JP2008141476A - 外部変調器の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】伝送特性の悪化を招かずに光信号を変調して信号を重畳する技術を提供する。
【解決手段】光源からの定常光の強度を駆動信号に応じてデュオバイナリ方式で変調する外部変調器の駆動装置が、主信号に応じた駆動信号を該駆動信号の中点が前記外部変調器の変調曲線のボトム或はトップに位置するように前記外部変調器へ供給し、副信号に基づいて前記駆動信号の振幅を変調し、該外部変調器が出力する信号光の強度変化として前記副信号を重畳させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信において光を変調する技術に関する。

近年、急激な情報量の増加に伴い、光通信システムの大容量化・長距離化が望まれてきている。

〈直接変調方式〉
光通信システムにおける電気−光変換回路としては、強度変調−直接検波方式(直接変
調方式)が最も簡易な方式である。この方式は、半導体レーザに流れる電流をデータ信号
の"０"、"１"に応じてオン/オフして光の発光/消光を制御するものである。しかし、レーザ自身を直接オン/オフすると半導体の性質で信号光に波長変動(チャーピング)が生じる
。波長変動はデータ伝送速度(ビットレート)が速くなる程、悪影響を与える。これは波長が違うと伝搬速度が変化するという波長分散の性質がファイバにあるためであり、直接変調により波長変動が生じると伝搬速度の遅速が生じ、ファイバを伝搬する間に波形が崩れ、長距離伝送、高速伝送が困難となる。

〈外部変調方式〉
上記波長変動の影響を抑えるため、2.5G、10Gbpsの高速伝送では、レーザダイオードを連続的に発光させ、このレーザダイオードから発生した光を外部変調器でデータ信号の"
１"，"０"に応じてオン（透光）／オフ（遮光）する外部変調方式が行われている。

外部変調器としては、マッハツェンダ型光変調器（ＭＺ型光変調器）が主流を占めている。図５はマッハツェンダ型光変調器の概略構成図である。

ＭＺ型変調器１は透明なLiNbO₃基板上に、光源（半導体レーザ）２からの光（信号光）を二分割させる入力光導波路１Ａと、該分割された信号光を夫々導く分岐光導波路１Ｂ，１Ｃと、各分岐光導波路１Ｂ，１Ｃからの信号光を合波して出力する出力光導波路１Ｄが形成されている。更に、ＭＺ型変調器１は、分岐光導波路１Ｂ，１Ｃを導光される信号光に位相変調を与える電極１１，１２が形成されている。

ＭＺ型変調器１は、電極１１，１２に電圧が印加されると、電気光学効果により分岐光導波路１Ｂ，１Ｃの屈折率が変化するので、各電極１１，１２に印加される駆動信号に応じて分岐光導波路１Ｂ，１Ｃ間に屈折率差が生じる。

これにより、ＭＺ型変調器１は、各分岐光導波路１Ｂ，１Ｃを透過した信号光間に位相差を生じさせる、即ち位相変調する。例えば、データ信号が"０"であれば、分岐光導波路１Ｂ，１Ｃの信号光間の位相差を１８０°とし、データ信号が"１"であれば、分岐光導波路１Ｂ，１Ｃの光信号間位相差を０°とする。

そして、該位相変調した各分岐光導波路１Ｂ，１Ｃの信号光を重ね合わせて出力光導波路１Ｄから出力する。ここで、位相差が０°であれば各信号光が相乗して出力光導波路１Ｄから出力され、位相差が１８０°であれば各信号光が打ち消し合い出力導波路１Ｄから出力されない。

このように、ＭＺ型変調器１は、連続発光している光を遮光するか透過させるかによって変調するため、信号光の波長変動が小さいという利点がある。

また、本願発明に関連する先行技術として、例えば、下記の特許文献１，２に開示される技術がある。
特開平８−１７９３９０号公報 米国特許第５，７９８，８５７号

上述のような外部変調器を用いた光送信装置において、光源の駆動電流を変調することにより、副信号を光出力（信号光）に重畳する方式が提案されている。

図６は、この副信号を重畳する光送信装置の概略図である。該光送信装置９０は、光源２からの光を光ファイバ３が媒介して外部変調器１へ入射させ、該入射光の強度を該外部変調器１で変調して射出させる。

ここで変調器駆動回路９４が、主信号に応じた駆動信号を外部変調器１に入力することで、該外部変調器１に主信号に基づく変調を行わせている。

また、光源駆動回路９５は、副信号に応じて光源２の駆動電流をＡＭ変調する。これにより光源２から射出される光の強度を変調し、主信号と副信号を重畳させている。

しかし、光源２の駆動電流を変調すると、前述の直接変調と同様に波長変動が生じ、伝送（分散）特性を悪化させるという問題があった。

更に、この光源の駆動電流の変調量を大きくすると、該波長変動も大きくなり易いので、副信号の重畳率が制限されるという問題点があった。

そこで本発明は、伝送特性の悪化を招かずに光信号を変調して信号を重畳する技術を提供する。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の構成を採用した。
即ち、本発明の光送信装置は、
光源からの定常光の強度を駆動信号に応じて変調する外部変調器と、該外部変調器を駆動する駆動装置とを備え、
前記駆動装置が、
主信号に応じた駆動信号を該駆動信号の中点が前記外部変調器の変調曲線のボトム或はトップに位置するように前記外部変調器へ供給する信号供給部と、
副信号に基づいて前記駆動信号の振幅を変調する振幅調整部と、
を備えた。

前記外部変調器の変調方式がデュオバイナリ方式であり、該外部変調器が出力する信号光の強度変化として前記副信号を重畳させても良い。

前記駆動装置は、前記駆動信号の中点が前記外部変調器の変調曲線のボトム或はトップに位置するようにバイアス調整を行うバイアス調整部を備えても良い。

前記バイアス調整部は、前記駆動信号の中点が所定周波数で変動するように該駆動信号に制御信号を加え、前記外部変調器で変調した信号光における前記制御信号由来の振動の位相差及び大きさに基づいて、該制御信号由来の振動が小さくなるように前記バイアス調
整を行っても良い。

また、本発明の外部変調器の駆動方法は、
光源からの定常光の強度を駆動信号に応じて変調する外部変調器の駆動装置が、
主信号に応じた駆動信号を該駆動信号の中点が前記外部変調器の変調曲線のボトム或はトップに位置するように前記外部変調器へ供給し、
副信号に基づいて前記駆動信号の振幅を変調する。

本発明によれば、伝送特性の悪化を招かずに光信号を変調して信号を重畳する技術を提供できる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。以下の実施の形態の構成は例示であり、本発明は実施の形態の構成に限定されない。

図１は、本発明に係る光送信装置の概略図である。該光送信装置１０は、半導体レーザ等の光源２や、光源２を駆動する光源駆動部５、光源２からの光を媒介する光ファイバ３、光源２からの光を変調する外部変調器１、外部変調器１を駆動する変調器駆動部（駆動装置に相当）４、該外部変調器１で変調された信号光の一部を分岐させてその光強度を電気信号（帰還信号）として検出する検出部６を有している。

外部変調器１は、図５に示すように、電気光学効果を有する基板上に光導波路１Ａ〜１Ｄや制御電極１１，１２が形成されている。

電気光学効果を有する基板は、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料から構成される。

また、基板上の光導波路は、Ｔｉなどを熱拡散法やプロトン交換法などで基板表面に拡散させることにより形成することができる。さらに、制御電極１１，１２は、Ｔｉ・Ａｕの電極パターンの形成及び金メッキ方法などにより形成することが可能である。さらに、必要に応じて光導波路形成後の基板表面に誘電体ＳｉＯ₂等のバッファ層を設けることも
可能である。

変調器駆動部４は、主信号を増幅し、駆動信号として外部変調器１に供給する信号供給部４１と、該信号供給部４１が供給する駆動信号の振幅を調整する振幅調整部４２、該信号供給部４１のバイアス調整によりａｂｃ（Automatic bias control）制御を行うバイアス調整部４３、該バイアス調整部４３にａｂｃ制御用の制御信号を供給する発振器４４、主信号を変換する変換部４５を備えている。

この変調器駆動部４１は、デュオバイナリ方式で外部変調器１を駆動する。図２は、この変調動作の説明図である。

図２のグラフは、横軸に外部変調器１の制御電極１１，１２に印加する駆動信号の電圧、縦軸に該電圧が加えられた場合の出力光の強度をとり、外部変調器１の変調曲線５１を示している。

即ち、駆動信号５２が外部変調器１に供給されると、信号光５３が出力される。
本実施形態では、入力された主信号を変環部４５が２値（例えば１，０，１）から３値（例えば−１，０，１）に変換し、駆動信号供給部４１が、この３値の主信号を駆動信号
として、この中点５４が前記変調特性のボトム（最下点）５５に位置するように増幅して外部変調器１に供給している。

即ち、駆動信号が−１，１であれば光出力され、駆動信号が０であれば光出力されず、前記２値の主信号と同じビット列の信号光（１，０，１）が得られる。なお、これに限らず、該駆動信号の中点が該変調曲線の所定位置（例えばトップ）に位置するように構成しても良い。

このとき、駆動信号５２の中点５４とボトム５５とのズレ（ドリフト）が生じた場合、これを一致させるようにバイアス調整部４３が信号供給部４１にバイアスを加える。

図３Ａ〜図３Ｃは、このバイアス調整部４３によるバイアス調整（ａｂｃ制御）の説明図である。

先ず、バイアス調整部４３は、発振器４４から所定周波数の制御信号を信号供給部４１に送り、駆動信号５２に加える。これにより、図３Ａに示す駆動信号５６のように中点５４が前記所定周波数で振動する。

このとき、中点５４がボトム５５に位置している、即ちボトム５５を中心に振動している場合、図３Ａに示すように出力光（信号光）５７の振動は小さい。

これに対し、中点５４がボトム５５よりも低い電圧であると、図３Ｂに示すように出力光５８に振動（正弦波成分）が大きく現れる。

また、中点５４がボトム５５よりも高い電圧であると、図３Ｃに示すように出力光５９に振動が大きく現れる。なお、中点５４がボトム５５より低い場合と高い場合とでは、出力光５８，５９の位相が異なる。

このため、バイアス調整部４３は、検出部６で検出した帰還信号を、発振器４４からの制御信号と比較し、該帰還信号の振動の位相差及び大きさに基づいて中点のズレの方向（電圧の高低）及びズレ量（電圧値）を求める。そしてバイアス調整部４３は、この電圧の高低及び値に応じて補正した制御信号（バイアス）を信号供給部４１に加え、このバイアス調整を繰り返して該駆動信号の中点が常に外部変調器１の変調曲線の所定位置（本例ではボトム）に維持されるように制御する。

また、変調器駆動部４の振幅調整部４２は、前記駆動信号の振幅を変調する、即ち駆動信号を副信号でＡＭ変調する。例えば信号供給部４１の増幅率を副信号に応じて調整する。

これにより、図４に示すように、変調された駆動信号６１は、中点の振動として制御信号成分を有し、且つ、振幅の変動として副信号成分を有する。

従って、外部変調器１は、主信号に応じた光出力の有無によって変調を行うと共に、この光出力が有るときの光強度を副信号に応じて変化させて、信号光６２に主信号と副信号とを重畳させている。

なお、本実施形態では、制御信号と副信号を異なる周波数に設定することで、バイアス調整部４３で該制御信号成分を抽出できるようにしている。

例えば、主信号を２．５〜４０Ｇｂｐｓ、制御信号を１０００〜２０００Ｈｚ、副信号
を７０Ｈｚ〜３００Ｈｚとする。

以上のように本実施形態によれば、外部変調器により副信号を重畳しているので、信号光の波長変動させず、伝送効率の悪化を招くことがない。

〈その他〉
本発明は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
例えば、以下に付記した構成であっても上述の実施形態と同様の効果が得られる。また、これらの構成要素は可能な限り組み合わせることができる。

（付記１）
光源からの定常光の強度を駆動信号に応じて変調する外部変調器の駆動装置であって、
主信号に応じた駆動信号を該駆動信号の中点が前記外部変調器の変調曲線のボトム或はトップに位置するように前記外部変調器へ供給する信号供給部と、
副信号に基づいて前記駆動信号の振幅を変調する振幅調整部と、
を備えた外部変調器の駆動装置。

（付記２）
前記外部変調器の変調方式がデュオバイナリ方式であり、該外部変調器が出力する信号光の強度変化として前記副信号を重畳させる付記１に記載の駆動装置。

（付記３）
前記駆動信号の中点が前記外部変調器の変調曲線のボトム或はトップに位置するようにバイアス調整を行うバイアス調整部を備えた付記１又は２に記載の駆動装置。

（付記４）
前記バイアス調整部は、前記駆動信号の中点が所定周波数で変動するように該駆動信号に制御信号を加え、前記外部変調器で変調した信号光における前記制御信号由来の振動の位相差及び大きさに基づいて、該制御信号由来の振動が小さくなるように前記バイアス調整を行う付記３に記載の駆動装置。

（付記５）
光源からの定常光の強度を駆動信号に応じて変調する外部変調器の駆動装置が実行する駆動方法であって、
主信号に応じた駆動信号を該駆動信号の中点が前記外部変調器の変調曲線のボトム或はトップに位置するように前記外部変調器へ供給し、
副信号に基づいて前記駆動信号の振幅を変調する外部変調器の駆動方法。

（付記６）
前記外部変調器の変調方式がデュオバイナリ方式であり、該外部変調器が出力する信号光の強度変化として前記副信号を重畳させる付記５に記載の駆動方法。

（付記７）
前記駆動信号の中点が前記外部変調器の変調曲線のボトム或はトップに位置するようにバイアス調整を行う付記５又は６に記載の駆動方法。

（付記８）
前記駆動信号の中点が所定周波数で変動するように該駆動信号に制御信号を加え、前記外部変調器で変調した信号光における前記制御信号由来の振動の位相差及び大きさに基づ
いて、該制御信号由来の振動が小さくなるように前記バイアス調整を行う付記７に記載の駆動方法。

（付記９）
光源からの定常光の強度を駆動信号に応じて変調する外部変調器と、該外部変調器を駆動する駆動装置とを備えた光送信装置であって、
前記駆動装置が、
主信号に応じた駆動信号を該駆動信号の中点が前記外部変調器の変調曲線のボトム或はトップに位置するように前記外部変調器へ供給する信号供給部と、
副信号に基づいて前記駆動信号の振幅を変調する振幅調整部と、
を備えた光送信装置。

（付記１０）
前記外部変調器の変調方式がデュオバイナリ方式であり、該外部変調器が出力する信号光の強度変化として前記副信号を重畳させる付記９に記載の光送信装置。

（付記１１）
前記駆動信号の中点が前記外部変調器の変調曲線のボトム或はトップに位置するようにバイアス調整を行うバイアス調整部を備えた付記９又は１０に記載の光送信装置。

（付記１２）
前記バイアス調整部は、前記駆動信号の中点が所定周波数で変動するように該駆動信号に制御信号を加え、前記外部変調器で変調した信号光における前記制御信号由来の振動の位相差及び大きさに基づいて、該制御信号由来の振動が小さくなるように前記バイアス調整を行う付記１１に記載の光送信装置。

光送信装置の概略図 変調曲線の説明図 バイアス調整の説明図 バイアス調整の説明図 バイアス調整の説明図 バイアス調整及び副信号重畳の説明図 外部変調器の概略図 関連技術の概略図

符号の説明

１０ 光送信装置
１ 外部変調器
１Ａ〜１Ｄ 光導波路
１１，１２ 電極
２ 光源
３ 光ファイバ
４ 変調器駆動部（駆動装置）
５ 光源駆動部
６ 検出部

Claims (10)

1. 光源からの定常光の強度を駆動信号に応じて変調する外部変調器の駆動装置であって、
   主信号に応じた駆動信号を該駆動信号の中点が前記外部変調器の変調曲線のボトム或はトップに位置するように前記外部変調器へ供給する信号供給部と、
   副信号に基づいて前記駆動信号の振幅を変調する振幅調整部と、
   を備えた外部変調器の駆動装置。
2. 前記外部変調器の変調方式がデュオバイナリ方式であり、該外部変調器が出力する信号光の強度変化として前記副信号を重畳させる請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記駆動信号の中点が前記外部変調器の変調曲線のボトム或はトップに位置するようにバイアス調整を行うバイアス調整部を備えた請求項１又は２に記載の駆動装置。
4. 前記バイアス調整部は、前記駆動信号の中点が所定周波数で変動するように該駆動信号に制御信号を加え、前記外部変調器で変調した信号光における前記制御信号由来の振動の位相差及び大きさに基づいて、該制御信号由来の振動が小さくなるように前記バイアス調整を行う請求項３に記載の駆動装置。
5. 光源からの定常光の強度を駆動信号に応じて変調する外部変調器の駆動装置が実行する駆動方法であって、
   主信号に応じた駆動信号を該駆動信号の中点が前記外部変調器の変調曲線のボトム或はトップに位置するように前記外部変調器へ供給し、
   副信号に基づいて前記駆動信号の振幅を変調する外部変調器の駆動方法。
6. 前記外部変調器の変調方式がデュオバイナリ方式であり、該外部変調器が出力する信号光の強度変化として前記副信号を重畳させる請求項５に記載の駆動方法。
7. 前記駆動信号の中点が前記外部変調器の変調曲線のボトム或はトップに位置するようにバイアス調整を行う請求項５又は６に記載の駆動方法。
8. 前記駆動信号の中点が所定周波数で変動するように該駆動信号に制御信号を加え、前記外部変調器で変調した信号光における前記制御信号由来の振動の位相差及び大きさに基づいて、該制御信号由来の振動が小さくなるように前記バイアス調整を行う請求項７に記載の駆動方法。
9. 光源からの定常光の強度を駆動信号に応じて変調する外部変調器と、該外部変調器を駆動する駆動装置とを備えた光送信装置であって、
   前記駆動装置が、
   主信号に応じた駆動信号を該駆動信号の中点が前記外部変調器の変調曲線のボトム或はトップに位置するように前記外部変調器へ供給する信号供給部と、
   副信号に基づいて前記駆動信号の振幅を変調する振幅調整部と、
   を備えた光送信装置。
10. 前記外部変調器の変調方式がデュオバイナリ方式であり、該外部変調器が出力する信号光の強度変化として前記副信号を重畳させる請求項９に記載の光送信装置。

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