JP2004287330A

JP2004287330A - 光変調装置

Info

Publication number: JP2004287330A
Application number: JP2003082147A
Authority: JP
Inventors: Makoto Saito; 誠齋藤
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2003-03-25
Filing date: 2003-03-25
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2023-03-25
Also published as: JP4026823B2

Abstract

【課題】電源投入時等の初期動作時の光変調器の動作点を所望の安定点に設定できるようにする。
【解決手段】電圧範囲制御手段３１は、初期動作時等の所定タイミングに光変調器１２に供給されるバイアス電圧Ｂの取り得る範囲を所定電圧範囲より狭い範囲となるように制限し、その制限された電圧範囲内で光変調器１２の動作点を設定すべき点に一致させ、動作点が設定すべき点に一致した後にバイアス電圧Ｂの取り得る範囲が所定電圧範囲となるように制御する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイアス電圧によってその動作点が設定される光変調器を有する光変調装置において、初期動作時等に所望の動作点に設定するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光の強度を入力信号によって強度変調する光変調装置では、電気光学効果や磁気光学効果によって光を変調する光変調器が用いられる場合が多い。
【０００３】
これらの光変調器の動作点は直流のバイアス電圧によって決定される。しかし、光変調器に一定のバイアス電圧を印加して動作点を設定しても、温度や経時変化の影響によって光変調器自体の変調特性が変化して、動作点ずれが発生する場合がある。
【０００４】
このため、この種の光変調器を用いた光変調装置では、光変調器の出射光に基づいて動作点のずれを検出し、そのずれが減少する方向にそのバイアス電圧を可変して、常に設定した動作点で光変調器が動作するようにフィードバック制御することが多い。
【０００５】
図８は、このようなフィードバック制御によって動作点を安定化する従来の光変調装置１０の構成を示している。
【０００６】
図８において、レーザダイオード１１から出射された光Ｐは、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）が有する電気光学効果を利用した光変調器１２に入射される。
【０００７】
ドライブアンプ１３は、入力されたデータ信号Ｄを増幅し、これに低周波発振器１６の出力信号Ａが重畳された変調信号Ｍを生成して光変調器１２に入力する。
【０００８】
光変調器１２は、入射光Ｐを変調信号Ｍによって強度変調し、その強度変調された光Ｐｍを、動作点検出手段１５の光カプラ１７に出射する。
【０００９】
動作点検出手段１５は、光変調器１２の動作点のずれを検出するためのものであり、光カプラ１７によって入射光Ｐｍを２分岐し、その一方Ｐｍ１を光変調装置の出射光として外部へ出力し、他方Ｐｍ２を例えばピン（ＰＩＮ）フォトダイオードからなる受光素子１８によって受光する。
【００１０】
受光素子１８は、入射光Ｐｍ２をその強度変化に応じて電圧が変化する電気信号Ｅに変換してＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１９に出力する。
【００１１】
ＢＰＦ１９は、受光素子１８の出力信号Ｅから、低周波発振器１６の出力信号Ａと同一周波数成分の信号Ａ′を抽出して、位相検出器２０に出力する。
【００１２】
位相検出器２０は、低周波発振器１６の出力信号ＡとＢＰＦ１７の出力信号Ａ′との位相を比較し、その位相差に応じて電圧が変化する信号Ｑを、動作点のずれに対応した信号として直流アンプ２１に出力する。
【００１３】
直流アンプ２１は、バイアス電圧供給手段を構成するものであり、位相検出器２０の出力信号Ｑを動作点のずれをなくす方向に変化するバイアス電圧Ｂとして光変調器１２に供給する。ここで、直流アンプ２１が光変調器１２に供給できるバイアス電圧Ｂの範囲は、直流アンプ２１に供給されている電源電圧Ｖ＋、Ｖ−の範囲であるものとする。実際のバイアス電圧Ｂの範囲は、電源電圧の範囲より狭くなるが説明上同一とする。
【００１４】
一方、光変調器１２は、図９の（ａ）、（ｂ）に示すように、入力電圧の単調変化に対して、出射光の強度が正弦状に周期変化する変調特性Ｆを有しているが、この変調特性は、温度変化や経時変化等によって、例えば図９の（ａ）の特性Ｆ′や図９の（ｂ）の特性Ｆ″のように変動する。
【００１５】
通常、光変調器の動作点として好ましいのは、入力信号に対するダイナミックレンジが最も広くなる点であり、この点は正弦波状の変調特性Ｆの最大と最小の中間の点（バイアス電圧Ｂが取り得るＶ＋〜Ｖ−の範囲無いではＳ１〜Ｓｎ）である。以下、これらの点を安定点と呼ぶ。
【００１６】
動作点が安定点からずれると、そのずれの量と方向に応じて信号Ａに対する信号Ａ′の位相が変化し、その位相差に応じた信号が位相検出器２０から直流アンプ２１に出力され、直流アンプ２１が動作点のずれをなくす方向にバイアス電圧Ｂを変化させ、動作点が安定点に一致した状態を維持する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように光変調器１２の動作点が安定点と一致するように制御する光変調装置の場合、電源投入時等の過渡的な状態において、光変調器１２の動作点はいずれの安定点Ｓ１〜Ｓｎにも一致する可能性があり、入力電圧の下限や上限に近い安定点に動作点が一致した場合に、変調特性のドリフトに対して、バイアス電圧が追従できず、動作点ずれを招く。
【００１８】
例えば、電源が投入された初期動作時に、図９の（ａ）の特性Ｆに対して動作点が下限に近い安定点Ｓ１に一致した状態で、変調特性がＦ′のように変動すると、入力電圧の下限（Ｖ−）よりバイアス電圧を下げることができなくなり、動作点ずれが発生する。
【００１９】
また、逆に、図９の（ｂ）の特性Ｆに対して、動作点が上限に近い安定点Ｓｎに一致した状態で、変調特性がＦ″のように変動すると、入力電圧の上限（Ｖ＋）よりバイアス電圧を上げることができなくなり、動作点ずれが発生する。
【００２０】
この問題は、下記の特許文献１に記載されているように、マッハツェンダ型の光変調器から得られる位相の反転した２つの出射光の平均パワーをそれぞれ求め、その差に対応するモニタ電圧を生成し、光変調器の動作点が設定すべき点に一致したときのモニタ電圧を基準値とし、この基準値に対するモニタ電圧の偏差を動作点のずれとして検出し、その動作点のずれを少なくするバイアス電圧を光変調器に供給するように構成された光変調装置についても同様に発生する。
【００２１】
【特許文献１】特開平４−２９４３１８号公報
【００２２】
本発明は、この問題を解決した光変調装置を提供することを目的としている。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１の光変調装置は、
バイアス電圧によってその動作点が設定される光変調器（１２）と、
前記光変調器の出射光に基づいて動作点の設定すべき点からのずれを検出する動作点検出手段（１５）と、
前記動作点検出手段の検出結果に基づいて動作点のずれを減少させる方向に変化する所定電圧範囲内のバイアス電圧を前記光変調器に供給するバイアス電圧供給手段（２１）とを有する光変調装置において、
所定タイミングに前記光変調器に供給されるバイアス電圧の取り得る範囲を前記所定電圧範囲より狭い範囲となるように制限することにより、該制限された電圧範囲内で前記光変調器の初期動作点を設定し、その設定後に前記バイアス電圧の取り得る範囲が前記所定電圧範囲となるように制御する電圧範囲制御手段（３１）を設けたことを特徴としている。
【００２４】
また、本発明の請求項２の光変調装置は、請求項１記載の光変調装置において、
前記電圧範囲制御手段は、前記バイアス電圧供給手段に供給される電源電圧を制御して、前記光変調器に供給されるバイアス電圧の取り得る範囲を、前記所定タイミングから動作点が設定されるまで前記所定電圧範囲より狭い範囲に制限することを特徴としている。
【００２５】
また、本発明の請求項３の光変調装置は、請求項１記載の光変調装置において、
前記電圧範囲制御手段は、前記バイアス電圧供給手段と前記光変調器との間にリミッタ回路（３５）を挿入して、前記光変調器に供給されるバイアス電圧の取り得る範囲を、前記所定タイミングから動作点が設定されるまで前記所定電圧範囲より狭い範囲に制限することを特徴としている。
【００２６】
また、本発明の請求項４の光変調装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の光変調装置において、
前記電圧範囲制御手段は、前記光変調装置に供給されるバイアス電圧の取り得る範囲を、前記所定電圧範囲より狭い範囲から前記所定電圧範囲へ段階的に変化させることを特徴としている。
【００２７】
また、本発明の請求項５の光変調装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の光変調装置において、
前記電圧範囲制御手段は、前記光変調装置に供給されるバイアス電圧の取り得る範囲を、前記所定タイミングから時間の経過に伴って連続的に漸増して前記所定電圧範囲に至るように変化させることを特徴としている。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した光変調装置３０の構成を示している。
【００２９】
この光変調装置３０を構成するレーザダイオード１１、光変調器１２、ドライブアンプ１３、動作点検出手段１５を構成する低周波発振器１６、光カプラ１７、受光素子１８、ＢＰＦ１９、位相検出器２０およびバイアス電圧供給手段としての直流アンプ２１は、前記した図８の光変調装置１０に示したものと同一であるので、同一符号を付して説明を省略する。
【００３０】
この光変調装置３０には、初期動作時等の所定タイミングに光変調器１２に供給されるバイアス電圧Ｂの取り得る範囲を、直流アンプ２１が出力できる所定電圧範囲より狭い範囲となるように制限し、その制限された電圧範囲内で光変調器１２の動作点を設定すべき点（前記安定点の一つあるいはその付近）に一致させ、動作点が設定すべき点あるいはその付近に一致した後にバイアス電圧Ｂの取り得る範囲が所定電圧範囲となるように制御する電圧範囲制御手段３１が設けられている。
【００３１】
なお、動作点が安定点でなくその付近の状態でバイアス電圧が所定電圧範囲となった場合、その安定点付近から安定点に変動するので問題ない。
【００３２】
電圧範囲制御手段３１の具体的な構成としては、直流アンプ２１に供給されている電源電圧を制御して光変調器１２に供給されるバイアス電圧Ｂの取り得る範囲を間接的に狭い範囲に制限する場合と、光変調器１２に入力されるバイアス電圧信号に対して直接的な制限を加える場合とがある。
【００３３】
図２は、直流アンプ２１の電源を制御する電圧範囲制御手段３１の構成例である。
【００３４】
この電圧範囲制御手段３１は、一定時間Ｔだけ直流アンプ２１に供給される電源電圧をＶａおよび−Ｖａ（光変調器１２の変調特性の半周期分に相当する電圧幅をＶａとする）と設定し、その一定時間Ｔが経過した後に、電源電圧を所定の電圧範囲Ｖ＋、Ｖ−とするように構成する。
【００３５】
このように構成された電圧範囲制御手段３１を用いた場合、図３に示すように、変調器１２の変調特性Ｆに対して、バイアス電圧Ｂの取り得る範囲は、初期動作時（ｔ＝０）から一定時間Ｔが経過するまでは、直流アンプ２１の正規出力電圧設定範囲Ｖ＋〜Ｖ−よりも狭いＶａ〜−Ｖａの範囲に制限され、初期動作点もＶａ〜−Ｖａの範囲で設定される。
【００３６】
つまり、この一定時間Ｔ内に光変調器１２の動作点を、電圧範囲Ｖａ〜−Ｖａ内の唯一の安定点Ｓｋあるいはその近傍に一致させることができる。
【００３７】
また、一定時間Ｔが経過した後には、直流アンプ２１に正規の電源電圧Ｖ＋、Ｖ−が供給されるため、温度変化や経時変化にともなう光変調器１２の変調特性Ｆの変動に対して、広い電圧範囲でバイアス電圧Ｂを追従できる状態となるため、長期的に動作させることが可能となる。
【００３８】
図４は、光変調器１２に入力されるバイアス電圧信号に対して直接的な制限を加える電圧範囲制御手段３１の構成例を示している。
【００３９】
この電圧範囲制御手段３１は、Ｖａより高い電圧をＶａに規制し、−Ｖａより低い電圧を−Ｖａに規制し、Ｖａ〜−Ｖａの範囲の電圧をそのまま出力させるリミッタ回路３５を有し、このリミッタ回路３５をスイッチ３２を介して直流アンプ２１と光変調器１２の間のバイアス電圧供給ラインに接続し、スイッチ３２をタイマ回路３３によって開閉している。
【００４０】
この構成の電圧範囲制御手段３１の場合は、スイッチ回路３２をタイマ回路３３によって初期動作時から一定時間Ｔが経過するまで閉じ、一定時間Ｔが経過した後に開くように制御することで、前記図２の構成例の場合と全く同様に図３に示した動作が行なわれる。
【００４１】
また、光変調器１２に入力されるバイアス電圧信号に対して直接的な制限を加える電圧範囲制御手段３１の構成例としては、上記のようにリミッタ回路３５を挿入する構成の他に、図５のように、出力ＱをＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３６と、Ａ／Ｄ変換出力に応じてバイアス電圧Ｂを調整できるようにプログラムされたＣＰＵ３７と、ＣＰＵ３７の出力をＤ／Ａ変換するＤ／Ａ変換器３８、Ｄ／Ａ変換された出力を増幅する直流アンプ２１とによって構成したバイアス電圧供給手段において、ＣＰＵ３７によってそのバイアス電圧範囲を所定の時間だけ制限を加える機能を持たせることにより、初期動作時等に光変調器１２に供給されるバイアス電圧の取り得る範囲を狭い範囲に制限してもよい。なお、直流アンプ２１を介さずに、Ｄ／Ａ変換出力をバイアス電圧Ｂとしてもよい。
【００４２】
また、上記した各電圧範囲制御手段３１は、光変調器１２に供給されるバイアス電圧の取り得る範囲を段階的に変化させていたが、光変調器１２に供給されるバイアス電圧の取り得る範囲を、時間の経過とともに狭い範囲から広い範囲へ連続的に漸増させてもよい。
【００４３】
例えば、図６のように、直流アンプ２１の電源端子と電源Ｖ＋、Ｖ−の間にスロースタート機能３９を追加することにより、直流アンプ２１に供給される電源電圧を初期動作時において徐々に且つ連続的に増加させることができる。
【００４４】
この場合、図７に示すように、初期動作時から一定時間Ｔが経過するタイミングでは、バイアス電圧の取り得る範囲がほぼＶａ〜−Ｖａの範囲内であるように制御し、さらに時間が経過してバイアス電圧の取り得る範囲が正規の電圧範囲Ｖ＋、Ｖ−に達するように制御する。なお、このスロースタート機能３９は、安定点を０ボルト付近とするのであれば、簡単な積分回路で実現できる。
【００４５】
このような構成の電圧範囲制御手段３１を用いた場合、図７に示しているように、変調器１２の変調特性Ｆに対して、バイアス電圧Ｂの取り得る範囲は、初期動作時（ｔ＝０）から一定時間Ｔが経過するまで、電圧Ｖａ〜−Ｖａより狭い範囲から電圧Ｖａ〜−Ｖａまで徐々に且つ連続的に拡がる。
【００４６】
この初期動作時から一定時間Ｔが経過するまでの間、動作点検出手段１５による動作点のずれの検出動作と、そのずれに応じたバイアス電圧Ｂの光変調器１２への供給動作が直流アンプ２１によってなされるが、この間バイアス電圧Ｂが取り得る電圧範囲はＶａ〜−Ｖａ以下の狭い範囲に制限されているので、動作点の過渡的な変動もこの電圧範囲内で収まっている。
【００４７】
つまり、この一定時間Ｔ内に直流アンプ２１によるバイアス電圧Ｂの供給動作が電圧範囲Ｖａ〜−Ｖａ内で正常に行なわれ、一定時間Ｔが経過したタイミングには光変調器１２の動作点が、電圧範囲Ｖａ〜−Ｖａ内の唯一の安定点Ｓｋあるいはその近傍に一致する。
【００４８】
このように実施形態の光変調装置３０は、初期動作時に光変調器１２に供給されるバイアス電圧の取り得る範囲を所定電圧範囲より狭い範囲となるように制限し、その制限された電圧範囲内で光変調器１２の動作点を設定すべき安定点あるいはその近傍に一致させ、動作点が安定点あるいはその近傍に一致した後にバイアス電圧の取り得る範囲が所定電圧範囲となるように制御する電圧範囲制御手段３１を設けている。
【００４９】
このため、初期バイアス電圧の動作点を任意の安定点に設定することが可能となり、例えば、所定電圧範囲の中心に安定点を設定することにより、安定点の可動範囲を多くとることができ、長期連続動作が可能となる。
【００５０】
なお、前記説明では、電圧範囲制御手段３１が装置の電源が投入された初期動作時に光変調器に供給されるバイアス電圧の取り得る範囲を狭い範囲に制限していたが、装置動作中の任意のタイミング、例えば手動によるスイッチ操作があったときや所定時間が経過する毎に、光変調器１２に供給されるバイアス電圧の取り得る範囲を狭い範囲に制限してもよい。
【００５１】
また、上記説明では、初期動作時に取り得るバイアス電圧の範囲を、０ボルトを中心とし、光変調器１２の変調特性の１周期相当の幅をもつ範囲に設定して、動作点を０ボルトに近い特定の安定点に一致させていたが、これは、本発明を限定するものではなく、電圧範囲制御手段３１によって所定タイミングに制限されるバイアス電圧の取り得る範囲の中心および幅は、光変調器の変調特性やその変動傾向等に応じて任意に設定することができる。
【００５２】
例えば、バイアス電圧として正側（または負側）のみを用いる場合、正規の電圧範囲０〜Ｖ＋（または０〜Ｖ−）に対し、所定タイミングにバイアス電圧の取り得る範囲を、Ｖ＋／２（またはＶ−／２）を中心とし、前記した電圧幅Ｖａの範囲に設定すればよい。
【００５３】
また、上記説明では、光変調器１２の変調特性のうち、電圧の単調増加に対して正の傾きをもつ領域の中心点を安定点としていたが、負の傾きをもつ領域の中心点を安定点としてもよい。
【００５４】
また、前記した光変調装置３０では、光変調器１２の動作点のずれを検出するための動作点検出手段１５を、低周波発振器１６、光カプラ１７、受光素子１８、ＢＰＦ１９および位相検出器２０によって構成し、バイアス電圧供給手段として直流アンプ２１を用いた例を説明したが、これは本発明を限定するものではなく、他の構成の光変調装置、例えば前記した特許文献１の光変調装置のように、光変調器から出射される２つの出射光の平均パワーをそれぞれ求め、その差に対応するモニタ電圧を生成し、光変調器の動作点が設定すべき点に一致したときのモニタ電圧を基準値とし、この基準値に対するモニタ電圧の偏差を動作点のずれとして検出し、その動作点のずれを少なくするバイアス電圧を光変調器に供給する光変調装置についても本発明を適用できる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光変調装置は、初期動作時等の所定タイミングに光変調器に供給されるバイアス電圧の取り得る範囲を所定電圧範囲より狭い範囲となるように制限し、その制限された電圧範囲内で光変調器の動作点を設定すべき点に一致させ、動作点が設定すべき点に一致した後にバイアス電圧の取り得る範囲が所定電圧範囲となるように制御する電圧範囲制御手段を設けている。
【００５６】
このため、初期バイアス電圧の動作点を任意の安定点に設定することが可能となり、例えば、所定電圧範囲の中心に安定点を設定することにより、安定点の可動範囲を多くとることができ、長期連続動作が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示すブロック図
【図２】実施形態の要部の構成例を示す図
【図３】実施形態の動作を説明するための図
【図４】実施形態の要部の別の構成例を示す図
【図５】実施形態の要部の別の構成例を示す図
【図６】実施形態の要部の別の構成例を示す図
【図７】実施形態の動作を説明するための図
【図８】従来装置の構成を示すブロック
【図９】光変調器の変調特性を示す図
【符号の説明】
１１……レーザダイオード、１２……光変調器、１３……ドライブアンプ、１５……動作点検出手段、１６……低周波発振器、１７……光カプラ、１８……受光素子、１９……ＢＰＦ、２０……位相検出器、２１……直流アンプ、３０……光変調装置、３１……電圧範囲制御手段、３２……スイッチ、３３……タイマ回路、３５……リミッタ回路、３６……Ａ／Ｄ変換器、３７……ＣＰＵ、３８……Ｄ／Ａ変換器、３９……スロースタート機能

Claims

バイアス電圧によってその動作点が設定される光変調器（１２）と、
前記光変調器の出射光に基づいて動作点の設定すべき点からのずれを検出する動作点検出手段（１５）と、
前記動作点検出手段の検出結果に基づいて動作点のずれを減少させる方向に変化する所定電圧範囲内のバイアス電圧を前記光変調器に供給するバイアス電圧供給手段（２１）とを有する光変調装置において、
所定タイミングに前記光変調器に供給されるバイアス電圧の取り得る範囲を前記所定電圧範囲より狭い範囲となるように制限することにより、該制限された電圧範囲内で前記光変調器の初期動作点を設定し、その設定後に前記バイアス電圧の取り得る範囲が前記所定電圧範囲となるように制御する電圧範囲制御手段（３１）を設けたことを特徴とする光変調装置。
前記電圧範囲制御手段は、前記バイアス電圧供給手段に供給される電源電圧を制御して、前記光変調器に供給されるバイアス電圧の取り得る範囲を、前記所定タイミングから動作点が設定されるまで前記所定電圧範囲より狭い範囲に制限することを特徴とする請求項１記載の光変調装置。
前記電圧範囲制御手段は、前記バイアス電圧供給手段と前記光変調器との間にリミッタ回路（３５）を挿入して、前記光変調器に供給されるバイアス電圧の取り得る範囲を、前記所定タイミングから動作点が設定されるまで前記所定電圧範囲より狭い範囲に制限することを特徴とする請求項１記載の光変調装置。
前記電圧範囲制御手段は、前記光変調装置に供給されるバイアス電圧の取り得る範囲を、前記所定電圧範囲より狭い範囲から前記所定電圧範囲へ段階的に変化させることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の光変調装置。
前記電圧範囲制御手段は、前記光変調装置に供給されるバイアス電圧の取り得る範囲を、前記所定タイミングから時間の経過に伴って連続的に漸増して前記所定電圧範囲に至るように変化させることを特徴とする請求項１または請求項２または請求項３記載の光変調装置。