JP2009027517A - 光送信回路 - Google Patents

Abstract

【課題】リタイミング回路の遅延時間（クロック入力からデータ書き換えまでの時間）は温度、電源電圧及び経時劣化によって変動する。初期の遅延時間でオフセット電圧を調整しても、その後の変動要因によって遅延時間の変動で位相最適点からのずれを自動で補償できないため、出力パルスの波形品質が劣化するという課題があった。高速のタイミング抽出回路や位相比較器を不要とし、二つの変調器間の相対位相を自動で最適化できる光送信回路を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る光送信回路は、差動符号化回路からの出力で位相変調する位相変調器と、位相変調器からの位相変調光にクロック信号で強度変調する強度変調器を備え、強度変調器からの出力光の平均強度が最大となるように位相変調器と強度変調器との相対位相を最適化することとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、位相変調符号を用いる光通信システムの光送信回路に関するものである。

海底光通信システムのように長距離を伝送するシステムにおいては、高感度な伝送符号が不可欠となる。従来の光通信システムでは、‘１’と‘０’の情報を光の有無によって検出する強度変調方式が広く用いられており、高感度が要求されるシステムでは光データ信号を短パルス化するＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）信号が用いられることが多い。ＲＺ信号は、データを短パルス化しないＮＲＺ（Ｎｏｎ−Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）信号と比較しておよそ３ｄＢの高感度化が図れるからである。しかしながら更なる高速大容量化に向けては、強度変調方式によるアプローチでは、高感度化に限界があった。

近年、強度変調方式に変わる新たな伝送方式として、光の位相で情報を伝送する差動位相シフトキーイング方式や差動４相位相シフトキーイング方式が注目されている。これら位相変調信号は、受信回路を差動のバランス構成にすることで、従来のＮＲＺ信号と比較して３ｄＢの感度改善が図れる。この位相変調光をＲＺ化することで更に３ｄＢの感度向上が見込めるため、長距離の光通信システムには好適な伝送方式といえる。

ＲＺ化された位相変調信号を発生するためには、図１８に示すように、位相変調用の位相変調器１２とＲＺ（強度）変調用の強度変調器１４を直列に接続し、それぞれをデータ信号Ｄとクロック信号Ｃ１で変調する（例えば、特許文献１を参照。）。このとき強度変調器１４を駆動するクロック信号Ｃ１は、強度変調器１４に入力された位相変調光Ｌ１の各シンボルの位相遷移点ではなく、位相が確定した中央部（最適位相）に変調がかかるようなタイミングで強度変調器１４に入力されなくてはならない。このため、クロック信号経路Ｒ１もしくはデータ信号経路Ｒ２の伝播遅延時間を調整し、強度変調器１４における位相変調光Ｌ１とクロック信号Ｃ１との相対位相を最適にする必要がある。相対位相の最適化は以下に示す要求を満足する必要がある。

［要求１］
最近の光通信システムでは電話回線を多重化した信号以外にＥｔｈｅｒをはじめとするコンピュータ間通信のデータなども収容する必要があり、システムがどの信号を収容するかによって動作速度が変わる。また、誤り訂正符号を採用したシステムでは、訂正利得の設計によっても動作速度が変わる。こうした複数の動作速度（マルチレート）に対応して相対位相を最適化できることが要求される。

［要求２］
温度変動や経年変動などにより信号経路の遅延時間が変動しても継続して最適状態を保つことが求められる。上記要求を満たすための手段として、クロック信号経路とデータ信号経路の絶対遅延を厳密に揃えることが挙げられる。しかし、実際の送信回路では、各々の信号経路には異なる電子回路及び光部品が挿入されており、信号経路も電気配線や光ファイバで構成されているため、個々のばらつきまで考慮すると量産に適用できる手段とは言えない。また、動作の初期に半固定の位相シフタなどを用いて手動で調整を行ったとしても、その後の温度や経年変動を補償することができない。そのため、相対位相の調整手段としては、初期の個体ばらつきや動作速度の切り替えに対応して位相最適化を行い、その後も継続して最適状態を保持し続ける機能が要求される。

図１９に、ＲＺ化された光信号を発生する手段の従来例を示す（例えば、特許文献２を参照。）。本構成では、光源７１からの連続光Ｌ０を光入力とし、位相シフタ１３を通過したクロック信号Ｃ１によって前記連続光に強度変調をかけてクロック信号Ｃ１と同一周波数の光パルス列Ｌ３を発生する第１の変調器９２と、光パルス列Ｌ３を光入力とし、クロック信号Ｃ１に同期してデータ信号Ｄの書き換えを行うリタイミング回路９６の出力によって光パルス列Ｌ３にデータ変調をかける第２の変調器９４と、第１の変調器９２の出力とクロック信号Ｃ１とを同期検波して得られた位相比較結果からクロック信号Ｃ１の位相を制御する信号を位相シフタ１３に出力する制御回路１７とから構成される。

本構成の動作原理は以下の通りである。第１の変調器９２から出力された光パルス列Ｌ３を分岐して光電変換した後クロック再生することで前記クロック信号と同一周波数の再生クロック信号が得られる。同期検波回路２２は、この再生クロック信号とクロック信号Ｃ１とを入力信号とし、両者の位相比較を行った結果を出力する。この位相比較結果の誤差がゼロとなるよう位相シフタ１３の制御電圧を設定することで、光パルス列Ｌ３をクロック信号Ｃ１に同期させることができる。ここで同期検波回路２２の出力に加算器を挿入し、前記出力にオフセット電圧を加算することで光パルス列Ｌ３とクロック信号Ｃ１との相対位相を所望の状態に設定することができる。

第２の変調器９４に強度変調をかけるためのデータ信号Ｄは、クロック信号Ｃ１をクロック入力とするリタイミング回路９６によってその位相が制御されるものの、光分配器１５から第２の変調器９４までの遅延時間と、クロック信号Ｃ１がリタイミング回路９６に入力されてデータが書き換わり、第２の変調器９４に入力されるまでの遅延時間は異なるため、第１の変調器９２を駆動するクロック信号位相と第２の変調器９４を駆動するデータ位相が一致しない。そこで本構成では、両者の位相が同期するよう、前記加算器のオフセット電圧を調整する構成となっている。
特許第３６２５７２６号 特許第３６８１８６５号

そのため、従来例では、第２の変調器９４へ入力される光パルス列Ｌ３とリタイミング後のデータ信号との相対位相の調整をするため高速のタイミング抽出回路や位相比較器が必要となる。さらに、二つの変調器の位相を同期させるために前記加算器のオフセット電圧を調整する必要があるが、その方法は、オシロスコープを用いての波形観察や、受信回路と接続しての誤り率測定を行いながら手動で調整することが想定される。評価の対象が高速信号であり測定精度を保つため、対応する計測機器類も高精度のものに制限されるという課題があった。

また、リタイミング回路９６の遅延時間（クロック入力からデータ書き換えまでの時間）は温度、電源電圧及び経時劣化によって変動する。初期の遅延時間でオフセット電圧を調整しても、その後の変動要因によって遅延時間の変動で位相最適点からのずれを自動で補償できないため、出力パルスの波形品質が劣化するという課題があった。

そこで、課題を解決するため、本発明は、高速のタイミング抽出回路や位相比較器を不要とし、二つの変調器間の相対位相を自動で最適化できる光送信回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る光送信回路は、差動符号化回路からの出力で位相変調する位相変調器と、位相変調器からの位相変調光にクロック信号で強度変調する強度変調器を備え、強度変調器からの出力光の平均強度が最大となるように位相変調器と強度変調器との相対位相を最適化することとした。

具体的には、本発明に係る光送信回路は、入力するクロック信号に同期したＮＲＺの差動符号化信号に変換して差動出力する差動符号化回路と、光源からの連続光を２分岐し、前記差動符号化回路からの差動出力によって、（ａ）差動符号化信号の‘０’／‘１’に基づき前記２分岐した連続光の一方を＋π相／０相に、他方を−π相／０相に位相変調し、（ｂ）差動符号化信号の‘０’／‘１’に基づき前記２分岐した連続光の一方を０相／＋π相に、他方を０相／−π相に位相変調し、（ａ）又は（ｂ）のように位相変調させた連続光を合流することで、前記位相変調した連続光の位相遷移時の光強度を低下させた位相変調光を出力する位相変調器と、前記入力するクロック信号の位相を制御し、位相調整クロック信号を出力する位相シフタと、前記位相変調器からの位相変調光を前記位相シフタからの位相調整クロック信号で強度変調して出力光として出力する強度変調器と、前記強度変調器からの出力光をモニタし、出力光の強度が最大となるように前記位相シフタに前記クロック信号の位相をシフトさせる制御回路と、を備える。

差動符号化後の電気データ信号によって光位相を変調する位相変調器を用いることにより、光出力はデータの遷移点のみ減衰する出力が得られ、クロック位相が最適の場合に、強度変調器の光出力が最大となり、データとクロックの位相差が大きくなると光出力が減衰する特性が得られる。この特性を利用し、制御回路が、強度変調器からの出力光の平均強度が最大となるように位相シフタに強度変調器に入力クロック信号の位相を調整させることで、位相変調器と強度変調器との相対位相を自動的に最適化することができる。

従って、本発明は、高速のタイミング抽出回路や位相比較器を不要とし、二つの変調器間の相対位相を自動で最適化できる光送信回路を提供することができる。

本発明に係る光送信回路は、入力するクロック信号に同期したＮＲＺの差動符号化信号に変換して差動出力する差動符号化回路と、光源からの連続光を２分岐し、前記差動符号化回路からの差動出力によって、（ａ）差動符号化信号の‘０’／‘１’に基づき前記２分岐した連続光の一方を＋π相／０相に、他方を−π相／０相に位相変調し、（ｂ）差動符号化信号の‘０’／‘１’に基づき前記２分岐した連続光の一方を０相／＋π相に、他方を０相／−π相に位相変調し、（ａ）又は（ｂ）のように位相変調させた連続光を合流することで、前記位相変調した連続光の位相遷移時の光強度を低下させた位相変調光を出力する位相変調器と、前記入力する前記クロック信号の位相を制御し、位相調整クロック信号を出力する位相シフタと、前記位相変調器からの位相変調光を前記位相シフタからの位相調整クロック信号で強度変調して出力光として出力する強度変調器と、発生させた基準周波数の基準信号を前記位相シフタに入力し、位相調整クロック信号の位相を前記基準信号の基準周波数で変動させる発振器と、前記発振器からの基準信号と前記強度変調器からの出力光の光強度とを同期検波して検波信号を出力する同期検波回路と、前記同期検波回路からの検波信号の周波数が前記発振器からの基準信号の基準周波数の２倍となるように、前記位相シフタに位相調整クロック信号の変動する位相の中心位相をシフトさせる制御回路と、を備える。

発振器からの基準信号と前記強度変調器からの出力光の光強度とを同期検波することで、強度変調器に入力クロック信号の位相が進んでいるか遅れているかを検出することができる。

本発明に係る光送信回路は、前記差動符号化回路からの差動符号化信号の符号が遷移する時間を調整して前記位相変調器に入力するローパスフィルタをさらに備えることが好ましい。

ローパスフィルタを備えることで、上述の効果の他に、最適位相ずれに対する光出力パワーの検出が困難な位相領域を狭めることができる。

本発明に係る光送信回路は、前記クロック信号の周波数を１／２倍及び振幅を２倍に変換して前記位相シフタに入力する１／２分周回路をさらに備えることが好ましい。

１／２分周回路を備えることで、上述の効果の他に、最適位相ずれに対する光出力パワーの検出が困難な位相領域を狭めることができる。

本発明によれば、高速のタイミング抽出回路や位相比較器を不要とし、二つの変調器間の相対位相を自動で最適化できる光送信回路を提供することができる。

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

（第１の実施の形態）
図１は、第１の実施形態の光送信回路１０１のブロック図である。光送信回路１０１は、入力するデータ信号Ｄをクロック信号発生器７２からのクロック信号Ｃ１に同期したＮＲＺの差動符号化信号に変換して差動出力する差動符号化回路１１と、光源７１からの連続光Ｌ０を２分岐し、差動符号化回路１１からの差動出力によって、（ａ）差動符号化信号の‘０’／‘１’に基づき２分岐した連続光の一方を＋π相／０相に、他方を−π相／０相に位相変調し、（ｂ）差動符号化信号の‘０’／‘１’に基づき２分岐した連続光の一方を０相／＋π相に、他方を０相／−π相に位相変調し、（ａ）又は（ｂ）のように位相変調させた連続光を合流することで、位相変調した連続光の位相遷移時の光強度を低下させた位相変調光Ｌ１を出力する位相変調器１２と、クロック信号発生器７２からのクロック信号Ｃ１の位相を制御し、位相調整クロック信号Ｃ２を出力する位相シフタ１３と、位相変調器１２からの位相変調光Ｌ１を位相シフタ１３からの位相調整クロック信号Ｃ２で強度変調して出力光Ｌ２として出力する強度変調器１４と、光分配器１５で抽出した強度変調器１４からの出力光Ｌ２の一部を受光素子１６でモニタし、出力光Ｌ２の強度が最大となるようにクロック信号Ｃ１の位相をずらした位相調整クロック信号Ｃ２を位相シフタ１３が出力するように制御する制御回路１７と、を備える。

差動符号化回路１１は、入力するデータ信号Ｄを差動符号化して差動符号化信号を出力する。差動符号化とは、‘１’の入力毎に出力する符号を‘１’から‘０’へ又は‘０’から‘１’へ反転する符号化処理のことである。‘０’の入力毎に出力する符号を反転させてもよい。さらに、差動符号化回路１１は、差動符号化した信号を差動駆動して差動符号化信号を出力する。具体的には、差動符号化した符号が‘１’の場合、差動符号化回路１１の＋出力には‘＋１’を出力し、−出力には‘−１’を出力する。また、差動符号化した符号が‘０’の場合、差動符号化回路１１の＋出力及び−出力ともに‘０’を出力する。

図２は、位相変調器１２における位相変調の動作を示したものである。位相変調器１２の光入力は、光源７１からの連続光Ｌ０であり、連続光Ｌ０を図示しない差動符号化回路１１からの差動符号化信号で変調する。

図３は、図１及び図２の位相変調器１２の動作を説明した図である。図３に示すように差動符号化信号の‘１’／‘０’の電圧が、位相変調器１２の透過特性の近接する二つの透過最大点のバイアス電圧に一致するよう設定する。位相変調器１２が出力する位相変調光Ｌ１は、差動符号化データ信号が‘１’から‘０’または‘０’から‘１’に遷移する瞬間に消光する以外は常に透過状態であり、その光位相は差動符号化信号の‘１’／‘０’に対応して、‘０’／‘π’（又は‘π’／‘０’）となり、位相変調が完了する。

具体的には、図１及び図２の位相変調器１２は、光源７１からの連続光Ｌ０を２分岐する。位相変調器１２は、差動符号化回路１１からの差動出力によって、以下の（ａ）又は（ｂ）のように位相変調する。
（ａ）差動符号化信号の‘０’／‘１’に基づき前記２分岐した連続光の一方を＋π相／０相に、他方を−π相／０相に位相変調する。
（ｂ）差動符号化信号の‘０’／‘１’に基づき前記２分岐した連続光の一方を０相／＋π相に、他方を０相／−π相に位相変調する。
例えば、一方の連続光には、図３のように差動符号化信号の‘０’／‘１’で光位相を‘０’／‘π’（又は‘π’／‘０’）に進相させる。他方の連続光には、差動符号化信号の‘０’／‘１’で光位相を‘０’／‘−π’（又は‘−π’／‘０’）に遅相させる。この後、位相変調器１２は、位相変調させた連続光を合流する。

上記（ｂ）の場合について説明する。差動符号化回路１１に入力する符号が‘１’であり、差動符号化した結果出力符号が‘０’から‘１’へ変わった場合、差動符号化回路１１の＋出力は‘＋１’、−出力は‘−１’を出力する。位相変調器１２の一方の導波路には差動符号化回路１１の＋出力が対応し、他方の導波路には差動符号化回路１１の−出力が対応している。そのため、位相変調器１２の一方の導波路を伝搬する連続光は０相から＋π相へ、他方の導波路を伝搬する連続光は０相から−π相へ位相変調される。

逆に、差動符号化回路１１に入力する符号が‘１’であり、差動符号化した結果出力符号が‘１’から‘０’へ変わった場合、差動符号化回路１１の＋出力も−出力も‘０’を出力する。そのため、位相変調器１２の一方の導波路を伝搬する連続光も他方を伝搬する連続光も０相のままである。

位相変調器１２は、このように位相変調された連続光を合流するため、一方の導波路を伝搬する連続光が＋π相であり、他方の導波路を伝搬する連続光が−π相のとき及び両者とも０相のとき出力は加算される。

ところが、差動符号化信号が‘１’から‘０’へ又は‘０’から‘１’へ遷移するときに、一方の導波路を伝搬する連続光の位相が‘π／２’となる瞬間がある。同様に他方の導波路を伝搬する連続光の位相が‘−π／２’となる瞬間がある。このとき、一方の導波路を伝搬する連続光と他方の導波路を伝搬する連続光とで打ち消しあうため、位相変調器１２が出力する位相変調光Ｌ１の光強度は低下する。

従って、差動符号化回路１１に入力する符号が‘１’毎に、その遷移過程で位相変調器１２が出力する位相変調光Ｌ１の光強度は低下する。

一方、上記（ａ）の場合は以下のようになる。差動符号化回路１１に入力する符号が‘１’であり、差動符号化した結果出力符号が‘１’から‘０’へ変わった場合、差動符号化回路１１の＋出力は‘＋１’、−出力は‘−１’を出力し、位相変調器１２の一方の導波路を伝搬する連続光は０相から＋π相へ、他方の導波路を伝搬する連続光は０相から−π相へ位相変調される。

逆に、差動符号化回路１１に入力する符号が‘１’であり、差動符号化した結果出力符号が‘０’から‘１’へ変わった場合、差動符号化回路１１の＋出力も−出力も‘０’を出力し、位相変調器１２の一方の導波路を伝搬する連続光も他方を伝搬する連続光も０相のままである。

従って、上記（ａ）の場合も同様に差動符号化回路１１に入力する符号が‘１’毎に、位相の遷移過程で、‘π／２’の連続光と‘−π／２’の連続光とが打ち消しあうため、位相変調器１２が出力する位相変調光Ｌ１の光強度は低下する。

図４は、位相変調光４１を図１で説明した強度変調器１４の光入力とし、クロック信号４２によってＲＺの強度変調をかけた場合に、位相変調光４１に対するクロック信号４２の相対位相と出力光４３との関係を計算した結果である。図４（ａ）はクロック信号４２の位相が最適な状態の計算結果である。図４（ｂ）はクロック信号４２の位相が位相変調光４１の位相とずれを生じている状態の計算結果である。図４（ａ）及び図４（ｂ）において、横軸は時刻を示し、縦軸は光強度又は振幅を示す。図２及び図３で説明したように位相変調器を用いて発生した位相変調光４１は光位相が遷移する消光点以外は常に光が存在する。そのため、クロック信号４２の位相が最適な場合には、図４（ａ）のように、強度変調器１４の出力光４３は、クロック信号４２と同一周波数の光パルス列となる。一方、クロック信号４２の位相が最適点からずれた場合には、図４（ｂ）のように、強度変調器１４の出力光４３は、消光点とクロック信号４２のピークが重なった部分が透過しないため、一部の光パルスが削られた光パルス列となる。図４（ｂ）において、光パルスが削られた部分を丸印で示している。光パルスが削られることで出力パワーが減衰するので、クロック信号４２の位相のずれを強度変調器１４の出力光４３の平均パワーとして検出できる。

図５は、強度変調器１４における強度変調の動作を示したものである。強度変調器１４は、位相変調光Ｌ１を位相調整クロック信号Ｃ２で強度変調する。強度変調器１４が出力する出力光Ｌ２を光分配器１５で分配し、受光素子１６で光強度を測定する。

図６は、図１で説明した強度変調器１４における位相変調光Ｌ１に対する位相調整クロック信号Ｃ２の相対位相と強度変調器１４が出力する出力光Ｌ２の光強度との関係を計算した結果である（以下、「位相調整クロック信号Ｃ２の相対位相」を「クロック位相」と略記し、「強度変調器１４が出力する出力光Ｌ２の光強度」を「出力パワー」と略記する。）。クロック位相最適点で出力パワーが最大となり、クロック位相が位相最適点から半周期ずれた点で出力パワー最小となる。この出力パワー変動はクロック信号の周期で繰り返す。受光素子１６で出力光Ｌ２の出力パワーをモニタし、その結果により制御回路１７は位相シフタ１３を制御する。具体的には、出力パワーを最大となるように、位相シフタ１３はクロック信号Ｃ１の位相をずらし、位相調整クロック信号Ｃ２を出力する。

従って、光送信回路１０１は、高速のタイミング抽出回路や位相比較器を備えることなく、位相変調光Ｌ１に対するクロック位相最適点を保つことができる。また、光送信回路１０１は、二つの変調器の相対位相を自動で調整できるため、従来のように相対位相を手動で調整する必要がなく、相対位相が経時変化しても自動で最適化することができる。

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態の光送信回路１０２のブロック図である。光送信回路１０２は、入力するデータ信号Ｄをクロック信号発生器７２からのクロック信号Ｃ１に同期したＮＺＲの差動符号化信号に変換して差動出力する差動符号化回路１１と、光源７１からの連続光Ｌ０を２分岐し、差動符号化回路１１からの差動出力によって、（ａ）差動符号化信号の‘０’／‘１’に基づき２分岐した連続光の一方を＋π相／０相に、他方を−π相／０相に位相変調し、（ｂ）差動符号化信号の‘０’／‘１’に基づき２分岐した連続光の一方を０相／＋π相に、他方を０相／−π相に位相変調し、（ａ）又は（ｂ）のように位相変調させた連続光を合流することで、位相変調した連続光の位相遷移時の光強度を低下させた位相変調光Ｌ１を出力する位相変調器１２と、クロック信号発生器７２からのクロック信号Ｃ１の位相を制御し、位相調整クロック信号Ｃ２を出力する位相シフタ１３と、位相変調器１２からの位相変調光Ｌ１を位相シフタ１３からの位相調整クロック信号Ｃ２で強度変調して出力光Ｌ２として出力する強度変調器１４と、発生させた基準周波数の基準信号Ｓ１を加算器２４を介して位相シフタ１３に入力し、クロック位相を基準信号Ｓ１の基準周波数で変動させる発振器２３と、光分配器１５で抽出した強度変調器１４からの出力光Ｌ２の光強度の一部を受光素子１６で測定した測定信号と発振器２３からの基準信号Ｓ１とを同期検波して検波信号を出力する同期検波回路２２と、ローパスフィルタ２１を通過した同期検波回路２２からの検波信号の周波数が発振器２３からの基準信号Ｓ１の基準周波数の２倍となるように、位相シフタ１３に位相調整クロック信号Ｃ２の変動する位相の中心位相をシフトさせる制御回路２７と、を備える。

図７の光送信回路１０２と図１の光送信回路１０１との違いは、受光素子１６の測定信号を発振器２３からの基準信号Ｓ１で同期検波している点である。図８は、同期検波回路２２の原理を説明するため、基準信号Ｓ１による強度変調器１４の出力パワーの変動を模式的に説明したものである。図中、位相変調光Ｌ１に対するクロック位相をαからγの３つの状態で示している。このうちβが出力パワー最大となる位相最適点であり、αとγはそれぞれ相対位相が進みと遅れを示している。それぞれの状態において基準信号Ｓ１によって位相シフタ１３の位相に変調をかけると、クロック位相の変化によって出力パワーが変動する。βの位相最適点では出力パワー最大点を中心に左右にクロック位相が変調されるので出力パワー変動は基準信号Ｓ１の倍周期で変動する。αの状態ではクロック位相に対して出力パワーが右上がりに変化する状態でクロック位相が変調されるので、基準信号Ｓ１と同相の出力パワー変動を生じる。同様に、γの状態では基準信号Ｓ１と逆相の出力パワー変動が生じることになる。

従って、出力パワーを基準信号Ｓ１で同期検波して位相比較することで、クロック位相が進んでいるか遅れているかを検出することができる。図９は、クロック位相に対する同期検波回路２２からの検波信号出力を示したものである。クロック位相が進んでいる場合には検波信号出力は正に、逆にクロック位相が遅れている場合には検波信号出力は負となり、位相最適点では右下がりのゼロ点となる。制御回路２７は、検波信号出力がゼロからのずれを誤差信号として検出し、誤差信号の正であればクロック位相を遅らせ、誤差信号の負であればクロック位相を進めるという制御をする。

従って、光送信回路１０２は、高速のタイミング抽出回路や位相比較器を備えることなく、位相変調光Ｌ１に対するクロック位相最適点を保つことができる。また、光送信回路１０２は、二つの変調器の相対位相を自動で調整できるため、従来のように相対位相を手動で調整する必要がなく、相対位相が経時変化しても自動で最適化することができる。

（第３の実施形態）
図１０は、第３の実施形態の光送信回路１０３のブロック図である。光送信回路１０３と図１の光送信回路１０１との違いは、位相シフタ１３の前段に１／２分周回路３１が挿入されている点である。１／２分周回路３１は、クロック信号Ｃ１の周波数を１／２倍及び振幅を２倍に変換して位相シフタ１３に入力する。図１の光送信回路１０１におけるクロック位相と出力パワーとの関係は図６で説明したように、位相最適点付近で平坦になるため、クロック位相のずれを測定することが困難となる。光送信回路１０３は１／２分周回路３１を備えることで、位相最適点付近であってもクロック位相のずれの測定を可能としている。

以下に、その理由を説明する。図１１（ａ）〜（ｃ）は、強度変調器１４の透過特性と駆動信号（位相調整クロック信号Ｃ２）との関係を示したものである。図１１（ａ）は、クロック信号と強度変調器１４を透過する出力パワーとの関係を示した図である。クロック信号の波形のうち、５０％ＲＺ用クロック信号が図１で示した位相調整クロック信号Ｃ２に対応し、強度変調器１４の半波長電圧に一致する振幅で駆動する状態を表している。このとき強度変調器１４の出力光Ｌ２は、図１１（ｃ）に示すようにデューティ５０％のパルスとなる。一方、図１１（ａ）のクロック信号の波形のうち、６７％ＲＺ用クロック信号が図１０の１／２分周回路３１を通過した位相調整クロック信号Ｃ２に対応している。６７％ＲＺ用クロック信号の中点を強度変調器１４の消光点に設定し、半波長電圧の２倍の振幅で駆動させる。強度変調器１４の出力光Ｌ２には折り返しが生じ、図１１（ｂ）に示すように駆動周波数の２倍の周期で光パルスが発生し、そのデューティは６７％となる。

図１２は、６７％ＲＺ用クロック信号の位相と強度変調器１４の出力パワーとの関係を計算した結果である。図１２には、図６で説明した５０％ＲＺ用クロック信号の位相と強度変調器１４の出力パワーとの関係も示す。６７％ＲＺ用クロック信号の場合、５０％ＲＺ用クロック信号の場合と比較してクロック位相最適点付近でのパワー変動が急峻になっている。図１３は、クロック位相が最適点からずれ始めたときのパルスの裾と位相変調信号の消光点との関係を示したものである。図１３（ａ）は６７％ＲＺ用クロック信号であり、図１３（ｂ）は５０％ＲＺ用クロック信号である。６７％ＲＺ用クロック信号は、クロック位相が最適点からのずれが小さい状態から位相変調信号の消光点にパルスの裾がかかり、図１３の裾Ｇ１が削られて出力パワーが減衰するため、図１２のようにクロック位相最適点付近でのパワー変動が急峻になる。

従って、光送信回路１０３は、図１の光送信回路１０１で説明した効果のほかに、位相最適点付近であってもクロック位相のずれを測定することが可能という効果もある。

１／２分周回路３１は、図７の光送信回路１０２にも組み込むことができる。また、本実施形態では、１／２分周回路３１は、クロック信号を１／２分周し、半波長電圧の２倍の振幅にする構成としたが、１／１周波数のクロック信号を用い、その振幅を強度変調器１４の半波長電圧より若干大きめに設定し、かつ、強度変調器１４のＤＣバイアスを透過側に若干シフトさせるなどしてデューティを大きくとることでも同様の効果が得られる。

（第４の実施形態）
図１４は、第４の実施形態の光送信回路１０４のブロック図である。光送信回路１０４と図７の光送信回路１０２との違いは、ローパスフィルタ２１の後段にリミッタアンプ２６が挿入されている点である。

リミッタアンプ２６は、ローパスフィルタ２１を通過した同期検波回路２２の検波信号を増幅する。図６で説明したように、クロック位相と出力パワーとの関係は位相最適点付近で平坦になる。このため、同期検波回路２２の同期検波も困難になる傾向がある。光送信回路１０４は、同期検波回路２２からの検波信号をＬＰＦで帯域制限し、高利得のリミッタアンプで増幅する。さらに、その出力振幅をある電圧でクランプすることでクロック位相のずれの検出感度が困難である位相範囲を狭めることができる。

従って、光送信回路１０４は、図１の光送信回路１０１で説明した効果のほかに、位相最適点付近であってもクロック位相のずれを測定することが可能という効果もある。

（第５の実施形態）
図１５は、第５の実施形態の光送信回路１０５のブロック図である。光送信回路１０５と図１の光送信回路１０１との違いは、差動符号化回路１１と位相変調器１２との間にローパスフィルタ５１を挿入した点である。ローパスフィルタ５１は、差動符号化回路１１からの差動符号化信号の符号が遷移する時間を調整して位相変調器１２に入力する。具体的には、ローパスフィルタ５１は差動符号化信号の‘０’から‘１’へ遷移する立ち上がり時間Ｔｒ及び‘１’から‘０’へ遷移する立ち下がり時間Ｔｆを調整する。

図１６は、差動符号化信号の立ち上がり時間Ｔｒ／立ち下がり時間Ｔｆを２０％から４０％に変化させた場合の、クロック位相と強度変調器１４の出力パワーの関係を示したものである。立ち上がり時間Ｔｒ／立ち下り時間Ｔｆを大きくすることで、図１６のようにクロック位相最適点付近でのパワー変動が急峻になる。そのため、クロック位相のずれの検出感度が困難である位相領域を狭めることができる。

従って、光送信回路１０５は、図１の光送信回路１０１で説明した効果のほかに、位相最適点付近であってもクロック位相のずれを測定することが可能という効果もある。

ローパスフィルタ５１は、図７の光送信回路１０２にも組み込むことができる。

（第６の実施形態）
図１７は、第６の実施形態の光送信回路１０６のブロック図である。光送信回路１０６と図７の光送信回路１０２との違いは、受光素子１６と同期検波回路２２との間に増幅器６１及び第２のバンドパスフィルタ６４が挿入されている点及び増幅器６１の出力を第１のバンドパスフィルタ６２及び自動バイアス制御回路６３を介して強度変調器１４へフィードバックしている点である。光送信回路１０６は、受光素子１６の出力を分岐し、一方を位相シフタ１３の制御に、他方を強度変調器１４の制御に用いている。

光伝送用の強度変調器にはＬＩＮｂ０_３変調器が広く用いられている。この変調器は動作バイアス点がドリフトするため、自動バイアス制御回路によってドリフトを補償するのが一般的である。光送信回路１０６は、自動バイアス制御回路６３を備える。図１７に図示していないが、自動バイアス回路６３にも同期検波回路を用いることができる。

光送信回路１０６は、クロック位相制御回路及び自動バイアス制御回路６３の入力を共通の受光素子１６から得ることを特徴とする。クロック位相制御回路は、第２のバンドパスフィルタ６４、同期検波回路２２、ローパスフィルタ２１、制御回路２７、発振器２３及び加算器２４からなる。各々の制御回路に異なる周波数の基準信号を割り当て、受光素子１６の出力を分岐した後、第１のバンドパスフィルタ６２及び第２のバンドパスフィルタ６４でそれぞれの透過周波数の基準信号を取り出し同期検波をかける。このような構成とすることで、主要部品を共有できる上、基準信号同士の干渉を抑圧でき個別の制御が可能となる。

光送信回路１０１から光送信回路１０６では、位相シフタ１３をクロック信号Ｃ１の経路に挿入する構成になっているが、データ信号Ｄの経路における差動符号化回路１１の前段又は後段に挿入しても同様の効果が得られる。また、光送信回路１０１から光送信回路１０６では、光源７１側に位相変調器１２があるが、光源７１側に強度変調器１４を配置しても同様の効果が得られる。

本発明に係る光送信回路は、差動４相位相シフトキーイング方式にも適用することができる。

本発明に係る光通信回路のブロック図である。 位相変調器における位相変調の動作を示した図である。 位相変調器の動作を説明した図である。 位相変調光に対するクロック信号の相対位相と出力光との関係を示した図である。（ａ）は、クロック信号の位相が最適な状態の計算結果を示した図である。（ｂ）は、クロック信号の位相が位相変調光の位相とずれを生じている状態の計算結果を示した図である。 強度変調器の動作を説明した図である。 位相変調光に対するクロック位相と強度変調器１４の出力パワーとの関係を示した図である。 本発明に係る光通信回路のブロック図である。 同期検波回路の原理を説明する図である。 クロック位相に対する同期検波回路からの検波信号出力を示した図である。 本発明に係る光通信回路のブロック図である。 強度変調器の透過特性と駆動信号との関係を示したものである。（ａ）は、クロック信号と強度変調器１４の出力パワーとの関係を示した図である。（ｂ）は、デューティ６７％のパルスである強度変調器の出力光を示した図である。（ｃ）は、デューティ５０％のパルスである強度変調器の出力光を示した図である。 クロック信号の位相と強度変調器の出力パワーとの関係を計算した結果を示した図である。 クロック位相が最適点からずれ始めたときのパルスの裾と位相変調信号の消光点との関係を示した図である。（ａ）は、６７％ＲＺ用クロック信号の場合を説明した図である。（ｂ）は、５０％ＲＺ用クロック信号の場合を説明した図である。 本発明に係る光通信回路のブロック図である。 本発明に係る光通信回路のブロック図である。 差動符号化信号の立ち上がり時間Ｔｒ／立ち下がり時間Ｔｆを２０％から４０％に変化させた場合の、クロック位相と強度変調器１４の出力パワーの関係を示した図である。 本発明に係る光通信回路のブロック図である。 従来の光通信回路のブロック図である。 従来の光通信回路のブロック図である。

符号の説明

１０１〜１０６ 光送信回路
１１ 差動符号化回路
１２ 位相変調器
１３ 位相シフタ
１４ 強度変調器
１５ 光分配器
１６ 受光素子
１７、２７ 制御回路
２１ ローパスフィルタ
２２ 同期検波回路
２３ 発振器
２４ 加算器
２６ リミッタアンプ
３１ １／２分周回路
４１ 位相変調光
４２ クロック信号
４３ 出力光
５１ ローパスフィルタ
６１ 増幅器
６２ 第１のバンドパスフィルタ
６３ 自動バイアス制御回路
６４ 第２のバンドパスフィルタ
７１ 光源
７２ クロック信号発生器
９２ 第１の変調器
９４ 第２の変調器
９６ リタイミング回路
Ｌ０ 連続光
Ｌ１ 位相変調光
Ｌ２ 出力光
Ｌ３ 光パルス列
Ｌ４ 出力光
Ｄ データ信号
Ｃ１ クロック信号
Ｃ２ 位相調整クロック信号
Ｓ１ 基準信号
Ｒ１ クロック信号経路
Ｒ２ データ信号経路

Claims (4)

1. 入力するクロック信号に同期したＮＲＺの差動符号化信号に変換して差動出力する差動符号化回路と、
   光源からの連続光を２分岐し、前記差動符号化回路からの差動出力によって、
   （ａ）差動符号化信号の‘０’／‘１’に基づき前記２分岐した連続光の一方を＋π相／０相に、他方を−π相／０相に位相変調し、
   （ｂ）差動符号化信号の‘０’／‘１’に基づき前記２分岐した連続光の一方を０相／＋π相に、他方を０相／−π相に位相変調し、
   （ａ）又は（ｂ）のように位相変調させた連続光を合流することで、前記位相変調した連続光の位相遷移時の光強度を低下させた位相変調光を出力する位相変調器と、
   前記入力するクロック信号の位相を制御し、位相調整クロック信号を出力する位相シフタと、
   前記位相変調器からの位相変調光を前記位相シフタからの位相調整クロック信号で強度変調して出力光として出力する強度変調器と、
   前記強度変調器からの出力光をモニタし、出力光の強度が最大となるように前記位相シフタに前記クロック信号の位相をシフトさせる制御回路と、
   を備える光送信回路。
2. 入力するクロック信号に同期したＮＲＺの差動符号化信号に変換して差動出力する差動符号化回路と、
   光源からの連続光を２分岐し、前記差動符号化回路からの差動出力によって、
   （ａ）差動符号化信号の‘０’／‘１’に基づき前記２分岐した連続光の一方を＋π相／０相に、他方を−π相／０相に位相変調し、
   （ｂ）差動符号化信号の‘０’／‘１’に基づき前記２分岐した連続光の一方を０相／＋π相に、他方を０相／−π相に位相変調し、
   （ａ）又は（ｂ）のように位相変調させた連続光を合流することで、前記位相変調した連続光の位相遷移時の光強度を低下させた位相変調光を出力する位相変調器と、
   前記入力する前記クロック信号の位相を制御し、位相調整クロック信号を出力する位相シフタと、
   前記位相変調器からの位相変調光を前記位相シフタからの位相調整クロック信号で強度変調して出力光として出力する強度変調器と、
   発生させた基準周波数の基準信号を前記位相シフタに入力し、位相調整クロック信号の位相を前記基準信号の基準周波数で変動させる発振器と、
   前記発振器からの基準信号と前記強度変調器からの出力光の光強度とを同期検波して検波信号を出力する同期検波回路と、
   前記同期検波回路からの検波信号の周波数が前記発振器からの基準信号の基準周波数の２倍となるように、前記位相シフタに位相調整クロック信号の変動する位相の中心位相をシフトさせる制御回路と、
   を備える光送信回路。
3. 前記差動符号化回路からの差動符号化信号の符号が遷移する時間を調整して前記位相変調器に入力するローパスフィルタをさらに備える請求項２に記載の光送信回路。
4. 前記クロック信号の周波数を１／２倍及び振幅を２倍に変換して前記位相シフタに入力する１／２分周回路をさらに備えることを特徴とする請求項１から３に記載のいずれかの光送信回路。
   

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