JP2004287330A - 光変調装置 - Google Patents
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Abstract
【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
【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(LiNbO3)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 (5)
- 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。
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