づけられる。そのために、発振器１１６と位相比較回路
１１４との間に反転回路１４６が設けられており、反転
回路１４６の動作は、チャープパラメータ設定端子１４
８に供給される信号により制御される。反転回路１４６
が動作していないときには、図１７の１７Ａに示される
領域１４２が選択されて正のチャープパラメータが得ら
れ、反転回路１４６が動作しているときには、領域１４
４が選択されて負のチャープパラメータが得られる。反
転回路１４６は、変調器駆動回路１１８と発振器１１６
との間に設けられていてもよいし、位相比較回路１１４
の入力に設けられていてもよい。

【００８９】符号１５０はシステムの立上げ（コールド
スタート）に関する信号が供給される端子を表してい
る。端子１４８により動作点が変更された場合或いは端
子１５０によりシステムが立上げられた場合には、自動
バイアス制御回路４２の動作が定常状態になく、外部変
調器４のバイアス電圧が安定化されていないので、バイ
アス電圧が安定になるまでＡＰＣのための制御は遮断さ
れるべきである。そこで、この実施形態では、端子１４
８及び１５０とスイッチ１３８との間にタイマ１５２が
設けられている。これにより、バイアス電圧が安定にな
るまでの予め定められた期間はスイッチ１３８により前
述した第２の制御モードが選択され、バイアス電圧が安
定になった後に第１の制御モードに切替えられる。

【００９０】その結果、自動バイアス制御回路４２によ
る制御とＡＰＣのための制御とが競合することが防止さ
れ、安定な制御が可能になる。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
外部変調器を備えた光送信機の光信号の出力パワー及び
／又は波長を高精度に一定に保つことができる光送信機
の提供が可能になるという効果が生じる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は従来の光送信機の一例を示すブロック図
である。

【図２】図２は従来の光送信機の他の例を示すブロック
図である。

【図３】図３は本発明による光送信機の第１実施形態を
示すブロック図である。

【図４】図４は本発明による光送信機の第２実施形態を
示すブロック図である。

【図５】図５の（Ａ）及び（Ｂ）は一般的なレーザダイ
オードの特性を示す図である。

【図６】図６は波長変化の補償の例を示す図である。

【図７】図７は本発明による光送信機の第３実施形態を
示すブロック図である。

【図８】図８は本発明による光送信機の第４実施形態を
示すブロック図である。

【図９】図９は本発明による光送信機の第５実施形態を
示すブロック図である。

【図１０】図１０は図９に示されるスイッチ回路４６の
動作を示す図である。

【図１１】図１１は本発明による光送信機の第６実施形
態を示すブロック図である。

【図１２】図１２は本発明による光送信機の第７実施形
態を示すブロック図である。

【図１３】図１３は本発明に適用可能なＬＮ変調器を示
す図である。

【図１４】図１４は動作点ドリフトの説明図である。

【図１５】図１５は本発明による光送信機の第８実施形
態を示すブロック図である。

【図１６】図１６は動作点安定化の原理を説明するため
の図である。

【図１７】図１７の１７Ａ〜１７Ｄはチャープパラメー
タの切替を説明するための図である。

【図１８】図１８は本発明による光送信機の第９実施形
態を示すブロック図である。

【符号の説明】

２レーザダイオード４外部変調器１６ビームスプリッタ１８パワーモニタ２０ＬＤ電流制御回路

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｂ 10/06 (72)発明者志村嘉隆神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番１号富士通株式会社内Ｆターム(参考） 2H079 AA02 BA03 FA01 FA04 HA13 KA18 KA20 5F073 AB21 FA05 GA02 GA12 GA13 GA15 GA19 GA38 5K002 AA01 AA02 BA04 BA13 CA05 CA09 CA11 CA16 EA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ビームを出力する光源と、上記光ビームを受け主信号に基づき上記光ビームを変調
することにより光信号を出力する外部変調器と、上記外部変調器から出力された光信号のパワーを検出す
るパワーモニタと、上記パワーモニタにより検出されたパワーが一定になる
ように上記光源を制御する第１の制御ユニットとを備え
た光送信機。
【請求項２】請求項１に記載の光送信機であって、上記光ビームの波長を検出する波長モニタと、上記波長モニタにより検出された波長が一定になるよう
に上記光源を制御する第２の制御ユニットとを更に備え
た光送信機。
【請求項３】請求項２に記載の光送信機であって、上記光源はフォワードビーム及びバックワードビームを
出力するレーザダイオードであり、上記波長モニタは上記バックワードビームの波長を検出
する光送信機。
【請求項４】請求項３に記載の光送信機であって、上記第１の制御ユニットは上記レーザダイオードの駆動
電流を制御し、上記第２の制御ユニットは上記レーザダイオードの温度
を制御する光送信機。
【請求項５】請求項１に記載の光送信機であって、上記光源はレーザダイオードであり、上記第１の制御ユニットは上記レーザダイオードの駆動
電流を制御する光送信機。
【請求項６】請求項５に記載の光送信機であって、上記レーザダイオードの温度が一定になるように上記温
度を制御する第２の制御ユニットを更に備えた光送信
機。
【請求項７】請求項５に記載の光送信機であって、上記駆動電流を検出する電流モニタと、上記光ビームの波長が一定になるように検出された駆動
電流の変化に応じて上記レーザダイオードの温度を変化
させる補償ユニットとを更に備えた光送信機。
【請求項８】請求項７に記載の光送信機であって、上記補償ユニットは、上記駆動電流の増加に対して線形
的に上記レーザダイオードの温度を減少させる光送信
機。
【請求項９】請求項７に記載の光送信機であって、上記補償手段は、上記駆動電流の変化に対応する上記光
ビームの波長の変化を記憶する手段と、該記憶手段の記
憶内容に基づき上記光ビームの波長を補償するために必
要な上記レーザダイオードの温度変化を算出する手段と
を含む光送信機。
【請求項１０】請求項５に記載の光送信機であって、上記パワーモニタは、上記光信号の一部を受けるフォト
ダイオードと、該フォトダイオードに流れる光電流を電
圧信号に変換する抵抗器とを含み、上記第１の制御ユニットは、参照電圧及び上記電圧信号
を受け誤差信号を出力する演算増幅器と、上記誤差信号
を制御入力として上記レーザダイオードに上記駆動電流
を供給するトランジスタとを含む光送信機。
【請求項１１】請求項１に記載の光送信機であって、上記外部変調器は動作点を決定するバイアス電圧を受け
るマッハツェンダ型光変調器である光送信機。
【請求項１２】請求項１１に記載の光送信機であっ
て、上記自動バイアス制御回路は、上記主信号に低周波信号
を重畳する手段と、上記光信号に含まれる低周波成分が
少なくなるように上記バイアス電圧を制御する手段とを
含む光送信機。
【請求項１３】請求項１３に記載の光送信機であっ
て、上記低周波成分の振幅が予め定められた値よりも小さく
なるまで上記第１の制御ユニットの動作を遮断する手段
を更に備えた光送信機。
【請求項１４】請求項１２に記載の光送信機であっ
て、上記バイアス電圧が安定になるまで上記第１の制御ユニ
ットの動作を遮断する手段を更に備えた光送信機。
【請求項１５】請求項１２に記載の光送信機であっ
て、上記バイアス電圧が安定になるまで上記第１の制御ユニ
ットの動作を遮断する手段を更に備えた光送信機。
【請求項１６】請求項１５に記載の光送信機であっ
て、上記遮断する手段は、上記第１の制御ユニット及び上記
自動バイアス制御回路を切替えるスイッチと、該スイッ
チに接続されるタイマとを含む光送信機。