JP2004302238A

JP2004302238A - Optical ssb modulating device

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Publication number: JP2004302238A
Application number: JP2003096357A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Nagatsuka; 勉永塚; Masao Imashiro; 正雄今城; Yoshihito Hirano; 嘉仁平野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2023-03-31
Also published as: JP4184131B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To always control a bias voltage to an optimum value even if a DC drift is caused, in an optical SSB (single side-band) modulating device. <P>SOLUTION: The optical SSB modulating device is equipped with an optical SSB modulator 1 equipped with a Mach Zehnder type main interferometer 12c and Mach Zehnder type suboordinate interferometers 13a and 13b provided to two input sides of the main interferometer 12c, a power source 5 which applies the bias voltage to the optical SSB modulator 1, and a voltage control circuit 6 which monitors part of the output light of the optical SSB modulator 1 to control the bias voltage. The voltage control circuit 6 controls the bias voltage applied to the subordinate interferometers 13a and 13b so that the power of carrier light of the output light becomes minimum and controls the bias voltage applied to the main interferometer 12c so that the power of unnecessary side-band light of the output light becomes minimum. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主に高速光通信システムの送信装置などに用いられ、光ＳＳＢ（ＳｉｎｇｌｅＳｉｄｅ−Ｂａｎｄ）変調信号を生成する光ＳＳＢ変調装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光ＳＳＢ変調装置に使用される光ＳＳＢ変調器の例として、ニオブ酸リチウムの基板上に、メイン干渉計と、２つのサブ干渉計とを構成する光導波路を設け、これらのサブ干渉計のＲＦ電極に変調電気信号をそれぞれ入力する一方で、サブ干渉計とメイン干渉計のＤＣ電極に印加するバイアス電圧を制御することで、光ＳＳＢ変調信号を出力するようにした光ＳＳＢ変調器がある（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
日隈薫他３名、「２００１年電子情報通信学会ソサイエティ大会予稿集、Ｃ−３−６」、２００１年、ｐ．１６０
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この光ＳＳＢ変調器は、キャリア光や不要サイドバンド光が打ち消し合うバイアス条件は非常に限定されており、バイアス電圧の僅かな変化でも不要な成分の光を発生させることになる。また、この種のニオブ酸リチウムを用いた光変調器では、動作点が時間とともに変化するＤＣドリフトと呼ばれる現象が存在し、バイアス電圧が変化していなくても時間の経過とともに最適動作点のずれが発生する。したがって、このＤＣドリフトによっても、不要な成分の光を発生させることになる。
【０００５】
これらの不要光は、光通信に用いられる光信号の帯域幅を拡幅してしまうので、隣接する他の光信号に悪影響を与えるという問題点があった。また、これらの不要光がある一定レベル以上に達すると、光ＳＳＢ通信そのものが不能になってしまうという問題点もあった。しかしながら、これら問題点に対処するためには、常にバイアス電圧を制御する必要があるが、電圧制御の具体的な手法は知られていなかった。したがって、この種の光ＳＳＢ変調器を用いて実用的な光ＳＳＢ変調装置を得ることができなかった。
【０００６】
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、ＤＣドリフトが生じてもバイアス電圧を最適値に制御する具体的手段を提供し、かつ、実用的な光ＳＳＢ変調装置を得ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる光ＳＳＢ変調装置にあっては、電気光学効果を有する基板上に設けられた光導波路を具備するマッハツェンダー型のメイン干渉計と、このメイン干渉計の２つの入力側にそれぞれ設けられた光導波路を具備するマッハツェンダー型のサブ干渉計とを備えた光ＳＳＢ変調器と、該光ＳＳＢ変調器の出力光の一部をモニタして、該光ＳＳＢ変調器に印加するバイアス電圧を制御する電圧制御回路とを備えた光ＳＳＢ変調装置において、前記電圧制御回路は、前記出力光のうちキャリア光のパワーに基づいて前記サブ干渉計に印加するバイアス電圧を制御し、前記出力光のうち不要サイドバンド光のパワーに基づいて前記メイン干渉計に印加するバイアス電圧を制御することを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、光ＳＳＢ変調装置に備えられた電圧制御回路は、出力光のうちキャリア光のパワーに基づいてサブ干渉計に印加するバイアス電圧を制御し、出力光のうち不要サイドバンド光のパワーに基づいてメイン干渉計に印加するバイアス電圧を制御するようにしているので、パワー変化の急峻な特性を利用した制御が行われる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明にかかる光ＳＳＢ変調装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１にかかる光ＳＳＢ変調装置の構成を示すブロック図である。同図に示す光ＳＳＢ変調装置は、光入力端子２、光出力端子３、一対の変調電気信号入力端子４ａ、４ｂを有する光ＳＳＢ変調器１、電源５、電圧制御回路６を備えている。
【００１１】
図１において、光ＳＳＢ変調装置の光入力端子２には、ＬＤ（レーザダイオード）などの光源により発生されたキャリア光が入射され、一対の変調電気信号入力端子４ａ、４ｂには変調を行うための電気信号が印加され、これらの信号が光ＳＳＢ変調器１に入力される。光ＳＳＢ変調器１から出力される変調出力光は光出力端子３から出力される。電圧制御回路６は、変調出力光の一部をモニタし、電源５が発生するバイアス電圧を制御する。この制御されたバイアス電圧は、電源５によって光ＳＳＢ変調器１に印加される。
【００１２】
図２は、図１に示す光ＳＳＢ変調器１の内部の模式的構成を示す図である。図２において、基板１１は、電気光学効果を有する基板であり、Ｔｉ拡散法などの手法を用いて表面に光導波路が形成されている。この光導波路には、マッハツェンダー型の３つの干渉計、すなわち、１つのメイン干渉計１２ｃと、２つのサブ干渉計１３ａ、１３ｂとが設けられている。サブ干渉計１３ａは、ＲＦ電極１４ａとＤＣ電極１５ａとを有し、Ｙ分岐１７ａおよびＹ分岐１６を介して光入力端子２に接続されている。サブ干渉計１３ｂは、ＲＦ電極１４ｂとＤＣ電極１５ｂとを有し、Ｙ分岐１７ｂおよびＹ分岐１６を介して光入力端子２に接続されている。メイン干渉計１２ｃは、ＤＣ電極１５ｃを有し、Ｙ分岐１９を介して光出力端子３に接続されている。また、メイン干渉計１２ｃは、Ｙ分岐１８ａを介してサブ干渉計１３ａと接続され、Ｙ分岐１８ｂを介して１３ｂと接続されている。なお、同図では、ＲＦ電極１４ａ、１４ｂに接続する終端抵抗を省略しているが、通常、電気信号の反射を防ぐために、光ＳＳＢ変調器１の内部あるいは外部に終端抵抗を設けてＲＦ電極１４ａ、１４ｂに接続することがよく行われる。
【００１３】
つぎに、図２を用いて光ＳＳＢ変調器１の動作について説明する。なお、ここでは、基板１１に電気光学効果を有するＸカットのニオブ酸リチウムを用いた場合について説明する。同図において、光入力端子２から入力されたキャリア光は、光導波路のＹ分岐１６、１７ａおよびＹ分岐１６、１７ｂを介して、それぞれサブ干渉計１３ａ、１３ｂに伝搬する。また、サブ干渉計１３ａ、１３ｂのＲＦ電極１４ａ、１４ｂには変調電気信号が入力される。このとき、サブ干渉計１３ａとサブ干渉計１３ｂとで、入力する変調電気信号の位相を互いに９０°異ならせるようにする。この変調電気信号により、基板１１の内部に電界が生じ、基板１１の電気光学効果により光導波路の屈折率が変化する。この屈折率の変化は、それぞれの光導波路を伝搬する光の位相に変調を生じさせ、光入力端子２から入力されたキャリア光に様々な周波数成分を発生させる。
【００１４】
一方、サブ干渉計１３ａ、１３ｂのＤＣ電極１５ａ、１５ｂおよびメイン干渉計１２ｃのＤＣ電極１５ｃには、バイアス電圧が印加される。これらのバイアス電圧によっても、光導波路の屈折率が変化し、光の位相が変化する。サブ干渉計１３ａおよびサブ干渉計１３ｂの変調出力光は、メイン干渉計１２ｃに入力され、再びＹ分岐１９により合成され、光出力端子３から出力される。このとき、変調出力光の角周波数成分によってメイン干渉計１２ｃの上下一対の光導波路を伝搬する変調出力光の位相差が種々異なるため、変調出力光の周波数によっては位相が揃って足し合わされて出力される成分と、位相が揃わず打ち消し合いほとんど出力されない成分とが生じる。
【００１５】
ところで、光ＳＳＢ通信では、入力したキャリア光の周波数の両側に生じるサイドバンド光のうちの片方を用いて通信を行う。このため、それぞれのＤＣ電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃに印加するバイアス電圧を調整し、キャリア光や不要なサイドバンド光（以下「不要サイドバンド光」という。）の周波数成分は出力されず、所要のサイドバンド光（以下「所要サイドバンド光」という。）の周波数成分のみが効率良く出力されるように制御される。この制御により、光出力端子３から所要サイドバンド光、すなわちＳＳＢ変調信号光が出力される。このようにして、図２に示す構成は光ＳＳＢ変調器として動作する。
【００１６】
これまでは、光ＳＳＢ変調器および光ＳＳＢ変調装置の構成および動作原理について、図１および図２を用いて説明してきた。つぎに、光ＳＳＢ変調器がＤＣドリフトの影響を受けることなく、高品質なＳＳＢ変調光信号を出力することができる原理について、幾つかの数式を用いて説明する。
【００１７】
図２において、光入力端子２から入力されたキャリア光は、Ｙ分岐１６とＹ分岐１７ａ、１７ｂとを介して、４つの光導波路、すなわち、サブ干渉計１３ａ内の２つの光導波路およびサブ干渉計１３ｂ内の２つの光導波路にほぼ均等に分割される。いま、サブ干渉計１３ａのＲＦ電極１４ａと、サブ干渉計１３ｂのＲＦ電極１４ｂとには、それぞれ位相がほぼ９０°異なる変調電気信号が入力されるものとする。ここで、キャリア光の角周波数をω_ｏ、変調電気信号の角周波数をω_ｍとし、ＲＦ電極１４ａ、１４ｂにそれぞれ印加される変調電気信号をＥ_Ａ、Ｅ_Ｂとすると、それぞれ次式で表すことができる。
【００１８】
【数１】

【００１９】
ここで、ｔは時間、Ｅ_０は電圧定数である。なお、Ｅ_ＢはＥ_Ａに対して位相が９０°進んでいるものとしている。また、２つのサブ干渉計１３ａ、１３ｂのＤＣ電極１５ａ、１５ｂにはそれぞれ、Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂの直流電圧が印加されているものとしている。
【００２０】
これらの変調電気信号と直流電圧とによって、基板１１中に電界が生ずる。これらの電界は、サブ干渉計１３ａ、１３ｂ内の一対の光導波路のそれぞれにおいて、互いに逆方向の電界となる。また、これらの電界と基板１１の電気光学効果により光導波路の屈折率が変化する。その結果、光の伝搬速度に変化が生じ、サブ干渉計１３ａ、１３ｂの一対の光導波路を通過した光の位相に変化が生じる。
【００２１】
サブ干渉計１３ａ内の一対の光導波路を通過した直後の、変調信号光の振幅をそれぞれＡ_１、Ａ_２で表すと、これらのＡ_１、Ａ_２は、複素表示でそれぞれ次式のように表される。
【００２２】
【数２】

【００２３】
ここで、ｊは虚数単位を表している。また、Ａ_０は光の振幅定数、βは変調電気信号の強度等によって決まる定数、γはＤＣ電極１５ｃの形状等によって決まる定数である。特に、γは、ＤＣ電極１５ｃの半波長電圧Ｖπに対してγ＝π／（２・Ｖπ）の関係を有している。
【００２４】
同様に、サブ干渉計１３ｂ内の一対の光導波路を通過した直後の、変調信号光の振幅をそれぞれＡ_３、Ａ_４で表すと、これらのＡ_３、Ａ_４は、複素表示でそれぞれ次式のように表される。
【００２５】
【数３】

【００２６】
これらの式（５）、（６）で示した記号は、式（３）、（４）と同様な意味を持つものである。なお、式（５）、（６）の中で用いられているγはＤＣ電極１５ｂの半波長電圧Ｖπに依存する定数であるが、式（３）、（４）で用いられるγとは、異なる値をとる場合もある。しかし、以下に説明するＤＣドリフトの制御に関しては、同一のものと扱っても本質的な点で差異はない。したがって、これ以降、同じγという記号を用いて説明する。
【００２７】
サブ干渉計１３ａの一対の光導波路を伝搬した変調出力光は、再びＹ分岐１８ａにより合成される。このとき、合成された変調出力光の振幅Ａ_１２は一対の光導波路を伝搬したそれぞれの変調出力光の振幅Ａ_１、Ａ_２を加算したものとなる。また、サブ干渉計１３ｂの一対の光導波路を伝搬した変調出力光も再びＹ分岐１８ｂにより合成され、合成された光の振幅Ａ_３４は一対の光導波路を伝搬したそれぞれの変調出力光の振幅Ａ_１、Ａ_２を加算したものとなる。したがって、合成された変調出力光の振幅Ａ_１２、Ａ_３４は、次のように表される。
【００２８】
【数４】

【００２９】
また、メイン干渉計１２ｃのＤＣ電極１５ｃには、Ｖ_Ｃのバイアス電圧が印加されている。このため、式（７）、（８）に示された変調出力光は、バイアス電圧Ｖ_Ｃによって再び位相変化を受け、さらにＹ分岐１９により１つに合成される。したがって、合成された変調出力光の振幅Ａ_Ｔは、次のように表される。
【００３０】
【数５】

【００３１】
ここで、Ｖ_Ｃに対する係数γについても、前述の理由と同一の理由により、式（３）〜（６）と同じものを用いている。
【００３２】
式（９）で示される変調出力光は、種々の周波数成分を有している。このことを、明らかにするために、つぎの公式を用いる。
【００３３】
【数６】

【００３４】
式（１０）において、Ｊ_ｎは第１種ｎ次のベッセル関数を表している。この式（１０）を展開することにより変調出力光を周波数成分ごとに展開することができる。これらの周波数成分は、光の角周波数ω_ｏに変調電気信号の角周波数ω_ｍの整数倍を足し合わせた種々のものを含んでいる。ただし、ベッセル関数の性質から、ある引数の値を与えれば、次数ｎがある値より大きくなるとベッセル関数の値は急激に小さくなる。すなわち、無数の周波数成分のうち、主だった成分の数は限定される。通常の場合では、特に、ｎが０次、＋１次、−１次に相当する成分のみが実質的に支配的となる。
【００３５】
光ＳＳＢ通信方式では、＋１次、−１次に相当する成分のうちのどちらか一方のみを用いて通信を行う。これらの＋１次、−１次に相当する成分のうちの他方の成分や、０次を含む他の成分は通信に不要であり、かつ、信号の周波数幅を拡げてしまうため、できるだけ少ないことが望まれる。これらの成分があるレベル以上発生してしまった場合、通信の品質を劣化させ、あるいは、隣接する他の光通信信号に悪影響を及ぼし、さらには通信が不能となることもある。
【００３６】
ここでは、ｎが＋１次に相当する成分を用いて通信を行うこととし、−１次、０次、および他の成分は不要なものとする。したがって、ｎが＋１次に相当する角周波数ω_ｏ＋ω_ｍの成分が所要サイドバンド光であり、ｎが０次に相当する角周波数ω_ｏの成分であるキャリア光と、ｎが−１次に相当する角周波数ω_ｏ−ω_ｍの成分である不要サイドバンド光とが、不要な出力光となる。光ＳＳＢ変調器１からの出力光は、十分なレベルの所要サイドバンド光を得るとともに、特に、キャリア光と−１次に相当する変調出力光を十分低いレベルに抑える必要がある。
【００３７】
つぎに、式（１０）を用いて式（９）に示した変調出力光から、ｎが＋１次、０次、−１次にそれぞれ相当する成分である、所要サイドバンド光Ａ_Ｔ＋１、キャリア光Ａ_Ｔ０、不要サイドバンド光Ａ_Ｔ−１の振幅を書き下すと次のようになる。
【００３８】
【数７】

【００３９】
これらの各成分の光のパワーをそれぞれＰ_Ｔ＋１、Ｐ_Ｔ＋０、Ｐ_Ｔ−１とすると、これらは、式（１１）〜（１３）の各振幅の絶対値を２乗することにより得られ、次のようになる。
【００４０】
【数８】

【００４１】
このように、ＤＣ電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃに印加する直流バイアス電圧Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｃの値によって、各成分の光のパワーは変化する。ここで、γＶ_Ａ、γＶ_Ｂ、γＶ_Ｃをそれぞれπ／２、π／２、π／４に設定すると、言い換えれば、Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_ＣをそれぞれのＤＣ電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃの半波長電圧Ｖπの１倍、１倍、１／２倍に設定すると、Ｐ_Ｔ＋１は最大値をとり、Ｐ_Ｔ＋０とＰ_Ｔ−１はともに０（最小値）となる。すなわち、所要サイドバンド光のパワーが最大となり、キャリア光と、不要サイドバンド光のパワーがともに０（最小）となる。したがって、このバイアス電圧設定値が、光ＳＳＢ変調器１の最適の動作ポイント条件となる。
【００４２】
しかしながら、ニオブ酸リチウム等を用いたこの種の変調器においては、ＤＣドリフトと呼ばれる現象によって、適正なバイアス動作点が時間とともに変化してしまうことは、上述したとおりである。この現象は、温度変化による数秒単位の変化から、経時変化による数日から数年単位という変化までを含んでおり、そのドリフト量を事前に知ることは困難である。このため、予め、光ＳＳＢ変調器１のバイアス電圧Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｃを適正な値に固定しても、時間とともに、適正なバイアス条件から外れてしまい、キャリア光や不要サイドバンド光が発生してしまう。上述したように、キャリア光や不要サイドバンド光のパワーの増加は、通信品質を劣化させたり、通信不能を招来することになる。
【００４３】
このＤＣドリフトを考えるとき、変調出力光のパワーを表す式（１４）〜（１６）において、Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｃの値は絶対的な値ではなく、相対的な値と考えることができる。別な見方をすれば、式（１４）〜（１６）のＶ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｃのそれぞれを、Ｖ_Ａ＋αＡ、Ｖ_Ｂ＋αＢ、Ｖ_Ｃ＋αＣと置き換えればよい。ここで、αＡ、αＢ、αＣは、その瞬時により定まる未知の電圧定数である。ただし、αＡ、αＢ、αＣは数秒単位以下の短い時間内においては、ほとんど変化しないものと考えて差し支えない。
【００４４】
ここで、図１に戻り、同図に示す光ＳＳＢ変調装置に備えられた電圧制御回路６は、光ＳＳＢ変調器１の出力光の一部をモニタし、上記の角周波数成分のパワーを検知するとともに、光ＳＳＢ変調器１を構成するサブ干渉計１３ａ、１３ｂおよびメイン干渉計１２ｃに印加するバイアス電圧を制御する制御信号を出力する。
【００４５】
図３は、光ＳＳＢ変調器１に印加するバイアス電圧が最適値から変化した場合の、バイアス電圧と所要サイドバンド光、キャリア光、不要サイドバンド光それぞれの出力光パワーとの関係を示すグラフである。それぞれ、同図（ａ）は、バイアス電圧Ｖ_Ａとそれぞれの出力光パワーとの関係を示すグラフであり、同図（ｂ）は、バイアス電圧Ｖ_Ｂとそれぞれの出力光パワーとの関係を示すグラフであり、同図（ｃ）は、バイアス電圧Ｖ_Ｃとそれぞれの出力光パワーとの関係を示すグラフである。なお、それぞれのパワーは、最大値が１となるように規格化した値を示している。また、Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｃの値は、それぞれの電極１５ａ、１５ｂ、１５ｃの半波長電圧Ｖπで規格化した値を示している。これらのグラフではＶ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｃの値を、先に述べたように、未知の電圧変動量αＡ、αＢ、αＣと置き換えて読むこともできる。
【００４６】
図３（ａ）に示す波形は、バイアス電圧Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｃのうち、バイアス電圧Ｖ_Ａが最適値から変化した場合の所要サイドバンド光（Ｋ１）、キャリア光（Ｋ２）および不要サイドバンド光（Ｋ３）を示しており、このとき、他のバイアス電圧Ｖ_ＢおよびＶ_Ｃは最適値のまま変化していない。波形Ｋ１で示される所要サイドバンド光の出力光パワーは、バイアス電圧が最適値のとき最大値１となり、バイアス電圧が最適値からずれると値が徐々に小さくなっている。一方、波形Ｋ２で示されるキャリア光の出力光パワーと波形Ｋ３で示される不要サイドバンド光の出力光パワーとは、バイアス電圧が最適値のとき、ともに最小値０となり、バイアス電圧が最適値からずれると値が０から徐々に大きくなる。しかし、キャリア光と不要サイドバンド光とでは、バイアス電圧が最適値からずれたときのパワーの変化の様子が異なっている。
【００４７】
バイアス電圧が最適値から徐々にずれたとき、キャリア光の波形Ｋ２は比較的急激にレベルが大きくなる。これに対して、不要サイドバンド光の波形Ｋ３は、バイアス電圧が最適値からずれてもレベルの変化が緩慢である。この事実は、サブ干渉計１３ａのＤＣ電極１５ａに印加するバイアス電圧Ｖ_Ａを変化させて、光ＳＳＢ変調器１の動作を最適値になるように調整する場合、不要サイドバンド光のパワーの変化を見ながら調整しても、パワーの変化が緩慢なため、調整が困難であることを意味している。しかし、キャリア光のパワーの変化を見ながら調整すると、パワーの変化が不要サイドバンド光のパワーの変化に比べてはるかに急峻なため、容易にパワーの極小値を知ることができ、調整が容易であることを意味している。このように、サブ干渉計１３ａのＤＣ電極１５ａに印加するバイアス電圧Ｖ_Ａの調整は、キャリア光の出力光パワーをモニタし、このモニタ値が常に極小値になるように制御すればよい。
【００４８】
同様に、図３（ｂ）に示す波形は、バイアス電圧Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｃのうち、バイアス電圧Ｖ_Ｂが最適値から変化した場合の所要サイドバンド光（Ｌ１）、キャリア光（Ｌ２）および不要サイドバンド光（Ｌ３）を示しており、このとき、他のバイアス電圧Ｖ_ＡおよびＶ_Ｃは最適値のまま変化していない。図３（ｂ）においてバイアス電圧Ｖ_Ｂを変化させる場合についても、図３（ａ）においてバイアス電圧Ｖ_Ｂを変化させた場合と同様なことがいえる。すなわち、バイアス電圧が最適値から徐々にずれたとき、キャリア光の波形Ｌ２は比較的急激にレベルが大きくなるが、不要サイドバンド光の波形Ｌ３は、バイアス電圧が最適値からずれてもレベルの変化が緩慢である。したがって、サブ干渉計１３ｂのＤＣ電極１５ｂに印加するバイアス電圧Ｖ_Ｂの調整は、サブ干渉計１３ａのときと同様に、キャリア光の出力光パワーをモニタし、このモニタ値を常に極小値になるように制御すればよい。
【００４９】
図３（ｃ）に示す波形は、バイアス電圧Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、Ｖ_Ｃのうち、バイアス電圧Ｖ_Ｃが最適値から変化した場合の所要サイドバンド光（Ｍ１）、キャリア光（Ｍ２）および不要サイドバンド光（Ｍ３）を示しており、このとき、他のバイアス電圧Ｖ_ＡおよびＶ_Ｂは最適値のまま変化していない。同図（ｃ）に示す波形は、上述した図３（ａ）、（ｂ）に示される波形とは全く異なる傾向を示している。図３（ｃ）において、波形Ｍ１で示される所要サイドバンド光のパワーは、同図（ａ）、（ｂ）の波形Ｋ１、Ｌ１で示される所要サイドバンド光のパワーと同様に、バイアス電圧が最適値のとき最大値１となり、バイアス電圧が最適値からずれると値が徐々に小さくなる。一方、キャリア光のパワーと不要サイドバンド光のパワーとは、それぞれ波形Ｍ２、Ｍ３で示されるように、バイアス電圧が最適値のときともに０となるが、不要サイドバンド光のパワーは、バイアス電圧が最適値からずれると値が０から急激に大きくなり、キャリア光のパワーはバイアス電圧が最適値からずれても値がほぼ０のままである。
【００５０】
バイアス電圧が最適値から徐々にずれたとき、不要サイドバンド光のパワーは、急激にレベルが大きくなるが、キャリア光のパワーはレベルが変化しない。この事実は、メイン干渉計１２ｃのＤＣ電極１５ｃに印加するバイアス電圧Ｖ_Ｃを変化させて、光ＳＳＢ変調器１の動作を最適値になるように調整する場合、キャリア光のパワーの変化を見ながら調整することは困難であることを意味している。しかし、不要サイドバンド光のパワーの変化を見ながら調整すると、パワーの変化が急峻なため、容易にパワーの極小値を知ることができ、調整が容易であることを意味している。このように、メイン干渉計１２ｃのＤＣ電極１５ｃに印加するバイアス電圧Ｖ_Ｃの調整は、不要サイドバンド光のパワーをモニタし、このモニタ値が常に極小値になるように制御すればよい。
【００５１】
すなわち、図１に示した光ＳＳＢ変調装置において、電圧制御回路６はモニタした光パワーに応じて電源５の電圧を制御する。電圧制御回路６は、自身がモニタした出力光のうち、キャリア光のパワーをモニタし、キャリア光のパワーが極小値になるように、サブ干渉計１３ａ、１３ｂのＤＣ電極１５ａ、１５ｂにそれぞれ印加するバイアス電圧Ｖ_ＡとＶ_Ｂを発生させるように電源５を制御する。また、不要サイドバンド光のパワーをモニタし、不要サイドバンド光のパワーが極小値になるように、メイン干渉計１２ｃのＤＣ電極１５ｃに印加するバイアス電圧Ｖ_Ｃを発生させるように電源５を制御する。このような制御が行われるとき、たとえ、光ＳＳＢ変調器１にＤＣドリフトが生じたとしても、常に安定した最適値のバイアス電圧を供給することができるので、出力光のキャリア光や不要サイドバンド光のレベルを最小値に抑え、かつ、所要サイドバンド光を効率よく出力させることができ、良好なＳＳＢ変調光信号を出力することができる。
【００５２】
以上のように、この実施の形態によれば、光ＳＳＢ変調装置に備えられた電圧制御回路が、出力光のうちキャリア光のパワーが極小になるようにサブ干渉計に印加するバイアス電圧を制御し、出力光のうち不要サイドバンド光のパワーが極小になるようにメイン干渉計に印加するバイアス電圧を制御するようにしているので、光ＳＳＢ変調装置がＤＣドリフトの影響を受けることなく、常に高品質なＳＳＢ変調光信号を出力することができ、光通信の信頼性を実用的に向上させることができるという効果を奏する。
【００５３】
なお、この実施の形態では、光ＳＳＢ変調器１の基板１１として、Ｘカットのニオブ酸リチウムを用いた場合について示しているが、本発明はこれに限らず、例えばＺカットのニオブ酸リチウムを用いてもよい。この場合、この実施の形態とは電極の形状を若干異ならせたり、基板と電極の間にバッファ層を設けたりする必要があるが、本発明の効果は同様に得られる。その他タンタル酸リチウムなど、ニオブ酸リチウム以外の材料を用いてもよく、電気光学効果を有する材料にマッハツェンダー型の干渉計を設ける構成であれば、同様の効果を得ることができる。
【００５４】
また、この実施の形態では、それぞれのサブ干渉計１３ａ、１３ｂにそれぞれ設けたＲＦ電極１４ａ、１４ｂとＤＣ電極１５ａ、１５ｂとを分離した場合を示しているが、これらのＲＦ電極１４ａ、１４ｂとＤＣ電極１５ｃとを共通化し、全体の大きさを小型化することもできる。この場合、入力にバイアスＴなどを用いて変調信号とバイアス電圧を入力することが多く行われる。
【００５５】
さらに、この実施の形態では、それぞれの角周波数成分の光のうち、ｎが＋１次に相当する角周波数ω_ｏ＋ω_ｍの成分を所要サイドバンド光として用いて通信を行うこととし、−１次に相当する角周波数ω_ｏ−ω_ｍの成分を不要サイドバンド光とする場合について示したが、ＳＳＢ変調方式ではｎが−１次に相当する角周波数ω_ｏ−ω_ｍの成分を所要サイドバンド光として通信を行い、＋１次に相当する角周波数ω_ｏ＋ω_ｍの成分を不要サイドバンド光とする場合もある。しかし、この場合も本実施例の構成を変更することなく、変調電気信号の位相差を反転したり、動作バイアス点を適切な場所に変えることにより、＋１次光と−１次光とを入れ換えることができる。この場合も、同様にキャリア光と不要サイドバンド光のパワーによりバイアス電圧の制御を行うことで、この実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００５６】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２にかかる光ＳＳＢ変調装置の構成を示すブロック図である。同図に示す光ＳＳＢ変調装置は、光出力端子３から出力される変調出力光を角周波数成分に分離する光フィルタ７を備えている。なお、その他の構成は、図１に示す実施の形態１と同一の構成であり、同一構成部分には同一符号を付して示している。
【００５７】
図４において、光ＳＳＢ変調器１の変調出力光の一部が、光フィルタ７によってキャリア光、不要サイドバンド光のそれぞれの成分に分離される。電圧制御回路６は、キャリア光のパワーをモニタし、このキャリア光のパワーが極小になるようなバイアス電圧がサブ干渉計１３ａ、１３ｂのそれぞれのＤＣ電極１５ａ、１５ｂに印加されるように電源５を制御する。また、電圧制御回路６は、不要サイドバンド光のパワーをモニタし、この不要サイドバンド光のパワーが極小になるようなバイアス電圧がメイン干渉計１２ｃのＤＣ電極１５ｃに印加されるように電源５を制御する。したがって、実施の形態１に示した光ＳＳＢ変調装置と同様に、常に実用的な高品質の光ＳＳＢ変調信号を得ることができる。
【００５８】
以上のように、この実施の形態によれば、出力光の一部をキャリア光、不要サイドバンド光に分離する光フィルタが備えられ、この光フィルタによって分離されたキャリア光、不要サイドバンド光のパワーに基づいてバイアス電圧を制御するようにしているので、ＤＣドリフトの影響を受けることなく、常に高品質なＳＳＢ変調光信号を出力することができ、光通信の信頼性を実用的に向上させることができるという効果を奏する。
【００５９】
さらに、光フィルタのような簡易な構成により、キャリア光と不要サイドバンド光を容易に分離することができるので、装置を簡易に構成することができるという効果も奏する。
【００６０】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３にかかる光ＳＳＢ変調装置の構成を示すブロック図である。同図に示す光ＳＳＢ変調装置は、光出力端子３から出力される変調出力光の一部を電気信号に変換するＰＤ（フォトディテクタ）８を備えている。なお、その他の構成は、図１に示す実施の形態１と同一の構成であり、同一構成部分には同一符号を付して示している。
【００６１】
図５において、光ＳＳＢ変調器１の変調出力光の一部が、ＰＤ８によって電気信号に変換されている。電圧制御回路６は、この電気信号からキャリア光の成分をモニタし、キャリア光のパワーを極小にするようなバイアス電圧がサブ干渉計１３ａ、１３ｂのそれぞれのＤＣ電極１５ａ、１５ｂに印加されるように電源５を制御する。また、電圧制御回路６は、この電気信号から不要サイドバンド光の成分をモニタし、この不要サイドバンド光のパワーを極小にするようなバイアス電圧がメイン干渉計１２ｃのＤＣ電極１５ｃに印加されるように電源５を制御する。したがって、実施の形態１や実施の形態２に示した光ＳＳＢ変調装置と同様に、常に実用的な高品質の光ＳＳＢ変調信号を得ることができる。
【００６２】
以上のように、この実施の形態によれば、出力光の一部を電気信号に変換するＰＤが備えられ、このＰＤによって電気信号に変換されたキャリア光、不要サイドバンド光のそれぞれの信号成分に基づいてバイアス電圧を制御するようにしているので、ＤＣドリフトの影響を受けることなく、常に高品質なＳＳＢ変調光信号を出力することができ、光通信の信頼性を実用的に向上させることができるという効果を奏する。
【００６３】
さらに、ＰＤのような簡易な構成により、キャリア光と不要サイドバンド光のパワーをモニタすることができるので、装置を簡易に構成することができるという効果も奏する。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したとおり、この発明によれば、出力光のうちキャリア光のパワーに基づいてサブ干渉計に印加するバイアス電圧を制御し、出力光のうち不要サイドバンド光のパワーに基づいてメイン干渉計に印加するバイアス電圧を制御するようにしているので、ＤＣドリフトの影響を受けることなく、常に高品質なＳＳＢ変調光信号を出力することができ、光通信の信頼性を実用的に向上させた光ＳＳＢ変調装置を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１にかかる光ＳＳＢ変調装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す光ＳＳＢ変調器の内部の模式的構成を示す図である。
【図３】（ａ）は、バイアス電圧Ｖ_Ａとそれぞれの出力光パワーとの関係を示すグラフであり、（ｂ）は、バイアス電圧Ｖ_Ｂとそれぞれの出力光パワーとの関係を示すグラフであり、（ｃ）は、バイアス電圧Ｖ_Ｃとそれぞれの出力光パワーとの関係を示すグラフである。
【図４】この発明の実施の形態２にかかる光ＳＳＢ変調装置の構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態３にかかる光ＳＳＢ変調装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１光ＳＳＢ変調器、２光入力端子、３光出力端子、４ａ，４ｂ変調電気信号入力端子、５電源、６電圧制御回路、７光フィルタ、１１基板、１２ｃメイン干渉計、１３ａ，１３ｂサブ干渉計、１４ａ，１４ｂＲＦ電極、１５ａ，１５ｂ，１５ｃＤＣ電極、１６，１７ａ，１７ｂ，１８ａ，１８ｂ，１９Ｙ分岐。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical SSB (Single Side-Band) modulation device that is mainly used for a transmission device of a high-speed optical communication system and generates an optical SSB (Single Side-Band) modulation signal.
[0002]
[Prior art]
As an example of the optical SSB modulator used in the optical SSB modulator, an optical waveguide forming a main interferometer and two sub-interferometers is provided on a lithium niobate substrate, and the RF of these sub-interferometers is provided. There is an optical SSB modulator that outputs an optical SSB modulation signal by controlling a bias voltage applied to DC electrodes of a sub-interferometer and a main interferometer while inputting a modulated electric signal to each of the electrodes ( For example, see Non-Patent Document 1).
[0003]
[Non-patent document 1]
Kaoru Hikuma et al., "2001 IEICE Society Conference Conference Proceedings, C-3-6", 2001, p. 160
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this optical SSB modulator, the bias conditions under which the carrier light and the unnecessary sideband light cancel each other are very limited, and even a slight change in the bias voltage generates light of an unnecessary component. Also, in an optical modulator using this kind of lithium niobate, there is a phenomenon called DC drift in which the operating point changes with time, and even if the bias voltage does not change, the optimum operating point shifts with time. Occurs. Therefore, light of an unnecessary component is also generated by the DC drift.
[0005]
These unnecessary lights broaden the bandwidth of an optical signal used for optical communication, and thus have a problem of adversely affecting other adjacent optical signals. Further, when these unnecessary lights reach a certain level or higher, there is also a problem that the optical SSB communication itself becomes impossible. However, in order to deal with these problems, it is necessary to constantly control the bias voltage, but no specific method of voltage control has been known. Therefore, a practical optical SSB modulator cannot be obtained using this type of optical SSB modulator.
[0006]
The present invention has been made in view of the above, and has as its object to provide specific means for controlling a bias voltage to an optimum value even when a DC drift occurs, and to obtain a practical optical SSB modulator. Is what you do.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems and achieve the object, an optical SSB modulator according to the present invention includes a Mach-Zehnder interferometer having an optical waveguide provided on a substrate having an electro-optic effect. An optical SSB modulator including a Mach-Zehnder sub-interferometer having optical waveguides respectively provided on two input sides of the main interferometer, and a part of output light of the optical SSB modulator. A voltage control circuit for monitoring and controlling a bias voltage applied to the optical SSB modulator. The voltage control circuit, based on a power of a carrier light in the output light, Controlling a bias voltage to be applied to the interferometer, and controlling a bias voltage to be applied to the main interferometer based on the power of unnecessary sideband light in the output light. To.
[0008]
According to the present invention, the voltage control circuit provided in the optical SSB modulator controls the bias voltage applied to the sub-interferometer based on the power of the carrier light in the output light, and controls the unnecessary sideband light in the output light. Since the bias voltage applied to the main interferometer is controlled based on the power of the power supply, the control using the sharp characteristic of the power change is performed.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of an optical SSB modulator according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that the present invention is not limited by the embodiment.
[0010]
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of the optical SSB modulator according to the first embodiment of the present invention. The optical SSB modulator shown in FIG. 1 includes an optical SSB modulator 1 having an optical input terminal 2, an optical output terminal 3, a pair of modulated electric signal input terminals 4a and 4b, a power supply 5, and a voltage control circuit 6.
[0011]
In FIG. 1, carrier light generated by a light source such as an LD (laser diode) is incident on an optical input terminal 2 of an optical SSB modulator, and a pair of modulated electric signal input terminals 4a and 4b are used for performing modulation. Are applied, and these signals are input to the optical SSB modulator 1. The modulated output light output from the optical SSB modulator 1 is output from the optical output terminal 3. The voltage control circuit 6 monitors a part of the modulated output light and controls a bias voltage generated by the power supply 5. This controlled bias voltage is applied to the optical SSB modulator 1 by the power supply 5.
[0012]
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration inside the optical SSB modulator 1 shown in FIG. In FIG. 2, a substrate 11 is a substrate having an electro-optic effect, and an optical waveguide is formed on a surface thereof using a technique such as a Ti diffusion method. This optical waveguide is provided with three Mach-Zehnder interferometers, that is, one main interferometer 12c and two

sub-interferometers

13a and 13b. The sub-interferometer 13a has an RF electrode 14a and a DC electrode 15a, and is connected to the optical input terminal 2 via a Y branch 17a and a Y branch 16. The sub-interferometer 13b has an RF electrode 14b and a DC electrode 15b, and is connected to the optical input terminal 2 via a Y branch 17b and a Y branch 16. The main interferometer 12c has a DC electrode 15c and is connected to the light output terminal 3 via the Y branch 19. The main interferometer 12c is connected to the sub-interferometer 13a via the Y-branch 18a, and is connected to 13b via the Y-branch 18b. In FIG. 1, the terminating resistors connected to the

RF electrodes

14a and 14b are omitted. However, in order to prevent reflection of an electric signal, a terminating resistor is usually provided inside or outside the optical SSB modulator 1 to prevent the

RF electrodes

14a and 14b from being reflected. Connection to 14a, 14b is often performed.
[0013]
Next, the operation of the optical SSB modulator 1 will be described with reference to FIG. Here, a case where X-cut lithium niobate having an electro-optical effect is used for the substrate 11 will be described. In the figure, a carrier light input from an optical input terminal 2 propagates to

sub-interferometers

13a and 13b via

Y branches

16, 17a and

Y branches

16, 17b of the optical waveguide, respectively. A modulated electric signal is input to the

RF electrodes

14a and 14b of the

sub-interferometers

13a and 13b. At this time, the phases of the input modulated electric signals are made to differ from each other by 90 ° between the sub-interferometer 13a and the sub-interferometer 13b. An electric field is generated inside the substrate 11 by the modulated electric signal, and the refractive index of the optical waveguide changes due to the electro-optic effect of the substrate 11. This change in the refractive index causes a modulation in the phase of light propagating through each optical waveguide, and generates various frequency components in the carrier light input from the optical input terminal 2.
[0014]
On the other hand, a bias voltage is applied to the

DC electrodes

15a and 15b of the sub-interferometers 13a and 13b and the DC electrode 15c of the main interferometer 12c. Even with these bias voltages, the refractive index of the optical waveguide changes, and the phase of light changes. The modulated output lights of the sub-interferometer 13a and the sub-interferometer 13b are input to the main interferometer 12c, synthesized again by the Y branch 19, and output from the optical output terminal 3. At this time, since the phase difference of the modulated output light propagating through the pair of upper and lower optical waveguides of the main interferometer 12c varies depending on the angular frequency component of the modulated output light, the phases are aligned and added depending on the frequency of the modulated output light. And a component that is almost out of phase with each other and cancels out.
[0015]
By the way, in the optical SSB communication, communication is performed using one of side band lights generated on both sides of the frequency of the input carrier light. Therefore, the bias voltage applied to each of the

DC electrodes

15a, 15b, and 15c is adjusted, and the frequency components of the carrier light and the unnecessary sideband light (hereinafter, referred to as “unnecessary sideband light”) are not output, and the required Control is performed so that only the frequency component of the sideband light (hereinafter referred to as “required sideband light”) is efficiently output. By this control, required sideband light, that is, SSB modulated signal light is output from the optical output terminal 3. Thus, the configuration shown in FIG. 2 operates as an optical SSB modulator.
[0016]
Up to now, the configuration and operation principle of the optical SSB modulator and the optical SSB modulator have been described with reference to FIGS. Next, the principle that the optical SSB modulator can output a high-quality SSB modulated optical signal without being affected by DC drift will be described using some mathematical expressions.
[0017]
In FIG. 2, the carrier light input from the optical input terminal 2 passes through the Y branch 16 and the

Y branches

17a and 17b into four optical waveguides, that is, two optical waveguides in the sub interferometer 13a and a sub interference. The light is substantially equally divided into two optical waveguides in the total 13b. Now, it is assumed that modulated electric signals whose phases are different from each other by approximately 90 ° are input to the RF electrode 14a of the sub-interferometer 13a and the RF electrode 14b of the sub-interferometer 13b. Here, the angular frequency of the carrier light is ω _o , The angular frequency of the modulated electrical signal is ω _m And the modulated electric signals applied to the

RF electrodes

14a and 14b are E _A , E _B Then, each can be expressed by the following equations.
[0018]
(Equation 1)

[0019]
Where t is time, E ₀ Is a voltage constant. Note that E _B Is E _A Is advanced by 90 °. The

DC electrodes

15a and 15b of the two

sub-interferometers

13a and 13b respectively have V _A , V _B Is applied.
[0020]
An electric field is generated in the substrate 11 by the modulated electric signal and the DC voltage. These electric fields become electric fields in opposite directions in each of the pair of optical waveguides in the sub-interferometers 13a and 13b. Further, the refractive index of the optical waveguide changes due to the electric field and the electro-optic effect of the substrate 11. As a result, a change occurs in the light propagation speed, and a change occurs in the phase of the light passing through the pair of optical waveguides of the sub-interferometers 13a and 13b.
[0021]
Immediately after passing through a pair of optical waveguides in the sub-interferometer 13a, the amplitude of the modulated signal light is set to A ₁ , A ₂ When these are expressed, these A ₁ , A ₂ Are represented by the following expressions in complex notation, respectively.
[0022]
(Equation 2)

[0023]
Here, j represents an imaginary unit. Also, A ₀ Is a light amplitude constant, β is a constant determined by the intensity of the modulated electric signal, and γ is a constant determined by the shape of the DC electrode 15c. In particular, γ has a relationship of γ = π / (2 · Vπ) with respect to the half-wavelength voltage Vπ of the DC electrode 15c.
[0024]
Similarly, the amplitude of the modulated signal light immediately after passing through a pair of optical waveguides in the sub-interferometer 13b is A ₃ , A ₄ When these are expressed, these A ₃ , A ₄ Are represented by the following expressions in complex notation, respectively.
[0025]
[Equation 3]

[0026]
The symbols shown in these equations (5) and (6) have the same meaning as in equations (3) and (4). Note that γ used in Equations (5) and (6) is a constant that depends on the half-wavelength voltage Vπ of the DC electrode 15b, and γ used in Equations (3) and (4) is It may take different values. However, regarding the DC drift control described below, there is no essential difference even if they are treated as the same. Therefore, the following description will be made using the same symbol γ.
[0027]
The modulated output light that has propagated through the pair of optical waveguides of the sub-interferometer 13a is combined again by the Y branch 18a. At this time, the amplitude A of the combined modulated output light ₁₂ Is the amplitude A of each modulated output light propagating through the pair of optical waveguides. ₁ , A ₂ Is added. The modulated output light that has propagated through the pair of optical waveguides of the sub-interferometer 13b is also synthesized again by the Y-branch 18b, and the amplitude A of the synthesized light is obtained. ₃₄ Is the amplitude A of each modulated output light propagating through the pair of optical waveguides. ₁ , A ₂ Is added. Therefore, the amplitude A of the combined modulated output light ₁₂ , A ₃₄ Is expressed as follows.
[0028]
(Equation 4)

[0029]
The DC electrode 15c of the main interferometer 12c has V _C Bias voltage is applied. For this reason, the modulated output light shown in Expressions (7) and (8) has the bias voltage V _C Again undergoes a phase change, and is further combined into one by the Y branch 19. Therefore, the amplitude A of the combined modulated output light _T Is expressed as follows.
[0030]
(Equation 5)

[0031]
Where V _C For the coefficient γ with respect to the same, the same one as in the equations (3) to (6) is used for the same reason as described above.
[0032]
The modulated output light represented by the equation (9) has various frequency components. To clarify this, we use the following formula:
[0033]
(Equation 6)

[0034]
In equation (10), J _n Represents an n-order Bessel function of the first kind. By expanding this equation (10), the modulated output light can be expanded for each frequency component. These frequency components are equal to the angular frequency of light ω _o The angular frequency ω of the modulated electrical signal _m And various numbers obtained by adding integer multiples of. However, given the value of a certain argument, the value of the Bessel function rapidly decreases when the order n becomes larger than a certain value due to the nature of the Bessel function. That is, of the innumerable frequency components, the number of main components is limited. In the normal case, in particular, only the components corresponding to n-order, + 1-order, and -1-order become substantially dominant.
[0035]
In the optical SSB communication method, communication is performed using only one of the components corresponding to the +1 order and the −1 order. The other of the components corresponding to the +1 order and the −1 order, and other components including the 0 order are unnecessary for communication and increase the frequency width of the signal. desired. If these components occur at a certain level or higher, the quality of the communication is degraded, or other optical communication signals adjacent to the optical communication signal are adversely affected, and the communication may be disabled.
[0036]
Here, it is assumed that communication is performed using a component in which n is +1 order, and that −1 order, 0 order, and other components are unnecessary. Therefore, the angular frequency ω where n is the +1 order _o + Ω _m Is the required sideband light, and n is the angular frequency ω corresponding to the 0th order _o And the angular frequency ω where n corresponds to the −1 order _o −ω _m Unnecessary sideband light, which is a component, becomes unnecessary output light. As for the output light from the optical SSB modulator 1, it is necessary to obtain a sufficient level of required sideband light, and particularly to suppress the carrier light and the modulated output light corresponding to the -1st order to a sufficiently low level.
[0037]
Next, from the modulated output light shown in Expression (9) using Expression (10), the required sideband light A, in which n is a component corresponding to each of the + 1st, 0th, and -1st orders, _{T + 1} , Carrier light A _T0 , Unnecessary sideband light A _T-1 Write down the amplitude of
[0038]
(Equation 7)

[0039]
The power of light of each of these components is P _{T + 1} , P _{T + 0} , P _T-1 Then, these are obtained by squaring the absolute value of each amplitude of the equations (11) to (13), and are as follows.
[0040]
(Equation 8)

[0041]
Thus, the DC bias voltage V applied to the

DC electrodes

15a, 15b, 15c _A , V _B , V _C The power of the light of each component changes depending on the value of. Where γV _A , ΓV _B , ΓV _C Are set to π / 2, π / 2, and π / 4, respectively, in other words, V _A , V _B , V _C Is set to 1, 1 and 1/2 times the half-wave voltage Vπ of each of the

DC electrodes

15a, 15b and 15c, _{T + 1} Takes the maximum value and P _{T + 0} And P _T-1 Are both 0 (minimum value). That is, the power of the required sideband light is maximized, and the powers of the carrier light and the unnecessary sideband light are both 0 (minimum). Therefore, the set value of the bias voltage is the optimum operating point condition of the optical SSB modulator 1.
[0042]
However, as described above, in this type of modulator using lithium niobate or the like, an appropriate bias operating point changes with time due to a phenomenon called DC drift. This phenomenon includes a change from several seconds due to a temperature change to a change from several days to several years due to a change over time, and it is difficult to know the drift amount in advance. Therefore, the bias voltage V of the optical SSB modulator 1 is determined in advance. _A , V _B , V _C Is fixed to an appropriate value, the bias condition is deviated from the appropriate bias condition over time, and carrier light and unnecessary sideband light are generated. As described above, an increase in the power of the carrier light or the unnecessary sideband light degrades communication quality or causes communication failure.
[0043]
When considering this DC drift, in equations (14) to (16) representing the power of the modulated output light, V _A , V _B , V _C Is not an absolute value but a relative value. From another perspective, V in equations (14) to (16) _A , V _B , V _C Each of V _A + ΑA, V _B + ΑB, V _C + ΑC. Here, αA, αB, and αC are unknown voltage constants determined at that moment. However, αA, αB, and αC may be considered to hardly change within a short time of several seconds or less.
[0044]
Here, returning to FIG. 1, the voltage control circuit 6 provided in the optical SSB modulator shown in FIG. 1 monitors a part of the output light of the optical SSB modulator 1 and detects the power of the angular frequency component. At the same time, it outputs a control signal for controlling the bias voltage applied to the sub-interferometers 13a and 13b and the main interferometer 12c that constitute the optical SSB modulator 1.
[0045]
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the bias voltage and the output light power of the required sideband light, carrier light, and unnecessary sideband light when the bias voltage applied to the optical SSB modulator 1 changes from the optimum value. is there. FIG. 3A shows the bias voltage V _A FIG. 6B is a graph showing the relationship between the output light power and the output light power. FIG. _B FIG. 3C is a graph showing the relationship between the output voltage and the respective output light powers. _C 7 is a graph showing the relationship between the output light power and the output light power. Each power shows a value standardized so that the maximum value is 1. Also, V _A , V _B , V _C Indicate the value normalized by the half-wavelength voltage Vπ of each of the

electrodes

15a, 15b, 15c. In these graphs, V _A , V _B , V _C Can be read by replacing the unknown voltage fluctuation amounts αA, αB, and αC as described above.
[0046]
The waveform shown in FIG. _A , V _B , V _C Of the bias voltage V _A Shows the required sideband light (K1), the carrier light (K2) and the unnecessary sideband light (K3) in the case where the value of the bias voltage V1 changes from the optimum value. _B And V _C Remains at the optimal value. The output light power of the required sideband light indicated by the waveform K1 has the maximum value 1 when the bias voltage is at the optimum value, and gradually decreases when the bias voltage deviates from the optimum value. On the other hand, the output light power of the carrier light indicated by the waveform K2 and the output light power of the unnecessary sideband light indicated by the waveform K3 both have the minimum value 0 when the bias voltage is at the optimum value, and the bias voltage is shifted from the optimum value. If it deviates, the value gradually increases from 0. However, the carrier light and the unnecessary sideband light have different power changes when the bias voltage deviates from the optimum value.
[0047]
When the bias voltage gradually deviates from the optimum value, the level of the waveform K2 of the carrier light increases relatively sharply. On the other hand, the level of the waveform K3 of the unnecessary sideband light changes slowly even if the bias voltage deviates from the optimum value. This fact is based on the bias voltage V applied to the DC electrode 15a of the sub-interferometer 13a. _A Is changed to adjust the operation of the optical SSB modulator 1 to an optimum value, it is difficult to adjust because the power change is slow even if the adjustment is performed while observing the change in the power of the unnecessary sideband light. It means that However, if the adjustment is made while observing the change in the power of the carrier light, the change in the power is much steeper than the change in the power of the unnecessary sideband light. Therefore, the minimum value of the power can be easily known and the adjustment is easy. It means that Thus, the bias voltage V applied to the DC electrode 15a of the sub-interferometer 13a is _A May be adjusted by monitoring the output light power of the carrier light and controlling the monitored value to always be a minimum value.
[0048]
Similarly, the waveform shown in FIG. _A , V _B , V _C Of the bias voltage V _B Indicate the required sideband light (L1), carrier light (L2) and unnecessary sideband light (L3) when the value of the bias voltage has changed from the optimum value. _A And V _C Remains at the optimal value. In FIG. 3B, the bias voltage V _B Is changed, the bias voltage V in FIG. _B Can be said to be the same as in the case of changing. That is, when the bias voltage gradually deviates from the optimum value, the level of the waveform L2 of the carrier light increases relatively sharply, but the waveform L3 of the unnecessary sideband light shows the level of the level even if the bias voltage deviates from the optimum value. Changes are slow. Therefore, the bias voltage V applied to the DC electrode 15b of the sub-interferometer 13b _B As in the case of the sub-interferometer 13a, the output power of the carrier light is monitored, and the monitor value may be controlled to always be a minimum value.
[0049]
The waveform shown in FIG. _A , V _B , V _C Of the bias voltage V _C Shows the required sideband light (M1), the carrier light (M2) and the unnecessary sideband light (M3) in the case where the value of the bias voltage has changed from the optimum value. _A And V _B Remains at the optimal value. The waveform shown in FIG. 3C has a completely different tendency from the waveforms shown in FIGS. 3A and 3B described above. In FIG. 3C, the power of the required sideband light shown by the waveform M1 is the same as the power of the required sideband light shown by the waveforms K1 and L1 in FIGS. At the optimum value, the maximum value is 1, and when the bias voltage deviates from the optimum value, the value gradually decreases. On the other hand, as shown by waveforms M2 and M3, the power of the carrier light and the power of the unnecessary sideband light are both 0 when the bias voltage is the optimum value, but the power of the unnecessary sideband light is the bias voltage. Deviates from the optimum value, the value rapidly increases from 0, and the value of the carrier light power remains almost 0 even when the bias voltage deviates from the optimum value.
[0050]
When the bias voltage gradually deviates from the optimum value, the power of the unnecessary sideband light rapidly increases in level, but the power of the carrier light does not change. This fact is based on the bias voltage V applied to the DC electrode 15c of the main interferometer 12c. _C Is changed to adjust the operation of the optical SSB modulator 1 to an optimum value, it means that it is difficult to adjust while observing the change in the power of the carrier light. However, when the adjustment is performed while observing the change in the power of the unnecessary sideband light, the change in the power is sharp, so that the minimum value of the power can be easily known, which means that the adjustment is easy. Thus, the bias voltage V applied to the DC electrode 15c of the main interferometer 12c is _C May be adjusted by monitoring the power of the unnecessary sideband light and controlling the monitored value to always be a minimum value.
[0051]
That is, in the optical SSB modulator shown in FIG. 1, the voltage control circuit 6 controls the voltage of the power supply 5 according to the monitored optical power. The voltage control circuit 6 monitors the power of the carrier light out of the output light monitored by itself, and applies the power to the

DC electrodes

15a and 15b of the sub-interferometers 13a and 13b so that the power of the carrier light becomes a minimum value. Bias voltage V _A And V _B The power supply 5 is controlled so as to generate the following. Also, the power of the unnecessary sideband light is monitored, and the bias voltage V applied to the DC electrode 15c of the main interferometer 12c is adjusted so that the power of the unnecessary sideband light becomes a minimum value. _C The power supply 5 is controlled so as to generate the following. When such control is performed, even if a DC drift occurs in the optical SSB modulator 1, a stable optimum bias voltage can be always supplied, so that the carrier light of the output light and the unnecessary sideband can be supplied. The light level can be suppressed to the minimum value, the required sideband light can be efficiently output, and a good SSB modulated optical signal can be output.
[0052]
As described above, according to this embodiment, the voltage control circuit provided in the optical SSB modulator controls the bias voltage applied to the sub-interferometer so that the power of the carrier light in the output light is minimized. However, since the bias voltage applied to the main interferometer is controlled so that the power of the unnecessary sideband light in the output light is minimized, the optical SSB modulator is not affected by the DC drift at all times. It is possible to output a high-quality SSB modulated optical signal, and it is possible to practically improve the reliability of optical communication.
[0053]
In this embodiment, an X-cut lithium niobate is used as the substrate 11 of the optical SSB modulator 1. However, the present invention is not limited to this. For example, a Z-cut lithium niobate may be used. May be used. In this case, it is necessary to slightly change the shape of the electrode from this embodiment, or to provide a buffer layer between the substrate and the electrode. However, the effect of the present invention can be obtained similarly. In addition, a material other than lithium niobate, such as lithium tantalate, may be used. A similar effect can be obtained if a Mach-Zehnder interferometer is provided for a material having an electro-optic effect.
[0054]
In this embodiment, the case where the

RF electrodes

14a and 14b provided on the

respective sub-interferometers

13a and 13b are separated from the

DC electrodes

15a and 15b is shown. The DC electrode 15c and the DC electrode 15c can be shared, and the overall size can be reduced. In this case, a modulation signal and a bias voltage are often input using a bias T or the like.
[0055]
Further, in this embodiment, among the lights of the respective angular frequency components, n is the angular frequency ω corresponding to the +1 order. _o + Ω _m Is used as the required sideband light for communication, and the angular frequency ω corresponding to the −1 order is used. _o −ω _m Is described as the unnecessary sideband light, but in the SSB modulation method, n is the angular frequency ω corresponding to the −1 order. _o −ω _m Is communicated as the required sideband light, and the angular frequency ω corresponding to the +1 order _o + Ω _m May be unnecessary sideband light. However, also in this case, the + 1st-order light and the -1st-order light are exchanged by inverting the phase difference of the modulated electric signal or changing the operation bias point to an appropriate place without changing the configuration of the present embodiment. be able to. Also in this case, by controlling the bias voltage using the power of the carrier light and the unnecessary sideband light in the same manner, the same effect as that of this embodiment can be obtained.
[0056]
Embodiment 2 FIG.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the optical SSB modulator according to the second embodiment of the present invention. The optical SSB modulator shown in FIG. 1 includes an optical filter 7 for separating modulated output light output from an optical output terminal 3 into angular frequency components. The other configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, and the same components are denoted by the same reference numerals.
[0057]
In FIG. 4, a part of the modulation output light from the optical SSB modulator 1 is separated by the optical filter 7 into respective components of carrier light and unnecessary sideband light. The voltage control circuit 6 monitors the power of the carrier light, and controls the power supply 5 so that a bias voltage that minimizes the power of the carrier light is applied to the

DC electrodes

15a and 15b of the sub-interferometers 13a and 13b. Control. Further, the voltage control circuit 6 monitors the power of the unnecessary sideband light, and controls the power supply 5 so that a bias voltage that minimizes the power of the unnecessary sideband light is applied to the DC electrode 15c of the main interferometer 12c. Control. Therefore, similarly to the optical SSB modulation apparatus shown in the first embodiment, a practical high-quality optical SSB modulation signal can be always obtained.
[0058]
As described above, according to this embodiment, the optical filter for separating a part of the output light into the carrier light and the unnecessary sideband light is provided, and the carrier light and the unnecessary sideband light separated by the optical filter are provided. Since the bias voltage is controlled based on the power, it is possible to always output a high-quality SSB modulated optical signal without being affected by DC drift, and to improve the reliability of optical communication practically. It has the effect of being able to.
[0059]
Furthermore, since the carrier light and the unnecessary sideband light can be easily separated by a simple configuration such as an optical filter, there is an effect that the device can be simply configured.
[0060]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the optical SSB modulator according to the third embodiment of the present invention. The optical SSB modulator shown in FIG. 1 includes a PD (photodetector) 8 that converts a part of the modulated output light output from the optical output terminal 3 into an electric signal. The other configuration is the same as that of the first embodiment shown in FIG. 1, and the same components are denoted by the same reference numerals.
[0061]
In FIG. 5, a part of the modulated output light of the optical SSB modulator 1 is converted into an electric signal by the PD 8. The voltage control circuit 6 monitors the component of the carrier light from the electric signal, and applies a bias voltage that minimizes the power of the carrier light to the

DC electrodes

15a and 15b of the sub-interferometers 13a and 13b. To control the power supply 5. The voltage control circuit 6 monitors the unnecessary sideband light component from the electric signal, and applies a bias voltage to the DC electrode 15c of the main interferometer 12c so as to minimize the power of the unnecessary sideband light. The power supply 5 is controlled as described above. Therefore, similarly to the optical SSB modulators described in the first and second embodiments, a practical high-quality optical SSB modulated signal can always be obtained.
[0062]
As described above, according to this embodiment, the PD for converting a part of the output light into an electric signal is provided, and the signal components of the carrier light and the unnecessary sideband light converted into the electric signal by the PD are provided. , The bias voltage is controlled on the basis of, so that it is possible to always output a high-quality SSB modulated optical signal without being affected by DC drift, and to improve the reliability of optical communication practically. This has the effect that it can be performed.
[0063]
Furthermore, since the power of the carrier light and the unnecessary sideband light can be monitored with a simple configuration such as a PD, there is an effect that the device can be simply configured.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the bias voltage applied to the sub-interferometer is controlled based on the power of the carrier light in the output light, and the main interferometer is controlled based on the power of the unnecessary sideband light in the output light. The bias voltage to be applied to the SSB is controlled, so that a high-quality SSB modulated optical signal can always be output without being affected by DC drift, and the reliability of optical communication has been practically improved. There is an effect that an optical SSB modulator can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of an optical SSB modulation device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration inside the optical SSB modulator shown in FIG. 1;
FIG. 3A shows a bias voltage V _A 6 is a graph showing a relationship between the output light power and the output light power. _B 6 is a graph showing the relationship between the output light power and the respective output light powers. _C 7 is a graph showing the relationship between the output light power and the output light power.
FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of an optical SSB modulator according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of an optical SSB modulator according to a third embodiment of the present invention;
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 optical SSB modulator, 2 optical input terminal, 3 optical output terminal, 4a, 4b modulated electric signal input terminal, 5 power supply, 6 voltage control circuit, 7 optical filter, 11 substrate, 12c main interferometer, 13a, 13b sub interference Total, 14a, 14b RF electrode, 15a, 15b, 15c DC electrode, 16, 17a, 17b, 18a, 18b, 19 Y branch.

Claims

A Mach-Zehnder main interferometer having an optical waveguide provided on a substrate having an electro-optic effect, and a Mach-Zehnder sub-interference having optical waveguides respectively provided at two input sides of the main interferometer Optical SSB modulator comprising: an optical SSB modulator; and a voltage control circuit for monitoring a part of output light of the optical SSB modulator and controlling a bias voltage applied to the optical SSB modulator. In the device,
The voltage control circuit controls a bias voltage applied to the sub-interferometer based on the power of the carrier light in the output light, and controls the main interferometer based on the power of the unnecessary sideband light in the output light. An optical SSB modulator, wherein a bias voltage to be applied is controlled.

The voltage control circuit controls a bias voltage applied to the sub-interferometer in a direction in which the power of the carrier light in the output light decreases, and controls the bias voltage in a direction in which the power of the unnecessary sideband light in the output light decreases. The optical SSB modulator according to claim 1, wherein a bias voltage applied to the main interferometer is controlled.

Further comprising an optical filter for separating a part of the output light into carrier light and unnecessary sideband light,
The optical SSB modulation device according to claim 1, wherein the voltage control circuit controls the bias voltage using power of carrier light and unnecessary sideband light separated by the optical filter.

A PD that converts a part of the output light into an electric signal;
3. The light according to claim 1, wherein the voltage control circuit controls the bias voltage using signal components of carrier light and unnecessary sideband light converted into an electric signal by the PD. 4. SSB modulator.

The optical SSB modulator according to any one of claims 1 to 4, wherein X-cut lithium niobate is used for the substrate.

The optical SSB modulator according to claim 1, wherein Z-cut lithium niobate is used for the substrate.