JP2008039929A - 光送信システム及び光送信器，光送信方法、光送信用プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 光変調器の自動バイアス制御（ＡＢＣ：Ａｕｔｏ Ｂｉａｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）において、光変調器からの出力光レベルが変動した場合や、その出力光を受光するフォトダイオードの量子効率がばらついた場合においても、自動バイアス制御による最適動作バイアスへの引き込み時間を均一にし、安定したバイアス制御を実行可能にする。
【解決手段】 光変調器５を含む光送信器において、直流電圧抽出部１２が信号変換増幅部８から出力される電圧信号の直流電圧を検出し、ゲイン制御部１３に帰還をかけることで、光変調器の出力光強度レベルが変化した際や、または受光素子７の量子効率にばらつきがあった際にも、ＡＢＣによる最適動作バイアスへの引き込みゲイン、つまり、制御系のループゲインを一定に維持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光変調器を使用した光送信器と光送信方法、光送信用プログラムに関し、特に、マッハツェンダ型光変調器等の外部光変調器を用いた光送信器と光送信方法ならびに光送信用プログラムに関する。

一般に、マッハツェンダ型ＬｉＮｂＯ３光変調器は、外部変調器用のデバイスとして光送信器、特に波長依存性がないことからＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）向けの光送信器に多用されている。しかし、ＬｉＮｂＯ３光変調器は、温度変化や直流電圧の印加や、経時変化によって、その変調特性が電圧軸方向にずれるＤＣドリフト現象が生じる性質を持っている。変調特性がずれると最適動作点が変動し、透過光に歪みを生じるだけでなく、透過光の消光比が低下してしまう。このため、ＬｉＮｂＯ３光変調器においては、動作点が最適になるようにバイアス電圧を制御する自動バイアス制御（ＡＢＣ：Ａｕｔｏ Ｂｉａｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ）が必須となっている。

ＡＢＣの方式には、様々な方式が提案されている。その中でも、データ信号にそのデータ信号の伝送速度に対して十分低い周波数の低周波信号を重畳する方式が、特許文献１に開示されている。

ここで、特許文献１に記載された従来のＡＢＣ方式を図７に示し説明する。この従来の制御方式では、データ信号にそのデータ信号の伝送速度に対して十分低い周波数の低周波信号を重畳し、その信号をコンデンサ１０４を介して光変調器１０５に入力する。光変調器１０５では、入力された電気信号によって光の強度変調を行い、変調された光信号は光カプラ１０６を経て出力される。光カプラ１０６からの光出力を受け取る受光素子１０７で変換されるモニタ電流は信号変換部１０８を介して電圧信号に変換された後、誤差電圧検出部１１０に入力される。誤差電圧検出部１１０では、低周波信号発振器１０２からの低周波信号に同期したパルス信号でサンプルホールドを行いフィルタを介して光変調器１０５におけるＤＣドリフトの方向と大きさに対応した誤差電圧を検出する。そして、この検出された誤差電圧を基にバイアス制御部１１１にてバイアス電圧を制御することで光変調器１０５の動作点を適切な値に変えている。

特開平５−３２３２４５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の制御方式では、ＤＣドリフトのずれ量が同じであれば、光変調器１０５で変調された光信号には、その強度レベルに対し同じ割合の大きさの振幅の低周波成分が含まれている。低周波信号抽出部９で検出する誤差電圧は、低誤差電圧検出部１１０に入力される低周波成分の振幅の大きさに依存しているので、光源からの出力光強度レベルが可変である場合や、光変調器５の損失変動及びレーザモジュール１０１のトラッキングエラーにより光変調器出力パワーが変化した場合、また、受光素子１０７の量子効率にばらつきがある場合に、抽出する低周波信号成分の振幅の大きさが変化してしまうため、検出する誤差電圧も変化してしまい、バイアス制御が不安定になるという不都合があった。

特許文献１に記載の制御方式では、同じ大きさのＤＣドリフトが生じているとする場合、受光素子１０７で受光される光の強度レベルが異なると、変調後の低周波成分の振幅の光強度レベルに対する割合は同じであるが、振幅の絶対値が異なってしまう。例えば、受光素子１０７での受光レベルが大きくなると、同じＤＣドリフト量でも低周波成分の振幅の絶対値が大きくなり、光変調器１０５に印加するバイアス電圧への帰還量が大きくなる。つまり、ＡＢＣにおけるループゲインが大きくなり、場合によってはＡＢＣ系が発振し波形劣化を起こすこととなる。

また、一方で、受光素子１０７での受光レベルが小さくなると、同じＤＣドリフト量でも低周波成分の振幅の絶対値は小さくなり、光変調器１０５に印加するバイアス電圧への帰還量が小さくなる。つまり、ＡＢＣにおけるループゲインが小さくなり、最適動作バイアスへの引き込み時間が規定以上に長くなってしまう。この受光素子１０７の受光レベルの変動は、設定光出力パワーを可変で使用した際、光変調器１０５の損失変動およびレーザモジュール１０１のトラッキングエラーにより光変調器出力パワーが変化した際など実運用上で頻繁に生じる。

同様のことが、受光素子１０７の光−電気変換の量子効率が異なった場合についても言える。一般的に、受光素子の量子効率には１桁以上のばらつきがあるため、安定してＡＢＣを行うために、生産時の調整が必要となる。

［発明の目的］
そこで、本発明は、上記従来技術の不都合を改善し、光変調器からの出力光強度レベルが変化する場合や、受光素子の量子効率にばらつきがある場合においても、ＡＢＣ（自動バイアス制御）による最適動作バイアスへの引き込み時間を均一にし、安定したバイアス制御を実行する光送信器を提供することを、その目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の光送信システムは、光源と、この光源からの出力光を外部入力されるデータ信号に基づいて強度変調し出力する光変調器とを備えた光送信システムであり、データ信号の周波数よりも低い周波数の低周波信号を発信する低周波発振器と、この低周波信号をデータ信号に重畳して光変調器へ送り込む低周波信号重畳部とを備え、光変調器からの光出力の一部を電圧信号に変換すると共にその電圧信号に含まれる低周波成分に基づいて光変調器のバイアスに帰還をかける自動バイアス制御系を設け、自動バイアス制御系のループゲインを変換された電圧信号に基づいて一定になるように制御するゲイン制御部を備えたことを特徴とする（請求項１）。

このような光送信システムによると、光変調器のＤＣドリフトを補償するためのＡＢＣ（自動バイアス制御）の制御系のループゲインを一定に維持し、光源からの出力光の強度レベルが可変である場合等の光変調器の出力光レベルが変化する場合や、光変調器からの光出力の一部を受光する受光素子の量子効率にばらつきがある場合においても、安定した自動バイアス制御を実行することができる。

次に、本発明の光送信器は、データ信号にこのデータ信号の周波数よりも低い周波数の低周波信号を重畳する低周波信号重畳部と、バイアス電圧によって動作点を設定し低周波信号が重畳されたデータ信号に基づいて入力光を強度変調し出力する光変調器と、この光変調器からの光出力の一部を電圧信号に変換する光電変換部と、この変換された電圧信号から低周波成分を抽出しその成分に基づいて動作点のずれを示す誤差電圧を検出する誤差電圧検出部と、この誤差電圧に基づいて光変調器に印加するバイアス電圧を制御するバイアス制御部とを備え、信号変換部から出力される電圧信号の直流成分を抽出する直流電圧抽出部と、この抽出される直流電圧に基づいて作動し光変調器からの光出力の一部を基に光変調器のバイアスに帰還をかける自動バイアス制御系のループゲインを一定になるように制御するゲイン制御部とを備えたことを特徴とする（請求項２）。

このような光送信器によると、データ信号に低周波信号を重畳してそのデータ信号に基づいて光源からの出力光を変調しその変調光が示す信号に含まれる低周波成分を基に光変調器のバイアスを制御するＡＢＣ（自動バイアス制御）の制御系のループゲインを一定に維持する。よって、光源からの出力光の強度レベルが可変である場合等の受光素子での受光レベルが変化する場合や、受光素子の量子効率にばらつきがある場合においても、安定したバイアス制御を実行することができる。

また、上記の光送信器において、光電変換部を、光変調器からの光出力を受光し電流に変換する受光素子とこの電流を電圧信号に変換し増幅する信号変換増幅部とにより構成し、ゲイン制御部が、直流電圧抽出部で抽出される直流電圧に基づいて信号変換増幅部の利得を制御する機能を備えてもよい（請求項３）。

このようにすると、信号変換増幅部から出力される電圧信号の直流成分を一定になるように制御するため、光変調器の出力光レベルが変化する場合や、光変調器からの光出力の一部を受光する受光素子の量子効率にばらつきがある場合においても、ＤＣドリフト量が同じなら常に同じ振幅の低周波成分を含む信号が誤差電圧検出部に入力される。よって、ＡＢＣ（自動バイアス制御）の制御系のループゲインが一定となる。

また、上記の光送信器において、ゲイン制御部が、直流電圧抽出部で抽出される直流電圧に基づいて低周波信号の振幅を制御する機能を備えてもよい（請求項４）。

このようにすると、低周波信号の振幅を制御するため、光変調器の出力光レベルが変化する場合や、光変調器からの光出力の一部を受光する受光素子の量子効率にばらつきがある場合においても、ＤＣドリフト量が同じなら常に同じ振幅の低周波成分を含む信号が誤差電圧検出部に入力される。よって、ＡＢＣ（自動バイアス制御）の制御系のループゲインを一定とすることができる。

また、上記の光送信器において、ゲイン制御部が、直流電圧抽出部で抽出される直流電圧に基づいてバイアス制御部を制御しバイアス電圧の変化量を制御する機能を備えてもよい（請求項５）。

このようにすると、バイアス制御部により設定されるバイアス電圧の変化量を制御するため、光変調器の出力光レベルが変化する場合や、光変調器からの光出力の一部を受光する受光素子の量子効率にばらつきがある場合においても、ＡＢＣ（自動バイアス制御）の制御系のループゲインを一定とすることができる。

またさらに、上記の光送信器は、光変調器からの出力光の一部を分岐する光カプラを備えると共に、光電変換部が、光カプラにより分岐された光出力を受光する機能を備えてもよい（請求項６）。このようにすると、光変調器からの光出力の一部を取り出すことができる。

また、上記の光送信器において、光電変換部が、光変調器の出力側からの放射光を直接受光するように設置された受光素子を備えてもよい（請求項７）。このようにすると、受光素子が光変調器からの光出力の一部を受光することができる。

また、上記の光送信器において、光変調器が、マッハツェンダ型光変調器であってもよい（請求項８）。更に、上記の光送信器において、光変調器が、ＬｉＮｂＯ３光変調器であってもよい（請求項９）。このような光変調器はＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）に適しており、ＷＤＭ通信を行うことで大容量の情報を伝送することができる。

次に、本発明の光送信方法は、バイアス電圧によって動作点を設定し外部入力したデータ信号に基づいて入力光を強度変調し出力する光変調器を用いた光送信方法であり、予めデータ信号にこのデータ信号の周波数よりも低い周波数の低周波信号を重畳する低周波重畳工程と、この低周波信号を重畳されたデータ信号に基づいて変調された光変調器からの光出力の一部を電圧信号に変換する光電変換工程と、この電圧信号に含まれる低周波成分を抽出し低周波信号とに基づいて動作点のずれを示す誤差電圧を検出する誤差電圧検出工程と、この誤差電圧に基づいてバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御工程とを設け、光電変換工程と誤差電圧検出工程との間に、光電変換工程で変換された電圧信号の直流成分を抽出する直流電圧抽出工程を設け、光変調器からの光出力の一部を電圧信号に変換し光変調器のバイアスに帰還をかける自動バイアス制御系のループゲインを直流電圧に基づいて一定になるように制御するゲイン制御工程とを設けたことを特徴とする（請求項１０）。

このような光送信方法によると、データ信号に低周波信号を重畳してそのデータ信号に基づいて光源からの出力光を変調しその変調光が示す信号に含まれる低周波成分を基に光変調器のバイアスを制御するＡＢＣ（自動バイアス制御）の制御系のループゲインを一定に維持する。よって、光源からの出力光の強度レベルが可変である場合等の受光素子での受光レベルが変化する場合や、受光素子の量子効率にばらつきがある場合においても、安定した自動バイアス制御を実行することができる。

また、上記の光送信方法において、ゲイン制御工程が、直流電圧抽出工程で抽出される直流電圧が一定値になるように電圧信号を増幅しループゲインを一定になるように制御する構成であってもよい（請求項１１）。

このようにすると、電圧信号の直流成分を一定になるように制御するため、光変調器の出力光レベルが変化する場合や、光変調器からの光出力の一部を受光する受光素子の量子効率にばらつきがある場合においても、ＤＣドリフト量が同じなら常に同じ振幅の低周波成分が電圧信号に含まれることになり誤差電圧検出工程で検出される誤差電圧もＤＣドリフト量に応じて一定値と成る。よって、ＡＢＣ（自動バイアス制御）の制御系のループゲインが一定となる。

また、上記の光送信方法において、ゲイン制御工程が、直流電圧抽出工程で抽出される直流電圧に基づいて低周波信号の振幅を可変設定しこれによりループゲインを一定になるように制御する構成であってもよい（請求項１２）。

このようにすると、低周波信号の振幅を制御するため、光変調器の出力光レベルが変化する場合や、光変調器からの光出力の一部を受光する受光素子の量子効率にばらつきがある場合においても、ＤＣドリフト量が同じなら常に同じ振幅の低周波成分が電圧信号に含まれることになり誤差電圧検出工程で検出される誤差電圧もＤＣドリフト量に応じて一定値と成る。よって、ＡＢＣ（自動バイアス制御）の制御系のループゲインが一定となる。

また、上記の光送信方法において、ゲイン制御工程が、直流電圧抽出工程で抽出される直流電圧に基づいてバイアス電圧制御工程におけるバイアス電圧の変化量を設定しこれによりループゲインを一定になるように制御する構成であってもよい（請求項１３）。

このようにすると、バイアス電圧の変化量を制御するため、光変調器の出力光レベルが変化する場合や、光変調器からの光出力の一部を受光する受光素子の量子効率にばらつきがある場合においても、ＡＢＣ（自動バイアス制御）の制御系のループゲインが一定となる。

次に、本発明の光送信用プログラムは、バイアス電圧によって動作点を設定し外部入力したデータ信号に基づいて入力光を強度変調し出力する光変調器の動作を制御するコンピュータに、予めデータ信号にこのデータ信号の周波数よりも低い周波数の低周波信号を重畳する低周波重畳処理と、この低周波信号を重畳されたデータ信号に基づいて変調された光変調器からの光出力の一部を変換して得る電圧信号に含まれる低周波成分を基に動作点のずれを示す誤差電圧値を検出する誤差電圧検出処理と、この誤差電圧値に基づいてバイアス電圧値を制御するバイアス電圧制御処理と、電圧信号から直流成分の値を抽出する直流電圧抽出処理と、光変調器からの光出力の一部を電圧信号に変換し光変調器のバイアスに帰還をかける自動バイアス制御系のループゲインを抽出される直流電圧値に基づいて一定にするように制御するゲイン制御処理とを実行させることを特徴とする（請求項１４）。

このような光送信用プログラムによると、データ信号に低周波信号を重畳してそのデータ信号に基づいて光源からの出力光を変調しその変調光が示す信号に含まれる低周波成分を基に光変調器のバイアスを制御するＡＢＣ（自動バイアス制御）の制御系のループゲインを一定に維持する。よって、光源からの出力光の強度レベルが可変である場合等の受光素子での受光レベルが変化する場合や、受光素子の量子効率にばらつきがある場合においても、安定した自動バイアス制御を実行することができる。

本発明は以上のように構成され機能するため、これにより、ＡＢＣ（自動バイアス制御）による最適動作バイアスへの引き込みゲインを一定とすることが可能となり、光変調器出力光強度レベルが変化した際、または、受光素子の量子効率にばらつきがあった際にも光変調器の最適動作バイアスへの引き込み時間を均一にし、安定したＡＢＣを実行することができる。

以下、本発明における一実施形態を、図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明にかかる第１実施形態の光送信システムの構成を示す図である。

本第１実施形態の光送信システムは、図１に示すように、連続光を出力する光源であるレーザモジュール１と、外部入力されるデータ信号の周波数よりも低い周波数の低周波信号を出力する低周波発振器２とを備えている。

さらに、この光送信システムは、光変調器ドライバ３，コンデンサ４，光変調器５，光カプラ６，フォトダイオード７，信号変換増幅部８，コンデンサ９，誤差電圧検出部１０，バイアス制御部１１，直流電圧抽出部１２，及びゲイン制御部１３で構成された光送信器を備えている。

光変調器ドライバ３は、データ信号に低周波発振器８からの低周波信号を重畳する低周波信号重畳手段として機能している。光変調器５は、マッハツェンダ型ＬｉＮｂＯ３光変調器であり、バイアス電圧の印加によって動作点を確定し、低周波信号が重畳されたデータ信号に応じてレーザモジュール１からの入力光を強度変調し出力する機能を有している。

光カプラ６は、光変調器５から出力された光を分岐する機能を有している。フォトダイオード７は、光カプラ６で分岐された光を受光し電流に変換する受光素子である。信号変換増幅部８は、フォトダイオード７から出力されるモニタ電流を電圧信号に変換し増幅する機能を有している。誤差電圧検出部１０は、信号変換増幅部８から出力された電圧信号に含まれる低周波成分を低周波発振器８からの信号を基に動作点のずれを示す誤差電圧として検出する機能を有している。バイアス制御部１１は、誤差電圧に基づいて動作点のずれを減少させるようにバイアス電圧を変化させて光変調器５に印加する機能を有している。

直流電圧抽出部１２は、信号変換増幅部８から出力される電圧信号の直流成分を抽出する機能を有しており、ゲイン制御部１３は、直流電圧抽出部１２により抽出された直流電圧が一定値になるように電圧信号変換増幅部８の利得を制御する機能を有している。

フォトダイオード７と信号変換増幅部８とは、光変調器５からの光出力を電圧信号に変換する光電変換部として機能しており、誤差電圧検出部１０は、電圧信号から低周波信号８の成分を抽出し、低周波発振器８からの信号を基準に抽出された誤差信号が最大となるように位相調整を行いサンプルホールドして、光変調器５のＤＣドリフトの方向と大きさに対応した誤差電圧を検出する機能を有している。

ゲイン制御部１３は、直流電圧抽出部１２により抽出された直流電圧が予め設定した値になるように電圧信号変換増幅部８の利得を制御する機能を有している。このような機能により、ＤＣドリフト量が同じなら常に同じ振幅の低周波成分を含む信号が誤差電圧検出部１０に入力され、バイアス制御部１１による光変調器へのバイアス電圧出力に至るまでの自動バイアス制御系のループゲインを一定に維持することができる。

次に、本第１実施形態の全体の動作について説明する。ここで、本発明の光送信方法についても、その各工程を示して説明する。

図２は、本第１実施形態の光送信システムにおける自動バイアス制御の動作を示すフローチャートである。

まず、データ信号が入力されると（図２：ステップＳ１）、光変調器ドライバ３において低周波発振器２からの低周波信号がデータ信号に重畳される（図２：ステップＳ２，低周波重畳工程）。

光変調器５においては、バイアス電圧の入力により動作点が設定され、光変調器ドライバ３で低周波信号が重畳されたデータ信号がコンデンサ４を介して入力される（図２：ステップＳ３）。そして、レーザモジュール１から出力される連続光（ＣＷ光：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ 光）が、光変調器５において強度変調され、光カプラ６を経て出力される（図２：ステップＳ４）。ここで、上述した低周波重畳工程については、その内容をプログラム化し低周波重畳処理としてコンピュータに実行させてもよい。

一方、光カプラ６からの光出力を受け取るフォトダイオード７で変換されたモニタ電流は、信号変換増幅部８を介して電圧信号に変換、増幅され（図２：ステップＳ５，光電変換工程）、誤差電圧検出部１０に入力される。

本第１実施形態では、直流電圧抽出部１２が、電圧信号変換、増幅後の直流電圧を抽出し（図２：ステップＳ６，直流電圧抽出工程）、ゲイン制御部１３が、抽出された直流電圧が予め設定された一定値となるように、信号変換増幅部８の利得（ゲイン）を制御する。例えば、直流電圧が一定値より大きいときはゲインを小さくし、直流電圧が一定値より小さいときはゲインを大きくする（図２：ステップＳ１０，ゲイン制御工程）。この信号変換増幅部８のゲイン変更は、電流‐電圧変換ゲインを変更させてもよいし、電圧信号変換後の増幅のゲインを変更するように構成してもよい。

ここで、上述した直流電圧抽出工程及びゲイン制御工程については、その内容をプログラム化し直流電圧抽出処理及びゲイン制御処理としてコンピュータに実行させてもよい。

そして、誤差電圧検出部１０では、電圧信号から低周波成分を抽出し、抽出された成分波信号を、低周波発振器８からの信号を基準に抽出された誤差信号が最大となるように位相調整を行いサンプルホールドして、光変調器５のＤＣドリフトの方向と大きさに対応した誤差電圧を検出する（図２：ステップＳ８，誤差電圧検出工程）。この誤差電圧を基にバイアス制御部１１においてバイアスの制御を行う（図２：ステップＳ９，バイアス電圧制御工程）。これにより光変調器５の動作点を最適に制御することができる。

ここで、上述した誤差電圧検出工程及びバイアス電圧制御工程については、その内容をプログラム化し誤差電圧検出処理及びバイアス電圧制御処理としてコンピュータに実行させてもよい。

本第１実施形態では、光カプラ６からの光出力をフォトダイオード７が受光するように構成されているが、それに限らず、フォトダイオード７を光変調器５の出力側からの放射光を直接受光するように光変調器５に内蔵してもよい。

本第１実施形態では、電圧信号の増幅後の直流電圧を一定になるように制御しているため、光変調器５からの出力光レベルが変動した場合や、フォトダイオード７の量子効率がばらついた場合でも、誤差電圧検出部１０に入力される信号の低周波成分の振幅の大きさは、同じＤＣドリフト量の場合で一定になるため、ＡＢＣ（自動バイアス制御）におけるループゲインも一定となり、安定したＡＢＣが可能になる。

［第２実施形態］
次に、本発明にかかる第２実施形態について説明する。

図３は、本発明にかかる第２実施形態の構成を示す図である。

図３に示すように、本第２実施形態の光送信器システムは、上記の第１実施形態と同様の構成として、レーザモジュール１と、低周波発振器２と、光変調器ドライバ３と、コンデンサ４と、光変調器５と、光変調器５に内蔵されたフォトダイオード７と、コンデンサ９と、誤差電圧検出部１０と、バイアス制御部１１とを備えている。

さらに、本第２実施形態の光送信器システムは、フォトダイオード７から出力されるモニタ電流を電圧信号に変換する信号変換部１５と、信号変換部１３から出力される電圧信号の直流成分を抽出する直流電圧抽出部１２と、この直流電圧に基づいて低周波発振器２を制御し低周波信号の振幅を可変設定する低周波信号振幅制御部１４とを備えて構成されている。

低周波信号振幅制御部１４は、直流電圧抽出部１２により抽出された直流電圧に基づいて低周波発振器２を制御し低周波信号の振幅を増減させることで光変調器ドライバ３によるデータ信号への低周波信号重畳からバイアス制御部１１による光変調器５へのバイアス電圧出力に至るまでのループゲインを一定に維持するゲイン制御部として機能している。

次に、本第２実施形態の全体の動作について説明する。ここで、本発明の光送信方法についても、その各工程を示して説明する。

図４は、本第２実施形態の光送信システムにおける自動バイアス制御の動作を示すフローチャートである。

まず、データ信号が入力されると（図４：ステップＳ１１）、光変調器ドライバ３において低周波発振器２からの低周波信号がデータ信号に重畳される（図４：ステップＳ１２，低周波重畳工程）。

光変調器５においては、バイアス電圧の入力により動作点が設定され、光変調器ドライバ３で低周波信号が重畳されたデータ信号がコンデンサ４を介して入力される（図４：ステップＳ１３）。そして、レーザモジュール１から出力される連続光（ＣＷ光：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ 光）が、光変調器５において強度変調され出力される（図４：ステップＳ１４）。ここで、上述した低周波重畳工程については、その内容をプログラム化し低周波重畳処理としてコンピュータに実行させてもよい。

一方、変調器２に内蔵されているフォトダイオード７からのモニタ電流は、信号変換部１５により電圧信号に変換され（図４：ステップＳ１５，光電変換工程）、誤差電圧検出部１０に入力される。

本第２実施形態では、直流電圧抽出部１２が、電圧信号変換後の直流電圧を抽出し（図４：ステップＳ１６，直流電圧抽出工程）、低周波信号振幅制御部１４が、抽出された直流電圧値を基に、低周波発振器２から出力される低周波信号の振幅を制御する。これにより、誤差電圧検出部１０に入力される低周波成分の振幅の大きさを同じＤＣドリフト量の場合において一定になるようにし、ＡＢＣにおけるループゲインを一定に維持する（図４：ステップＳ１７，ゲイン制御工程）。

ここで、上述した直流電圧抽出工程及びゲイン制御工程については、その内容をプログラム化し直流電圧抽出処理及びゲイン制御処理としてコンピュータに実行させてもよい。

そして、誤差電圧検出部１０では、電圧信号から低周波成分を抽出し、低周波発振器８からの信号を基準に抽出された誤差信号が最大となるように位相調整を行いサンプルホールドして、光変調器５のＤＣドリフトの方向と大きさに対応した誤差電圧を検出する（図４：ステップＳ１８，誤差電圧検出工程）。この誤差電圧を基にバイアス制御部１１においてバイアスの制御を行う（図４：ステップＳ１９，バイアス電圧制御工程）。これにより光変調器５の動作点を最適に制御することができる。

ここで、上述した誤差電圧検出工程及びバイアス電圧制御工程については、その内容をプログラム化し誤差電圧検出処理及びバイアス電圧制御処理としてコンピュータに実行させてもよい。

したがって、本第２実施形態においては、光変調器５からの出力光レベルが変動したり、フォトダイオード７の量子効率がばらついても、データ信号に重畳する低周波信号の振幅を制御することで、安定したＡＢＣが実行できる。

［第３実施形態］
次に、本発明にかかる第３実施形態について説明する。

図５は、本発明にかかる第３実施形態の構成を示す図である。

図５に示すように、本第３実施形態の光送信器システムは、上記の第２実施形態と同様の構成として、レーザモジュール１と、低周波発振器２と、光変調器ドライバ３と、光変調器５と、光変調器５に内蔵されたフォトダイオード７と、信号変換部１５と、コンデンサ９と、誤差電圧検出部１０と、バイアス制御部１１とを備えている。

さらに、本第３実施形態の光送信器システムは、信号変換部１５から出力される電圧信号の直流成分を抽出する直流電圧抽出部１２と、この直流電圧に基づいてバイアス制御部１１を制御しバイアス電圧の変化量を設定するバイアスフィードバックゲイン制御部１６とを備えて構成されている。

バイアスフィードバックゲイン制御部１６は、直流電圧抽出部１２により抽出された直流電圧に基づいてバイアス制御部１１を制御し、増減されるバイアス電圧の変化量を設定することで、バイアス制御部１１による光変調器５へのバイアス電圧出力に至るまでの自動バイアス制御系のループゲインを一定に維持するゲイン制御部として機能している。

次に、本第３実施形態の全体の動作について説明する。ここで、本発明の光送信方法についても、その各工程を示して説明する。

図６は、本第２実施形態の光送信システムにおける自動バイアス制御の動作を示すフローチャートである。

まず、データ信号が入力されると（図６：ステップＳ２１）、光変調器ドライバ３において低周波発振器２からの低周波信号がデータ信号に重畳される（図６：ステップＳ２２，低周波重畳工程）。

光変調器５においては、バイアス電圧の入力により動作点が設定され、光変調器ドライバ３で低周波信号が重畳されたデータ信号がコンデンサ４を介して入力される（図６：ステップＳ２３）。そして、レーザモジュール１から出力される連続光（ＣＷ光：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−ｗａｖｅ 光）が、光変調器５において強度変調され出力される（図６：ステップＳ２４）。ここで、上述した低周波重畳工程については、その内容をプログラム化し低周波重畳処理としてコンピュータに実行させてもよい。

一方、光変調器５に内蔵されているフォトダイオード７からのモニタ電流は信号変換部１５において電圧信号に変換され（図６：ステップＳ２５，光電変換工程）、誤差電圧検出部１０に入力される。

本第３実施形態では、直流電圧抽出部１２が、電圧信号変換後の直流電圧を抽出し（図６：ステップＳ２６，直流電圧抽出工程）、バイアスフィードバックゲイン制御部１６が、抽出された直流電圧を基に、バイアス制御部１１が光変調器５に印加するバイアス電圧へのフィードバック量を制御する。このように、誤差電圧検出部１０に入力される低周波成分の振幅で決まるバイアス電圧へのフィードバック量を電圧信号変換後の直流電圧に基づいて制御することで、ＡＢＣにおけるループゲインを一定に維持する（図６：ステップＳ２７，ゲイン制御工程）。

そして、上記の第２実施形態と同様にして、光変調器５の動作点を最適に制御する。ここで、上述した直流電圧抽出工程及びゲイン制御工程については、その内容をプログラム化し直流電圧抽出処理及びゲイン制御処理としてコンピュータに実行させてもよい。

このような第３実施形態においても、光変調器５からの出力光レベルが変動した場合や、フォトダイオード７の量子効率がばらついた場合でも、光変調器５に印加するバイアス電圧へのフィードバック量を設定制御することで、ＡＢＣにおけるループゲインが一定となる。

本発明にかかる第１実施形態の構成を示すブロック図である。 図１に開示した光送信システムの動作を示すフローチャートである。 本発明にかかる第２実施形態の構成を示すブロック図である。 図３に開示した光送信システムの動作を示すフローチャートである。 本発明にかかる第３実施形態の構成を示すブロック図である。 図５に開示した光送信システムの動作を示すフローチャートである。 従来の光送信システムの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ レーザモジュール
２ 低周波発振器
３ 光変調器ドライバ
４ コンデンサ
５ 光変調器
６ 光カプラ
７ フォトダイオード
８ 信号変換増幅部
９ コンデンサ
１０ 誤差電圧検出部
１１ バイアス制御部
１２ 直流電圧抽出部
１３ ゲイン制御部
１４ 低周波信号振幅制御部
１５ 信号変換部
１６ バイアスフィードバックゲイン制御部

Claims (14)

1. 光源と、この光源からの出力光を外部入力されるデータ信号に基づいて強度変調し出力する光変調器とを備えた光送信システムにおいて、
   前記データ信号の周波数よりも低い周波数の低周波信号を発信する低周波発振器と、この低周波信号を前記データ信号に重畳して前記光変調器へ送り込む低周波信号重畳部とを備え、
   前記光変調器からの光出力の一部を電圧信号に変換すると共にその電圧信号に含まれる前記低周波成分に基づいて前記光変調器のバイアスに帰還をかける自動バイアス制御系を設け、
   前記自動バイアス制御系のループゲインを前記変換された電圧信号に基づいて一定になるように制御するゲイン制御部を備えたことを特徴とする光送信システム。
2. データ信号にこのデータ信号の周波数よりも低い周波数の低周波信号を重畳する低周波信号重畳部と、バイアス電圧によって動作点を設定し前記低周波信号が重畳されたデータ信号に基づいて入力光を強度変調し出力する光変調器と、この光変調器からの光出力の一部を電圧信号に変換する光電変換部と、この変換された電圧信号から低周波成分を抽出しその成分に基づいて前記動作点のずれを示す誤差電圧を検出する誤差電圧検出部と、この誤差電圧に基づいて前記光変調器に印加するバイアス電圧を制御するバイアス制御部とを備え、
   前記信号変換部から出力される電圧信号の直流成分を抽出する直流電圧抽出部と、この抽出される直流電圧に基づいて作動し前記光変調器からの光出力の一部を基に前記光変調器のバイアスに帰還をかける自動バイアス制御系のループゲインを一定になるように制御するゲイン制御部とを備えたことを特徴とする光送信器。
3. 前記請求項２に記載の光送信器において、
   前記光電変換部を、前記光変調器からの光出力を受光し電流に変換する受光素子と電流を電圧信号に変換し増幅する信号変換増幅部とにより構成し、前記ゲイン制御部が、前記直流電圧抽出部で抽出される直流電圧に基づいて前記信号変換増幅部の利得を制御する機能を備えたことを特徴とする光送信器。
4. 前記請求項２に記載の光送信器において、
   前記ゲイン制御部が、前記直流電圧抽出部で抽出される直流電圧に基づいて前記低周波信号の振幅を制御する機能を備えたことを特徴とする光送信器。
5. 前記請求項２に記載の光送信器において、
   前記ゲイン制御部が、前記直流電圧抽出部で抽出される直流電圧に基づいて前記バイアス制御部を制御しバイアス電圧の変化量を制御する機能を備えたことを特徴とする光送信器。
6. 前記請求項２乃至５のいずれか一項に記載の光送信器において、
   前記光変調器からの出力光の一部を分岐する光カプラを備えると共に、前記光電変換部が、前記光カプラにより分岐された光出力を受光する機能を備えたことを特徴とする光送信器。
7. 前記請求項２乃至５のいずれか一項に記載の光送信器において、
   前記光電変換部が、前記光変調器の出力側からの放射光を直接受光するように設置された受光素子を備えたことを特徴とする光送信器。
8. 前記請求項２乃至７のいずれか一項に記載の光送信器において、
   前記光変調器が、マッハツェンダ型光変調器であることを特徴とする光送信器。
9. 前記請求項２乃至８のいずれか一項に記載の光送信器において、
   前記光変調器が、ＬｉＮｂＯ３光変調器であることを特徴とする光送信器。
10. バイアス電圧によって動作点を設定し外部入力したデータ信号に基づいて入力光を強度変調し出力する光変調器を用いた光送信方法であって、
    予め前記データ信号にこのデータ信号の周波数よりも低い周波数の低周波信号を重畳する低周波重畳工程と、この低周波信号を重畳されたデータ信号に基づいて変調された前記光変調器からの光出力の一部を電圧信号に変換する光電変換工程と、この電圧信号に含まれる低周波成分を抽出し前記低周波信号とに基づいて前記動作点のずれを示す誤差電圧を検出する誤差電圧検出工程と、この誤差電圧に基づいて前記バイアス電圧を制御するバイアス電圧制御工程とを設け、
    前記光電変換工程と誤差電圧検出工程との間に、前記光電変換工程で変換された電圧信号の直流成分を抽出する直流電圧抽出工程を設け、
    前記光変調器からの光出力の一部を電圧信号に変換し前記光変調器のバイアスに帰還をかける自動バイアス制御系のループゲインを前記抽出される直流電圧に基づいて一定になるように制御するゲイン制御工程とを設けたことを特徴とする光送信方法。
11. 前記請求項１０に記載の光送信方法において、
    前記ゲイン制御工程が、前記直流電圧抽出工程で抽出される直流電圧が一定値になるように前記電圧信号を増幅し前記ループゲインを一定になるように制御する構成であることを特徴とする光送信方法。
12. 前記請求項１０に記載の光送信方法において、
    前記ゲイン制御工程が、前記直流電圧抽出工程で抽出される直流電圧に基づいて前記低周波信号の振幅を可変設定しこれにより前記ループゲインを一定になるように制御する構成であることを特徴とする光送信方法。
13. 前記請求項１０に記載の光送信方法において、
    前記ゲイン制御工程が、前記直流電圧抽出工程で抽出される直流電圧に基づいて前記バイアス電圧制御工程におけるバイアス電圧の変化量を設定しこれにより前記ループゲインを一定になるように制御する構成であることを特徴とする光送信方法。
14. バイアス電圧によって動作点を設定し外部入力したデータ信号に基づいて入力光を強度変調し出力する光変調器の動作を制御するコンピュータに、
    予め前記データ信号にこのデータ信号の周波数よりも低い周波数の低周波信号を重畳する低周波重畳処理と、この低周波信号を重畳されたデータ信号に基づいて変調された前記光変調器からの光出力の一部を変換して得る電圧信号に含まれる低周波成分を基に前記動作点のずれを示す誤差電圧値を検出する誤差電圧検出処理と、この誤差電圧値に基づいて前記バイアス電圧値を制御するバイアス電圧制御処理と、
    前記電圧信号から直流成分の値を抽出する直流電圧抽出処理と、前記光変調器からの光出力の一部を電圧信号に変換し前記光変調器のバイアスに帰還をかける自動バイアス制御系のループゲインを前記抽出される直流電圧値に基づいて一定にするように制御するゲイン制御処理とを実行させることを特徴とする光送信用プログラム。

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