JP2004037647A - 光送信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】安価な構成でＭＺ光変調器の動作点ドリフトによる送信光信号の品質劣化を抑圧できるようにする。
【解決手段】重畳回路１３は、駆動回路４が出力する周波数１Ｒ［Ｈｚ］の信号とディザ信号源１２からの信号とを重畳してＭＺ光変調器３の駆動信号を生成しＭＺ光変調器３を駆動する。ＭＺ光変調器３の出力光信号に含まれるディザ信号成分光がＰＤ６にて電気信号に変換される。ミキサ８では、プリアンプ７の出力とディザ信号との位相比較が行われる。ＬＰＦ９では、ミキサ８の出力からＭＺ光変調器３の動作点の誤差信号であるＤＣ成分が検出される。検出された誤差信号は演算増幅器１７を介して加算器１０に入力され、ＤＣバイアス電圧源１１の出力と加算され、すなわちＭＺ光変調器３の動作点ドリフトを補償するバイアス電圧に変換され、コイル１９を介してＭＺ光変調器３に印加される。
【選択図】 図１
【解決手段】重畳回路１３は、駆動回路４が出力する周波数１Ｒ［Ｈｚ］の信号とディザ信号源１２からの信号とを重畳してＭＺ光変調器３の駆動信号を生成しＭＺ光変調器３を駆動する。ＭＺ光変調器３の出力光信号に含まれるディザ信号成分光がＰＤ６にて電気信号に変換される。ミキサ８では、プリアンプ７の出力とディザ信号との位相比較が行われる。ＬＰＦ９では、ミキサ８の出力からＭＺ光変調器３の動作点の誤差信号であるＤＣ成分が検出される。検出された誤差信号は演算増幅器１７を介して加算器１０に入力され、ＤＣバイアス電圧源１１の出力と加算され、すなわちＭＺ光変調器３の動作点ドリフトを補償するバイアス電圧に変換され、コイル１９を介してＭＺ光変調器３に印加される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、外部光変調方式の光変調器であるマッハツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）型光変調器を用いた光送信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光通信システムでは、レーザーダイオードを駆動電流で変調して電気信号に比例した光の強度信号を得る直接変調方式の光変調器を用いた光送信装置が用いられてきた。しかし、直接変調方式の光変調器では、伝送速度が数Ｇｂｉｔ／ｓｅｃを超えると、光の波長が変化するチャーピング現象が生ずるので、伝送速度が数Ｇｂｉｔ／ｓｅｃを超える超高速・広帯域光通信システムでは、このチャーピング現象が伝送容量を制限する要因となっていた。
【０００３】
一方、外部変調方式の光変調器では、チャーピング現象が非常に小さく、１０ＧＨｚ以上の動作帯域も比較的簡単に得られる。そこで、外部光変調方式の光変調器を用いた光送信装置を大容量光通信システムに適用することが検討されている。外部変調器として最も一般的なものは、リチウムナイオベイト（ＬｉＮｂＯ３）などの誘電体導波路の電気光学効果を利用したマッハツェンダ型光変調器（以下、「ＭＺ変調器」という）である。
【０００４】
ＭＺ光変調器を変調信号Ｓ（ｔ）で変調した場合の出力光信号Ｉ（ｔ）は次の式（１）で表される。
Ｉ（ｔ）＝ｋ｛１＋ｃｏｓ（β・Ｓ（ｔ）＋δ）｝ ・・・ （１）
なお、式（１）において、ｋは比例係数、βは変調度、δは動作点の位相である。
【０００５】
ＭＺ光変調器では、変調信号Ｓ（ｔ）として２値のデジタル信号を用い、β＝π／２とし、適当なＤＣ電圧を印加して初期の位相δがπ／２となるように選ぶと、変調信号に比例して完全にオン／オフする光信号が得られる。
【０００６】
また、式（１）においてβ＝πとし、適当なＤＣ電圧を印加して初期の位相δが０となるように選び、変調信号Ｓ（ｔ）を繰り返し周波数１Ｒ［Ｈｚ］の正弦波とすると、出力光信号Ｉ（ｔ）は次の式（２）で表される。
Ｉ（ｔ）＝ｋ｛１＋ｃｏｓ（π・ｓｉｎ（２πＲｔ））｝ ・・・ （２）
【０００７】
式（２）から、出力光信号Ｉ（ｔ）は、繰り返し周波数２Ｒ［Ｈｚ］でオン／オフする光信号となることがわかる。このように、ＭＺ光変調器では、印加する正弦波信号の倍の周波数の光信号を出力することもできる。
【０００８】
ところが、通常のリチウムナイオベイト（ＬｉＮｂＯ３）によるＭＺ光変調器では、動作点の位相δが一定であれば問題ないが、動作点がドリフトしてしまうので、送信光信号の品質が劣化するという問題がある。ドリフトには、温度変化がもたらす焦電効果による熱ドリフトと、電極に印加したＤＣ電圧が素子表面に形成する電荷分布によってドリフトするＤＣドリフトとがある。これらのドリフトによる動作点変動を補償するために、最適な動作点になるようにＤＣ電圧（バイアス電圧）を印加することが必要である。
【０００９】
以下に図９〜図１２を参照して、従来のＭＺ光変調器を用いた光送信装置で採用されているＭＺ光変調器のバイアス電圧供給制御方法を説明する。なお、図９は、従来の光送信装置の構成例を示すブロック図である。図１０は、図９に示す従来の光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値の場合）。図１１は、図９に示す従来の光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値から若干高い場合）。図１２は、図９に示す従来の光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値から若干低い場合）。
【００１０】
図９に示す光送信装置は、入力信号端子５１とデバイダ７０と連続光光源５２とＭＺ光変調器５３と駆動回路５４と終端器６４と光出力端子６５とからなる送信系と、光カプラ５５とフォトダイオード（ＰＤ）５６とバンドパスフィルタ５７とプリアンプ５８とバイアス制御回路６２とコイル６９と移相器６３とからなるバイアス電圧制御系とで構成されている。バイアス制御回路６２は、ミキサ５９とローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１と演算増幅器６０と加算器６７とＤＣバイアス源６８とを備えている。演算増幅器６０の正相入力端（＋）は、制御目標電圧入力端子６６に接続されている。なお、図９では、コイル６９と終端器６４が示されているが、コイルおよび終端器を内蔵するＭＺ型光変調器も知られており、コイルおよび終端器の使用は本質的ではない。
【００１１】
入力信号端子５１には、周波数１Ｒ［Ｈｚ］の正弦波信号が入力される。この周波数１Ｒ［Ｈｚ］の正弦波信号は、デバイダ７０にて２分岐され、一方が駆動回路５４に入力され、他方が移相器６３に入力される。駆動回路５４は、デバイダ７０から入力される周波数１Ｒ［Ｈｚ］の正弦波信号を２Ｖπまで増幅し、内蔵するコンデンサによってＤＣ成分をカットした駆動信号をＭＺ型光変調器５３の駆動端に出力する。なお、駆動回路５４がコンデンサを内蔵しない場合は、駆動回路５４の破壊防止のために、駆動回路５４とＭＺ型光変調器５３との間にコンデンサが必要である。移相器６３は、ディバイダ７０から入力される周波数１Ｒ［Ｈｚ］の正弦波信号の位相を調整してミキサ５９の一方の入力端に与える。
【００１２】
ＭＺ光変調器５３は、連続光光源５２から入射される連続光を駆動回路５４からの駆動信号とコイル６９からのＤＣ信号（バイアス電圧）とに従って変調処理を行い、周波数２Ｒ［Ｈｚ］のパルス列光信号を出力する。変調された光信号は、光カプラ５５を介して光出力端子６５から外部に出射され、一部が光カプラ５５からＰＤ５６に入射される。
【００１３】
ＰＤ５６は、光カプラ５５から入射される光信号を電気信号に変換する。中心周波数が１Ｒ［Ｈｚ］であるバンドパスフィルタ５７は、ＰＤ５６の出力信号中に含まれる周波数１Ｒ［Ｈｚ］成分の信号を抽出する。プリアンプ５８は、バンドパスフィルタ５７の出力信号を増幅し、ミキサ５９の他方の入力端に与える。
【００１４】
ミキサ５９は、プリアンプ５８の出力信号と移相器６３の出力信号とを掛け算して同期検波を実行する。ＬＰＦ６１は、カットオフ周波数が１Ｒ［Ｈｚ］よりも十分低い値に設定されており、ミキサ５９の出力信号からＤＣ成分のみを抽出する。演算増幅器６０は、ＬＰＦ６１が出力するＤＣ信号と制御目標電圧入力端子６６の入力信号との差動増幅を行う。通常、制御目標電圧入力端子６６の入力信号はゼロである。加算器６７は、ＤＣバイアス電源６８の出力信号と演算増幅器６０の出力信号との加算を行い、バイアス電圧を発生する。バイアス電圧は、コイル６９を介してＭＺ光変調器５３のバイアス端子に与えられる。
【００１５】
このように、バイアス電圧制御回路６２では、ミキサ５９の出力信号から誤差信号であるＤＣ成分がＬＰＦ６１にて抽出され、この誤差信号と制御目標値との差分が演算増幅器６０にて求められ、演算増幅器６０の出力信号と所定のＤＣバイアス電圧とを加算器６７にて加算することで、誤差信号がＭＺ光変調器５３に与えるバイアス電圧に変換され、コイル６９を介してＭＺ光変調器５３に供給される。
【００１６】
これによって、ＭＺ光変調器５３においては、連続光光源５２から入射される連続光が信号入力端子５１から入力される周波数１Ｒ［Ｈｚ］の正弦波信号によって変調され、周波数２Ｒのパルス状光信号が光出力端子６５から外部に出射される。その過程で、バイアス電圧制御系によってＭＺ光変調器５３に最適な動作点で安定的に動作するようなバイアス電圧の供給制御が行われることになる。
【００１７】
なお、プリアンプ５８を線形アンプとすることはさらに望ましい。また、バンドパスフィルタ５７とプリアンプ５８は、正弦波抽出手段を構成しており、正弦波抽出手段としてはＰＬＬなどを用いることもできる。
【００１８】
次に、図１０〜図１２を参照して、バイアス電圧の供給制御動作について説明する。図１０では、バイアス電圧が正しく設定されたときのＭＺ光変調器の動作が示されている。入力信号（駆動電圧）（ａ）は、周波数１Ｒ［Ｈｚ］の駆動信号とバイアス電圧とが合成された信号である。動作特性曲線（ｂ）は、式（２）で与えられるＭＺ光変調器５３の動作特性曲線を示している。バイアス電圧が正しく設定されていることが示されている。その結果、（ｃ）に示すように、ＭＺ光変調器５３から周波数２Ｒ［Ｈｚ］のパルス状光信号が出力される。各パルス光は、振幅が揃っている。
【００１９】
この場合には、（ｄ）に示すように、プリアンプ５８からは、一定振幅のレベル信号が出力される。移相器６３の出力は、（ｅ）に示すように、周波数１Ｒ［Ｈｚ］の駆動信号である。したがって、プリアンプ５８の出力信号と移相器６３の出力信号とを掛け算して同期検波したときのミキサ５９の出力は、定数Ｃをプリアンプ５８の出力振幅、定数Ａを移相器６３の出力振幅、θを初期位相とすると、 Ｃ×Ａｓｉｎ（２π×１Ｒｔ＋θ） ・・・（３）
となる。
【００２０】
ＬＰＦ６１のカットオフ周波数は、１Ｒ［Ｈｚ］に比べて十分低く設定されている。したがって、ＬＰＦ６１の出力信号は、（ｆ）に示すように、０レベルとなる。すなわち、ＬＰＦ６１の出力には、周波数１Ｒ［Ｈｚ］の信号成分は観測されないことがわかる。
【００２１】
図１１では、バイアス電圧が正しい値からやや高いときのＭＺ光変調器の動作が示されている。入力信号（駆動電圧）（ａ）は、周波数１Ｒ［Ｈｚ］の駆動信号とバイアス電圧とが合成された信号である。動作特性曲線（ｂ）は、式（２）で与えられるＭＺ光変調器５３の動作特性曲線を示している。バイアス電圧が正しい値からやや高い所に設定されていることが示されている。その結果、（ｃ）に示すように、ＭＺ光変調器５３から出力される周波数２Ｒのパルス状光信号は、振幅が１周期毎に異なり、一定ではなくなる。
【００２２】
この場合には、（ｄ）に示すように、プリアンプ５８からは、周波数分１Ｒ［Ｈｚ］の信号が出力される。移相器６３の出力は、（ｅ）に示すように、プリアンプ５８の出力信号と同相である。したがって、プリアンプ５８の出力信号と移相器６３の出力信号とを掛け算して同期検波したときのミキサ５９の出力は、定数Ａを移相器６３の出力振幅、定数Ｂをプリアンプ５８の出力振幅とすると、
となる。
【００２３】
ＬＰＦ６１のカットオフ周波数は、１Ｒ［Ｈｚ］に比べて十分低く設定されている。したがって、ＬＰＦ６１の出力は、ＡＢ／２となる。つまり、ＬＰＦ６１の出力信号は、（ｆ）に示すように、正方向のＤＣ信号となり、周波数１Ｒ［Ｈｚ］の信号が検出できることがわかる。
【００２４】
図１２では、バイアス電圧が正しい値からやや低いときのＭＺ光変調器の動作が示されている。入力信号（駆動電圧）（ａ）は、周波数１Ｒ［Ｈｚ］の駆動信号とバイアス電圧とが合成された信号である。動作特性曲線（ｂ）は、式（２）で与えられるＭＺ光変調器５３の動作特性曲線を示している。バイアス電圧が正しい値からやや低い所に設定されていることが示されている。その結果、（ｃ）に示すように、ＭＺ光変調器５３から出力される周波数２Ｒのパルス状光信号は、振幅が１周期毎に異なり、一定ではなくなる。図１１（ｃ）とは、位相が１８０度ずれた関係となっている。
【００２５】
この場合には、（ｄ）に示すように、プリアンプ５８からは、周波数１Ｒ［Ｈｚ］の信号が出力される。移相器６３の出力は、（ｅ）に示すように、プリアンプ５８の出力信号と逆相である。したがって、プリアンプ５８の出力信号と移相器６３の出力信号とを掛け算して同期検波したときのミキサ５９の出力は、定数Ａを移相器６３の出力振幅、定数Ｂをプリアンプ５８の出力振幅とすると、
となる。
【００２６】
ＬＰＦ６１のカットオフ周波数は、１Ｒ［Ｈｚ］に比べて十分低く設定されている。したがって、ＬＰＦ６１の出力は、−ＡＢ／２となる。つまり、ＬＰＦ６１の出力信号は、（ｆ）に示すように、負方向のＤＣ信号となり、周波数１Ｒ［Ｈｚ］の信号が検出できることがわかる。
【００２７】
このようにして、バイアス電圧の最適点からのずれに対応した誤差信号がＬＰＦ６１から出力される。この誤差信号の極性は、バイアス電圧の正しい値からのずれの方向に応じて反転するので、バイアス電圧を制御する方向を知ることができる。したがって、この誤差信号を演算増幅器６０に入力し、フィードバック制御を行うことで、ＭＺ光変調器５３の動作点ドリフトが抑圧できる。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のバイアス電圧制御方法では、通常、ＭＺ光変調器の駆動信号である１Ｒ周波数信号として５［ＧＨｚ］の信号が用いられる。したがって、ＰＤでは、ＭＺ光変調器の出力光信号から５［ＧＨｚ］の周波数信号を検出する必要がある。そのような高速ＰＤは、高価である。また、中心周波数が５［ＧＨｚ］であるバンドパスフィルタ、プリアンプおよびミキサも高価であるという問題がある。
【００２９】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、安価な構成でＭＺ光変調器の動作点ドリフトによる送信光信号の品質劣化が抑圧できる光送信装置を得ることを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明にかかる光送信装置は、被変調光信号を駆動信号に従って変調処理して周波数２Ｒ［Ｈｚ］のパルス列光信号を出力するマッハツェンダ型光変調器と、前記マッハツェンダ型光変調器の駆動周波数１Ｒ［Ｈｚ］の信号と低周波数のディザ信号とを重畳した前記駆動信号を発生し前記マッハツェンダ型光変調器に対して出力する駆動手段と、前記マッハツェンダ型光変調器の出力光信号に含まれる前記ディザ信号の周波数成分を電気信号に変換する光信号／電気信号変換手段と、前記光信号／電気信号変換手段の出力信号と前記ディザ信号との位相比較を行う位相比較手段と、前記位相比較手段の位相比較結果信号に基づいて前記マッハツェンダ型光変調器の動作点ドリフトを補償するバイアス電圧を発生するバイアス制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
この発明によれば、駆動手段によって、マッハツェンダ型光変調器の駆動周波数１Ｒ［Ｈｚ］の信号と低周波数のディザ信号との重畳が行われ、マッハツェンダ型光変調器が駆動される。マッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧は、バイアス制御手段から供給されるが、このバイアス電圧の供給は、次のようにしてフィードバック制御される。すなわち、マッハツェンダ型光変調器の出力信号の一部が光信号／電気信号変換手段にて電気信号に変換され、マッハツェンダ型光変調器の出力光信号に含まれるディザ信号成分が検出される。そして、位相比較手段にて、光信号／電気信号変換手段の出力信号とディザ信号源の出力信号との位相比較が行われる。ついで、バイアス制御手段にて、その位相比較結果信号に基づきマッハツェンダ型光変調器の動作点の誤差信号が検出され、検出された誤差信号がマッハツェンダ型光変調器の動作点ドリフトを補償するバイアス電圧に変換され、マッハツェンダ型光変調器のバイアス端子に印加される。
【００３２】
つぎの発明にかかる光送信装置は、上記の発明において、前記バイアス制御手段は、前記位相比較手段の位相比較結果信号から直流成分を抽出するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力信号と制御目標信号との差分を増幅する増幅手段と、前記増幅手段の出力信号と所定の直流バイアス電圧とを加算し前記マッハツェンダ型光変調器に与えるバイアス電圧を発生するバイアス電圧発生手段とを備えたことを特徴とする。
【００３３】
この発明によれば、上記の発明において、バイアス制御手段では、位相比較手段の出力信号がローパスフィルタに入力され、位相比較結果信号から直流成分が抽出される。ローパスフィルタの出力信号は、誤差信号として増幅手段に入力される。増幅手段では、ローパスフィルタの出力信号と制御目標信号との差分が増幅される。そして、バイアス電圧発生手段にて、増幅手段の出力信号と所定の直流バイアス電圧とを加算することで、マッハツェンダ型光変調器に与えるバイアス電圧が生成される。
【００３４】
つぎの発明にかかる光送信装置は、被変調光信号を駆動信号に従って変調処理して周波数２Ｒ［Ｈｚ］のパルス列光信号を出力するマッハツェンダ型光変調器と、前記マッハツェンダ型光変調器の駆動周波数１Ｒ［Ｈｚ］の前記駆動信号を発生し前記マッハツェンダ型光変調器に対して出力する駆動手段と、前記マッハツェンダ型光変調器の出力光信号に含まれる低周波数のディザ信号の周波数成分を電気信号に変換する光信号／電気信号変換手段と、前記光信号／電気信号変換手段の出力信号と前記ディザ信号との位相比較を行う位相比較手段と、前記位相比較手段の位相比較結果信号に基づいて前記マッハツェンダ型光変調器の動作点ドリフトを補償するバイアス電圧を発生するとともに、発生したバイアス電圧に前記ディザ信号を重畳して前記マッハツェンダ型光変調器に出力するバイアス制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００３５】
この発明によれば、マッハツェンダ型光変調器は、駆動手段が発生する周波数１Ｒ［Ｈｚ］の駆動信号によって駆動される。マッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧は、バイアス制御手段から供給されるが、このバイアス電圧には、低周波数のディザ信号が重畳されている。したがって、マッハツェンダ型光変調器の出力光信号には、ディザ信号が含まれている。このディザ信号が重畳されているバイアス電圧の供給は、次のようにしてフィードバック制御される。すなわち、マッハツェンダ型光変調器の出力信号の一部が光信号／電気信号変換手段にて電気信号に変換され、マッハツェンダ型光変調器の出力光信号に含まれるディザ信号成分が検出される。そして、位相比較手段にて、光信号／電気信号変換手段の出力信号とディザ信号との位相比較が行われる。ついで、バイアス制御手段にてその位相比較結果信号に基づきマッハツェンダ型光変調器の動作点の誤差信号が検出され、検出された誤差信号がマッハツェンダ型光変調器の動作点ドリフトを補償するバイアス電圧に変換され、ディザ信号と重畳されてマッハツェンダ型光変調器のバイアス端子に印加される。
【００３６】
つぎの発明にかかる光送信装置は、上記の発明において、前記被変調光信号は、連続光光源、または周波数２Ｒ［Ｈｚ］のパルス変調光光源ないしはビットレート２Ｒ［ｂｉｔ／ｓｅｃ］のパルス変調光光源から生成されることを特徴とする。
【００３７】
この発明によれば、上記の発明において、前記被変調光信号の光源には、連続光光源、または周波数２Ｒ［Ｈｚ］のパルス変調光光源ないしはビットレート２Ｒ［ｂｉｔ／ｓｅｃ］のパルス変調光光源が用いられる。
【００３８】
つぎの発明にかかる光送信装置は、上記の発明において、前記マッハツェンダ型光変調器は、電極を２つ有し、前記２つの電極に極性が異なる駆動信号を入力することで動作することを特徴とする。
【００３９】
この発明によれば、上記の発明において、前記マッハツェンダ型光変調器が有する２つの電極には、極性が異なる駆動信号を入力される。すなわち、当該マッハツェンダ型光変調器は、プッシュプル型である。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光送信装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００４１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である光送信装置の構成を示すブロック図である。図１に示す光送信装置は、入力信号端子１と連続光光源２とＭＺ光変調器３と駆動回路４と終端器１５と光出力端子１６とからなる送信系と、光カプラ５とフォトダイオード（ＰＤ）６とプリアンプ７とバイアス制御回路１４とコイル１９とディザ信号源１２と重畳回路１３とからなるバイアス電圧制御系とで構成されている。重畳回路１３は、駆動回路４の出力信号とディザ信号源１２からのディザ信号とを重畳するようになっている。バイアス制御回路１４は、ミキサ８とローパスフィルタ（ＬＰＦ）９と演算増幅器１７とＤＣバイアス電圧源１１と加算器１０とを備えている。演算増幅器１７の正相入力端（＋）は、制御目標電圧入力端子１８に接続されている。なお、図１では、コイル１９と終端器１５が示されているが、コイルおよび終端器を内蔵するＭＺ型光変調器も知られており、コイルおよび終端器の使用は本質的ではない。
【００４２】
入力信号端子１には、ＭＺ光変調器３を駆動する周波数１Ｒ［Ｈｚ］の正弦波信号が入力される。駆動回路４は、入力信号端子１に印加される周波数１Ｒ［Ｈｚ］の正弦波信号を２Ｖπまで増幅し、その駆動信号を重畳回路１３に出力する。重畳回路１３は、ディザ信号源１２が発生する低周波数ｆｄ［Ｈｚ］のディザ信号と駆動回路４が出力する駆動信号とを重畳し、内蔵するコンデンサによってＤＣ成分をカットした駆動信号をＭＺ光変調器３の駆動端に出力する。なお、重畳回路１３がコンデンサを内蔵しない場合は、重畳回路１３の破壊防止のために、重畳回路１３とＭＺ型光変調器５３との間にコンデンサが必要である。
【００４３】
ＭＺ光変調器３は、連続光光源２から入射される連続光を重畳回路１３からの駆動信号とコイル１９からのＤＣ信号（バイアス電圧）とに従って変調処理を行い、周波数２Ｒ［Ｈｚ］のパルス列光信号を出力する。変調された光信号は、光カプラ５を介して光出力端子１６から外部に出射され、一部が光カプラ５から低速なＰＤ６に入射される。
【００４４】
ＰＤ６は、光カプラ５から入射される光信号に含まれる低周波数分であるディザ信号光成分を電気信号に変換する。したがって、ＰＤ６は、低速のものが用いられる。プリアンプ７は、ＰＤ６の出力電気信号を増幅し、ミキサ８の一方の入力端に与える。ミキサ８の他方の入力端には、ディザ信号源１２が発生する低周波数のディザ信号が入力されている。したがって、ミキサ８は、低速なディザ信号同士の位相比較を行うことになるので、低速のものが用いられる。
【００４５】
ミキサ８の出力は、ＬＰＦ９に入力される。ＬＰＦ９のカットオフ周波数は、ｆｄ［Ｈｚ］に比べて十分低く設定されている。したがって、ＬＰＦ９は、ミキサ８の出力信号からＤＣ成分のみを抽出する。演算増幅器１７は、逆相入力端（−）に印加されるＬＰＦ９の出力信号と正相入力端（＋）に印加される制御目標電圧入力端子１８の入力信号との差動増幅を行う。通常、制御目標電圧入力端子１８の入力信号はゼロである。加算器１０は、ＤＣバイアス電源１１の出力信号と演算増幅器１７の出力信号との加算を行い、バイアス電圧を発生する。バイアス電圧は、コイル１９を介してＭＺ光変調器３の駆動端に与えられる。
【００４６】
このように、バイアス電圧制御回路１４では、ミキサ８の出力信号から誤差信号であるＤＣ成分がＬＰＦ９にて抽出され、この誤差信号と制御目標値との差分が演算増幅器１７にて求められ、演算増幅器１７の出力信号と所定のＤＣバイアス電圧とを加算器１０にて加算することで、誤差信号がＭＺ光変調器３に与えるバイアス電圧に変換され、コイル１９を介してＭＺ光変調器３に供給される。
【００４７】
これによって、ＭＺ光変調器３においては、連続光光源２から入射される連続光が、信号入力端子１から入力される周波数１Ｒ［Ｈｚ］の正弦波信号に低周波数ｆｄ［Ｈｚ］が重畳された駆動信号よって変調され、２Ｒ［Ｈｚ］のパルス列光信号が光出力端子１６から外部に出射される。その過程で、バイアス電圧制御系によって、ＭＺ光変調器３に対し最適な動作点で安定的に動作するようなバイアス電圧の供給制御が行われることになる。
【００４８】
次に、図２〜図５を参照して、図１に示した光送信装置で行われるバイアス電圧の供給制御動作を説明する。なお、図２は、図１に示す光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値の場合）。図３は、図１に示す光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値から若干高い場合）。図４は、図１に示す光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値から若干低い場合）。図５は、図１に示すＬＰＦの出力（誤差信号）とバイアス電圧との関係を示す特性図である。
【００４９】
図２では、バイアス電圧が正しく設定されたときのＭＺ光変調器３の動作が示されている。入力信号（駆動電圧）（ａ）は、ＭＺ光変調器３に入力される重畳回路１３の出力信号を表している。ディザ信号源１２から出力された低周波数ｆｄ［Ｈｚ］のディザ信号は、重畳回路１３によって駆動回路４が出力するＭＺ光変調器駆動信号に重畳される。
【００５０】
動作特性曲線（ｂ）は、式（２）で与えられるＭＺ光変調器３の動作特性曲線を示している。バイアス電圧が正しく設定されていることが示されている。その結果、ＭＺ光変調器３の出力光信号には、（ｃ）に示すように、周波数２ｆｄ［Ｈｚ］の低周波数分光が含まれている。ＰＤ６は、この周波数２ｆｄ［Ｈｚ］の低周波数分光を電気信号に変換する。
【００５１】
この場合には、プリアンプ７の出力には、（ｄ）に示すように、周波数２ｆｄ［Ｈｚ］である電気信号が得られる。（ｅ）は、ディザ信号源１２から出力されたディザ信号波形を表している。プリアンプ７の出力信号とディザ信号とを掛け算して同期検波したときのミキサ８の出力は、定数Ａをディザ信号源１２の出力振幅とし、定数Ｂをプリアンプ７の出力振幅とすると、
となる。
【００５２】
ＬＰＦ９のカットオフ周波数は、ｆｄ［Ｈｚ］に比べて十分低く設定されている。したがって、ＬＰＦ９の出力は、（ｆ）に示すように、０レベルとなる。すなわち、ＬＰＦ９の出力には、周波数ｆｄ［Ｈｚ］のディザ信号成分は観測されないことがわかる。
【００５３】
図３では、バイアス電圧が正しい値からやや高いときのＭＺ光変調器３の動作が示されている。入力信号（駆動電圧）（ａ）は、ＭＺ光変調器３に入力される重畳回路１３の出力信号を表している。ディザ信号源１２から出力された低周波数ｆｄ［Ｈｚ］のディザ信号は、重畳回路１３によって駆動回路４が出力するＭＺ光変調器駆動信号に重畳される。
【００５４】
動作特性曲線（ｂ）は、式（２）で与えられるＭＺ光変調器３の動作特性曲線を示している。バイアス電圧が正しい値からやや高い所に設定されていることが示されている。その結果、ＭＺ光変調器３の出力光信号には、（ｃ）に示すように、周波数ｆｄ［Ｈｚ］の低周波数分光が含まれている。ＰＤ６は、この周波数ｆｄ［Ｈｚ］の低周波数分光を電気信号に変換する。
【００５５】
この場合には、プリアンプ７の出力には、（ｄ）に示すように、周波数ｆｄ［Ｈｚ］である電気信号が得られる。（ｅ）は、ディザ信号源１２から出力されたディザ信号波形を表している。（ｄ）および（ｅ）では、プリアンプ７の出力波形とディザ信号波形が逆相の関係にある。ディザ信号の位相を基準とした場合、プリアンプ７の出力信号とディザ信号とを掛け算して同期検波したときのミキサ８の出力は、定数Ａをディザ信号源１２の出力振幅とし、定数Ｂをプリアンプ７の出力振幅とすると、
となる。
【００５６】
ＬＰＦ９のカットオフ周波数は、ｆｄ［Ｈｚ］に比べて十分低く設定されている。したがって、ＬＰＦ９の出力は、−（ＡＢ／２）となる。つまり、ＬＰＦ６１の出力信号は、（ｆ）に示すように、負方向のＤＣ信号となり、周波数ｆｄ［Ｈｚ］のディザ信号成分が検出できることがわかる。
【００５７】
図４では、バイアス電圧が正しい値からやや低いときのＭＺ光変調器３の動作が示されている。入力信号（駆動電圧）（ａ）は、ＭＺ光変調器３に入力される重畳回路１３の出力信号を表している。ディザ信号源１２から出力された低周波数ｆｄ［Ｈｚ］のディザ信号は、重畳回路１３によって駆動回路４が出力するＭＺ光変調器駆動信号に重畳される。
【００５８】
動作特性曲線（ｂ）は、式（２）で与えられるＭＺ光変調器３の動作特性曲線を示している。バイアス電圧が正しい値からやや高い所に設定されていることが示されている。その結果、ＭＺ光変調器３の出力光信号には、（ｃ）に示すように、図３（ｃ）とは逆相である周波数ｆｄ［Ｈｚ］の低周波数分光が含まれている。ＰＤ６は、この周波数ｆｄ［Ｈｚ］の低周波数分光を電気信号に変換する。
【００５９】
この場合には、プリアンプ７の出力には、（ｄ）に示すように、周波数がｆｄ［Ｈｚ］である電気信号が得られる。（ｅ）は、ディザ信号源１２から出力されたディザ信号波形を表している。（ｄ）および（ｅ）では、プリアンプ７の出力波形とディザ信号波形が同相の関係にある。ディザ信号の位相を基準とした場合、プリアンプ７の出力信号とディザ信号とを掛け算して同期検波したときのミキサ８の出力は、定数Ａをディザ信号源１２の出力振幅とし、定数Ｂをプリアンプ７の出力振幅とすると、
となる。
【００６０】
ＬＰＦ９のカットオフ周波数は、ｆｄ［Ｈｚ］に比べて十分低く設定されている。したがって、ＬＰＦ９の出力は、ＡＢ／２となる。つまり、ＬＰＦ９の出力信号は、（ｆ）に示すように、正方向のＤＣ信号となり、周波数ｆｄ［Ｈｚ］のディザ信号成分が検出できることがわかる。
【００６１】
ＬＰＦ９の出力（誤差信号）とバイアス電圧との関係は、例えば図５に示すようになっている。図５において、横軸はバイアス電圧であり、中央に最適電圧点ゼロが規定され、そこから左側が低バイアス電圧で、右側が高バイアス電圧であるとしている。縦軸は、誤差信号であり、中央に０レベルが規定され、そこから上方が正極性（＋）であり、下方が負極性（−）であるとしている。
【００６２】
図５において、バイアス電圧が、最適電圧点０に設定できているときは、誤差信号は、０レベルである。図２に示したケースである。バイアス電圧が、最適電圧点０から高めに設定されると、誤差信号は、０レベルから負極性側に移行したレベルになる。図３に示したケースである。バイアス電圧が、最適電圧点０から低めに設定されると、誤差信号は、０レベルから正極性側に移行したレベルになる。図４に示したケースである。
【００６３】
このように、ＬＰＦ９からは、バイアス電圧の最適点０からのずれに対応した誤差信号が出力される。したがって、誤差信号が０レベルとなるようにバイアス制御回路１４がＭＺ光変調器３に印加するバイアス電圧を制御することで、ＭＺ光変調器３の動作点ドリフトの問題が解決でき、光出力端子１６から出射される光信号の品質劣化を抑制することができる。
【００６４】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２である光送信装置の構成を示すブロック図である。なお、図６では、図１に示した構成と同一ないしは同等である構成部分には同一の符号が付されている。ここでは、実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。
【００６５】
図６に示すように、実施の形態２による光送信装置は、実施の形態１（図１）に示した構成において、重畳回路１３を省略し、加算器１０にてバイアス電圧にディザ信号源１２からのディザ信号を重畳するようにしている。
【００６６】
この構成によれば、実施の形態１と同様の作用効果が得られ、光出力端子１６から出射される光信号におけるＭＺ光変調器３の動作点ドリフトによる品質劣化を抑制することができる。
【００６７】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３である光送信装置の構成を示すブロック図である。なお、図７では、図１に示した構成と同一ないしは同等である構成部分には同一の符号が付されている。ここでは、実施の形態３に関わる部分を中心に説明する。
【００６８】
図７に示すように、実施の形態３による光送信装置は、実施の形態１（図１）に示した構成において、連続光光源２に代えて、パルス変調光光源２１が設けられている。パルス変調光光源２１は、周波数２Ｒ［Ｈｚ］のパルス変調光、または、ビットレート２Ｒ［ｂｉｔ／ｓｅｃ］のパルス変調光を出射することができる。
【００６９】
このようなパルス変調光光源２１として、例えば、半導体レーザをゲインスイッチングしたもの、ファイバ型光増幅器を用いたリング発振器、ＭＺ光変調器によって連続光をパルス状に変調したものなどを用いることができる。
【００７０】
この実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の作用効果が得られ、光出力端子１６から出射される光信号におけるＭＺ光変調器３の動作点ドリフトによる品質劣化を抑制することができる。
【００７１】
実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４である光送信装置の構成を示すブロック図である。なお、図８では、図１に示した構成と同一ないしは同等である構成部分には同一の符号が付されている。ここでは、実施の形態４に関わる部分を中心に説明する。
【００７２】
図８に示すように、実施の形態４による光送信装置は、実施の形態１（図１）に示した構成において、ＭＺ光変調器３に代えて、ＭＺ光変調器３１が設けられ、それに伴い移相器３２およびデバイダ３３が設けられている。また、終端器３４が設けられている。
【００７３】
ＭＺ光変調器３１は、電極を２つ有するプッシュプル型ＭＺ光変調器である。デバイダ３３は、重畳回路１３の出力信号振幅を２等分した変調器駆動信号を生成する。デバイダ３３が生成する変調器駆動信号の一方は、プッシュプル型ＭＺ光変調器が持つ２つの電極の一方に直接入力される。デバイダ３３が生成する変調器駆動信号の他方は、移相器３２にて１８０°移相されてプッシュプル型ＭＺ光変調器が持つ２つの電極の他方に入力される。つまり、ＭＺ光変調器３１が有する２つの電極には、位相が１８０°異なる変調器駆動信号が入力される。
【００７４】
この構成によれば、実施の形態１と同様の作用効果が得られ、光出力端子１６から出射される光信号におけるＭＺ光変調器３１の動作点ドリフトによる品質劣化を抑制することができる。加えて、プッシュプル型ＭＺ光変調器を用いたので、光出力中に含まれるチャープの低減効果が得られる。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、駆動手段によって、マッハツェンダ型光変調器の周波数１Ｒ［Ｈｚ］の信号と低周波のディザ信号との重畳が行われ、マッハツェンダ型光変調器が駆動される。マッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧は、バイアス制御手段から供給されるが、このバイアス電圧の供給は、次のようにしてフィードバック制御される。すなわち、マッハツェンダ型光変調器の出力信号の一部が光信号／電気信号変換手段にて電気信号に変換され、マッハツェンダ型光変調器の出力光信号に含まれるディザ信号成分が検出される。そして、位相比較手段にて、光信号／電気信号変換手段の出力信号とディザ信号源の出力信号との位相比較が行われる。ついで、バイアス制御手段にて、その位相比較結果信号に基づきマッハツェンダ型光変調器の動作点の誤差信号が検出され、検出された誤差信号がマッハツェンダ型光変調器の動作点ドリフトを補償するバイアス電圧に変換され、マッハツェンダ型光変調器のバイアス端子に印加される。これによって、マッハツェンダ型光変調器では、動作点ドリフトが補償されるので、マッハツェンダ型光変調器の動作点ドリフトによる送信光信号の品質劣化が抑制される。ここで、光信号／電気信号変換手段や位相比較手段は、低速のものでよいので、安価に構成することができる。
【００７６】
つぎの発明によれば、上記の発明において、バイアス制御手段では、位相比較手段の出力信号がローパスフィルタに入力され、位相比較結果信号から直流成分が抽出される。ローパスフィルタの出力信号は、誤差信号として増幅手段に入力される。増幅手段では、ローパスフィルタの出力信号と制御目標信号との差分が増幅される。そして、バイアス電圧発生手段にて、増幅手段の出力信号と所定の直流バイアス電圧とを加算することで、マッハツェンダ型光変調器に与えるバイアス電圧が生成される。このようにしてバイアス制御手段では、動作点ドリフトを補償するバイアス電圧を生成し、マッハツェンダ型光変調器に供給することができる。
【００７７】
つぎの発明によれば、マッハツェンダ型光変調器は、駆動手段が発生する周波数１Ｒ［Ｈｚ］の駆動信号によって駆動される。マッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧は、バイアス制御手段から供給されるが、このバイアス電圧には、低周波数のディザ信号が重畳されている。したがって、マッハツェンダ型光変調器の出力光信号には、ディザ信号が含まれている。このディザ信号が重畳されているバイアス電圧の供給は、次のようにしてフィードバック制御される。すなわち、マッハツェンダ型光変調器の出力信号の一部が光信号／電気信号変換手段にて電気信号に変換され、マッハツェンダ型光変調器の出力光信号に含まれるディザ信号成分が検出される。そして、位相比較手段にて、光信号／電気信号変換手段の出力信号とディザ信号との位相比較が行われる。ついで、バイアス制御手段にて、その位相比較結果信号に基づきマッハツェンダ型光変調器の動作点の誤差信号が検出され、検出された誤差信号がバイアス制御手段にてマッハツェンダ型光変調器の動作点ドリフトを補償するバイアス電圧に変換され、ディザ信号と重畳されてマッハツェンダ型光変調器のバイアス端子に印加される。これによって、マッハツェンダ型光変調器は、動作点ドリフトが補償されるので、マッハツェンダ型光変調器の動作点ドリフトによる送信光信号の品質劣化が抑制される。ここで、光信号／電気信号変換手段や位相比較手段は、低速のものでよいので、安価に構成することができる。
【００７８】
つぎの発明によれば、上記の発明において、被変調光信号の光源には、連続光光源、または周波数２Ｒ［Ｈｚ］のパルス変調光光源ないしはビットレート２Ｒ［ｂｉｔ／ｓｅｃ］のパルス変調光光源を用いることができる。
【００７９】
つぎの発明によれば、上記の発明において、マッハツェンダ型光変調器が有する２つの電極には、極性が異なる駆動信号を入力される。すなわち、当該マッハツェンダ型光変調器は、プッシュプル型である。これよって、マッハツェンダ型光変調器の動作点ドリフトによる送信光信号の品質劣化が抑制されるのに加えて、光信号中に含まれるチャープの低減効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１である光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値の場合）。
【図３】図１に示す光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値から若干高い場合）。
【図４】図１に示す光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値から若干低い場合）。
【図５】図１に示すミキサの出力（誤差信号）とバイアス電圧との関係を示す特性図である。
【図６】この発明の実施の形態２である光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態３である光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態４である光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図９】従来の光送信装置の構成例を示すブロック図である。
【図１０】図９に示す従来の光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値の場合）。
【図１１】図９に示す従来の光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値から若干高い場合）。
【図１２】図９に示す従来の光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値から若干低い場合）。
【符号の説明】
１ 入力信号端子、２ 連続光光源、３ マッハツェンダ型光変調器（ＭＺ光変調器：シングル型）、４ 駆動回路、５ 光カプラ（ＣＰＬ）、６ 受光素子（ＰＤ）、７ プリアンプ、８ ミキサ、９ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、１０ 加算器、１１ ＤＣバイアス電圧源、１２ ディザ信号源、１３ 重畳回路、１４ バイアス制御回路、１５，３４ 終端器、１６ 光出力端子、１７ 演算増幅器、１８ 制御目標電圧入力端子、１９ コイル、２１ パルス変調光光源、３１ マッハツェンダ型光変調器（ＭＺ光変調器：プッシュプル型）、３２
移相器、３３ デバイダ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、外部光変調方式の光変調器であるマッハツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）型光変調器を用いた光送信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光通信システムでは、レーザーダイオードを駆動電流で変調して電気信号に比例した光の強度信号を得る直接変調方式の光変調器を用いた光送信装置が用いられてきた。しかし、直接変調方式の光変調器では、伝送速度が数Ｇｂｉｔ／ｓｅｃを超えると、光の波長が変化するチャーピング現象が生ずるので、伝送速度が数Ｇｂｉｔ／ｓｅｃを超える超高速・広帯域光通信システムでは、このチャーピング現象が伝送容量を制限する要因となっていた。
【０００３】
一方、外部変調方式の光変調器では、チャーピング現象が非常に小さく、１０ＧＨｚ以上の動作帯域も比較的簡単に得られる。そこで、外部光変調方式の光変調器を用いた光送信装置を大容量光通信システムに適用することが検討されている。外部変調器として最も一般的なものは、リチウムナイオベイト（ＬｉＮｂＯ３）などの誘電体導波路の電気光学効果を利用したマッハツェンダ型光変調器（以下、「ＭＺ変調器」という）である。
【０００４】
ＭＺ光変調器を変調信号Ｓ（ｔ）で変調した場合の出力光信号Ｉ（ｔ）は次の式（１）で表される。
Ｉ（ｔ）＝ｋ｛１＋ｃｏｓ（β・Ｓ（ｔ）＋δ）｝ ・・・ （１）
なお、式（１）において、ｋは比例係数、βは変調度、δは動作点の位相である。
【０００５】
ＭＺ光変調器では、変調信号Ｓ（ｔ）として２値のデジタル信号を用い、β＝π／２とし、適当なＤＣ電圧を印加して初期の位相δがπ／２となるように選ぶと、変調信号に比例して完全にオン／オフする光信号が得られる。
【０００６】
また、式（１）においてβ＝πとし、適当なＤＣ電圧を印加して初期の位相δが０となるように選び、変調信号Ｓ（ｔ）を繰り返し周波数１Ｒ［Ｈｚ］の正弦波とすると、出力光信号Ｉ（ｔ）は次の式（２）で表される。
Ｉ（ｔ）＝ｋ｛１＋ｃｏｓ（π・ｓｉｎ（２πＲｔ））｝ ・・・ （２）
【０００７】
式（２）から、出力光信号Ｉ（ｔ）は、繰り返し周波数２Ｒ［Ｈｚ］でオン／オフする光信号となることがわかる。このように、ＭＺ光変調器では、印加する正弦波信号の倍の周波数の光信号を出力することもできる。
【０００８】
ところが、通常のリチウムナイオベイト（ＬｉＮｂＯ３）によるＭＺ光変調器では、動作点の位相δが一定であれば問題ないが、動作点がドリフトしてしまうので、送信光信号の品質が劣化するという問題がある。ドリフトには、温度変化がもたらす焦電効果による熱ドリフトと、電極に印加したＤＣ電圧が素子表面に形成する電荷分布によってドリフトするＤＣドリフトとがある。これらのドリフトによる動作点変動を補償するために、最適な動作点になるようにＤＣ電圧（バイアス電圧）を印加することが必要である。
【０００９】
以下に図９〜図１２を参照して、従来のＭＺ光変調器を用いた光送信装置で採用されているＭＺ光変調器のバイアス電圧供給制御方法を説明する。なお、図９は、従来の光送信装置の構成例を示すブロック図である。図１０は、図９に示す従来の光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値の場合）。図１１は、図９に示す従来の光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値から若干高い場合）。図１２は、図９に示す従来の光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値から若干低い場合）。
【００１０】
図９に示す光送信装置は、入力信号端子５１とデバイダ７０と連続光光源５２とＭＺ光変調器５３と駆動回路５４と終端器６４と光出力端子６５とからなる送信系と、光カプラ５５とフォトダイオード（ＰＤ）５６とバンドパスフィルタ５７とプリアンプ５８とバイアス制御回路６２とコイル６９と移相器６３とからなるバイアス電圧制御系とで構成されている。バイアス制御回路６２は、ミキサ５９とローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１と演算増幅器６０と加算器６７とＤＣバイアス源６８とを備えている。演算増幅器６０の正相入力端（＋）は、制御目標電圧入力端子６６に接続されている。なお、図９では、コイル６９と終端器６４が示されているが、コイルおよび終端器を内蔵するＭＺ型光変調器も知られており、コイルおよび終端器の使用は本質的ではない。
【００１１】
入力信号端子５１には、周波数１Ｒ［Ｈｚ］の正弦波信号が入力される。この周波数１Ｒ［Ｈｚ］の正弦波信号は、デバイダ７０にて２分岐され、一方が駆動回路５４に入力され、他方が移相器６３に入力される。駆動回路５４は、デバイダ７０から入力される周波数１Ｒ［Ｈｚ］の正弦波信号を２Ｖπまで増幅し、内蔵するコンデンサによってＤＣ成分をカットした駆動信号をＭＺ型光変調器５３の駆動端に出力する。なお、駆動回路５４がコンデンサを内蔵しない場合は、駆動回路５４の破壊防止のために、駆動回路５４とＭＺ型光変調器５３との間にコンデンサが必要である。移相器６３は、ディバイダ７０から入力される周波数１Ｒ［Ｈｚ］の正弦波信号の位相を調整してミキサ５９の一方の入力端に与える。
【００１２】
ＭＺ光変調器５３は、連続光光源５２から入射される連続光を駆動回路５４からの駆動信号とコイル６９からのＤＣ信号（バイアス電圧）とに従って変調処理を行い、周波数２Ｒ［Ｈｚ］のパルス列光信号を出力する。変調された光信号は、光カプラ５５を介して光出力端子６５から外部に出射され、一部が光カプラ５５からＰＤ５６に入射される。
【００１３】
ＰＤ５６は、光カプラ５５から入射される光信号を電気信号に変換する。中心周波数が１Ｒ［Ｈｚ］であるバンドパスフィルタ５７は、ＰＤ５６の出力信号中に含まれる周波数１Ｒ［Ｈｚ］成分の信号を抽出する。プリアンプ５８は、バンドパスフィルタ５７の出力信号を増幅し、ミキサ５９の他方の入力端に与える。
【００１４】
ミキサ５９は、プリアンプ５８の出力信号と移相器６３の出力信号とを掛け算して同期検波を実行する。ＬＰＦ６１は、カットオフ周波数が１Ｒ［Ｈｚ］よりも十分低い値に設定されており、ミキサ５９の出力信号からＤＣ成分のみを抽出する。演算増幅器６０は、ＬＰＦ６１が出力するＤＣ信号と制御目標電圧入力端子６６の入力信号との差動増幅を行う。通常、制御目標電圧入力端子６６の入力信号はゼロである。加算器６７は、ＤＣバイアス電源６８の出力信号と演算増幅器６０の出力信号との加算を行い、バイアス電圧を発生する。バイアス電圧は、コイル６９を介してＭＺ光変調器５３のバイアス端子に与えられる。
【００１５】
このように、バイアス電圧制御回路６２では、ミキサ５９の出力信号から誤差信号であるＤＣ成分がＬＰＦ６１にて抽出され、この誤差信号と制御目標値との差分が演算増幅器６０にて求められ、演算増幅器６０の出力信号と所定のＤＣバイアス電圧とを加算器６７にて加算することで、誤差信号がＭＺ光変調器５３に与えるバイアス電圧に変換され、コイル６９を介してＭＺ光変調器５３に供給される。
【００１６】
これによって、ＭＺ光変調器５３においては、連続光光源５２から入射される連続光が信号入力端子５１から入力される周波数１Ｒ［Ｈｚ］の正弦波信号によって変調され、周波数２Ｒのパルス状光信号が光出力端子６５から外部に出射される。その過程で、バイアス電圧制御系によってＭＺ光変調器５３に最適な動作点で安定的に動作するようなバイアス電圧の供給制御が行われることになる。
【００１７】
なお、プリアンプ５８を線形アンプとすることはさらに望ましい。また、バンドパスフィルタ５７とプリアンプ５８は、正弦波抽出手段を構成しており、正弦波抽出手段としてはＰＬＬなどを用いることもできる。
【００１８】
次に、図１０〜図１２を参照して、バイアス電圧の供給制御動作について説明する。図１０では、バイアス電圧が正しく設定されたときのＭＺ光変調器の動作が示されている。入力信号（駆動電圧）（ａ）は、周波数１Ｒ［Ｈｚ］の駆動信号とバイアス電圧とが合成された信号である。動作特性曲線（ｂ）は、式（２）で与えられるＭＺ光変調器５３の動作特性曲線を示している。バイアス電圧が正しく設定されていることが示されている。その結果、（ｃ）に示すように、ＭＺ光変調器５３から周波数２Ｒ［Ｈｚ］のパルス状光信号が出力される。各パルス光は、振幅が揃っている。
【００１９】
この場合には、（ｄ）に示すように、プリアンプ５８からは、一定振幅のレベル信号が出力される。移相器６３の出力は、（ｅ）に示すように、周波数１Ｒ［Ｈｚ］の駆動信号である。したがって、プリアンプ５８の出力信号と移相器６３の出力信号とを掛け算して同期検波したときのミキサ５９の出力は、定数Ｃをプリアンプ５８の出力振幅、定数Ａを移相器６３の出力振幅、θを初期位相とすると、 Ｃ×Ａｓｉｎ（２π×１Ｒｔ＋θ） ・・・（３）
となる。
【００２０】
ＬＰＦ６１のカットオフ周波数は、１Ｒ［Ｈｚ］に比べて十分低く設定されている。したがって、ＬＰＦ６１の出力信号は、（ｆ）に示すように、０レベルとなる。すなわち、ＬＰＦ６１の出力には、周波数１Ｒ［Ｈｚ］の信号成分は観測されないことがわかる。
【００２１】
図１１では、バイアス電圧が正しい値からやや高いときのＭＺ光変調器の動作が示されている。入力信号（駆動電圧）（ａ）は、周波数１Ｒ［Ｈｚ］の駆動信号とバイアス電圧とが合成された信号である。動作特性曲線（ｂ）は、式（２）で与えられるＭＺ光変調器５３の動作特性曲線を示している。バイアス電圧が正しい値からやや高い所に設定されていることが示されている。その結果、（ｃ）に示すように、ＭＺ光変調器５３から出力される周波数２Ｒのパルス状光信号は、振幅が１周期毎に異なり、一定ではなくなる。
【００２２】
この場合には、（ｄ）に示すように、プリアンプ５８からは、周波数分１Ｒ［Ｈｚ］の信号が出力される。移相器６３の出力は、（ｅ）に示すように、プリアンプ５８の出力信号と同相である。したがって、プリアンプ５８の出力信号と移相器６３の出力信号とを掛け算して同期検波したときのミキサ５９の出力は、定数Ａを移相器６３の出力振幅、定数Ｂをプリアンプ５８の出力振幅とすると、
【００２３】
ＬＰＦ６１のカットオフ周波数は、１Ｒ［Ｈｚ］に比べて十分低く設定されている。したがって、ＬＰＦ６１の出力は、ＡＢ／２となる。つまり、ＬＰＦ６１の出力信号は、（ｆ）に示すように、正方向のＤＣ信号となり、周波数１Ｒ［Ｈｚ］の信号が検出できることがわかる。
【００２４】
図１２では、バイアス電圧が正しい値からやや低いときのＭＺ光変調器の動作が示されている。入力信号（駆動電圧）（ａ）は、周波数１Ｒ［Ｈｚ］の駆動信号とバイアス電圧とが合成された信号である。動作特性曲線（ｂ）は、式（２）で与えられるＭＺ光変調器５３の動作特性曲線を示している。バイアス電圧が正しい値からやや低い所に設定されていることが示されている。その結果、（ｃ）に示すように、ＭＺ光変調器５３から出力される周波数２Ｒのパルス状光信号は、振幅が１周期毎に異なり、一定ではなくなる。図１１（ｃ）とは、位相が１８０度ずれた関係となっている。
【００２５】
この場合には、（ｄ）に示すように、プリアンプ５８からは、周波数１Ｒ［Ｈｚ］の信号が出力される。移相器６３の出力は、（ｅ）に示すように、プリアンプ５８の出力信号と逆相である。したがって、プリアンプ５８の出力信号と移相器６３の出力信号とを掛け算して同期検波したときのミキサ５９の出力は、定数Ａを移相器６３の出力振幅、定数Ｂをプリアンプ５８の出力振幅とすると、
【００２６】
ＬＰＦ６１のカットオフ周波数は、１Ｒ［Ｈｚ］に比べて十分低く設定されている。したがって、ＬＰＦ６１の出力は、−ＡＢ／２となる。つまり、ＬＰＦ６１の出力信号は、（ｆ）に示すように、負方向のＤＣ信号となり、周波数１Ｒ［Ｈｚ］の信号が検出できることがわかる。
【００２７】
このようにして、バイアス電圧の最適点からのずれに対応した誤差信号がＬＰＦ６１から出力される。この誤差信号の極性は、バイアス電圧の正しい値からのずれの方向に応じて反転するので、バイアス電圧を制御する方向を知ることができる。したがって、この誤差信号を演算増幅器６０に入力し、フィードバック制御を行うことで、ＭＺ光変調器５３の動作点ドリフトが抑圧できる。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のバイアス電圧制御方法では、通常、ＭＺ光変調器の駆動信号である１Ｒ周波数信号として５［ＧＨｚ］の信号が用いられる。したがって、ＰＤでは、ＭＺ光変調器の出力光信号から５［ＧＨｚ］の周波数信号を検出する必要がある。そのような高速ＰＤは、高価である。また、中心周波数が５［ＧＨｚ］であるバンドパスフィルタ、プリアンプおよびミキサも高価であるという問題がある。
【００２９】
この発明は、上記に鑑みてなされたもので、安価な構成でＭＺ光変調器の動作点ドリフトによる送信光信号の品質劣化が抑圧できる光送信装置を得ることを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明にかかる光送信装置は、被変調光信号を駆動信号に従って変調処理して周波数２Ｒ［Ｈｚ］のパルス列光信号を出力するマッハツェンダ型光変調器と、前記マッハツェンダ型光変調器の駆動周波数１Ｒ［Ｈｚ］の信号と低周波数のディザ信号とを重畳した前記駆動信号を発生し前記マッハツェンダ型光変調器に対して出力する駆動手段と、前記マッハツェンダ型光変調器の出力光信号に含まれる前記ディザ信号の周波数成分を電気信号に変換する光信号／電気信号変換手段と、前記光信号／電気信号変換手段の出力信号と前記ディザ信号との位相比較を行う位相比較手段と、前記位相比較手段の位相比較結果信号に基づいて前記マッハツェンダ型光変調器の動作点ドリフトを補償するバイアス電圧を発生するバイアス制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００３１】
この発明によれば、駆動手段によって、マッハツェンダ型光変調器の駆動周波数１Ｒ［Ｈｚ］の信号と低周波数のディザ信号との重畳が行われ、マッハツェンダ型光変調器が駆動される。マッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧は、バイアス制御手段から供給されるが、このバイアス電圧の供給は、次のようにしてフィードバック制御される。すなわち、マッハツェンダ型光変調器の出力信号の一部が光信号／電気信号変換手段にて電気信号に変換され、マッハツェンダ型光変調器の出力光信号に含まれるディザ信号成分が検出される。そして、位相比較手段にて、光信号／電気信号変換手段の出力信号とディザ信号源の出力信号との位相比較が行われる。ついで、バイアス制御手段にて、その位相比較結果信号に基づきマッハツェンダ型光変調器の動作点の誤差信号が検出され、検出された誤差信号がマッハツェンダ型光変調器の動作点ドリフトを補償するバイアス電圧に変換され、マッハツェンダ型光変調器のバイアス端子に印加される。
【００３２】
つぎの発明にかかる光送信装置は、上記の発明において、前記バイアス制御手段は、前記位相比較手段の位相比較結果信号から直流成分を抽出するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力信号と制御目標信号との差分を増幅する増幅手段と、前記増幅手段の出力信号と所定の直流バイアス電圧とを加算し前記マッハツェンダ型光変調器に与えるバイアス電圧を発生するバイアス電圧発生手段とを備えたことを特徴とする。
【００３３】
この発明によれば、上記の発明において、バイアス制御手段では、位相比較手段の出力信号がローパスフィルタに入力され、位相比較結果信号から直流成分が抽出される。ローパスフィルタの出力信号は、誤差信号として増幅手段に入力される。増幅手段では、ローパスフィルタの出力信号と制御目標信号との差分が増幅される。そして、バイアス電圧発生手段にて、増幅手段の出力信号と所定の直流バイアス電圧とを加算することで、マッハツェンダ型光変調器に与えるバイアス電圧が生成される。
【００３４】
つぎの発明にかかる光送信装置は、被変調光信号を駆動信号に従って変調処理して周波数２Ｒ［Ｈｚ］のパルス列光信号を出力するマッハツェンダ型光変調器と、前記マッハツェンダ型光変調器の駆動周波数１Ｒ［Ｈｚ］の前記駆動信号を発生し前記マッハツェンダ型光変調器に対して出力する駆動手段と、前記マッハツェンダ型光変調器の出力光信号に含まれる低周波数のディザ信号の周波数成分を電気信号に変換する光信号／電気信号変換手段と、前記光信号／電気信号変換手段の出力信号と前記ディザ信号との位相比較を行う位相比較手段と、前記位相比較手段の位相比較結果信号に基づいて前記マッハツェンダ型光変調器の動作点ドリフトを補償するバイアス電圧を発生するとともに、発生したバイアス電圧に前記ディザ信号を重畳して前記マッハツェンダ型光変調器に出力するバイアス制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００３５】
この発明によれば、マッハツェンダ型光変調器は、駆動手段が発生する周波数１Ｒ［Ｈｚ］の駆動信号によって駆動される。マッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧は、バイアス制御手段から供給されるが、このバイアス電圧には、低周波数のディザ信号が重畳されている。したがって、マッハツェンダ型光変調器の出力光信号には、ディザ信号が含まれている。このディザ信号が重畳されているバイアス電圧の供給は、次のようにしてフィードバック制御される。すなわち、マッハツェンダ型光変調器の出力信号の一部が光信号／電気信号変換手段にて電気信号に変換され、マッハツェンダ型光変調器の出力光信号に含まれるディザ信号成分が検出される。そして、位相比較手段にて、光信号／電気信号変換手段の出力信号とディザ信号との位相比較が行われる。ついで、バイアス制御手段にてその位相比較結果信号に基づきマッハツェンダ型光変調器の動作点の誤差信号が検出され、検出された誤差信号がマッハツェンダ型光変調器の動作点ドリフトを補償するバイアス電圧に変換され、ディザ信号と重畳されてマッハツェンダ型光変調器のバイアス端子に印加される。
【００３６】
つぎの発明にかかる光送信装置は、上記の発明において、前記被変調光信号は、連続光光源、または周波数２Ｒ［Ｈｚ］のパルス変調光光源ないしはビットレート２Ｒ［ｂｉｔ／ｓｅｃ］のパルス変調光光源から生成されることを特徴とする。
【００３７】
この発明によれば、上記の発明において、前記被変調光信号の光源には、連続光光源、または周波数２Ｒ［Ｈｚ］のパルス変調光光源ないしはビットレート２Ｒ［ｂｉｔ／ｓｅｃ］のパルス変調光光源が用いられる。
【００３８】
つぎの発明にかかる光送信装置は、上記の発明において、前記マッハツェンダ型光変調器は、電極を２つ有し、前記２つの電極に極性が異なる駆動信号を入力することで動作することを特徴とする。
【００３９】
この発明によれば、上記の発明において、前記マッハツェンダ型光変調器が有する２つの電極には、極性が異なる駆動信号を入力される。すなわち、当該マッハツェンダ型光変調器は、プッシュプル型である。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光送信装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００４１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である光送信装置の構成を示すブロック図である。図１に示す光送信装置は、入力信号端子１と連続光光源２とＭＺ光変調器３と駆動回路４と終端器１５と光出力端子１６とからなる送信系と、光カプラ５とフォトダイオード（ＰＤ）６とプリアンプ７とバイアス制御回路１４とコイル１９とディザ信号源１２と重畳回路１３とからなるバイアス電圧制御系とで構成されている。重畳回路１３は、駆動回路４の出力信号とディザ信号源１２からのディザ信号とを重畳するようになっている。バイアス制御回路１４は、ミキサ８とローパスフィルタ（ＬＰＦ）９と演算増幅器１７とＤＣバイアス電圧源１１と加算器１０とを備えている。演算増幅器１７の正相入力端（＋）は、制御目標電圧入力端子１８に接続されている。なお、図１では、コイル１９と終端器１５が示されているが、コイルおよび終端器を内蔵するＭＺ型光変調器も知られており、コイルおよび終端器の使用は本質的ではない。
【００４２】
入力信号端子１には、ＭＺ光変調器３を駆動する周波数１Ｒ［Ｈｚ］の正弦波信号が入力される。駆動回路４は、入力信号端子１に印加される周波数１Ｒ［Ｈｚ］の正弦波信号を２Ｖπまで増幅し、その駆動信号を重畳回路１３に出力する。重畳回路１３は、ディザ信号源１２が発生する低周波数ｆｄ［Ｈｚ］のディザ信号と駆動回路４が出力する駆動信号とを重畳し、内蔵するコンデンサによってＤＣ成分をカットした駆動信号をＭＺ光変調器３の駆動端に出力する。なお、重畳回路１３がコンデンサを内蔵しない場合は、重畳回路１３の破壊防止のために、重畳回路１３とＭＺ型光変調器５３との間にコンデンサが必要である。
【００４３】
ＭＺ光変調器３は、連続光光源２から入射される連続光を重畳回路１３からの駆動信号とコイル１９からのＤＣ信号（バイアス電圧）とに従って変調処理を行い、周波数２Ｒ［Ｈｚ］のパルス列光信号を出力する。変調された光信号は、光カプラ５を介して光出力端子１６から外部に出射され、一部が光カプラ５から低速なＰＤ６に入射される。
【００４４】
ＰＤ６は、光カプラ５から入射される光信号に含まれる低周波数分であるディザ信号光成分を電気信号に変換する。したがって、ＰＤ６は、低速のものが用いられる。プリアンプ７は、ＰＤ６の出力電気信号を増幅し、ミキサ８の一方の入力端に与える。ミキサ８の他方の入力端には、ディザ信号源１２が発生する低周波数のディザ信号が入力されている。したがって、ミキサ８は、低速なディザ信号同士の位相比較を行うことになるので、低速のものが用いられる。
【００４５】
ミキサ８の出力は、ＬＰＦ９に入力される。ＬＰＦ９のカットオフ周波数は、ｆｄ［Ｈｚ］に比べて十分低く設定されている。したがって、ＬＰＦ９は、ミキサ８の出力信号からＤＣ成分のみを抽出する。演算増幅器１７は、逆相入力端（−）に印加されるＬＰＦ９の出力信号と正相入力端（＋）に印加される制御目標電圧入力端子１８の入力信号との差動増幅を行う。通常、制御目標電圧入力端子１８の入力信号はゼロである。加算器１０は、ＤＣバイアス電源１１の出力信号と演算増幅器１７の出力信号との加算を行い、バイアス電圧を発生する。バイアス電圧は、コイル１９を介してＭＺ光変調器３の駆動端に与えられる。
【００４６】
このように、バイアス電圧制御回路１４では、ミキサ８の出力信号から誤差信号であるＤＣ成分がＬＰＦ９にて抽出され、この誤差信号と制御目標値との差分が演算増幅器１７にて求められ、演算増幅器１７の出力信号と所定のＤＣバイアス電圧とを加算器１０にて加算することで、誤差信号がＭＺ光変調器３に与えるバイアス電圧に変換され、コイル１９を介してＭＺ光変調器３に供給される。
【００４７】
これによって、ＭＺ光変調器３においては、連続光光源２から入射される連続光が、信号入力端子１から入力される周波数１Ｒ［Ｈｚ］の正弦波信号に低周波数ｆｄ［Ｈｚ］が重畳された駆動信号よって変調され、２Ｒ［Ｈｚ］のパルス列光信号が光出力端子１６から外部に出射される。その過程で、バイアス電圧制御系によって、ＭＺ光変調器３に対し最適な動作点で安定的に動作するようなバイアス電圧の供給制御が行われることになる。
【００４８】
次に、図２〜図５を参照して、図１に示した光送信装置で行われるバイアス電圧の供給制御動作を説明する。なお、図２は、図１に示す光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値の場合）。図３は、図１に示す光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値から若干高い場合）。図４は、図１に示す光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値から若干低い場合）。図５は、図１に示すＬＰＦの出力（誤差信号）とバイアス電圧との関係を示す特性図である。
【００４９】
図２では、バイアス電圧が正しく設定されたときのＭＺ光変調器３の動作が示されている。入力信号（駆動電圧）（ａ）は、ＭＺ光変調器３に入力される重畳回路１３の出力信号を表している。ディザ信号源１２から出力された低周波数ｆｄ［Ｈｚ］のディザ信号は、重畳回路１３によって駆動回路４が出力するＭＺ光変調器駆動信号に重畳される。
【００５０】
動作特性曲線（ｂ）は、式（２）で与えられるＭＺ光変調器３の動作特性曲線を示している。バイアス電圧が正しく設定されていることが示されている。その結果、ＭＺ光変調器３の出力光信号には、（ｃ）に示すように、周波数２ｆｄ［Ｈｚ］の低周波数分光が含まれている。ＰＤ６は、この周波数２ｆｄ［Ｈｚ］の低周波数分光を電気信号に変換する。
【００５１】
この場合には、プリアンプ７の出力には、（ｄ）に示すように、周波数２ｆｄ［Ｈｚ］である電気信号が得られる。（ｅ）は、ディザ信号源１２から出力されたディザ信号波形を表している。プリアンプ７の出力信号とディザ信号とを掛け算して同期検波したときのミキサ８の出力は、定数Ａをディザ信号源１２の出力振幅とし、定数Ｂをプリアンプ７の出力振幅とすると、
【００５２】
ＬＰＦ９のカットオフ周波数は、ｆｄ［Ｈｚ］に比べて十分低く設定されている。したがって、ＬＰＦ９の出力は、（ｆ）に示すように、０レベルとなる。すなわち、ＬＰＦ９の出力には、周波数ｆｄ［Ｈｚ］のディザ信号成分は観測されないことがわかる。
【００５３】
図３では、バイアス電圧が正しい値からやや高いときのＭＺ光変調器３の動作が示されている。入力信号（駆動電圧）（ａ）は、ＭＺ光変調器３に入力される重畳回路１３の出力信号を表している。ディザ信号源１２から出力された低周波数ｆｄ［Ｈｚ］のディザ信号は、重畳回路１３によって駆動回路４が出力するＭＺ光変調器駆動信号に重畳される。
【００５４】
動作特性曲線（ｂ）は、式（２）で与えられるＭＺ光変調器３の動作特性曲線を示している。バイアス電圧が正しい値からやや高い所に設定されていることが示されている。その結果、ＭＺ光変調器３の出力光信号には、（ｃ）に示すように、周波数ｆｄ［Ｈｚ］の低周波数分光が含まれている。ＰＤ６は、この周波数ｆｄ［Ｈｚ］の低周波数分光を電気信号に変換する。
【００５５】
この場合には、プリアンプ７の出力には、（ｄ）に示すように、周波数ｆｄ［Ｈｚ］である電気信号が得られる。（ｅ）は、ディザ信号源１２から出力されたディザ信号波形を表している。（ｄ）および（ｅ）では、プリアンプ７の出力波形とディザ信号波形が逆相の関係にある。ディザ信号の位相を基準とした場合、プリアンプ７の出力信号とディザ信号とを掛け算して同期検波したときのミキサ８の出力は、定数Ａをディザ信号源１２の出力振幅とし、定数Ｂをプリアンプ７の出力振幅とすると、
【００５６】
ＬＰＦ９のカットオフ周波数は、ｆｄ［Ｈｚ］に比べて十分低く設定されている。したがって、ＬＰＦ９の出力は、−（ＡＢ／２）となる。つまり、ＬＰＦ６１の出力信号は、（ｆ）に示すように、負方向のＤＣ信号となり、周波数ｆｄ［Ｈｚ］のディザ信号成分が検出できることがわかる。
【００５７】
図４では、バイアス電圧が正しい値からやや低いときのＭＺ光変調器３の動作が示されている。入力信号（駆動電圧）（ａ）は、ＭＺ光変調器３に入力される重畳回路１３の出力信号を表している。ディザ信号源１２から出力された低周波数ｆｄ［Ｈｚ］のディザ信号は、重畳回路１３によって駆動回路４が出力するＭＺ光変調器駆動信号に重畳される。
【００５８】
動作特性曲線（ｂ）は、式（２）で与えられるＭＺ光変調器３の動作特性曲線を示している。バイアス電圧が正しい値からやや高い所に設定されていることが示されている。その結果、ＭＺ光変調器３の出力光信号には、（ｃ）に示すように、図３（ｃ）とは逆相である周波数ｆｄ［Ｈｚ］の低周波数分光が含まれている。ＰＤ６は、この周波数ｆｄ［Ｈｚ］の低周波数分光を電気信号に変換する。
【００５９】
この場合には、プリアンプ７の出力には、（ｄ）に示すように、周波数がｆｄ［Ｈｚ］である電気信号が得られる。（ｅ）は、ディザ信号源１２から出力されたディザ信号波形を表している。（ｄ）および（ｅ）では、プリアンプ７の出力波形とディザ信号波形が同相の関係にある。ディザ信号の位相を基準とした場合、プリアンプ７の出力信号とディザ信号とを掛け算して同期検波したときのミキサ８の出力は、定数Ａをディザ信号源１２の出力振幅とし、定数Ｂをプリアンプ７の出力振幅とすると、
【００６０】
ＬＰＦ９のカットオフ周波数は、ｆｄ［Ｈｚ］に比べて十分低く設定されている。したがって、ＬＰＦ９の出力は、ＡＢ／２となる。つまり、ＬＰＦ９の出力信号は、（ｆ）に示すように、正方向のＤＣ信号となり、周波数ｆｄ［Ｈｚ］のディザ信号成分が検出できることがわかる。
【００６１】
ＬＰＦ９の出力（誤差信号）とバイアス電圧との関係は、例えば図５に示すようになっている。図５において、横軸はバイアス電圧であり、中央に最適電圧点ゼロが規定され、そこから左側が低バイアス電圧で、右側が高バイアス電圧であるとしている。縦軸は、誤差信号であり、中央に０レベルが規定され、そこから上方が正極性（＋）であり、下方が負極性（−）であるとしている。
【００６２】
図５において、バイアス電圧が、最適電圧点０に設定できているときは、誤差信号は、０レベルである。図２に示したケースである。バイアス電圧が、最適電圧点０から高めに設定されると、誤差信号は、０レベルから負極性側に移行したレベルになる。図３に示したケースである。バイアス電圧が、最適電圧点０から低めに設定されると、誤差信号は、０レベルから正極性側に移行したレベルになる。図４に示したケースである。
【００６３】
このように、ＬＰＦ９からは、バイアス電圧の最適点０からのずれに対応した誤差信号が出力される。したがって、誤差信号が０レベルとなるようにバイアス制御回路１４がＭＺ光変調器３に印加するバイアス電圧を制御することで、ＭＺ光変調器３の動作点ドリフトの問題が解決でき、光出力端子１６から出射される光信号の品質劣化を抑制することができる。
【００６４】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２である光送信装置の構成を示すブロック図である。なお、図６では、図１に示した構成と同一ないしは同等である構成部分には同一の符号が付されている。ここでは、実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。
【００６５】
図６に示すように、実施の形態２による光送信装置は、実施の形態１（図１）に示した構成において、重畳回路１３を省略し、加算器１０にてバイアス電圧にディザ信号源１２からのディザ信号を重畳するようにしている。
【００６６】
この構成によれば、実施の形態１と同様の作用効果が得られ、光出力端子１６から出射される光信号におけるＭＺ光変調器３の動作点ドリフトによる品質劣化を抑制することができる。
【００６７】
実施の形態３．
図７は、この発明の実施の形態３である光送信装置の構成を示すブロック図である。なお、図７では、図１に示した構成と同一ないしは同等である構成部分には同一の符号が付されている。ここでは、実施の形態３に関わる部分を中心に説明する。
【００６８】
図７に示すように、実施の形態３による光送信装置は、実施の形態１（図１）に示した構成において、連続光光源２に代えて、パルス変調光光源２１が設けられている。パルス変調光光源２１は、周波数２Ｒ［Ｈｚ］のパルス変調光、または、ビットレート２Ｒ［ｂｉｔ／ｓｅｃ］のパルス変調光を出射することができる。
【００６９】
このようなパルス変調光光源２１として、例えば、半導体レーザをゲインスイッチングしたもの、ファイバ型光増幅器を用いたリング発振器、ＭＺ光変調器によって連続光をパルス状に変調したものなどを用いることができる。
【００７０】
この実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の作用効果が得られ、光出力端子１６から出射される光信号におけるＭＺ光変調器３の動作点ドリフトによる品質劣化を抑制することができる。
【００７１】
実施の形態４．
図８は、この発明の実施の形態４である光送信装置の構成を示すブロック図である。なお、図８では、図１に示した構成と同一ないしは同等である構成部分には同一の符号が付されている。ここでは、実施の形態４に関わる部分を中心に説明する。
【００７２】
図８に示すように、実施の形態４による光送信装置は、実施の形態１（図１）に示した構成において、ＭＺ光変調器３に代えて、ＭＺ光変調器３１が設けられ、それに伴い移相器３２およびデバイダ３３が設けられている。また、終端器３４が設けられている。
【００７３】
ＭＺ光変調器３１は、電極を２つ有するプッシュプル型ＭＺ光変調器である。デバイダ３３は、重畳回路１３の出力信号振幅を２等分した変調器駆動信号を生成する。デバイダ３３が生成する変調器駆動信号の一方は、プッシュプル型ＭＺ光変調器が持つ２つの電極の一方に直接入力される。デバイダ３３が生成する変調器駆動信号の他方は、移相器３２にて１８０°移相されてプッシュプル型ＭＺ光変調器が持つ２つの電極の他方に入力される。つまり、ＭＺ光変調器３１が有する２つの電極には、位相が１８０°異なる変調器駆動信号が入力される。
【００７４】
この構成によれば、実施の形態１と同様の作用効果が得られ、光出力端子１６から出射される光信号におけるＭＺ光変調器３１の動作点ドリフトによる品質劣化を抑制することができる。加えて、プッシュプル型ＭＺ光変調器を用いたので、光出力中に含まれるチャープの低減効果が得られる。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、駆動手段によって、マッハツェンダ型光変調器の周波数１Ｒ［Ｈｚ］の信号と低周波のディザ信号との重畳が行われ、マッハツェンダ型光変調器が駆動される。マッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧は、バイアス制御手段から供給されるが、このバイアス電圧の供給は、次のようにしてフィードバック制御される。すなわち、マッハツェンダ型光変調器の出力信号の一部が光信号／電気信号変換手段にて電気信号に変換され、マッハツェンダ型光変調器の出力光信号に含まれるディザ信号成分が検出される。そして、位相比較手段にて、光信号／電気信号変換手段の出力信号とディザ信号源の出力信号との位相比較が行われる。ついで、バイアス制御手段にて、その位相比較結果信号に基づきマッハツェンダ型光変調器の動作点の誤差信号が検出され、検出された誤差信号がマッハツェンダ型光変調器の動作点ドリフトを補償するバイアス電圧に変換され、マッハツェンダ型光変調器のバイアス端子に印加される。これによって、マッハツェンダ型光変調器では、動作点ドリフトが補償されるので、マッハツェンダ型光変調器の動作点ドリフトによる送信光信号の品質劣化が抑制される。ここで、光信号／電気信号変換手段や位相比較手段は、低速のものでよいので、安価に構成することができる。
【００７６】
つぎの発明によれば、上記の発明において、バイアス制御手段では、位相比較手段の出力信号がローパスフィルタに入力され、位相比較結果信号から直流成分が抽出される。ローパスフィルタの出力信号は、誤差信号として増幅手段に入力される。増幅手段では、ローパスフィルタの出力信号と制御目標信号との差分が増幅される。そして、バイアス電圧発生手段にて、増幅手段の出力信号と所定の直流バイアス電圧とを加算することで、マッハツェンダ型光変調器に与えるバイアス電圧が生成される。このようにしてバイアス制御手段では、動作点ドリフトを補償するバイアス電圧を生成し、マッハツェンダ型光変調器に供給することができる。
【００７７】
つぎの発明によれば、マッハツェンダ型光変調器は、駆動手段が発生する周波数１Ｒ［Ｈｚ］の駆動信号によって駆動される。マッハツェンダ型光変調器のバイアス電圧は、バイアス制御手段から供給されるが、このバイアス電圧には、低周波数のディザ信号が重畳されている。したがって、マッハツェンダ型光変調器の出力光信号には、ディザ信号が含まれている。このディザ信号が重畳されているバイアス電圧の供給は、次のようにしてフィードバック制御される。すなわち、マッハツェンダ型光変調器の出力信号の一部が光信号／電気信号変換手段にて電気信号に変換され、マッハツェンダ型光変調器の出力光信号に含まれるディザ信号成分が検出される。そして、位相比較手段にて、光信号／電気信号変換手段の出力信号とディザ信号との位相比較が行われる。ついで、バイアス制御手段にて、その位相比較結果信号に基づきマッハツェンダ型光変調器の動作点の誤差信号が検出され、検出された誤差信号がバイアス制御手段にてマッハツェンダ型光変調器の動作点ドリフトを補償するバイアス電圧に変換され、ディザ信号と重畳されてマッハツェンダ型光変調器のバイアス端子に印加される。これによって、マッハツェンダ型光変調器は、動作点ドリフトが補償されるので、マッハツェンダ型光変調器の動作点ドリフトによる送信光信号の品質劣化が抑制される。ここで、光信号／電気信号変換手段や位相比較手段は、低速のものでよいので、安価に構成することができる。
【００７８】
つぎの発明によれば、上記の発明において、被変調光信号の光源には、連続光光源、または周波数２Ｒ［Ｈｚ］のパルス変調光光源ないしはビットレート２Ｒ［ｂｉｔ／ｓｅｃ］のパルス変調光光源を用いることができる。
【００７９】
つぎの発明によれば、上記の発明において、マッハツェンダ型光変調器が有する２つの電極には、極性が異なる駆動信号を入力される。すなわち、当該マッハツェンダ型光変調器は、プッシュプル型である。これよって、マッハツェンダ型光変調器の動作点ドリフトによる送信光信号の品質劣化が抑制されるのに加えて、光信号中に含まれるチャープの低減効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１である光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値の場合）。
【図３】図１に示す光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値から若干高い場合）。
【図４】図１に示す光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値から若干低い場合）。
【図５】図１に示すミキサの出力（誤差信号）とバイアス電圧との関係を示す特性図である。
【図６】この発明の実施の形態２である光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態３である光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態４である光送信装置の構成を示すブロック図である。
【図９】従来の光送信装置の構成例を示すブロック図である。
【図１０】図９に示す従来の光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値の場合）。
【図１１】図９に示す従来の光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値から若干高い場合）。
【図１２】図９に示す従来の光送信装置でのバイアス電圧の供給制御動作を説明する各部の波形図である（バイアス電圧が正しい値から若干低い場合）。
【符号の説明】
１ 入力信号端子、２ 連続光光源、３ マッハツェンダ型光変調器（ＭＺ光変調器：シングル型）、４ 駆動回路、５ 光カプラ（ＣＰＬ）、６ 受光素子（ＰＤ）、７ プリアンプ、８ ミキサ、９ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、１０ 加算器、１１ ＤＣバイアス電圧源、１２ ディザ信号源、１３ 重畳回路、１４ バイアス制御回路、１５，３４ 終端器、１６ 光出力端子、１７ 演算増幅器、１８ 制御目標電圧入力端子、１９ コイル、２１ パルス変調光光源、３１ マッハツェンダ型光変調器（ＭＺ光変調器：プッシュプル型）、３２
移相器、３３ デバイダ。
Claims (5)
- 被変調光信号を駆動信号に従って変調処理して周波数２Ｒ［Ｈｚ］のパルス列光信号を出力するマッハツェンダ型光変調器と、
前記マッハツェンダ型光変調器の駆動周波数１Ｒ［Ｈｚ］の信号と低周波数のディザ信号とを重畳した前記駆動信号を発生し前記マッハツェンダ型光変調器に対して出力する駆動手段と、
前記マッハツェンダ型光変調器の出力光信号に含まれる前記ディザ信号の周波数成分を電気信号に変換する光信号／電気信号変換手段と、
前記光信号／電気信号変換手段の出力信号と前記ディザ信号との位相比較を行う位相比較手段と、
前記位相比較手段の位相比較結果信号に基づいて前記マッハツェンダ型光変調器の動作点ドリフトを補償するバイアス電圧を発生するバイアス制御手段と、
を備えたことを特徴とする光送信装置。 - 前記バイアス制御手段は、
前記位相比較手段の位相比較結果信号から直流成分を抽出するローパスフィルタと、
前記ローパスフィルタの出力信号と制御目標信号との差分を増幅する増幅手段と、
前記増幅手段の出力信号と所定の直流バイアス電圧とを加算し前記マッハツェンダ型光変調器に与えるバイアス電圧を発生するバイアス電圧発生手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。 - 被変調光信号を駆動信号に従って変調処理して周波数２Ｒ［Ｈｚ］のパルス列光信号を出力するマッハツェンダ型光変調器と、
前記マッハツェンダ型光変調器の駆動周波数１Ｒ［Ｈｚ］の前記駆動信号を発生し前記マッハツェンダ型光変調器に対して出力する駆動手段と、
前記マッハツェンダ型光変調器の出力光信号に含まれる低周波数のディザ信号の周波数成分を電気信号に変換する光信号／電気信号変換手段と、
前記光信号／電気信号変換手段の出力信号と前記ディザ信号との位相比較を行う位相比較手段と、
前記位相比較手段の位相比較結果信号に基づいて前記マッハツェンダ型光変調器の動作点ドリフトを補償するバイアス電圧を発生するとともに、発生したバイアス電圧に前記ディザ信号を重畳して前記マッハツェンダ型光変調器に出力するバイアス制御手段と、
を備えたことを特徴とする光送信装置。 - 前記被変調光信号は、連続光光源、または周波数２Ｒ［Ｈｚ］のパルス変調光光源ないしはビットレート２Ｒ［ｂｉｔ／ｓｅｃ］のパルス変調光光源から生成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光送信装置。
- 前記マッハツェンダ型光変調器は、電極を２つ有し、前記２つの電極に極性が異なる駆動信号を入力することで動作することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の光送信装置。
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