JP2006121368A - 光送信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光出力の高速シャットダウンを行う。
【解決手段】 バイアス制御部３２は、低周波信号を発振出力し、電気信号に含まれるフィードバックされた低周波信号の周波数成分を抽出し、発振出力した低周波信号の周波数成分と、電気信号から抽出した低周波信号の周波数成分との位相比較を行って、光変調器２の動作点が最適となるような直流電圧を生成する。ボトム電圧算出部４０は、光変調器２の半波長電圧と、最適電圧とに基づいて、光変調器２の動作特性曲線が最小値となるボトム電圧を算出する。電圧選択部５０は、通常運用時には直流電圧を選択して、低周波重畳信号に直流電圧のバイアスをかけたバイアス電圧を光変調器２に与え、シャットダウン時にはボトム電圧を選択して、ボトム電圧を光変調器２に与える。
【選択図】 図１

Description

本発明は光送信装置に関し、特に光信号の送信制御を行う光送信装置に関する。

マルチメディアの進展に伴い、高速・大容量の情報を遠距離まで低コストで伝送するために、光通信ネットワークの開発が進んでいる。この光通信ネットワークを実現するための重要なデバイスとして光変調器がある。

光変調器には、外部電圧によって、光の強度に変調をかけるタイプと（電波の場合の振幅変調に該当する）、光の位相に変調をかけるタイプに大きく分かれ、光ファイバ通信においては強度変調タイプが最も多く使われている。

図１９は光変調器の構成を示す図である。光変調器１００は、強度変調器であって、電気光学効果（電界をかけると屈折率が変化する現象）を有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃：以下、ＬＮ）等を用いた結晶基板上に、光導波路１０１で形成されたマッハ・ツェンダ干渉計（Mach-Zehnder Interferometer：入力光を２分岐し、再度合流させる構成の光干渉計）が設けられる。

光導波路１０１は、２つの平行導波路１０１ａ、１０１ｂに分岐され、図では平行導波路１０１ａの近傍に信号電極１０２が形成され、信号電極１０２の両側に接地電極１０３が形成される（図ではＺ−ｃｕｔ基板で、シングル電極構造の場合を示している）。

また、信号電極１０２に対して、図の位置に抵抗Ｒを接続して終端することで、電気信号と光信号が同方向に伝搬するような進行波電極として、信号電極１０２に所定の電圧を印加する。

このとき、光導波路１０１に与えられる電界（電圧）によって平行導波路１０１ａ、１０１ｂの屈折率がそれぞれ＋Δｎ、−Δｎのように変化し、平行導波路１０１ａ、１０１ｂ間の位相差が変化するため、出射導波路から強度変調された信号光が出力される（平行導波路１０１ａ、１０１ｂの位相差が０°なら光は強め合い、位相差がπならば光は弱め合う）。

このように、電気光学効果を持つＬＮ結晶上に光導波路を形成したＬＮ変調器は、一方の光路の屈折率（光路長）を変化させることで、干渉状態を変化させて光のＯＮ／ＯＦＦを行うものであり、また、電気光学効果は、応答時間が非常に速い現象なので、高速変調（例えば、１０Ｇｂ／ｓ以上）が可能である。

図２０は光変調器１００を有する従来の光送信装置の構成を示す図である。光送信装置１１０は、光変調器１００、ＰＤ（Photo Diode）１１１、動作制御部１１２、バイアスＴ回路１１３から構成される。

光変調器１００の信号電極１０２の一端には、“０”、“１”の入力データ信号がコンデンサＣを介して入力する。信号電極１０２の他端には、バイアスＴ回路１１３及び終端抵抗Ｒが接続し、動作制御部１１２で生成されたバイアス電圧が、バイアスＴ回路１１３を介して印加される。

動作制御部１１２は、内部に低周波発振器を有しており、発振した低周波信号をバイアス電圧に加算して重畳する。そして、光変調器１００は、入力データ信号に低周波信号が重畳された信号によって駆動し、強度変調された光信号を出力する。

ここで、光変調器１００では、光変調の動作点は温度や経時により変化（ドリフト）する。この対策のため、カプラで分岐された光変調器１００から出力した光信号をＰＤ１１１で電気信号１１１ａに変換し、動作制御部１１２では、この電気信号１１１ａに含まれる低周波信号の検出結果に基づき、バイアス電圧が最適となるように制御する。

電気信号１１１ａにパイロット信号の周波数成分が現れると、バイアス電圧が最適動作点からずれていることになり、電気信号１１１ａにパイロット信号の周波数成分が現れなければ、バイアス電圧が最適化されていることになる。このようなフィードバック制御を行って、光変調器１００が常に一定の動作点で駆動するように制御される。

光変調器を含む従来の光送信装置に関する技術として、電源アラーム及び波長アラームを受けたときには、光変調器から出力される光信号を遮断する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
特開平１１−３４０９１９号公報（段落番号〔００３６〕〜〔００４４〕，第５図）

光ファイバ通信システムでは、光ファイバのコネクタ抜けや光ファイバが断線した場合の人体保護や火災を防止するために、またはシステムの回線切り替えを行う時において、高出力レベルの光を自動的に停止するためのシャットダウン制御が行われる（ＡＰＳＤ（Auto Power Shut Down）と呼ばれる）。

上記の光送信装置１１０に対してシャットダウンを行う場合には、上位からのシャットダウン指示により、光変調器１００の動作点を変えて、光出力レベルを低下させることになる。

しかし、従来のシャットダウン制御では、動作制御部１１２がシャットダウン指示を受け取ってから、光変調器１００の光出力が低下するまでに要する時間が長くかかり、高速なシャットダウンが実現されていないといった問題があった。

ここで、動作制御部１１２の内部では、電気信号をフィルタリングして低周波信号を抽出し、位相比較器によって、低周波発振器から発振した低周波信号と、抽出した低周波信号との位相比較を行う。位相比較器では、位相差成分をパルス状の位相差信号として出力し、ループフィルタでこの位相差信号を平滑化（直流化）し、増幅してバイアス電圧を生成している。

動作制御部１１２では、シャットダウン指示を受信すると、光変調器の光出力レベルを低下させるに必要なボトム電圧を出力するように制御するが、上記のようなループ制御を行っているために、ループ時間が存在し、また、ループフィルタには、ループ制御を安定化させるために、所要の時定数を持たせているので（応答特性は、設定された時定数の分遅くなる）、シャットダウン指示を受信して、現在出力している電圧からボトム電圧へ移行するまでに高速に切り替えることができず、即時にシャットダウンできなかった。

近年の光ファイバ通信では、例えば、１０Ｇｂ／ｓからさらなる４０Ｇｂ／ｓクラスへの光通信へと、高速・大容量の通信が開発され、これに伴い回線切り替えの高速化も必要となってきている。このため光送信装置自体のシャットダウン機能の高速化技術の実現が強く求められている。

なお、上記の従来技術（特開平１１−３４０９１９号公報）では、単に光出力停止条件であるアラームを受信したときに光変調器からの光出力を停止させる技術であって、シャットダウンの高速化制御については何ら考慮されていない。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、高速シャットダウンを実現した光送信装置を提供することを目的とする。

本発明では上記課題を解決するために、図１に示すような、光送信装置１において、光源１１と、入力信号に応じた駆動電圧を発生する駆動回路と、駆動電圧に応じて光源１１の出力光を変調し、信号光として出力する光変調器２と、光変調器２の動作特性曲線のドリフトを検出し、動作点が動作特性曲線に対して一定の位置になるように光変調器２のバイアス電圧を制御する動作点安定化回路と、動作特性曲線の半波長電圧及びバイアス電圧より動作特性曲線のボトム電圧を算出するボトム電圧算出部４０とを備え、ボトム電圧算出部４０からの出力に基づき、光変調器２の出力を抑制することを特徴とする光送信装置１が提供される。

ここで、駆動回路は、入力信号に応じた駆動電圧を発生する。光変調器２は、駆動電圧に応じて光源１１の出力光を変調し、信号光として出力する。動作点安定化回路は、光変調器２の動作特性曲線のドリフトを検出し、動作点が動作特性曲線に対して一定の位置になるように光変調器２のバイアス電圧を制御する。ボトム電圧算出部４０は、動作特性曲線の半波長電圧及びバイアス電圧より動作特性曲線のボトム電圧を算出する。なお、図１に示す光変調器駆動部３０及び電圧選択部５０は、駆動回路及び動作点安定化回路の機能を有する。

本発明の光送信装置は、光変調器の動作特性曲線のドリフトを検出し、動作点が動作特性曲線に対して一定の位置になるように光変調器のバイアス電圧を制御する。そして、動作特性曲線の半波長電圧及びバイアス電圧より動作特性曲線のボトム電圧をボトム電圧算出部で算出し、ボトム電圧算出部からの出力に基づき、光変調器の出力を抑制する構成とした。これにより、光変調器の出力を高速に抑制することができるので、波長切り替えの高速化が可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は光送信装置の原理図である。光送信装置１は、光出力部１０、光変調部２０、光変調器駆動部３０、ボトム電圧算出部４０、電圧選択部５０から構成され、光信号の送信制御を行う装置である。なお、光変調器駆動部３０及び電圧選択部５０は、本発明の駆動回路及び動作点安定化回路の機能を有する。

光出力部１０は、光源（以下、ＬＤ（Laser Diode））１１と、光パワー保持部１２から構成され、光パワー保持部１２は、ＬＤ１１のバック光のパワーをモニタして、ＬＤ１１へ送信する駆動電流を調整し、ＬＤ１１から発光された出力光パワーを一定に保持するための制御を行う。なお、以降では、光パワー保持部１２をＡＰＣ（Auto Power Control）部１２と呼ぶ。

光変調部２０は、光変調器（以下、ＭＺ変調器）２と、カプラ２４、光／電気変換部（以下、ＰＤ）２５から構成される（接地電極の接地の図は略す）。ＭＺ変調器２は、電気光学効果を有する結晶基板上に形成された光導波路２１に印加される電界によって、出力光の強度変調を行う。ＰＤ２５は、カプラ２４で分岐されたＭＺ変調器２からの出力光信号を電気信号に変換する。

光変調器駆動部３０は、低周波重畳部３１とバイアス制御部３２から構成される。低周波重畳部３１は、入力データ信号により、低周波信号の振幅変調を行って、入力データ信号に低周波信号を重畳させて低周波重畳信号を生成する。

バイアス制御部３２は、低周波信号を発振出力し、電気信号に含まれるフィードバックされた低周波信号の周波数成分を抽出する。そして、発振出力した低周波信号の周波数成分と、抽出した低周波信号の周波数成分との位相比較を行って、ＭＺ変調器２へ印加する直流電圧に対して、ＭＺ変調器２の動作点が最適となるような最適電圧となるように制御する。なお、以降ではバイアス制御部３２をＡＢＣ（Auto Bias Control）部３２と呼ぶ。

ボトム電圧算出部４０は、ＭＺ変調器２の半波長電圧と最適電圧とに基づいて、ＭＺ変調器２の動作特性曲線が最小値となるボトム電圧を算出する。電圧選択部５０は、装置の通常運用時には、ＡＢＣ部３２で生成された直流電圧を選択して、低周波重畳信号に直流電圧のバイアスをかけたバイアス電圧をＭＺ変調器２に与え、シャットダウン時にはボトム電圧を選択して、ボトム電圧をＭＺ変調器２に与える。なお、以降では、低周波信号をパイロット信号、低周波重畳信号をパイロット重畳信号と呼ぶ。

次に光送信装置１の構成について説明する。図２は光送信装置１の構成を示す図である。ボトム電圧算出部４０と電圧選択部５０の内部構成について説明する（その他の構成部の内部構成は図１と同じである）。

ボトム電圧算出部４０は、半波長電圧検出部４１、最適電圧検出部４２、ＣＰＵ部４３から構成される。半波長電圧検出部４１は、ＭＺ変調器２へ印加されるバイアス電圧から半波長電圧（半波長電圧については図５で後述）を検出する。最適電圧検出部４２は、バイアス電圧から、ＭＺ変調器２の最適電圧を検出する。

ＣＰＵ部４３は、光送信装置１の通常運用時に検出された半波長電圧と最適電圧とから、ボトム電圧を算出する。また、上位からのシャットダウン指示（上位シャットダウン指示）を受信すると、ＬＤ１１へのシャットダウン指示（ＬＤシャットダウン指示）を生成し、ＡＰＣ部１２へ送信する。

電圧選択部５０は、スイッチ５１とバイアスＴ回路５２から構成される。スイッチ５１は、通常運用時にはスイッチ端子はａ端子に接続し、上位シャットダウン指示を受信すると、スイッチ端子はｂ端子に接続する。

バイアスＴ回路５２は、コンデンサＣとコイルＬを含み、スイッチ５１で選択された電圧をコイルＬを介して、コンデンサＣで直流成分がカットされたパイロット重畳信号と加算して、ＭＺ変調器２へバイアス電圧またはボトム電圧として印加する。

次にＭＺ変調器２の動作及びＡＢＣ制御について詳しく説明する。図３、図４はＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。図３に対し、印加される電圧がＶ０のとき、入力光は分岐点Ａで２等分して分かれ、平行導波路２１ａ、２１ｂをそれぞれ通過して分岐点Ｂで合流する。このとき平行導波路２１ａ、２１ｂには位相差が生じておらず、２つの光は強め合って信号出力は“１”となる。

図４に対し、印加される電圧がＶ１のとき、入力光は、分岐点Ａで２分割して平行導波路２１ａ、２１ｂを同様にして通過するが、分岐点Ｂで合流するときは位相がπ異なっている。このため、光の波は互いに打ち消しあって、信号出力は“０”となる（光導波路の出口で放散光となる）。

したがって、信号電極２２に例えば、“１０１０・・・”のような入力信号を加えると、電極電圧は、Ｖ０→Ｖ１→Ｖ１→Ｖ０→・・・のように変化し、光パルス“１０１０・・・”が生成されることになる（この光パルスの繰り返し速度が変調速度であり、例えば１０Ｇｂ／ｓである）。

図５はＭＺ変調器２の変調特性を示す図である。縦軸はＭＺ変調器２の光出力パワー、横軸はバイアス電圧であり、動作特性曲線、パイロット重畳信号及びＭＺ変調器２の出力光信号の波形を示している。

ＭＺ変調器２の動作特性曲線は、ｃｏｓ自乗の関数曲線となり、この動作特性曲線上の最大値と最小値との中間点が、ＭＺ変調器２の動作点となる。図では、ＭＺ変調器２の最適動作時の様子を示しており（出力光信号を電気信号に変換したときに、パイロット信号の周波数成分が現れないとき）、最適動作点となるバイアス電圧をバイアス電圧Ｖｏｐとする。

また、図３、図４で上述したＭＺ変調器２の動作を、図５の座標上で見ると、バイアス電圧Ｖｏｐを中心に、パイロット重畳信号（入力データ信号にパイロット信号が重畳されて振幅変調された信号）がＭＺ変調器２に入力することで、入力データ信号の“０”、“１”に対応して強度変調された光パルスが出力することになる。

このとき、低周波のパイロット信号の周波数がｆ０ならば、周波数２ｆ０の信号で強度変調された出力光信号が得られる。なお、図中のＶπは半波長電圧を指している（光を“０”、“１”とスイッチングするのに必要な位相変化量はπであり、これに必要な電圧を半波長電圧と呼ぶ）。なお、動作点が動作特性曲線上の最小値となった場合には、ＭＺ変調器２の光出力が消光し、このときのバイアス電圧がボトム電圧Ｖbottomである。

図６、図７は動作点がずれた場合の変調特性を示す図である。ＭＺ変調器２に対し、温度変化や経時等により動作点のドリフトが生じた場合、座標上では、動作特性曲線が時間とともに横軸方向に移動する現象として現れる。図６は動作点が正方向にドリフトした場合の様子を示しており、図７は動作点が負方向にドリフトした場合の様子を示している。

動作点ドリフトが生じると、パイロット信号（周波数ｆ０）が入力データ信号の“０”、“１”において同相で変調され、出力光信号は、この同相変調に伴って周波数ｆ０で変動する。そして、出力光信号の周波数ｆ０の位相は、図６、図７それぞれの出力光信号を比べるとわかるように、動作点のドリフト方向に応じてπ異なった値となる。

次にＡＢＣ制御について説明する。ＭＺ変調器２からの出力光信号は、ＰＤ２５により電気信号に変換された後、ＡＢＣ部３２に入力される。そして、ＡＢＣ部３２は、内部に含まれるフィルタによって、電気信号に含まれる低周波のパイロット信号の周波数成分を検出し、検出したパイロット信号の周波数成分の位相と、ＡＢＣ部３２自身が発振しているパイロット信号の周波数成分の位相とを比較し、比較結果に基づき、印加すべき直流電圧を制御する。

図６を用いて、正方向にドリフトしているときのＡＢＣ制御について説明すると、動作点が正方向にドリフトしている場合（Ｖｏｐ＜Ｖａ：Ｖａは正方向ドリフト時のバイアス電圧）、パイロット重畳信号と出力光信号のそれぞれの包絡線の位相は同じ位相になっている。

このことをパイロット信号で見れば、ＡＢＣ部３２で発振しているパイロット信号の位相と、Ｏ／Ｅ変換後の電気信号から抽出したパイロット信号の位相とは同位相となる。したがって、ＡＢＣ部３２は、位相比較結果が同位相と認識した場合には、現在印加しているバイアス電圧Ｖａを小さくする方向に制御することになる。

図７を用いて、負方向にドリフトしているときのＡＢＣ制御について説明すると、動作点が負方向にドリフトしている場合（Ｖｂ＜Ｖｏｐ：Ｖｂは負方向ドリフト時のバイアス電圧）、パイロット重畳信号と出力光信号のそれぞれの包絡線の位相は逆の位相になっている。

このことをパイロット信号で見れば、ＡＢＣ部３２で発振しているパイロット信号の位相と、Ｏ／Ｅ変換後の電気信号から抽出したパイロット信号の位相とは逆位相となる。したがって、ＡＢＣ部３２は、位相比較結果が逆位相と認識した場合には、現在印加しているバイアス電圧Ｖｂを大きくする方向に制御することになる。

このように、ＡＢＣ部３２では、内部で発振したパイロット信号と、フィードバックされてきたパイロット信号との位相比較を行うことにより、最適動作点に対する現在のバイアス電圧の相対位置を知ることができ、最適なバイアス電圧に調整するものである。なお、Ｏ／Ｅ変換後の電気信号に対して、パイロット信号の周波数成分が現れない場合には、ＭＺ変調器２が最適動作していると認識できる。

次にシャットダウン制御について説明する。光送信装置１では、上位シャットダウン指示を受信すると、まず、ＭＺ変調器２の動作点を変えて（バイアス電圧をボトム電圧とし）、光出力レベルを低下させ、その後にＬＤ１１に対する駆動電流を下げて、ＬＤ１１の発光を停止させる。

ここで、ＬＤ１１の発光停止を行うと（駆動電流を減少させると）、波長ずれが生じることが知られており、これはＷＤＭ伝送時には他チャネルに対して悪影響を与えるおそれがある。このため、光送信装置１のシャットダウンを行う際には、最初にＭＺ変調器２の光出力レベルを低下させておいてから（ＭＺシャットダウン）、最後にＬＤ１１の発光停止を行うことで（ＬＤシャットダウン）、光送信装置１の光出力を完全に停止させ、波長ずれの影響の低減化を図る。

図８はシャットダウン制御の動作手順を示すフローチャートである。
〔Ｓ１〕ＣＰＵ部４３は、上位シャットダウン指示を受信すると、半波長電圧検出部４１で検出された半波長電圧Ｖπと、最適電圧検出部４２で検出された最適電圧Ｖｏｐとを受信し、ボトム電圧を算出する。

〔Ｓ２〕スイッチ５１は、上位シャットダウン指示を受信すると、スイッチ端子をａ端子からｂ端子へ切り替える。
〔Ｓ３〕ＣＰＵ部４３は、上位シャットダウン指示を受信すると、ＬＤシャットダウン指示を生成し、ＡＰＣ部１２へ送信する（ＭＺシャットダウン後にＬＤシャットダウンが行われるように、ＬＤシャットダウン指示の送信タイミングはあらかじめ認識しておく）。

〔Ｓ４〕ボトム電圧は、バイアスＴ回路５２を介してＭＺ変調器２へ与えられ、ＭＺ変調器２がシャットダウンする
〔Ｓ５〕ＡＰＣ部１２は、ＬＤシャットダウン指示を受信して、ＬＤ１１への駆動電流を下げてＬＤ１１をシャットダウンする。

次にボトム電圧の算出処理について説明する。ＣＰＵ部４３において、ボトム電圧Ｖbottomは、半波長電圧Ｖπと最適電圧Ｖｏｐから（半波長電圧Ｖπと最適電圧Ｖｏｐはそれぞれ、ＣＰＵ部４３内部でＡ／Ｄ変換された後、ディジタル演算される）、Ｖbottom＝Ｖｏｐ±Ｖπ／２で算出される。ここで、式中のプラス・マイナスの符号は、ＭＺ変調器２のチャープ特性（光周波数が時間の関数として連続的に変化すること）によって決定する。

図９、図１０はチャープ特性によって決まるボトム電圧の位置を示す図である。図９に対し、ＭＺ変調器２のチャープ特性を示すパラメータであるチャープ係数が−αの場合、ＭＺ変調器２の動作特性曲線は図のような曲線ｋ１となり、このとき、ボトム電圧Ｖbottomは、Ｖbottom＝Ｖｏｐ−Ｖπ／２で算出される。

また、図１０に対し、ＭＺ変調器２のチャープ特性を示すパラメータであるチャープ係数が＋αの場合、ＭＺ変調器２の動作特性曲線は図のような曲線ｋ２となり、このとき、ボトム電圧Ｖbottomは、Ｖbottom＝Ｖｏｐ＋Ｖπ／２で算出される。なお、ＭＺ変調器２のチャープ係数は固定であるため、使用するＭＺ変調器２のタイプによって、ＣＰＵ部４３は、ボトム電圧算出式中のプラス・マイナスの符号は、あらかじめ認識しておく。

次にシャットダウン制御の効果について説明する。図１１はＭＺシャットダウンのタイミングチャートを示す図である。上位シャットダウン信号がイネーブルになってから、ＭＺシャットダウンが完了するまでは（ＭＺ変調器が消光レベルに落ちるまで）、従来ではループ制御により、ＭＺ変調器の動作電圧がボトム電圧になるまで、ゆるやかに落ちていたので時間Ｔ１かかっていた。

一方、光送信装置１では、ＣＰＵ部４３で計算したボトム電圧が、ＭＺ変調器２へ即時に与えられるので、上位シャットダウン信号がイネーブルになってから、ＭＺシャットダウンが完了するまでは、ＣＰＵ部４３のボトム電圧算出の処理時間と、ＭＺ変調器２にボトム電圧を印加してから消光するまでの時間とからなる時間Ｔ２であり、従来のシャットダウン制御に比べて、はるかに高速のシャットダウンを行うことが可能になる。

次にＭＺシャットダウンとＬＤシャットダウンを同時に実行する場合について説明する。図１２は光送信装置の構成を示す図である。光送信装置１ａは、図２で上述した光送信装置１と基本的な構成要素は同じである。構成上で異なる点は、上位シャットダウン指示が、スイッチ５１とＡＰＣ部１２へ入力する点である。

図１３はシャットダウン制御の動作手順を示すフローチャートである。光送信装置１ａでの、ＭＺシャットダウンとＬＤシャットダウンを同時に行う際の動作フローである。
〔Ｓ１１〕ＣＰＵ部４３は、一定時間間隔毎に受信した半波長電圧Ｖπと、最適電圧Ｖｏｐとから周期的にボトム電圧を算出しておく（図２の光送信装置１のＣＰＵ部４３では、上位からのシャットダウン指示を受信してから、ボトム電圧を算出するとしたが、図１２の光送信装置１ａのＣＰＵ部４３では、周期毎に計算して、スイッチ５１のｂ端子へ印加しておく）。

〔Ｓ１２〕スイッチ５１は、上位シャットダウン指示を受信すると、スイッチ端子をａ端子からｂ端子へ切り替える。
〔Ｓ１３ａ〕ボトム電圧は、バイアスＴ回路５２を介してＭＺ変調器２へ与えられ、ＭＺ変調器２がシャットダウンする。

〔Ｓ１３ｂ〕ＡＰＣ部１２は、上位シャットダウン指示を受信して、ＬＤ１１への駆動電流を下げてＬＤ１１をシャットダウンする。このような制御により、ＭＺシャットダウンとＬＤシャットダウンを同時に行うことも可能である。

次に半波長電圧検出部４１と最適電圧検出部４２の回路構成と周辺接続関係について説明する。図１４は半波長電圧検出部４１と最適電圧検出部４２の回路構成例を示す図である。半波長電圧検出部４１に対する内部素子の接続関係は、バッファＩＣ１の一方の入力端は電圧印加ラインＰ１と接続し、バッファＩＣ１の出力端は、ダイオードＤ１のアノードと他方の入力端と接続する。ダイオードＤ１のカソードは、コンデンサＣ１の一端と抵抗Ｒ１の一端とＣＰＵ部４３と接続する。コンデンサＣ１の他端と抵抗Ｒ１の他端はＧＮＤと接続する。

最適電圧検出部４２に対する内部素子の接続関係は、抵抗Ｒ２の一端は電圧印加ラインＰ１と接続し、抵抗Ｒ２の他端は、コンデンサＣ２の一端と抵抗Ｒ３の一端と接続する。抵抗Ｒ３の他端は、オペアンプＩＣ２の一方の入力端と、抵抗Ｒ４の一端と、コンデンサＣ３の一端と接続する。オペアンプＩＣ２の出力端は、抵抗Ｒ４の他端とコンデンサＣ３の他端と抵抗Ｒ５の一端と接続する。

抵抗Ｒ６の一端は、基準電圧Ｖｒと接続し、抵抗Ｒ６の他端は、オペアンプＩＣ２の他方の入力端とコンデンサＣ４の一端と接続する。抵抗Ｒ５の他端は、ＣＰＵ部４３と接続し、コンデンサＣ２とコンデンサＣ４の他端は、ＧＮＤと接続する。

また、ＭＺ変調器２に設けられた信号電極２２の一端には、バイアスＴ回路５２からの電圧印加ラインＰ１が接続し、電圧印加ラインＰ１を分岐して、半波長電圧検出部４１と最適電圧検出部４２が接続する。信号電極２２の他端は抵抗Ｒで終端される。

ここで、電圧印加ラインＰ１には、例えば、１０Ｇｂ／ｓ以上の入力データ信号を含むパイロット重畳信号が流れるので、この電圧印加ラインＰ１に対して、半波長電圧検出部４１及び最適電圧検出部４２の電圧検出ラインが接続すると、パイロット重畳信号に対して波形劣化や振幅変動を生じるおそれがある。

このため、あらかじめシミュレーション・ツールを用いて、電圧印加ラインＰ１周辺の信号パターンの最適化を行って、周波数特性の損失やインピーダンス値を許容範囲内に収めておくことが必要である。

光送信装置１ａでは、実装設計のシミュレーションや実測によるパターンの最適化を行って、バッファＩＣ１及びオペアンプＩＣ２の入力端と電圧印加ラインＰ１との接続点は、ハイインピーダンスとなるようにして、パイロット重畳信号への悪影響をなくし、干渉劣化量を許容範囲内に収めておき、波形劣化や振幅変動の発生を防止している。

以上説明したように、光送信装置１ａでは、ＭＺ変調器２のボトム電圧を計算しておき、ＭＺ変調器２へ直接印加することで、従来のようなフィルタ時定数に関係なく、高速シャットダウンを実行することが可能になる。

なお、上記では、半波長電圧Ｖπと最適電圧Ｖｏｐを、それぞれの検出部で検出した後に、ボトム電圧を計算しているが、半波長電圧Ｖπについては、装置調整時にあらかじめ測定しておき、測定値をＣＰＵ部４３内のメモリに記憶させておいてもよい。このとき、ボトム電圧算出時には、最適電圧検出部４２で検出された最適電圧Ｖｏｐと、記憶済みの半波長電圧Ｖπとを用いることになり、半波長電圧検出部４１が不要となるので、回路規模の削減が可能になる。

次に波長切り替え部を有する光送信装置について説明する。図１５は光送信装置の構成を示す図である。光送信装置１ｂは、図２で上述した光送信装置１と基本的な構成要素は同じである。異なる点は、波長切り替え部６０を有し、上位からは波長切り替え指示が送信されて、ＣＰＵ部４３と波長切り替え部６０で受信されるものである。

図１６はシャットダウン制御の動作手順を示すフローチャートである。光送信装置１ｂに対し、波長切り替え指示を受けて実行するＭＺシャットダウン及びＬＤシャットダウンの動作フローを示している。

〔Ｓ２１〕ＣＰＵ部４３は、波長切り替え指示を受信すると、ＭＺシャットダウン指示を生成してスイッチ５１へ送信し、ＬＤシャットダウン指示を生成してＡＰＣ部１２へ送信する。

〔Ｓ２２〕ＣＰＵ部４３は、半波長電圧検出部４１で検出された半波長電圧Ｖπと、最適電圧検出部４２で検出された最適電圧Ｖｏｐとを受信し、ボトム電圧を算出する。
〔Ｓ２３〕スイッチ５１は、ＭＺシャットダウン指示を受信すると、スイッチ端子をａ端子からｂ端子へ切り替える。

〔Ｓ２４〕ボトム電圧は、バイアスＴ回路５２を介してＭＺ変調器２へ与えられ、ＭＺ変調器２がシャットダウンする
〔Ｓ２５〕ＡＰＣ部１２は、ＬＤシャットダウン指示を受信して、ＬＤ１１への駆動電流を下げてＬＤ１１をシャットダウンする。

〔Ｓ２６〕波長切り替え部６０は、波長切り替え指示を受信すると、一定時間遅延後に（ＭＺシャットダウン及びＬＤシャットダウンの完了後に波長切り替えを行うように、ＭＺシャットダウン及びＬＤシャットダウンに要する時間をあらかじめ認識しておく）、ＬＤ１１に対して波長切り替えを行う。

〔Ｓ２７〕ＣＰＵ部４３は、波長切り替え完了後に、ＭＺシャットダウン及びＬＤシャットダウンの解除を行う。
次に波長切り替え部６０について説明する。図１７は波長切り替え部６０の構成を示す図である。波長切り替え部６０は、波長検出フィルタ６１、ＰＤ６２、Ｉ／Ｖ６３、比較部６４、ループフィルタ６５、温度制御部６６から構成される。

波長検出フィルタ６１は、波長に応じて透過率が異なる光フィルタであり、ＬＤ１１からの出力光（バック光）のフィルタリングを行う。ＰＤ６２は、波長検出フィルタ６１を透過した光を受光して電流に変換する。Ｉ／Ｖ６３は、電流を電圧Ｖxに変換する。比較部６４は、Ｉ／Ｖ６３からの電圧Ｖxと、リファレンス電圧Ｖrefとを比較して、電圧の差に応じた信号を出力する。

ループフィルタ６５は、比較部６４からの出力信号を平滑化する。温度制御部６６は、ループフィルタ６５から出力された信号を受信して、出力電圧Ｖｘとリファレンス電圧Ｖrefが等しくなるようにＬＤ１１の温度を制御する。

次に光送信装置１を適用したＷＤＭ伝送装置について説明する。図１８はＷＤＭ伝送装置の構成を示す図である。ＷＤＭ伝送装置１−１は、光送信制御部１−１ａ、波長多重化部１−１ｂから構成され、光送信制御部１−１ａは、光送信部１０−１〜１０−ｎから構成される（光送信部は、図で上述した光送信装置に対応する）。

光送信部１０−１〜１０−ｎでは、波長切り替え指示をそれぞれ受信すると、内部に含まれるＭＺ変調器及びＬＤのシャットダウンを高速に行って所定の波長に切り替えて出力する。波長多重化部１−１ｂでは、光送信部１０−１〜１０−ｎから送信された異なる波長の光信号を受信して波長多重化処理を行って、ＷＤＭ信号を生成し送信する。

（付記１） 光源と、
入力信号に応じた駆動電圧を発生する駆動回路と、
前記駆動電圧に応じて前記光源の出力光を変調し、信号光として出力する光変調器と、
前記光変調器の動作特性曲線のドリフトを検出し、動作点が前記動作特性曲線に対して一定の位置になるように前記光変調器のバイアス電圧を制御する動作点安定化回路と、
前記動作特性曲線の半波長電圧及び前記バイアス電圧より前記動作特性曲線のボトム電圧を算出するボトム電圧算出部とを備え、
前記ボトム電圧算出部からの出力に基づき、前記光変調器の出力を抑制することを特徴とする光送信装置。

（付記２） 付記１記載の光送信装置であって、
前記信号光の出力をシャットダウンするときは、前記ボトム電圧算出部からの出力に基づき、前記光変調器の出力を抑制した後に前記光源の出力をシャットダウンすることを特徴とする光送信装置。

（付記３） 付記１記載の光送信装置であって、
前記信号光の出力をシャットダウンするときは、前記ボトム電圧算出部からの出力に基づき、前記光変調器の出力と前記光源の出力とを同時にシャットダウンすることを特徴とする光送信装置。

（付記４） 付記１記載の光送信装置であって、
前記光源の出力光の波長を変化させるときは、前記ボトム電圧算出部からの出力に基づき、前記光変調器の出力を抑制後に出力光の波長を変化させることを特徴とする光送信装置。

（付記５） 付記１記載の光送信装置であって、
前記ボトム電圧算出部は、前記半波長電圧と、前記光変調器の最適動作時の前記バイアス電圧とを検出し、通常運用時に検出された前記半波長電圧と前記バイアス電圧とから、前記ボトム電圧を算出することを特徴とする光送信装置。

（付記６） 付記１記載の光送信装置であって、
前記ボトム電圧算出部は、装置調整時に測定された前記半波長電圧を記憶し、記憶した前記半波長電圧と、通常運用時に検出された前記光変調器の最適動作時の前記バイアス電圧とから、前記ボトム電圧を算出することを特徴とする光送信装置。

光送信装置の原理図である。 光送信装置の構成を示す図である。 ＭＺ変調器の動作を説明するための図である。 ＭＺ変調器の動作を説明するための図である。 ＭＺ変調器の変調特性を示す図である。 動作点がずれた場合の変調特性を示す図である。 動作点がずれた場合の変調特性を示す図である。 シャットダウン制御の動作手順を示すフローチャートである。 チャープ特性によって決まるボトム電圧の位置を示す図である。 チャープ特性によって決まるボトム電圧の位置を示す図である。 ＭＺシャットダウンのタイミングチャートを示す図である。 光送信装置の構成を示す図である。 シャットダウン制御の動作手順を示すフローチャートである。 半波長電圧検出部と最適電圧検出部の回路構成例を示す図である。 光送信装置の構成を示す図である。 シャットダウン制御の動作手順を示すフローチャートである。 波長切り替え部の構成を示す図である。 ＷＤＭ伝送装置の構成を示す図である。 光変調器の構成を示す図である。 光変調器を有する従来の光送信装置の構成を示す図である。

符号の説明

１ 光送信装置
１０ 光出力部
１１ 光源
１２ 光パワー保持部
２０ 光変調部
２ 光変調器
２１ 光導波路
２４ カプラ
２５ 光／電気変換部
３０ 光変調器駆動部
３１ 低周波重畳部
３２ バイアス制御部
４０ ボトム電圧算出部
５０ 電圧選択部

Claims (5)

1. 光源と、
   入力信号に応じた駆動電圧を発生する駆動回路と、
   前記駆動電圧に応じて前記光源の出力光を変調し、信号光として出力する光変調器と、
   前記光変調器の動作特性曲線のドリフトを検出し、動作点が前記動作特性曲線に対して一定の位置になるように前記光変調器のバイアス電圧を制御する動作点安定化回路と、
   前記動作特性曲線の半波長電圧及び前記バイアス電圧より前記動作特性曲線のボトム電圧を算出するボトム電圧算出部とを備え、
   前記ボトム電圧算出部からの出力に基づき、前記光変調器の出力を抑制することを特徴とする光送信装置。
2. 請求項１記載の光送信装置であって、
   前記信号光の出力をシャットダウンするときは、前記ボトム電圧算出部からの出力に基づき、前記光変調器の出力を抑制した後に前記光源の出力をシャットダウンすることを特徴とする光送信装置。
3. 請求項１記載の光送信装置であって、
   前記信号光の出力をシャットダウンするときは、前記ボトム電圧算出部からの出力に基づき、前記光変調器の出力と前記光源の出力とを同時にシャットダウンすることを特徴とする光送信装置。
4. 請求項１記載の光送信装置であって、
   前記光源の出力光の波長を変化させるときは、前記ボトム電圧算出部からの出力に基づき、前記光変調器の出力を抑制後に出力光の波長を変化させることを特徴とする光送信装置。
5. 請求項１記載の光送信装置であって、
   前記ボトム電圧算出部は、装置調整時に測定された前記半波長電圧を記憶し、記憶した前記半波長電圧と、通常運用時に検出された前記光変調器の最適動作時の前記バイアス電圧とから、前記ボトム電圧を算出することを特徴とする光送信装置。
   

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