JP2004077513A

JP2004077513A - 外部光変調器の動作点／光出力安定化方法及び装置

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Publication number: JP2004077513A
Application number: JP2002233439A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Fujita; 藤田　貴久; Toshio Sakane; 坂根　敏夫
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2004-03-11
Anticipated expiration: 2022-08-09
Also published as: US20040190103A1; US6924916B2; JP3672257B2

Abstract

【課題】電気信号列の波形の歪みを抑え、光源自体の光出力変動や光変調器内の透過率変動などがある場合でも、光変調器の変調曲線の動作点／光出力を安定的に設定可能な、外部光変調器の動作点／光出力安定化方法及び装置を提供すること。
【解決手段】光源１２と、光源からの光を変調する外部光変調器２と、該外部光変調器からの出力光を検知する光検知器１４と、該外部光変調器の変調曲線の動作点を決定する直流バイアスを、該光検出器の出力に応じて調整し、該外部光変調器に印加する直流バイアス調整手段とを有する外部光変調器の動作点／光出力安定化方法において、該外部光変調器に入力する入力信号の信号周波数帯域の下限以下の周波数である低周波信号６９を、前記直流バイアスに重畳すると共に、該光検出器の出力に含まれる低周波成分を取り出し、該低周波信号を基に該低周波成分の出力を規格化し、該規格化した低周波成分に従って光源の出力光を制御する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムに用いられる外部光変調器の動作点／光出力安定化方法及び装置に関し、特に、外部光変調器の変調曲線の動作点を決定する直流バイアスを、自動的に調整する手段を備えた外部光変調器の動作点／光出力安定化方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の高速、大容量の情報通信に係る需要の高まりに対応して、光通信が注目されている。光通信システムにおいては、伝送すべき電気信号列の情報を光信号列に変換し、主に光ファイバに乗せて遠方に送り、遠隔地で伝送された光信号列を再度、電気信号列に戻す方法が取られている。
【０００３】
電気信号列を光信号列に変換する手段として光変調器が用いられるが、利用する信号列の速度、伝送距離、光波長に応じて種々の光変調器が利用されており、例えば、レーザダイオード（ＬＤ）の直接変調や、電界吸収型（ＥＡ）変調器、又はニオブ酸リチウム（ＬＮ）などの電気光学効果を有する材料を用いた基板表面にマッハツェンダー（ＭＺ）型のような光導波路を形成した光変調器（以下、ＬＮ光変調器という）を用いて、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ）レーザからの光を変調する外部光変調器が用いられてきた。
【０００４】
中でも、ＬＮ光変調器は超高速動作が可能であること、光波長依存性がないこと、さらには、チャープ量の制御が容易であることから、広帯域周波数における光通信に適した光制御素子として広く知られ、特に、高密度波長多重（ＤＷＤＭ）化や高速通信化に適応する光変調器として用いられている。
【０００５】
しかし、ＬＮ光変調器においては、環境の温度変化により、又はＬＮ光変調器の変調曲線（光変調器への印加電圧に対する光変調器からの光出力変化を示す曲線）の動作点（変調信号の基準となる電圧であり、通常、動作点として設定された電圧を中心に変調用の信号電圧が印加される）を設定する直流（ＤＣ）電圧の印加により、光変調器の変調曲線が印加電圧軸に沿って移動するという現象（ＤＣドリフト現象）がある。
このため、光変調器の動作点を安定化し、出力光量を一定に制御する手段が取られてきた。
【０００６】
光変調器の動作点を安定化する方法としては、例えば、低周波信号を信号列に重畳して光変調器に印加し、光変調器の光出力から該重畳した低周波成分を取り出し、重畳前の低周波信号と該光出力から取り出した低周波成分との位相差を比較して動作点のズレを検出し、該ズレ量がゼロとなるように光変調器に印加するＤＣ電圧値をフィードバック制御する方式や、光変調器からの出力光量をモニタし、該光量が一定になるように印加ＤＣ電圧を制御する方式などがある。さらに、前記の各種方式をベースにして、動作点のズレ量をいかに高精度に検出するかのような、補足的な方法技術も各種提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図９は従来例の１つで、光変調器の変調曲線の頂点Ａと底点Ｂにおいて、印加電圧Ｖとして、周波数ｆの低周波を逆位相に重畳するものであり、理想動作点（点Ａ，Ｂ）においては光出力Ｐには図示のように２ｆの低周波成分しかなく、印加した周波数ｆ成分は消えている。このように、光出力に含まれる周波数ｆ成分を最小にするように、光変調器に印加するＤＣ成分を制御する。
上記方法では、変調が飽和する頂点Ａと底点Ｂにおいて低周波を加えるため、光変調器からの光出力変化を検知し易くするには、印加する低周波電圧の振幅を大きくする必要があり、このため、本来の情報である電気信号列の波形が歪むという問題を生じていた。
【０００８】
また、図１０に示すように、外部光変調器であるＬＮ光変調器からの放射光を、ＬＮ光変調器の近傍に設置された光検知器であるホトダイオード（ＰＤ）で検知し、光変調器からの光出力に対応した検知信号を出力する。なお、ＬＮ光変調器からの出力光の一部を分岐させ直接的に検知し、光変調器からの光出力に対応した検知信号を得ることもできる。
ホトダイオードが出力する検知信号は、別途設けられた基準値Ｖｒｅｆと比較され、両者が一致するように、ＬＮ光変調器に印加するＤＣ電圧が制御される。このような従来例においては、光源自体の光出力変動や、ＬＮ光変調器内の透過率変動などがある場合、光変調器の変動曲線内の理想的な動作点（以下、理想動作点という。具体的には変動曲線の節・変曲点を意図する場合が多いが、ここでは、これに限らず設計者が意図する変調信号の変動の中心点を意味する）における光検知出力と基準値との間にズレが発生し、結果として設定される動作点が、理想動作点からズレた点となるという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、上述した問題を解決し、電気信号列の波形の歪みを抑え、光源自体の光出力変動や光変調器内の透過率変動などがある場合でも、光変調器の変調曲線の動作点又は光変調器からの光出力を安定的に設定可能な、外部光変調器の動作点／光出力安定化方法及び装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明では、光源と、光源からの光を変調する外部光変調器と、該外部光変調器からの出力光を検知する光検知器と、該外部光変調器の変調曲線の動作点を決定する直流バイアスを、該光検出器の出力に応じて調整し、該外部光変調器に印加する直流バイアス調整手段とを有する外部光変調器の動作点／光出力安定化方法において、該外部光変調器に入力する入力信号の信号周波数帯域の下限以下の周波数である低周波信号を、前記直流バイアスに重畳すると共に、該光検出器の出力に含まれる低周波成分を取り出し、該低周波信号を基に該低周波成分の出力を規格化し、該規格化した低周波成分に従って光源の出力光を制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項１に係る発明により、外部光変調器に入力する低周波信号の周波数が、入力信号の信号周波数帯域の下限以下であるため、電気信号列の波形の歪みを生じることが無い。しかも、検出した低周波成分の出力を、外部光変調器に印加する低周波信号を基に規格化を行い、該規格化した低周波成分の変化量から、光源自体の光出力変動や光変調器内の透過率変動に起因する状態変化を判断することが可能となり、これらの判断結果から必要に応じた光源の出力光の制御など、常に適切な動作点の安定化制御を実現することが可能となる。
【００１２】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の外部光変調器の動作点／光出力安定化方法において、該光源の出力光の制御に際しては、該光源の出力光を検出すると共に、該検出した値と初期光出力を定める初期光出力基準値とを比較し、該光源の出力光を調整する光源光出力制御手段を備え、前記規格化した低周波成分における初期値とその後の値との比により、該初期光出力基準値を変更し、該変更された基準値に基づき該光源光出力制御手段を動作させることを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明により、光源自体の光出力変動や光変調器内の透過率変動に起因する状態変化であると判断した際に、光源の出力光を適切に補正するための方法として、光源の出力光を検出可能である場合には、該検出値と初期光出力基準値とを比較して、光源光出力制御手段の初期光出力基準値を変更するという、既存の光源光出力制御手段に簡便な基準値補正回路を付加するだけで良い。これにより、光変調器の動作点の安定化と共に、光変調器の光出力の安定化制御を容易に実現することが可能となる。
【００１４】
また、請求項３に係る発明は、請求項１に記載の外部光変調器の動作点／光出力安定化方法において、該光源の出力光の制御に際しては、前記規格化した低周波成分における初期値とその後の値とが一致するように、光源の出力光を制御することを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係る発明により、光源自体の光出力変動や光変調器内の透過率変動に起因する状態変化であると判断した際に、光源の出力光を適切に補正するための他の方法として、光源の出力光が検出可能でない場合にも、光源自体の光出力変動や光変調器内の透過率変動に起因する状態変化に対応する、該規格化した低周波成分の変化量を基に、該変化量をゼロにするように光源の出力光を制御するだけで、光変調器の動作点の安定化と共に、光変調器の光出力の安定化制御を容易に実現することが可能となる。
【００１６】
また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の外部光変調器の動作点／光出力安定化方法を利用することを特徴とする外部光変調器の動作点／光出力安定化装置である。
【００１７】
請求項４に係る発明のように、請求項１乃至３に記載の外部光変調器の動作点／光出力安定化方法を利用した装置により、例えば、光源自体の光出力変動や光変調器内の透過率変動に起因する状態変化に対応して、光変調器の動作点や光変調器からの光出力を適切に制御可能とするなど、上述した各方法が有する優れた性能を実現する外部光変調器の動作点／光出力安定化装置を提供できる。
【００１８】
また、請求項５に係る発明は、請求項４に記載の外部光変調器の動作点／光出力安定化装置において、該光検出器は、外部光変調器を含むモジュールに内蔵されたホトダイオードであることを特徴とする。
【００１９】
請求項５に係る発明により、本発明に必須となる外部光変調器からの出力光を検知する光検知器として、ホトダイオードを採用することにより、該光検出器を、光変調器モジュール内にコンパクトに組み込むことが可能となり、本発明に係る外部光変調器の動作点／光出力安定化装置の利便性を高め、より優れた製品とすることが可能となる。
【００２０】
また、請求項６に係る発明は、請求項４又は５に記載の外部光変調器の動作点／光出力安定化装置において、該直流バイアス調整手段は、該光検出器の出力の平均値を得るための平均化回路を有し、該平均化回路の値に応じて外部光変調器に印加する直流バイアスを調整するように構成することを特徴とする。
【００２１】
請求項６に係る発明により、光変調器に印加する直流バイアスを、平均化された光出力に応じて調整するため、直流バイアス調整のために光変調器に印加する信号の周波数変動や、光検出器の検出感度の周波数依存性、検出時のノイズなどの影響を緩和でき、常に安定した出力光の強度を検知でき、直流バイアスを適切に調整することが可能となる。しかも、平均化回路のような簡便な電子回路で容易に実現することが可能であり、より優れた外部光変調器の動作点／光出力安定化装置が提供できる。
【００２２】
また、請求項７に係る発明は、請求項４乃至６のいずれかに記載の外部光変調器の動作点／光出力安定化装置において、該光検出器の出力に含まれる低周波成分を取り出すために、ローパスフィルタ又はバンドパスフィルタを用いることを特徴とする。
【００２３】
本発明の特徴として、外部光変調器に入力する入力信号の信号周波数帯域の下限以下の周波数である低周波信号を、外部光変調器に印加し、該低周波信号に係る光変調器の光出力変化を検知することにより、光変調器の動作点／光出力安定化の制御を行っており、請求項７に係る発明のように、ローパスフィルタ又はバンドパスフィルタを用いることで、光検出器の検知信号として着目する低周波成分のみを効率よく検出することが可能となる。
また、請求項６に係る発明と請求項７に係る発明との相乗効果として、光変調器の動作点の変動に影響を与える直流バイアス変化と、光源自体の光出力変動や光変調器内の透過率変動などの状態変化とに対し、共通の光検出器を用いた場合でも、各変化に対し必要な検出信号を生成可能となるため、より適切な動作点及び光出力の安定化制御を実現することができる。
【００２４】
また、請求項８に係る発明は、請求項４乃至７のいずれかに記載の外部光変調器の動作点／光出力安定化装置において、該直流バイアス調整手段は、該外部光変調器の変調曲線の動作点を決定する際に、該変調曲線のスロープを選択可能とするスロープ選択手段を有していることを特徴とする。
【００２５】
請求項８に係る発明により、光通信における伝送損失の改善などの目的で光変調器のチャープ量を調整する場合であっても、スロープ選択手段が組み込まれているため、多様なチャープ制御が可能であり、しかも、光変調器の動作点及び光変調器からの光出力の安定化を、各状態に応じて適切に実現することが可能となる。
【００２６】
また、請求項９に係る発明は、請求項４乃至８のいずれかに記載の外部光変調器の動作点／光出力安定化装置において、該光源はレーザダイオードであることを特徴とする。
【００２７】
請求項９に係る発明により、レーザダイオードは、光源の光出力制御の容易性や、素子自体のコンパクトさなどの利点を有するため、本発明に不可欠の光源へのフィードバック制御の反応性を高め、かつ光源を含む装置全体をコンパクトに構成できるなど、優れた外部光変調器の動作点／光出力安定化装置を提供することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施例を説明する図である。１はＬＮ光変調器モジュールであり、２はＬＮチップである。
光変調器を構成する基板としては、電気光学効果を有する材料、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３；以下、ＬＮという）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ_３）、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料から構成され、特に、光導波路デバイスとして構成しやすく、かつ異方性が大きいという理由から、ＬｉＮｂＯ_３結晶、ＬｉＴａＯ_３結晶、又はＬｉＮｂＯ_３及びＬｉＴａＯ_３からなる固溶体結晶を用いることが好ましい。本実施例では、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）を用いた例を中心に説明する。
【００２９】
光変調器を製造する方法としては、ＬＮ基板上にＴｉを熱拡散させて光導波路を形成し、次いで基板の一部又は全体に渡りバッファ層を設けずに、ＬＮ基板上に電極を直接形成する方法や、光導波路中の光の伝搬損失を低減させるために、ＬＮ基板上に誘電体ＳｉＯ_２等のバッファ層を設け、さらにその上にＴｉ・Ａｕの電極パターンの形成及び金メッキ方法などにより数十μｍの高さの変調電極及び接地電極を構成して、間接的に当該電極を形成する方法がある。
一般に、一枚のＬＮウェハに複数の光変調器を作り込み、最後に個々の光変調器のチップに切り離すことにより、光変調器（図１のＬＮチップ２）が製造される。
【００３０】
ＬＮチップ２の表面に形成した光導波路の形状は、多様な形状が選択できるが、本実施例ではマッハツェンダー（ＭＺ）型の光導波路を採用している。
ＭＺ型光導波路の形状は、入力用の光導波路をＹ字型の分岐光導波路により２つの光導波路に分け、その後、他のＹ字型分岐光導波路により２つの光導波路を合流させ、出力用の光導波路に接続するように構成されている。
ＬＮチップに入力された光は、このＭＺ型光導波路に沿って進行し、特に、２つの光導波路においては、該光導波路の近傍に変調電極及び接地電極が配置され、変調電極に印加した信号に応じて光導波路を伝播する光は位相変調を受ける。位相変調後、各導波光は、他の分岐光導波路において合波され、相互に干渉して強度変調された信号光を生成する。
信号光は、出力用の光導波路を伝播し、出力ファイバ１３から光変調器モジュール１の外部に取り出される。
図１においては、ＬＮチップ２に変調信号を印加する変調電極１１が導入されている様子のみを簡略的に図示している。
【００３１】
変調電極１１は、一般的には進行波電極であり、ポート３に印加したマイクロ波の信号列は導波路内の光と同一方向に伝播する。他方、変調電極１１の他端は終端器４で終端され、その終端器から、抵抗を介して直流（ＤＣ）バイアス電圧がポート５に印加される。
図１のように、変調電極はＤＣ電極と一体であっても、不図示であるがＤＣ電極と独立分離していても良い。
【００３２】
終端器４は主として、終端抵抗６、コンデンサ７およびＤＣ印加のための抵抗８からなり、信号列発生器１０からの信号列は、コンデンサ９を介して変調電極１１に印加され、変調電極１１を伝播後、抵抗６によって終端される。
ポート３からのモジュール内の高周波的なインピーダンスは、終端抵抗６で代表される抵抗値であり、抵抗８を介したＤＣバイアスポート側は無視できる。
また、ＤＣバイアスポート５からのＤＣ抵抗は、コンデンサ７，９により無限大となる。
【００３３】
光源であるレーザダイオード（ＬＤ）１２から出射した光は、ＬＮチップ２の光導波路に入力され、上述したようにＬＮチップ内にて変調を受け、ＬＮチップの他端からファイバ１３を介して出力される。
また、光変調器モジュール１に内蔵した光検出器であるホトダイオード（ＰＤ）１４によって出力光の一部をモニタする。
該ＰＤ１４の出力電流は、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）１５によって電圧に変換される。図２にその例を示すが、逆バイアスされたＰＤ１４から、ＰＤへの光入力に比例する光電流ｉｐが流れ、抵抗１６（抵抗値Ｒ）により該光電流に対応した電圧値に変換され、バッファアンプ１７から出力される。ＴＩＡ１５の入力電流ｉｐと出力電圧Ｖ_０とはＶ_０＝ｉｐ×Ｒのリニアな関係にあり、以降、説明の便宜上、該ＴＩＡ１５の出力をＰＤ１４の出力として説明する。
【００３４】
該内臓ＰＤ１４による出力光のモニタについては良く知られた技術であり、ここで詳述はしない。さらに、説明の便宜上、ＰＤ１４は出力光と同位相の出力位相であるとして以降説明する。ＬＮチップからの放射光を受けるモニタ方式であれば、出力光とＰＤ出力とは逆位相となるが、既知の位相反転回路などを介する補正や、前記光電流に逆比例する信号を出力することで容易に、出力光と同位相の信号を入手することが可能である。また、出力光の一部を直接検知することでも、出力光と同位相の検知信号を得ることも可能であることから、以下の説明では、ＰＤ出力は出力光と同位相であるものとして説明する。
【００３５】
信号列発生器１０からの信号列は、ポート３にＤＣカットコンデンサ９を介して入力される。このため、変調電極に入力される信号列は、ＤＣバイアスポート５に印加するＤＣ電圧を中心とした、無線周波（ＲＦ）信号となる。
図３に示すように、ＬＮ変調器では、変調曲線２２に沿って、印加される電圧Ｖに対応して光出力Ｐが変化する。
印加信号列１８に対して、最大の光振幅、および最大の消光比が得られるように、変調信号の動作点は最大出力Ｐ_０に対してＰ_０／２である点Ａまたは点Ｂあるいは点Ｃに設定され、さらに、信号列１８の振幅Ｖｐｐを隣接する頂点と底点との間の電圧Ｖｐｉに設定する。該Ｖｐｉは点間ＥＦであっても、ＦＧ，ＧＨ間であっても同一の値である。
【００３６】
動作の初期（電源の投入時、あるいは動作リセットからの再開動作時）において、変調信号の動作点となるＤＣバイアスの初期設定を行う。初期基準値設定手段１９から可変ＤＣ電圧をスイッチ（ＳＷ）２０を介してＤＣバイアスポート５に入力し、可変ＤＣ電圧に応じて変化する光変調器からの光出力を内臓ＰＤ１４で検出する。ＰＤ１４の出力は、ＲＦ信号に重畳されている可変ＤＣ電圧の効果を観察するため、平均化回路２１により平均値化される。
ＳＷ２０は初期動作時には接点ａｂが導通し、該初期動作が終われば接点間ａｃの導通に切り替わるものである。
【００３７】
光変調器における可変ＤＣ電圧と光出力と関係特性は、図３の曲線２２の変調曲線として得られ、該曲線の頂点出力Ｐ_０を求める。該Ｐ_０の１／２に対応する平均化回路２１の出力電圧を、動作点基準電圧Ｖｒｅｆｗとして基準値メモリ２３にて記憶する。
動作点比較手段２４において、光出力に対応した検知信号である平均化回路２１の信号２５とＶｒｅｆｗとを比較し、その差がゼロになるように動作点比較手段２４からＤＣバイアス電圧２６を出力する。
【００３８】
スロープ設定手段２７はスイッチであり、例えば、変調曲線の正のスロープにおいては出力２８がＧＮＤ、負のスロープにおいては電源電圧（ＶＣ）になるような極性とする。
動作点比較手段２４は図４に示すように、オペアンプ３０と、該オペアンプへの入力極性を切り替えるスイッチ（ＳＷ）２９で構成し、スロープ設定手段２７で設定されたスロープに対応して、ＳＷ２９を切り替える。
【００３９】
図５（ａ）に正のスロープでの極性を、図５（ｂ）に変調曲線上の制御の様子を示す。
この場合、オペアンプである比較回路３０の−入力端子３１へＰＤ出力を、＋入力端子３２へはＶｒｅｆｗを接続する。
図５（ｂ）における制御の手順を説明すると、曲線３３は初期の変調曲線である。Ｐ_０／２＝Ｐ_Ｃである点３３ｃにＤＣバイアス点が置かれ、この時のＤＣバイアス電圧はＶｃである。
光変調器におけるＤＣドリフトなどの原因により、変調曲線が３４にシフトした場合には、動作点は３３ｃから３４ａに移動し、光出力はＰａとなる。Ｐａ＞Ｐｃ（光出力がＰｃの場合、ＰＤ出力は、Ｖｒｅｆｗと等しくなる）であり、比較手段２４の出力２６は減ずる方向に変化する。
このＤＣバイアスの変化により、動作点は３４ａから矢印３５方向へ移動し、最終的にＰ＝Ｐｃである点３４ｃに収束する。
また、変調曲線が逆方向の３６にシフトした場合には、動作点は３３ｃから３６ｂに移動し、光出力Ｐｂ（＜Ｐｃ）となる。
この場合は、比較手段２４の出力２６はより増加する方向に変化し、矢印３７方向に動作点が移動し、Ｐ＝Ｐｃとなる点３６ｃに収束する。
【００４０】
図６（ａ）は、負のスロープが設定された場合の比較回路３０の入力接続を示す。端子３１にはＶｒｅｆｗが、端子３２へはＰＤ出力が接続される。このため、変調曲線のシフトに対するＤＣバイアス制御の方向は、正スロープ時とは逆方向の制御となる。
すなわち、変調曲線３８が曲線３９にシフトした場合、初期の動作点３８ｃは３９ａに移動し、Ｐａ＞Ｐｃとなる。図６（ａ）のような比較回路３０の接続関係では、比較回路の出力２６は、より大きくなる方向にＤＣバイアスを変化させ、動作点は、矢印４０方向へ移動し点３９ｃに収束する。
また曲線４１に対しては、動作点が４１ｂに移動し、Ｐｂ＜Ｐｃとなるため、比較回路３０の出力２６は、より小さくなる方向にＤＣバイアスを変化させる。このため、矢印４２方向へ動作点が移動し、点４１ｃに収束する。
このように、動作点は変調曲線がシフトしても、ＰＤ出力がＰ_０／２となるように、動作点比較手段２４の出力２６が変化して、同じ動作点を安定的に保つことが可能となる。
【００４１】
しかし、上述した動作点の安定化方式においては、光入力である光源１２の出力（Ｐｉ）あるいはＬＮ光変調器の光透過率（Ｔ）が何らかの原因で変化すると、動作点が変化していないにも拘らず、ＰＤ出力が変化するため、動作点比較回路において、変調曲線がシフトしたと判断し、動作点を修正するためにＤＣバイアスを変化させ、動作点が最適動作点（最大出力の１／２点）から外れる結果となる。
図７は、Ｐｉ×Ｔの値が小さくなる場合を例に、上述の状態を説明する図である。初期の変調曲線４３において、頂点出力Ｐ_０、動作点を出力Ｐ_０／２となる４３ｃとする。
光入力Ｐｉあるいは光変調器の光透過率Ｔのいずれか減少した場合、頂点出力がＰ_０’である変調曲線４４に変調曲線が変化する。この場合に、動作点比較回路においては、出力をＰ_０／２に維持するように制御を行うため、動作点は曲線４４上の４４ｂへ移動する。すなわち、動作点はＰ_０’／２である理想の動作点４４ｃから大きく外れることとなる。
この場合には、動作点を４４ｂとして振幅がＶｐｉに等しい信号列４５が入力されるため、光出力は４６の様に頂点付近で歪みをもった波形となる。
このような不都合を排除するため、Ｐｉ×Ｔを一定にするための光出力制御手段４７を設け、ＬＮ光変調器からの光出力を一定に保つことが、本発明の主な目的の一つである。
【００４２】
レーザダイオード（ＬＤ）の光出力調整方法は様々な方法が提案されている。なお、以下の説明では、ＬＤ１２の光出力は駆動電流４８に比例して増加するものとする。
低周波重畳回路４９において、ＤＣバイアス電圧２６に低周波信号源５０から周波数ｆの信号を重畳し、ＳＷ２０を介してＤＣバイアスポート５へ入力する。該低周波によって変調をうけた光出力成分を、ローパスフィルタ又はバンドパスフィルタなどで構成されるフィルタ５１によって、該低周波に該当する低周波数成分を切り出し、整流回路５２で整流する。
該整流電圧５３は、低周波信号源５０から整流回路５４を介して整流された基準値５５にて、規格化回路５６において割り算され、規格化された光出力の低周波成分値となる。規格化された低周波成分値５７（ｍ）は、光出力基準値補正回路５８に入力する。
該光出力基準値補正回路５８においては、予め設定された動作初期状態における規格化値（ｍｉ）を用いて、動作初期の規格化値からの変化を、ｍ／ｍｉとして光出力基準値設定回路５９へ出力する。
【００４３】
該光出力基準値設定回路５９においては、ＬＤ１２の光出力に対する初期の基準値Ｖｒｅｆｉ（初期光出力基準値設定回路６４に設定されている）を、ｍ／ｍｉで割った値を新しい光出力基準値ＶｒｅｆＬとして出力する。
すなわち、ＶｒｅｆＬ＝Ｖｒｅｆｉ×（ｍｉ／ｍ）であり、ｍが初期値ｍｉより大きく変化する場合、例えばＬＤ１２の光出力が初期状態より大きくなれば、ＶｒｅｆＬは初期状態より小さくなるように変更される。逆に、ＬＤ１２の光出力が小さくなる、又は、光変調器の光透過率が減少する場合などは、ｍが初期値ｍｉより小さく変化し、ＶｒｅｆＬをＶｒｅｆｉより大きくする。
【００４４】
ＬＤの駆動回路６０では、ＬＤ素子１２に内蔵されているバックビームモニタ６１からのモニタ出力６２を受け、上記光出力基準値ＶｒｅｆＬと比較し、両者を一致させるようにＬＤ駆動電流４８を制御する。
ＶｒｅｆＬが大きくなれば、ＬＤ駆動電流４８を増して光出力を増加させ、逆に、ＶｒｅｆＬが小さくなればＬＤ駆動電流４８を減じて光出力を小さくする。このように、光変調器からの光出力変化に対応して、基準値Ｖｒｅｆｉに補正を加えることにより、ＬＮモジュールからの光出力を一定化することが可能である。
なお、駆動回路６０とＬＤ１２間には、上記のようなＬＤの光出力に係る制御により、閉ループによる過制御が生じる可能性があり、ＬＤ１２への過電流を防止するために、電流リミッタ回路６３を設けている。
【００４５】
重畳する低周波数信号振幅ＶｆはＶｐｉに比べ十分に小さい値であり、リニアな変調が保たれる範囲にある。
この場合、光変調器からの光出力に含まれる低周波成分（Ｐｆ）は次式
Ｐｆ＝Ａ×Ｐｉ×Ｔ×Ｖｆ／Ｖｐｉ×ｓｉｎ（２πｆｔ）
で表わされ、整流した後の低周波成分（Ｐｆ’）は、
Ｐｆ’＝Ｂ×Ｐｉ×Ｔ×Ｖｆ
となる。
すなわち、Ｐｆ’は、振幅Ｖｆに比例し、かつ光入力（Ｐｉ）と光変調器の光透過率（Ｔ）に比例（Ａ，Ｂは常数）するため、Ｐｆ’／ＶｆがＰｉ×Ｔの変化を表す。上述したｍはｍ＝Ｐｆ’／Ｖｆを意味する。
【００４６】
図７において、ＬＤ自体の光源出力変動や光変調器の光透過率変動により、曲線４３が曲線４４にシフトする場合には、Ｐ_０とＰ_０’との比は、Ｐｉ×Ｔの初期値（Ｐｉ×Ｔ）ｉとシフト後の値（Ｐｉ×Ｔ）’との比と同じ値となる。
動作点４３ｃにおいて、低周波数信号（振幅Ｖｆ）を重畳した場合、光出力に含まれる低周波成分の整流値は、Ｂ×（Ｐｉ×Ｔ）ｉ×Ｖｆとなる。ただし、（Ｐｉ×Ｔ）ｉはＰｉ×Ｔの初期値を示す。
他方、低周波数信号を直接整流した整流値は、Ｃ×Ｖｆ（ただし、Ｃは常数）であり、この値で前記低周波成分の整流値を規格化すると、ｍｉ＝｛Ｂ×（Ｐｉ×Ｔ）ｉ×Ｖｆ｝／｛Ｃ×Ｖｆ｝＝Ｂ’×（Ｐｉ×Ｔ）ｉとなる（Ｂ’は常数）。
同様にして、動作点４４ｃについてもｍを算出すると、ｍ＝Ｂ’×（Ｐｉ×Ｔ）’となる。
以上から、Ｐ_０とＰ_０’との比は、Ｐ_０／Ｐ_０’＝ｍｉ／ｍとなる。
【００４７】
よって、ＬＤの光出力を調整して、Ｐ_０’をＰ_０に戻すためには、ＬＤの光出力を、ｍｉ／ｍ倍に変更する必要がある。したがって、ＬＤ駆動電流を制御する新しい光出力基準値ＶｒｅｆＬを、ＶｒｅｆＬ＝Ｖｒｅｆｉ×ｍｉ／ｍに設定すれば良い。
このように、ｍの初期値ｍｉからのズレ（変化量）を示すｍｉ／ｍに応じて光出力基準値ＶｒｅｆＬを、ＶｒｅｆＬ＝Ｖｒｅｆｉ×ｍｉ／ｍとなるように、補正を行うことにより、ＬＮ光変調器モジュール１からの出力光は常に一定値に維持することが可能となる。
【００４８】
上記の低周波信号の周波数ｆは、入力コンデンサ９の容量Ｃと光変調器の入力インピーダンスである終端抵抗６（通常、５０Ω）により決まるカットオフ周波数１／（５０×Ｃ）よりも十分に小さい周波数に設定されており、光出力の信号列には影響を与えない周波数となっている。
例えば、図８において、Ｃ＝０．１μＦ、信号列の周波数ｆｓ、ＰＲＢＳ段数をＰＮとした例を示すが、低域のカットオフ６６は約２００ｋＨｚであり、ｆ＝１ｋＨｚ程度に選べば、信号列スペクトルへの影響は無視できる。
ここで、Δｆ＝ｆｓ／２^ＰＮ−１であり、点線６７は信号列発生器１０の信号スペクトルの包絡線を、また、実線６８はポート３での信号列のスペクトルを示す。
低周波重畳信号６９は、６８の帯域下限である６６の周波数から十分に離れた低周波側の周波数であり、信号列には無関係とみなせる。また、フィルタから取り出す検出信号への上記信号列の影響は無視でき、純粋な低周波重畳信号のみが得られる。
【００４９】
次に、本発明に係る外部光変調器の動作点／光出力安定化方法の制御シーケンスについて説明する。制御シーケンスは次の手順で行う。
（１）光変調器に係る電源のオン、またはリセットからの再スタート、
（２）ＬＤ１２からの光出力が所定の値となるように、初期光出力基準値設定回路６４にて基準値Ｖｒｅｆｉを設定する、
（３）ＳＷ２０の接点をａｂ間導通とし、初期基準値設定手段１９から可変ＤＣ電圧を出力し、平均化回路２１からの出力を受けＬＮ光変調器の変調曲線を測定し、Ｐ_０／２に対応する動作点基準値Ｖｒｅｆｗをメモリ２３に記憶する、
（４）スロープ設定手段２７で設定したスロープ極性に対応して、ＳＷ２９を切り替える（この時点で動作点がＰ_０／２点に設定される）、
（５）ＳＷ２０の接点をａｃ導通とし、低周波信号をＤＣバイアス電圧２６に重畳する、
（６）光出力に含まれる低周波成分の規格化値（ｍｉ）を光出力基準値補正回路５８で記憶させる、
（７）光出力基準値補正回路５８において、新しい規格化値（ｍ）を、記憶したｍｉで割る、
（８）ＳＷ７０を閉じ、光出力基準値設定回路５９においてＶｒｅｆｉを補正、
（９）新しい基準値ＶｒｅｆＬにてＬＤを制御（該ステップにてＬＮ光変調器からの光出力、および動作点の閉ループ制御がスタートする）。
以降は（７）から（９）を繰り返す。
【００５０】
このように、ＬＮ光変調器モジュールからの光出力を、重畳した低周波信号の光出力に含まれる振幅の大きさ（特に、重畳した低周波信号で規格化した値）に基づいて制御することにより、バックビームモニタ方式のように、光源の出力光を検出する方式においては、ＬＤ光源のトラッキング不良による出力光の変化、あるいはＬＮ光変調器の透過率の変動などが発生しても、ＬＮ光変調器モジュールからの出力光を常に一定に制御でき、しかも、ＬＮ光変調器の動作点をＰ_０／２点に安定化することが可能となる。
【００５１】
図１１は光出力制御手段７１に関する第２の実施例であり、光源の出力光を検出する手段を有しない場合の制御方法である。
光出力制御手段７１には、スイッチ（ＳＷ）７３、ＳＷ７４およびメモリ７５を設け、規格化回路５６からの初期値ｍｉをメモリ７５に記憶し、記憶後ＳＷ７３を切り替えて、以降の規格化値ｍと該メモリ７５の値ｍｉとを、駆動回路７６で比較し、ｍ＝ｍｉとなるように、ＬＤ１２を駆動制御する。
該実施例においてはＬＤ１２のバックビームモニタＰＤの出力は利用しない。なお、駆動回路７６とＬＤ１２間には、上記駆動電流制御において、閉ループによる過制御が生じる可能性のあり、ＬＤ１２への過電流を防止するために、電流リミッタ回路７７を設ける。
【００５２】
第２の実施例に係る制御シーケンスは以下のとおりである。
（１）電源のオン、またはリセットからの再スタート、
（２）ＳＷ７４の接点をａｂ間導通とし、可変電流源７８によって、ＬＤ１２からの光出力が所定の値となるように初期光出力を設定する、
（３）ＳＷ２０の接点をａｂ間導通とし、初期基準値設定手段１９から可変ＤＣ電圧を出力し、平均化回路２１からの出力を受けＬＮ光変調器の変調曲線を測定し、Ｐ_０／２に対応する動作点基準値Ｖｒｅｆｗをメモリ２３に記憶する、
（４）スロープ設定手段２７で設定したスロープ極性に対応してＳＷ２９を切り替える（この時点で動作点がＰ_０／２点に設定される）、
（５）ＳＷ２０の接点をａｃ導通とし、低周波信号をＤＣバイアス電圧２６に重畳する、
（６）ＳＷ７３の接点をａｂ間導通とし、光出力に含まれる低周波成分の初期規格化値ｍｉをメモリ７５に記憶させる、
（７）ＳＷ７３の接点をａｃ間導通とし、新しい規格化値ｍと上記メモリした初期規格化値ｍｉとを、駆動回路７６で比較可能とする、
（８）ＳＷ７４の接点をａｃ間導通とし、駆動回路７６によるＬＤ１２の光出力制御をスタートする（該ステップにてＬＮ光変調器からの光出力、および動作点の閉ループ制御がスタートする）。
【００５３】
このように、バックビームモニタのような、光源の出力光を検出する手段を有しない場合でも、低周波成分の規格値であるｍｉ，ｍを、ｍ＝ｍｉとなるように制御する回路を付加することにより、ＬＤ出力光の変化、あるいはＬＮ光変調器の光透過率の変動などが発生しても、ＬＮ光変調器モジュールからの出力光を一定に制御でき、しかも、ＬＮ光変調器の動作点をＰ_０／２点に安定化することが可能となる。
【００５４】
また、図１及び１１の一点鎖線で囲まれた部分６５及び７２は、ＤＳＰ（あるいはＡＳＩＣ）などのマイクロコンピュータを組み込んだＩＣ化が可能であり、この場合には、上記の制御シーケンス操作を容易に実現することができる。
さらに、上記説明では、理想的な動作点としてＰ_０／２を挙げて述べたが、これに限るものではなく、ＶｒｅｆｗをＰ_０／２に対応する以外の値に設定すれば、変調曲線のスロープの任意点に動作点を設定できる。この場合であっても、上記動作点／光出力安定化方法及び装置は適用可能である。
なお、本発明の応用として、上述した本発明の構成に加え、例えば、光変調器からの光出力の検出精度向上やフィードバック制御の安定化など、光変調器の動作点／光出力の安定化特性をより一層改善するために、必要に応じて公知の技術を付加することもできることは言うまでもない。
【００５５】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の外部光変調器の動作点／光出力安定化方法及び装置によれば、電気信号列の波形の歪みを抑え、光源自体の光出力変動や光変調器内の透過率変動などがある場合でも、光変調器の変調曲線の動作点及び光変調器からの光出力を安定的に設定可能な、外部光変調器の動作点／光出力安定化方法及び装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の制御方法を示す回路図
【図２】トランスインピーダンスアンプを示す回路図
【図３】光変調器の変調曲線を示す図
【図４】動作点比較手段を構成する回路図
【図５】（ａ）は動作点比較手段の接続図であり、（ｂ）は正スロープにおける動作点の収束状態を示す図
【図６】（ａ）は動作点比較手段の接続図であり、（ｂ）は負スロープにおける動作点の収束状態を示す図
【図７】光源の光出力変動や光変調器の光透過率変動に起因する変調曲線の変化を示す図
【図８】信号列スペクトルと低周波信号との関係を示す図
【図９】光変調器の変調曲線の頂点又は底点を動作点とする変調信号と、光出力との関係を示す図。
【図１０】従来の光出力安定化方法を示す図
【図１１】本発明の第２の実施例の制御方法を示す回路図
【符号の説明】
１　ＬＮ光変調器モジュール
２　ＬＮチップ
３　信号列入力ポート
４　終端器
５　ＤＣバイアス入力ポート
１４　ホトダイオード
１２　光源
１５　ＴＩＡ
１９　初期動作点基準値設定回路
２１　平均化回路
２３　動作点基準値メモリ
２４　比較手段
２７　スロープ設定回路
４７，７１　出力光制御手段
４９　周波数重畳回路
５０　低周波信号源
５１　フィルタ
５８　光出力基準値補正回路
５９　光出力設定回路
６０，７６　ＬＤ駆動回路
６３，７７　電流リミッタ
６４　光出力初期基準値回路
７５　メモリ

Claims

光源と、光源からの光を変調する外部光変調器と、該外部光変調器からの出力光を検知する光検知器と、該外部光変調器の変調曲線の動作点を決定する直流バイアスを、該光検出器の出力に応じて調整し、該外部光変調器に印加する直流バイアス調整手段とを有する外部光変調器の動作点／光出力安定化方法において、該外部光変調器に入力する入力信号の信号周波数帯域の下限以下の周波数である低周波信号を、前記直流バイアスに重畳すると共に、該光検出器の出力に含まれる低周波成分を取り出し、該低周波信号を基に該低周波成分の出力を規格化し、該規格化した低周波成分に従って光源の出力光を制御することを特徴とする外部光変調器の動作点／光出力安定化方法。
請求項１に記載の外部光変調器の動作点／光出力安定化方法において、該光源の出力光の制御に際しては、該光源の出力光を検出すると共に、該検出した値と初期光出力を定める初期光出力基準値とを比較し、該光源の出力光を調整する光源光出力制御手段を備え、前記規格化した低周波成分における初期値とその後の値との比により、該初期光出力基準値を変更し、該変更された基準値に基づき該光源光出力制御手段を動作させることを特徴とする外部光変調器の動作点／光出力安定化方法。
請求項１に記載の外部光変調器の動作点／光出力安定化方法において、該光源の出力光の制御に際しては、前記規格化した低周波成分における初期値とその後の値とが一致するように、光源の出力光を制御することを特徴とする外部光変調器の動作点／光出力安定化方法。
請求項１乃至３のいずれかに記載の外部光変調器の動作点／光出力安定化方法を利用することを特徴とする外部光変調器の動作点／光出力安定化装置。
請求項４に記載の外部光変調器の動作点／光出力安定化装置において、該光検出器は、外部光変調器を含むモジュールに内蔵されたホトダイオードであることを特徴とする外部光変調器の動作点／光出力安定化装置。
請求項４又は５に記載の外部光変調器の動作点／光出力安定化装置において、該直流バイアス調整手段は、該光検出器の出力の平均値を得るための平均化回路を有し、該平均化回路の値に応じて外部光変調器に印加する直流バイアスを調整するように構成することを特徴とする外部光変調器の動作点／光出力安定化装置。
請求項４乃至６のいずれかに記載の外部光変調器の動作点／光出力安定化装置において、該光検出器の出力に含まれる低周波成分を取り出すために、ローパスフィルタ又はバンドパスフィルタを用いることを特徴とする外部光変調器の動作点／光出力安定化装置。
請求項４乃至７のいずれかに記載の外部光変調器の動作点／光出力安定化装置において、該直流バイアス調整手段は、該外部光変調器の変調曲線の動作点を決定する際に、該変調曲線のスロープを選択可能とするスロープ選択手段を有していることを特徴とする外部光変調器の動作点／光出力安定化装置。
請求項４乃至８のいずれかに記載の外部光変調器の動作点／光出力安定化装置において、該光源はレーザダイオードであることを特徴とする外部光変調器の動作点／光出力安定化装置。