JP2004118060A - Driving gear - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動装置に関し、例えば、マッハツェンダー型光変調器等の外部光変調器の印加電圧を調整して、外部光変調器の動作点を安定化させる装置に適用し得る。
【0002】
【従来の技術】
【0003】
【特許文献1】特開平3−251815号公報
例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)を使用したLN光変調器(リチウムナイオベート変調器)に代表されるマッハツェンダー(MZ)型光変調器は、印加電圧に対し光の透過特性が正弦波状に変化する事が知られているが、この透過特性は、温度などの外乱に敏感で経時変化(バイアス点ドリフト)が起こってしまう。
【0004】
ここで「バイアス点ドリフト(動作点ドリフト)」とは、印加電圧と光強度との関係を表す特性曲線(外部変調器が有する光透過特性を示す曲線)が、印加電圧方向に増減するドリフトのことである。
【0005】
これを補償するには様々な方法があるが、中でも上記特許文献1に示される方式(低周波重畳方式)は簡便である事から広く用いられている。
【0006】
図2は、上記特許文献1に係る低周波重畳方式を示す回路図である。上記特許文献1の低周波重畳方式は、電気信号3に低周波信号4を重畳した重畳信号で外部光変調器2(例えばマッハツェンダー(MZ)型光変調器)を駆動することで、外部光変調器2から出力された出力光信号にも低周波信号が重畳される。その出力光信号を光分岐して、その出力光信号から低周波信号を検出し、その検出された低周波信号と、元の低周波信号との位相差を検出し、バイアス点をフィードバック制御するというものである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特許文献1の低周波重畳方式は、伝送に用いる光信号に直接低周波信号を重畳するため、伝送光波形の劣化、特に消光比の劣化が起こるという問題がある。
【0008】
図3は、上述した従来の低周波重畳方式による出力光信号の波形を示した図である。図3に示すように、低周波信号の重畳により、出力光信号の波形(図中は「光波形」)の光パワー(光強度)が上下対称に揺らいでいることがわかる。この波形は1レベルも0レベルも同様に変調されているので、光波形の対称性は良いが、消光比の観点での劣化は避けられない。
【0009】
そのため、光変調器の動作点を安定化させて、光波形の揺らぎが少なく、消光比の劣化が少ない安定した出力光信号を光変調器から出力させるよう制御する駆動装置が求められている。
【0010】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するために、本発明の駆動装置は、入力した駆動信号に応じた駆動電圧に基づいて光源光を光変調する光変調器に対し、調整した駆動信号を与える駆動装置において、低周波信号を発振する低周波発振手段と、電気入力信号に低周波信号を重畳する重畳手段と、光変調器からの出力光信号に含まれる低周波成分と、低周波発振手段により発振された元の低周波信号との位相差に応じたバイアス信号に、上記低周波信号を合成する合成手段と、重畳手段により重畳された重畳信号と、加算手段により合成された合成信号とに基づいて、上限の波形と下限の波形とが非対称となる駆動電圧を光変調器に与える駆動手段とを備えることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
(A)第1の実施形態
以下、本発明に係る駆動装置の第1の実施形態について、図面を参照して詳説する。
【0012】
第1の実施形態は、マッハツェンダー型光変調器(MZ型光変調器)に入力する駆動電圧を調整し、MZ型光変調器の動作点のずれを補償して、動作点を安定化させる駆動装置に適用する場合を説明する。
【0013】
(A−1)第1の実施形態の構成
図1は、本実施形態の駆動装置を備える光変調装置の構成例を示す回路図である。なお、図1において、太線は光信号の経路であり、細線は電気信号の経路である。また、図1に示す光変調装置は、低周波信号に係るフィードバック制御をするものであり、フィードバック情報に基づいて駆動電圧を調整するものである。
【0014】
図1に示すように、光変調装置は、光源1と、マッハツェンダー(MZ)型光変調器2と、光分岐9と、本実施形態の駆動装置100とを有しており、この駆動装置100は、電気信号(変調電気信号)3と、低周波発振器4と、アンプ5と、コンデンサ6と、バイアスティ7と、終端抵抗8と、フォトダイオード(PD)10と、バンドパスフィルタ(BPF)11と、アンプ12と、乗算器13と、ローパスフィルタ(LPF)14と、差動増幅器15と、比較電圧16と、加算器17と、アンプ18と、分圧抵抗19と、反転スイッチ20とを備えるものである。
【0015】
低周波発振器4は、所定の周波数(f0)の低周波信号を発振するものであって、発振した低周波信号をアンプ5に与えると共に、反転スイッチ20及び乗算器13にも与えるものである。
【0016】
アンプ5は、電気信号(変調電気入力信号)3を変調に適した振幅まで増幅するものである。また、アンプ5は、低周波発振器4から低周波信号を受け取り、その低周波信号と電気信号3とを重畳して、その重畳信号をコンデンサ6を介してMZ型光変調器2に与えるものである。このアンプ5は、電気信号3について、変調に適した振幅まで増幅する際に、低周波信号で振幅変調をして重畳信号を生成する。
【0017】
なお、本実施形態では、アンプ5が、振幅増幅機能と重畳機能とを有することとして説明するが、これらの機能をそれぞれ異なるモジュールをもって実現してもよい。
【0018】
図4は、第1の実施形態のマッハツェンダー型光変調器2に入力する電気信号の波形を示した図である。図4(A)は、コンデンサ6からMZ型光変調器2に印加する電気信号の波形である。
【0019】
図4(A)が示すように、アンプ5から出力される電気信号は、低周波信号と重畳されたものなので、その包絡線の周期が1/f0の交流信号(AC信号)である。また、電気信号は、低周波信号が重畳された後に、コンデンサ6を通過しているので、ゼロを狭んで上下対称に揺らいだ波形になっている。
【0020】
マッハツェンダー(MZ)型光変調器2は、一方の変調入力端子が、コンデンサ6を介してアンプ5から電気信号3と低周波信号とが重畳された重畳信号を受け取り、また、他方の変調入力端子が、直接接続されたバイアスティ7から出力信号(バイアス信号と低周波信号とが重畳された重畳信号)を受け取り、これら駆動信号(重畳信号及びバイアスティ7の出力信号)に応じた駆動電圧に基づいて、光源1からの連続光(例えばレーザ光等のようなコヒーレンスな光など)を変調し入力信号を光信号に変換して、出力光信号を光分岐9に与えるものである。
【0021】
このMZ型光変調器2は、光変調器の一例を示したものであり、他に、電気入力信号端子と、バイアス信号入力端子とを有する光変調器であれば適用することができる。
【0022】
MZ型光変調器2に入力するバイアスティ7からの出力信号についての説明は後述する。
【0023】
光分岐9は、MZ型光変調器2からの出力光信号を2分岐するものであり、そのうちの一方をフォトダイオード(PD)10に与えるものである。また、2分岐した他方は、出力光信号として外部装置(図示しない)に与える。
【0024】
フォトダイオード(PD)10は、受け取った出力光信号を電気信号に変換する光−電気変換機能を備える手段である。PD10は、変換した電気信号をバンドパスフィルタ(BPF)11に与える。
【0025】
バンドパスフィルタ(BPF)11は、所定の周波数成分(f0)を抽出する手段であって、PD10によって出力光信号が電気的に変換された電気信号のうち低周波成分を抽出して、その低周波成分をアンプ12を介して乗算器13に与えるものである。従って、BPF11は、所定周波数以外の周波数成分を抽出することはない。
【0026】
BPF11が抽出する低周波成分は、低周波発振器4が発振する低周波信号の周波数成分に相当する。つまり、BPF11は、出力光信号に含まれる低周波信号の周波数成分を抽出するものである。
【0027】
乗算器13は、BPF11によって抽出された電気信号に含まれる低周波成分をアンプ12を介して受け取り、また、低周波発振器4から低周波信号(元の低周波信号)を受け取り、これら2個の低周波信号を乗算するものである。
【0028】
また、LPF14は、所定周波数以下の信号を通過させる手段である。
【0029】
乗算器13が乗算して得た出力信号をLPF14に与えると、LPF14は所定の周波数以下の信号を通過させ、LPF14は、これら2個の信号の位相を比較して、その位相差に応じた直流電圧(DC電圧)が出力する。
【0030】
従って、このLPF14から出力される直流電圧(DC電圧)に基づいて、MZ型光変調器2の動作点ドリフトの方向を検出することができる。
【0031】
差動増幅器15は、LPF14からの直流電圧を受け取り、その直流電圧に基づいて比較電圧16との差に応じた出力を算出するものである。なお、この比較電圧16を可変にすることで、バイアス制御点の調節に用いることができる。もちろん、比較抵抗16を一定の電圧としてもよい。
【0032】
加算器17は、差動増幅器15から出力信号を受け取り、また、アンプ18及び分圧抵抗19によって利得調整された低周波信号を受け取り、この出力信号に低周波信号を加算した加算信号をバイアスティ7に与えるものである。
【0033】
図4(B)は、加算器17の加算信号の波形を示した図である。
【0034】
加算器17は、差動増幅器15から比較電圧16との差に応じた直流信号(DC信号)を受け取り、その直流信号に低周波信号を加算するので、図4(B)に示す加算信号は、一方の極性について所定周期(1/f0)の揺らぎを有する波形を示す。
【0035】
反転スイッチ20は、低周波発振器4から低周波信号を受け取り、その低周波信号を反転させて、分圧抵抗19に与えるものである。
【0036】
なお、この反転スイッチ20は、低周波信号の極性を切り替える機能を有し、MZ型光変調器2の論理が正論理の場合と負論理の場合とに対応することができる。
【0037】
また、本実施形態では、低周波発振器4と分圧抵抗19との間に反転スイッチ20を備えたが、反転スイッチ20は、MZ型光変調器2に入力する電気信号3に重畳されている低周波信号と、バイアス信号に重畳されている低周波信号とのいずれかの極性を最終的に切り替えるための手段であるので、例えば、低周波発振器4とアンプ5との間に反転スイッチ20を備えてもよい。
【0038】
分圧抵抗19は、反転スイッチ20から低周波信号を受け取り、その低周波信号の電界(電圧)を分圧するものである。分圧抵抗19は、その分圧した低周波信号をアンプ18に与える。この分圧抵抗19は可変するようにしてもよい。
【0039】
アンプ18は、分圧抵抗19から分圧された低周波信号を受け取り、利得調整するものである。アンプ18は、利得調整した低周波信号を加算器17に与える。
【0040】
バイアスティ7は、低周波ポートと高周波ポートを有しており、低周波ポートは加算器17に接続しており、高周波ポートは終端抵抗8に接続している。また、バイアスティ7は、MZ型光変調器2に接続しており、加算器17からの加算信号を受け取り、この加算信号をMZ型光変調器2に与えるものである。この加算信号は、MZ型光変調器2へのバイアス点電圧として機能するものであり、バイアスティ7は、この加算器17からの加算信号に応じたバイアス信号をMZ型光変調器2に与える。
【0041】
図4(C)は、MZ型光変調器2が駆動電圧として取り込む駆動信号の波形を示した図である。なお、図1において、MZ型光変調器2は、コンデンサ6からの重畳信号と、バイアスティ7からの加算信号とをそれぞれ別個に取り込む構成であるが、最終的にMZ型光変調器2が取り込む駆動信号は、図4(C)に示す波形の信号である。
【0042】
図4(C)に示す駆動信号の波形は、図4(A)のコンデンサ6からの重畳信号と、図4(B)の加算器17の加算信号とを加算して得られたものである。この駆動信号は、一方の極性の揺らぎが打ち消されて、他方の極性の論理の揺らぎは振幅が2倍になっている。なお、アンプ5で低周波信号を重畳する特性が線形である場合以外は、完全に打ち消せないが、たいていの場合はほとんど問題にならないレベルまで打ち消せる。
【0043】
また、図4(C)は、駆動信号の0レベル側の揺らぎを打ち消したが、勿論1レベル側の揺らぎを打ち消しても良い。この場合、図4(B)に示す加算器17の出力信号の極性を逆にする必要がある。ここで、図4(B)に示す出力信号の振幅と極性とは、アンプ18、分圧抵抗19及び反転スイッチ20により自由に調整することができる。
【0044】
(A−2)第1の実施形態の動作
次に、第1の実施形態の動作について説明する。
【0045】
光源1が発光した連続光は、MZ型光変調器2に入射する。
【0046】
また、電気信号3は、アンプ5によって振幅増幅されると共に、低周波発振器4から発振された低周波信号と重畳されて、その重畳信号がコンデンサ6を介してMZ型光変調器2に与えられる。
【0047】
MZ型光変調器2が出力した出力光信号は、光分岐9により分岐されてフォトダイオード10に与えられ、フォトダイオード10によって光−電気変換される。変換された電気信号はBPF11に与えられる。
【0048】
BPF11において、フォトダイオード10からの電気信号が、所定の周波数成分(f0)を含んでいる場合、その周波数成分が抽出され、乗算器13に与えられる。乗算器13は、低周波発振器4から低周波信号(元の低周波信号)も受け取り、乗算器13及びLPF14によって、その抽出された周波数成分の位相と、元の低周波信号の位相とが比較されて、その位相差に応じた直流電圧が差動増幅器15に与えられる。
【0049】
つまり、BPF11により所定の周波数成分が抽出された場合に、その周波数成分と元の低周波信号との位相差に応じたLPF14からの直流電圧に基づいて、MZ型光変調器2の動作点ドリフトの方向を検出することができる。
【0050】
LPF14から出力された直流電圧は、差動増幅器15において、比較電圧16との差が増幅されて、差動増幅器15の出力信号が加算器17に与えられる。
【0051】
従って、差動増幅器15が、動作点ドリフトの方向を検出し、その動作点ドリフト方向を考慮して、出力光信号に低周波信号が含まれないように位相調整をする。
【0052】
差動増幅器15からの出力信号は、加算器17において、振幅調整された低周波信号を加算されて、その加算信号がバイアスティ7を介してMZ型光変調器2に与えられる。
【0053】
このとき、MZ型光変調器2を駆動させる駆動電圧は、入力するコンデンサ6からの重畳信号と、バイアスティ7からの加算信号とを加算した駆動信号に応じた電圧であり、その駆動信号の一方の揺らぎが打ち消されているものである。図4(C)に示す駆動信号は、加算された結果、駆動信号の下限側(0レベル側)の揺らぎが打ち消されている。
【0054】
図5は、MZ型光変調器2における、駆動信号に基づく駆動電圧(図5では印加電圧)と、出力光信号(図5では光波形)の光強度(光パワー)との関係を示した図である。
【0055】
図5に示す印加電圧は、図4(C)に示す駆動信号に応じた電圧であり、その駆動電圧の揺らぎが打ち消された方を、MZ型光変調器2の透過特性の波形の最小透過点に合わせて、その印加電圧をMZ型光変調器2に印加する。なお、このとき、駆動電圧の他方の揺らぎは所定周期1/f0の周期性を有する。
【0056】
MZ型光変調器2に印加電圧が印加されると、その印加電圧に基づいて出力光信号が出力する。印加電圧の一方の揺らぎが打ち消され、かつ、その打ち消された方がMZ型光変調器2の透過特性に合わせているので、出力光信号の下限側波形(0レベル)は揺らぎを生じない。また、印加電圧の他方の揺らぎの上下限の中間点の位置がMZ型光変調器2の透過特性の最大透過点と合致しているので、出力光信号の上限側波形(1レベル)は所定周期1/2f0の周期性を有することとなる。つまり、出力光信号の下限側波形(0レベル)が安定しているので、図3の従来の場合と比べて消光比が向上している。
【0057】
また、この出力光信号の上限側波形の揺らぎが1/2f0の周期を有することから、出力光信号が光−電気変換された後に、BPF11に与えられても周波数f0成分は抽出されないので、乗算器13とLPF14とによって低周波信号成分は検出されない。
【0058】
図6は、動作点ドリフトが正方向に生じた場合の駆動信号に基づく駆動電圧(図6では印加電圧)と、出力光信号(図6では光波形)の光強度(光パワー)との関係を示した図である。
【0059】
図6に示すように、動作点ドリフトが正方向に生じている場合、出力光信号強度は1/f0の周期性があり、その位相は元の低周波信号と同位相である。
【0060】
つまり、乗算器13とLPF14により低周波信号同士の位相差に応じた直流電圧が正である場合、動作点が正方向にドリフトしていることを検出することができる。
【0061】
図7は、動作点ドリフトが負方向に生じた場合の駆動信号に基づく駆動電圧(図7では印加電圧)と、出力光信号(図7では光波形)の光強度(光パワー)との関係を示した図である。
【0062】
図7に示すように、動作点ドリフトが負方向に生じている場合、出力光信号強度は1/f0の周期性があり、その位相は元の低周波信号と逆位相である。
【0063】
つまり、乗算器13とLPF14により低周波信号同士の位相差に応じた直流電圧が負である場合、動作点が負方向にドリフトしていることを検出することができる。
【0064】
(A−3)第1の実施形態の効果
以上、本実施形態によれば、加算器17が、差動増幅器15からのバイアス点を補償する出力信号に対して低周波信号を加算した加算信号を生成し、その加算信号と、変調電気信号に低周波信号を重畳させた重畳信号とを加算することにより、その駆動信号の一方の波形の揺らぎを打ち消すことができ、この駆動信号を用いた出力光信号の光波形についても、一方のレベルを安定化させることができるので、消光比を向上させることができる。
【0065】
(B)第2の実施形態
次に、本発明に係る駆動装置の第2の実施形態について図面を参照して説明する。
【0066】
第2の実施形態は、第1の実施形態、すなわちMZ型光変調器に入力する駆動信号の片側レベルの揺らぎを打ち消し、出力光信号の一方のレベルを安定化させる駆動装置に適用する場合である。
【0067】
(B−1)第2の実施形態の構成及び動作
図8は、第2の実施形態に係る駆動装置を備える光変調装置の構成を示す回路図である。
【0068】
図8に示すように、光変調装置は、光源1と、MZ型光変調器2と、光分岐9と、光アンプ21と、第2の実施形態の駆動装置200とを有し、この駆動装置200は、電気信号(変調電気信号)3と、低周波発振器4と、アンプ5と、コンデンサ6と、バイアスティ7と、終端抵抗8と、フォトダイオード(PD)10と、バンドパスフィルタ(BPF)11と、アンプ12と、乗算器13と、ローパスフィルタ(LPF)14と、差動増幅器15と、比較電圧16と、加算器17と、アンプ18と、分圧抵抗19とを備えるものである。
【0069】
第2の実施形態の構成について、第1の実施形態と対応する構成要件を備える場合には、その対応する符号を付しており、これについての機能説明を省略する。
【0070】
第2の実施形態は、光分岐9の後段に光アンプ21を備える点に特徴がある。
【0071】
光アンプ21は、光分岐9によって分岐された出力光信号を受け取り、その出力光信号に対して所定の利得を対応させて、出力光信号の片側レベルの揺らぎを圧縮させる手段である。
【0072】
この所定の利得について、図9に示す低周波信号に関する光アンプ21の入出力特性の関係図を用いて説明する。
【0073】
図9に示すように、低周波信号に関する光アンプ21の利得は、入力光の値が所定以上になると、それに対する出力光の値がほぼ一定の状態になる、いわゆる飽和状態の関係を有している。
【0074】
従って、光アンプ21は、光分岐9からの出力光信号を入力すると、その飽和状態の関係に従って、出力光信号の揺らぎを一定に圧縮することができる。
【0075】
例えば、図5に示すように、第1の実施形態では、MZ型光変調器2が出力する出力光信号は、0レベルについては揺らぎを打ち消し安定化させることができたが、1レベルについては揺らぎを打ち消すことをせず、振幅を従来方式の2倍にさせている。光アンプ21は、この1レベルの揺らぎを一定に圧縮して出力することができる。
【0076】
(B−3)第2の実施形態の効果
以上、本実施形態によれば、所定の入出力特性を有する光アンプ21を備えることにより、その入出力特性に応じて、出力光信号波形の揺らぎを圧縮することができる。
【0077】
また、本実施形態によれば、第1の実施形態のように、片側レベルのみの光強度を安定化させた場合には、逆側レベルの揺らぎをも一定に圧縮させることができるので、結果として、両側レベルとも揺らぎの小さい出力光信号の光変調波形を得ることができる。
【0078】
(C)他の実施形態
上述した第1及び第2の実施形態では、図5(C)に示すように駆動信号の波形の0レベル側の揺らぎを打ち消して安定化させるようにしたが、勿論1レベル側の揺らぎを打ち消すようにしてもよい。また、消光比の劣化を防止できるようにすれば良いので、駆動信号の片側波形を打ち消すことに限らず、消光比を向上させるように、駆動信号の両側の波形を調整するようにすればよい。従って、広い意味で駆動信号の上限波形と下限波形とが非対称となるように調整してもよい。
【0079】
第1及び第2の実施形態では、バイアスティ7を介して駆動電圧を供給しているが、低周波で変調された駆動信号の波形を調整することができれば、コンデンサ6及びバイアスティ7を備えないようにしてもよい。
【0080】
第2の実施形態では、光アンプ21の飽和特性を利用して出力光の揺らぎを圧縮したが、光アンプ21に関し、低周波信号の周期(1/f0)よりも十分速い時定数で、光出力一定制御を行なうことによっても同様の効果を得ることができる。
【0081】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、入力した駆動信号に応じた駆動電圧に基づいて光源光を光変調する光変調器に対し、調整した駆動信号を与える駆動装置において、低周波信号を発振する低周波発振手段と、電気入力信号に低周波信号を重畳する重畳手段と、光変調器からの出力光信号に含まれる低周波成分と、低周波発振手段により発振された元の低周波信号との位相差に応じたバイアス信号に、上記低周波信号を合成する合成手段と、重畳手段により重畳された重畳信号と、加算手段により合成された合成信号とに基づいて、上限の波形と下限の波形とが非対称となる駆動電圧を光変調器に与える駆動手段とを備えることから、光変調器の動作点を安定化させて、光波形の揺らぎが少なく、消光比の劣化が少ない安定した出力光信号を光変調器から出力させるよう制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係る光変調器の構成を示す回路図である。
【図2】従来の光変調器の構成を示す回路図である。
【図3】従来の低周波重畳方式による出力光信号波形を示した図である。
【図4】第1の実施形態のMZ型光変調器に入力する電気信号の波形を示した図である。
【図5】第1の実施形態のMZ型光変調器において、動作点ドリフトが生じていない場合の駆動信号に基づく駆動電圧と、出力光信号の光強度との関係を示した図である。
【図6】第1の実施形態の動作点ドリフトが正方向に生じている場合の出力光信号波形を示した図である。
【図7】第1の実施形態の動作点ドリフトが負方向に生じている場合の出力光信号波形を示した図である。
【図8】第2の実施形態に係る光変調器の構成を示す回路図である。
【図9】第2の実施形態に係る低周波信号に関する光アンプの入出力特性の関係図である。
【符号の説明】
2…マッハツェンダー(MZ)光変調器、3…電気信号(変調電気信号)、
4…低周波発振器、5…アンプ、7…バイアスティ、
10…フォトダイオード、11…バンドパスフィルタ(BPF)、
12…アンプ、13…乗算器、14…ローパスフィルタ(LPF)
15…差動増幅器、17…加算器、18…アンプ、19…分圧抵抗、
20…反転スイッチ、21…光アンプ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a driving device, and can be applied to, for example, a device that adjusts a voltage applied to an external optical modulator such as a Mach-Zehnder type optical modulator and stabilizes an operating point of the external optical modulator.
[0002]
[Prior art]
[0003]
For example, a Mach-Zehnder (MZ) type optical modulator represented by an LN optical modulator (lithium niobate modulator) using lithium niobate (LiNbO3) is applied with It is known that the transmission characteristic of light changes sinusoidally with respect to voltage, but this transmission characteristic is sensitive to disturbances such as temperature and changes with time (bias point drift).
[0004]
Here, the “bias point drift (operating point drift)” refers to the characteristic curve (curve indicating the light transmission characteristic of the external modulator) representing the relationship between the applied voltage and the light intensity. That is.
[0005]
There are various methods for compensating this, and the method (low frequency superposition method) disclosed in
[0006]
FIG. 2 is a circuit diagram showing a low-frequency superposition method according to
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the low-frequency superposition method disclosed in
[0008]
FIG. 3 is a diagram showing a waveform of an output optical signal according to the above-described conventional low-frequency superposition method. As shown in FIG. 3, it can be seen that the optical power (light intensity) of the waveform of the output optical signal (“optical waveform” in the figure) fluctuates vertically symmetrically due to the superposition of the low-frequency signal. Since this waveform is similarly modulated at both the 1 level and the 0 level, the symmetry of the optical waveform is good, but deterioration from the viewpoint of the extinction ratio is inevitable.
[0009]
Therefore, there is a need for a drive device that stabilizes the operating point of the optical modulator and controls the optical modulator to output a stable output optical signal with less fluctuation of the optical waveform and less deterioration of the extinction ratio.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, a driving device of the present invention provides a driving device that provides an adjusted driving signal to an optical modulator that optically modulates light from a light source based on a driving voltage according to an input driving signal. A low-frequency oscillating means for oscillating the high-frequency signal, a superimposing means for superposing the low-frequency signal on the electric input signal, a low-frequency component contained in the optical signal output from the optical modulator, A synthesizing means for synthesizing the low-frequency signal with a bias signal corresponding to a phase difference with the low-frequency signal, a superimposed signal superimposed by the superimposing means, and a synthesized signal synthesized by the adding means. And a drive unit for applying a drive voltage to the optical modulator in which the lower waveform and the lower waveform are asymmetric.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(A) First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of a driving device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0012]
In the first embodiment, a driving voltage input to a Mach-Zehnder optical modulator (MZ optical modulator) is adjusted, a deviation of an operating point of the MZ optical modulator is compensated, and the operating point is stabilized. A case where the present invention is applied to a driving device will be described.
[0013]
(A-1) Configuration of First Embodiment FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of an optical modulation device including a drive device of the present embodiment. In FIG. 1, a thick line indicates a path of an optical signal, and a thin line indicates a path of an electric signal. The optical modulator shown in FIG. 1 performs feedback control on a low-frequency signal, and adjusts a drive voltage based on feedback information.
[0014]
As shown in FIG. 1, the optical modulation device includes a
[0015]
The low-frequency oscillator 4 oscillates a low-frequency signal of a predetermined frequency (f0), and supplies the oscillated low-frequency signal to the amplifier 5 and also to the inverting switch 20 and the multiplier 13.
[0016]
The amplifier 5 amplifies the electric signal (modulated electric input signal) 3 to an amplitude suitable for modulation. The amplifier 5 receives a low-frequency signal from the low-frequency oscillator 4, superimposes the low-frequency signal on the
[0017]
In the present embodiment, the amplifier 5 is described as having an amplitude amplification function and a superposition function, but these functions may be realized by different modules.
[0018]
FIG. 4 is a diagram illustrating a waveform of an electric signal input to the Mach-Zehnder
[0019]
As shown in FIG. 4A, the electric signal output from the amplifier 5 is an AC signal (AC signal) whose envelope cycle is 1 / f0 because the electric signal is superimposed on the low-frequency signal. Since the electric signal passes through the
[0020]
The Mach-Zehnder (MZ)
[0021]
The MZ type
[0022]
The output signal from the
[0023]
The
[0024]
The photodiode (PD) 10 is a unit having an optical-electrical conversion function of converting a received output optical signal into an electric signal. The
[0025]
The band-pass filter (BPF) 11 is a means for extracting a predetermined frequency component (f0). The band-pass filter (BPF) 11 extracts a low-frequency component from the electrical signal obtained by electrically converting the output optical signal by the
[0026]
The low frequency component extracted by the
[0027]
The multiplier 13 receives a low frequency component included in the electric signal extracted by the
[0028]
The
[0029]
When the output signal obtained by the multiplication by the multiplier 13 is given to the
[0030]
Therefore, the direction of the operating point drift of the MZ type
[0031]
The differential amplifier 15 receives the DC voltage from the
[0032]
The adder 17 receives the output signal from the differential amplifier 15, receives the low-frequency signal whose gain has been adjusted by the amplifier 18 and the voltage-dividing resistor 19, and biases the added signal obtained by adding the low-frequency signal to the output signal. 7 is given.
[0033]
FIG. 4B is a diagram illustrating a waveform of an addition signal of the adder 17.
[0034]
The adder 17 receives a DC signal (DC signal) corresponding to the difference from the comparison voltage 16 from the differential amplifier 15 and adds a low-frequency signal to the DC signal, so that the addition signal shown in FIG. Shows a waveform having fluctuation of a predetermined cycle (1 / f0) for one polarity.
[0035]
The inverting switch 20 receives the low-frequency signal from the low-frequency oscillator 4, inverts the low-frequency signal, and supplies the inverted signal to the voltage dividing resistor 19.
[0036]
The inversion switch 20 has a function of switching the polarity of the low-frequency signal, and can cope with a case where the logic of the MZ type
[0037]
In the present embodiment, the inversion switch 20 is provided between the low-frequency oscillator 4 and the voltage dividing resistor 19, but the inversion switch 20 is superimposed on the
[0038]
The voltage dividing resistor 19 receives a low frequency signal from the inverting switch 20 and divides the electric field (voltage) of the low frequency signal. The voltage dividing resistor 19 supplies the divided low frequency signal to the amplifier 18. This voltage dividing resistor 19 may be variable.
[0039]
The amplifier 18 receives the divided low-frequency signal from the voltage dividing resistor 19 and adjusts the gain. The amplifier 18 supplies the gain-adjusted low-frequency signal to the adder 17.
[0040]
The
[0041]
FIG. 4C is a diagram showing a waveform of a drive signal that the MZ type
[0042]
The waveform of the drive signal shown in FIG. 4C is obtained by adding the superimposed signal from the
[0043]
Further, in FIG. 4C, the fluctuation on the 0 level side of the drive signal is canceled, but the fluctuation on the 1 level side may of course be canceled. In this case, it is necessary to reverse the polarity of the output signal of the adder 17 shown in FIG. Here, the amplitude and the polarity of the output signal shown in FIG. 4B can be freely adjusted by the amplifier 18, the voltage dividing resistor 19 and the inverting switch 20.
[0044]
(A-2) Operation of First Embodiment Next, the operation of the first embodiment will be described.
[0045]
The continuous light emitted by the
[0046]
The
[0047]
The output optical signal output from the MZ type
[0048]
In the
[0049]
That is, when a predetermined frequency component is extracted by the
[0050]
The difference between the DC voltage output from the
[0051]
Accordingly, the differential amplifier 15 detects the direction of the operating point drift, and adjusts the phase so that the output optical signal does not include the low frequency signal in consideration of the operating point drift direction.
[0052]
The output signal from the differential amplifier 15 is added to the low-frequency signal whose amplitude has been adjusted in the adder 17, and the added signal is supplied to the MZ
[0053]
At this time, the drive voltage for driving the MZ type
[0054]
FIG. 5 shows the relationship between the driving voltage (applied voltage in FIG. 5) based on the driving signal and the light intensity (optical power) of the output optical signal (optical waveform in FIG. 5) in the MZ
[0055]
The applied voltage shown in FIG. 5 is a voltage according to the drive signal shown in FIG. 4C, and the direction in which the fluctuation of the drive voltage is canceled out is the minimum transmission of the waveform of the transmission characteristic of the MZ
[0056]
When an applied voltage is applied to the MZ
[0057]
Further, since the fluctuation of the upper limit side waveform of the output optical signal has a period of 1 / 2f0, the frequency f0 component is not extracted even if the output optical signal is given to the
[0058]
FIG. 6 shows the relationship between the drive voltage (applied voltage in FIG. 6) based on the drive signal when the operating point drift occurs in the positive direction and the light intensity (light power) of the output light signal (light waveform in FIG. 6). FIG.
[0059]
As shown in FIG. 6, when the operating point drift occurs in the positive direction, the output optical signal intensity has a periodicity of 1 / f0, and its phase is the same as that of the original low-frequency signal.
[0060]
That is, when the DC voltage corresponding to the phase difference between the low-frequency signals is positive by the multiplier 13 and the
[0061]
FIG. 7 shows the relationship between the drive voltage (applied voltage in FIG. 7) based on the drive signal when the operating point drift occurs in the negative direction and the light intensity (light power) of the output light signal (light waveform in FIG. 7). FIG.
[0062]
As shown in FIG. 7, when the operating point drift occurs in the negative direction, the output optical signal intensity has a periodicity of 1 / f0, and its phase is opposite to that of the original low frequency signal.
[0063]
That is, when the DC voltage corresponding to the phase difference between the low-frequency signals is negative by the multiplier 13 and the
[0064]
(A-3) Effects of the First Embodiment As described above, according to the present embodiment, the adder 17 adds the low frequency signal to the output signal from the differential amplifier 15 for compensating the bias point. Is generated, and the added signal and the superimposed signal obtained by superimposing the low-frequency signal on the modulated electric signal are added, so that the fluctuation of one waveform of the drive signal can be canceled, and this drive signal is used. One level of the optical waveform of the output optical signal can also be stabilized, so that the extinction ratio can be improved.
[0065]
(B) Second Embodiment Next, a second embodiment of the driving device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0066]
The second embodiment is applied to the first embodiment, that is, a drive device that cancels fluctuation of one side level of a drive signal input to an MZ optical modulator and stabilizes one level of an output optical signal. is there.
[0067]
(B-1) Configuration and Operation of Second Embodiment FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of an optical modulation device including a drive device according to the second embodiment.
[0068]
As shown in FIG. 8, the optical modulation device includes a
[0069]
When the configuration of the second embodiment has the configuration requirements corresponding to those of the first embodiment, the corresponding reference numerals are given, and the description of the functions thereof will be omitted.
[0070]
The second embodiment is characterized in that an optical amplifier 21 is provided downstream of the
[0071]
The optical amplifier 21 is a means for receiving the output optical signal split by the
[0072]
This predetermined gain will be described with reference to the relationship diagram of the input / output characteristics of the optical amplifier 21 with respect to the low frequency signal shown in FIG.
[0073]
As shown in FIG. 9, the gain of the optical amplifier 21 with respect to the low-frequency signal has a so-called saturated state in which when the value of the input light exceeds a predetermined value, the value of the output light becomes substantially constant. ing.
[0074]
Therefore, when the output optical signal from the
[0075]
For example, as shown in FIG. 5, in the first embodiment, the output optical signal output from the MZ type
[0076]
(B-3) Effects of the Second Embodiment As described above, according to the present embodiment, by providing the optical amplifier 21 having the predetermined input / output characteristics, the output optical signal waveform fluctuates according to the input / output characteristics. Can be compressed.
[0077]
Further, according to the present embodiment, when the light intensity of only one side level is stabilized as in the first embodiment, the fluctuation of the opposite side level can be compressed to a constant level. As a result, it is possible to obtain an optical modulation waveform of an output optical signal having small fluctuations at both levels.
[0078]
(C) Other Embodiments In the above-described first and second embodiments, as shown in FIG. 5 (C), the fluctuation of the waveform of the drive signal on the 0 level side is canceled and stabilized. The fluctuation on the one level side may be canceled. Further, since it is sufficient to prevent the deterioration of the extinction ratio, the invention is not limited to canceling the one-sided waveform of the drive signal, and the waveforms on both sides of the drive signal may be adjusted so as to improve the extinction ratio. . Therefore, the adjustment may be performed so that the upper limit waveform and the lower limit waveform of the drive signal are asymmetric in a broad sense.
[0079]
In the first and second embodiments, the drive voltage is supplied via the
[0080]
In the second embodiment, the fluctuation of the output light is compressed by using the saturation characteristic of the optical amplifier 21. However, the optical amplifier 21 has a time constant that is sufficiently faster than the period (1 / f0) of the low-frequency signal, and The same effect can be obtained by performing the constant output control.
[0081]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a driving device that provides an adjusted drive signal to an optical modulator that optically modulates a light source light based on a drive voltage corresponding to an input drive signal, a low-frequency oscillator that oscillates a low-frequency signal Oscillating means, superimposing means for superimposing a low-frequency signal on the electrical input signal, low-frequency components included in the optical signal output from the optical modulator, and the position of the original low-frequency signal oscillated by the low-frequency oscillating means. Based on the synthesizing means for synthesizing the low-frequency signal with the bias signal according to the phase difference, the superimposed signal superimposed by the superimposing means, and the synthesized signal synthesized by the adding means, And a driving means for applying a driving voltage to the optical modulator to provide an asymmetrical driving voltage, thereby stabilizing the operating point of the optical modulator, reducing the fluctuation of the optical waveform, and reducing the extinction ratio. The light modulator It can be controlled so as to output.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a configuration of an optical modulator according to a first embodiment.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional optical modulator.
FIG. 3 is a diagram showing an output optical signal waveform according to a conventional low-frequency superposition method.
FIG. 4 is a diagram illustrating a waveform of an electric signal input to the MZ-type optical modulator according to the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between a driving voltage based on a driving signal and a light intensity of an output optical signal when an operating point drift does not occur in the MZ optical modulator according to the first embodiment.
FIG. 6 is a diagram illustrating an output optical signal waveform when the operating point drift of the first embodiment occurs in the positive direction.
FIG. 7 is a diagram illustrating an output optical signal waveform when the operating point drift occurs in the negative direction according to the first embodiment.
FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a configuration of an optical modulator according to a second embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing a relationship between input and output characteristics of an optical amplifier with respect to a low-frequency signal according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
2 Mach-Zehnder (MZ)
4 low frequency oscillator, 5 amplifier, 7 bias tee,
10: photodiode, 11: band-pass filter (BPF),
12 amplifier, 13 multiplier, 14 low-pass filter (LPF)
15: differential amplifier, 17: adder, 18: amplifier, 19: voltage dividing resistor,
20: reversing switch, 21: optical amplifier.
Claims (2)
低周波信号を発振する低周波発振手段と、
電気入力信号に上記低周波信号を重畳する重畳手段と、
上記光変調器からの出力光信号に含まれる低周波成分と、上記低周波発振手段により発振された元の低周波信号との位相差に応じたバイアス信号に、上記低周波信号を合成する合成手段と、
上記重畳手段により重畳された重畳信号と、上記加算手段により合成された合成信号とに基づいて、上限の波形と下限の波形とが非対称となる駆動電圧を上記光変調器に与える駆動手段と
を備えることを特徴とする駆動装置。For a light modulator that optically modulates light source light based on a drive voltage according to an input drive signal, a drive device that provides the adjusted drive signal,
Low frequency oscillation means for oscillating a low frequency signal;
Superimposing means for superimposing the low-frequency signal on the electric input signal;
Combining the low-frequency signal with a bias signal corresponding to the phase difference between the low-frequency component included in the output optical signal from the optical modulator and the original low-frequency signal oscillated by the low-frequency oscillator. Means,
A driving unit that supplies a drive voltage to the optical modulator, in which an upper limit waveform and a lower limit waveform are asymmetric based on the superimposed signal superimposed by the superimposing unit and the synthesized signal synthesized by the adding unit. A driving device, comprising:
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