JP2009058910A - Adjusting device for optical modulator driver and adjusting method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光デュオバイナリ送信機における光変調器用ドライバ調整装置及び調整方法に関し、より詳細には、光送信機を組上げた状態で光変調器ドライバ回路の調整が可能な光変調器用ドライバ調整装置及び調整方法に関する。 The present invention relates to an optical modulator driver adjustment apparatus and adjustment method in an optical duobinary transmitter, and more specifically, an optical modulator driver adjustment apparatus capable of adjusting an optical modulator driver circuit in a state where the optical transmitter is assembled. And an adjustment method.
光通信において用いる光送信機では、光に信号を乗せるために光に対して変調を行う。光変調には、半導体レーザの出力を変調する直接変調と、半導体レーザから出力された光を光源以外の手段で変調する外部変調とがある。外部変調で使用される変調器は一般に光変調器と呼ばれ、これら光変調器では、駆動信号に応じて物理的変化を起こし、光の強度、位相などの変調を行う。 An optical transmitter used in optical communication modulates light in order to place a signal on the light. The light modulation includes direct modulation for modulating the output of the semiconductor laser and external modulation for modulating light output from the semiconductor laser by means other than the light source. Modulators used in external modulation are generally called optical modulators, and these optical modulators cause physical changes in accordance with drive signals and modulate light intensity, phase, and the like.
マッハ・ツェンダ(MZ)型光変調器は、光強度変調(NRZ,RZなど)、位相制御型光強度変調(光デュオバイナリ、CS−RZなど)、光位相変調(DPSK,DQPSKなど)などに幅広く利用されている。MZ型光変調器は2つの光導波路を伝搬する光の干渉を利用しているため両導波路を伝搬する光の位相を精度よく制御する必要がある。特に、広く利用されているニオブ酸リチウム(LN)基板を用いたMZ型光変調器では、最適なバイアス電圧が時間的にドリフトするため自動バイアス制御(ABC)回路によって光変調器に印加するバイアス電圧の調整を行う。 Mach-Zehnder (MZ) type optical modulators are used for optical intensity modulation (NRZ, RZ, etc.), phase control type optical intensity modulation (optical duobinary, CS-RZ, etc.), optical phase modulation (DPSK, DQPSK, etc.), etc. Widely used. Since the MZ type optical modulator uses interference of light propagating through two optical waveguides, it is necessary to accurately control the phase of light propagating through both waveguides. In particular, in an MZ type optical modulator using a widely used lithium niobate (LN) substrate, since an optimum bias voltage drifts in time, a bias applied to the optical modulator by an automatic bias control (ABC) circuit. Adjust the voltage.
さらに、光送信機の光伝送特性を最適化するためには、光変調器ドライバ回路の出力振幅、駆動波形のクロスポイントの最適化を行う必要がある。 Furthermore, in order to optimize the optical transmission characteristics of the optical transmitter, it is necessary to optimize the output amplitude of the optical modulator driver circuit and the cross point of the drive waveform.
光変調器ドライバ回路の出力振幅及び駆動波形のクロスポイントの調整は、NRZ変調方式の場合には従来から可能であった。図4(a)、(b)に、NRZ変調方式型光変調器のドライバ出力波形、光変調器の動作曲線、及び光変調波形を示す。図に示したようにNRZ変調方式では、光変調器のドライバ出力波形と光変調波形とが共に2値波形で1対1に対応しているため、光変調波形とドライバ出力波形が相似形になる。そのため、NRZ変調方式では、光変調波形を観測しながらドライバの振幅及びクロスポイントの調整を行うことができる。図4(a)に示すように、ドライバ出力波形と光変調波形のクロスポイントずれの方向は同じであり、クロスポイントが50%から大きくずれない条件では変調曲線がほぼ直線近似できるため、光変調波形から電気波形のクロスポイントを見積もることが可能である。同様に、図4(b)に示すように、ドライバ出力波形のクロスポイントが最適化されれば、光変調波形のクロスポイントも最適化される。 The adjustment of the output amplitude of the optical modulator driver circuit and the cross point of the drive waveform has been possible in the case of the NRZ modulation method. 4A and 4B show the driver output waveform of the NRZ modulation type optical modulator, the operation curve of the optical modulator, and the optical modulation waveform. As shown in the figure, in the NRZ modulation method, since the driver output waveform and the optical modulation waveform of the optical modulator are both binary waveforms and correspond one-to-one, the optical modulation waveform and the driver output waveform are similar. Become. Therefore, in the NRZ modulation method, the driver amplitude and crosspoint can be adjusted while observing the optical modulation waveform. As shown in FIG. 4A, the driver output waveform and the optical modulation waveform have the same cross point deviation direction, and the modulation curve can be approximated almost linearly under the condition that the cross point does not deviate greatly from 50%. It is possible to estimate the cross point of the electric waveform from the waveform. Similarly, as shown in FIG. 4B, if the cross point of the driver output waveform is optimized, the cross point of the optical modulation waveform is also optimized.
しかしながら、光デュオバイナリ変調方式の光送信機の場合には、光変調器を2Vπの振幅で駆動する必要があるため、特に光変調器のドライバのクロスポイントを、光変調波形を観測しながら調整することは困難であるという課題があった。図5(a)、(b)に、光デュオバイナリ変調型光変調器のドライバ出力波形、3値電気波形、光変調器の動作曲線及び光変調波形を示す。光デュオバイナリ変調の場合は、2値波形であるドライバ出力をローパスフィルタ(LPF)で3値電気波形に変換した後に光変調器に印加する。そのため、バイアス自動電圧制御回路(ABC回路)が動作している条件においては、光変調波形は3値電気波形が光変調器の消光電圧に対して折り返された2値波形となるため、ドライバ出力波形と光変調波形は相似形にならない。図5(a)に示すように、光変調器の駆動振幅は最適なものの2値の電気信号のクロスポイントが50%からずれている場合には、光変調出力の消光比が劣化する形での波形歪を生ずる。また、波形のジッタ成分の劣化も観測される。そのため、光変調波形からドライバ出力波形の歪みを読み取るのは難しい。一方、図5(b)のようにドライバのクロスポイントが50%に設定されている場合には良好な光変調波形が得られている。 However, in the case of an optical duobinary modulation type optical transmitter, it is necessary to drive the optical modulator with an amplitude of 2Vπ, and thus the cross point of the driver of the optical modulator is particularly adjusted while observing the optical modulation waveform. There was a problem that it was difficult to do. FIGS. 5A and 5B show a driver output waveform, a ternary electric waveform, an operation curve of the optical modulator, and an optical modulation waveform of the optical duobinary modulation optical modulator. In the case of optical duobinary modulation, a driver output having a binary waveform is converted into a ternary electric waveform by a low-pass filter (LPF) and then applied to the optical modulator. Therefore, under the condition that the automatic bias voltage control circuit (ABC circuit) is operating, the optical modulation waveform is a binary waveform obtained by folding the ternary electrical waveform with respect to the extinction voltage of the optical modulator. Waveforms and light modulation waveforms are not similar. As shown in FIG. 5A, when the drive amplitude of the optical modulator is optimum, but the cross point of the binary electric signal is deviated from 50%, the extinction ratio of the optical modulation output deteriorates. This produces the waveform distortion. In addition, deterioration of the jitter component of the waveform is also observed. For this reason, it is difficult to read the distortion of the driver output waveform from the optical modulation waveform. On the other hand, when the driver cross point is set to 50% as shown in FIG. 5B, a good light modulation waveform is obtained.
また、光変調器に入れる前のドライバ出力波形をドライバ回路から直接観測して調整を行うことも可能であるが、調整に手間が掛かるという課題があった。通常の光デュオバイナリ送信機においてはドライバとLPFが直結されていることが多く、ドライバ出力を直接観測することは困難であった。また、ドライバ波形を分離して観測することが可能な場合においてもドライバとLPFとの接続を取り外してクロスポイントの調整を行い、続いて元に戻すという手順は煩雑であった。この場合、LPFの挿入損失や使用する光変調器のVπのばらつきを考慮すると、電気的な測定のみではドライバの振幅の最適値を決定することは困難であった。 Further, although it is possible to perform adjustment by directly observing the driver output waveform before entering the optical modulator from the driver circuit, there is a problem in that adjustment takes time. In ordinary optical duobinary transmitters, the driver and the LPF are often directly connected, and it is difficult to directly observe the driver output. Even when the driver waveform can be separated and observed, the procedure of removing the connection between the driver and the LPF, adjusting the cross point, and then restoring it is complicated. In this case, considering the LPF insertion loss and the variation in Vπ of the optical modulator to be used, it is difficult to determine the optimum value of the driver amplitude only by electrical measurement.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光デュオバイナリ変調型光変調器のドライバ回路の出力振幅及び駆動波形のクロスポイントの調整を、ABC回路を動作させながら観測した光変調波形に基づいて実施することができる光デュオバイナリ変調型光変調器ドライバ調整装置及び調整方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to adjust the output amplitude of the driver circuit of the optical duobinary modulation type optical modulator and the cross point of the driving waveform by using the ABC circuit. An object of the present invention is to provide an optical duobinary modulation type optical modulator driver adjustment apparatus and adjustment method that can be implemented based on an optical modulation waveform observed while operating.
このような目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、光デュオバイナリ送信機の光変調器を駆動するドライバ回路を調整するための光変調器ドライバ調整装置であって、前記光変調器で変調された変調光の光変調波形情報を取得する波形情報取得装置と、前記光変調波形情報に基づいて前記ドライバ回路を調整するドライバ制御回路とを備え、前記前記ドライバ回路は、クロスポイントを前記光変調波形の消光比が最大になる値に調整し、及び前記ドライバ回路の出力振幅を前記変調光パワーが最大になる値に調整することを特徴とする。 In order to achieve such an object, the invention described in claim 1 is an optical modulator driver adjustment device for adjusting a driver circuit for driving an optical modulator of an optical duobinary transmitter, wherein the optical modulator driver adjustment device A waveform information acquisition device that acquires optical modulation waveform information of modulated light modulated by a modulator; and a driver control circuit that adjusts the driver circuit based on the optical modulation waveform information. The point is adjusted to a value that maximizes the extinction ratio of the light modulation waveform, and the output amplitude of the driver circuit is adjusted to a value that maximizes the modulated light power.
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の光変調器ドライバ調整装置において、前記波形情報取得装置が、アイマスクを用いることによって前記光変調波形の歪の有無を検出することを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the optical modulator driver adjustment device according to the first aspect, the waveform information acquisition device detects the presence or absence of distortion of the optical modulation waveform by using an eye mask. And
請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の光変調器ドライバ調整装置において、前記波形情報取得装置が、前記光変調波形の振幅方向のヒストグラムを取ることにより前記光変調波形の歪を検出することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the optical modulator driver adjusting device according to the first aspect, the waveform information acquiring device takes distortion of the optical modulation waveform by taking a histogram in the amplitude direction of the optical modulation waveform. It is characterized by detecting.
請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の光変調器ドライバ調整装置において、前記波形情報取得装置が、前記光変調波形の時間軸方向のヒストグラムを取ることにより前記光変調波形のジッタを検出することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the optical modulator driver adjusting device according to the first aspect, the waveform information acquisition device takes a histogram of the optical modulation waveform in the time axis direction to obtain jitter of the optical modulation waveform. Is detected.
請求項5に記載の発明は、光デュオバイナリ変調方式の光変調器を駆動するドライバ回路を調整するための光変調器ドライバ調整方法であって、前記光変調器で変調された変調光の光変調波形を観測するステップと、観測された前記光変調波形に基づいて前記ドライバ回路のクロスポイントを前記光変調波形の波形歪が最小になる値に調整するステップと観測された前記光変調波形に基づいて前記ドライバ回路を、前記ドライバ回路の出力振幅を前記変調光パワーが最大になる値に調整するステップとを有することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an optical modulator driver adjustment method for adjusting a driver circuit that drives an optical modulator of an optical duobinary modulation method, wherein the modulated light modulated by the optical modulator A step of observing a modulation waveform, a step of adjusting a cross point of the driver circuit to a value at which waveform distortion of the light modulation waveform is minimized based on the observed light modulation waveform, and the observed light modulation waveform And the step of adjusting the output amplitude of the driver circuit to a value at which the modulated optical power is maximized.
本発明によれば、光デュオバイナリ送信機における光変調器のドライバ回路の出力振幅及び駆動波形のクロスポイントの調整が、光送信機を組上げた状態において光変調波形を観測することで可能になる。 According to the present invention, it is possible to adjust the output amplitude of the driver circuit of the optical modulator and the cross point of the driving waveform in the optical duobinary transmitter by observing the optical modulation waveform in a state where the optical transmitter is assembled. .
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に、本発明の一実施形態に係る光デュオバイナリ変調型光変調器ドライバの調整装置の構成を示す。半導体レーザ(LD)102から出力された光は、マッハ・ツェンダ型光変調器103に入力し、LPF106およびABC回路107から印加されるバイアス電圧によって駆動される光変調器103から変調光として出力される。LPF106の出力は、ドライバ回路105から出力される2値波形の出力を3値波形の出力に変換したものである。ドライバ回路105は、駆動信号発生回路104から出力される駆動信号に基づいて動作する。ABC回路107は、矩形波的に変化する電気信号が重畳されたDCバイアス電圧を光変調器103に印加し、光変調器103から出力された光信号に含まれる低周波成分を検出し、光変調器103に印加されるDCバイアス電圧を最適値に制御するように動作する。
FIG. 1 shows a configuration of an adjustment apparatus for an optical duobinary modulation type optical modulator driver according to an embodiment of the present invention. The light output from the semiconductor laser (LD) 102 is input to the Mach-Zehnder
光変調器103から出力された変調光を光/電気変換器(O/E)108で電気信号に変換し、サンプリングスコープ109に入力する。ABC回路を動作させながら、駆動信号発生回路104で擬似ランダム信号を生成させて光変調器を駆動し、サンプリングスコープ109で光変調波形を観測する。サンプリングスコープ109は、観測された光変調波形情報をドライバ制御回路101に送信する。ドライバ制御回路101は、受信した波形情報を後述する基準で解析し、その解析結果に基づいてドライバ回路105の振幅調整端子105a及びクロスポイント調整端子105bに印加する制御電圧を変化させドライバの動作パラメータの調整を行う。
The modulated light output from the
図2(a)、(b)に、ドライバ出力におけるクロスポイントのずれとそれに対応する光変調波形を示す。光デュオバイナリ変調の場合、ドライバ出力波形のクロスポイントのずれは、間接的に光変調波形の消光比劣化として観測される。ABC回路が動作している場合には、3値化された電気信号の”1”および”−1”レベルの電位は、変調器の光透過率の最大値にほぼ制御されている。図2(a)に示すようにドライバ出力波形のクロスポイントがずれると、3値化された電気信号の”0”レベルの電圧値が光変調器の消光電位からずれる。従って”0”レベルに相当する光変調波形のレベルが増加し、結果として光変調された”1”レベルと”0”レベルの比で規定される消光比が劣化する。ドライバ出力波形のクロスポイントのずれが大きいとき、光変調後のシンボルが”0”→”1”もしくは”1”→”0”への遷移に対応するトレースのジッタが増加する。そこで、ドライバ制御回路101は、サンプリングスコープで観測された光変調波形の消光比が大きくなるように、ドライバ回路105のクロスポイントの調整を行う。
FIGS. 2A and 2B show cross point shifts in the driver output and the corresponding light modulation waveforms. In the case of optical duobinary modulation, the shift of the cross point of the driver output waveform is indirectly observed as the extinction ratio deterioration of the optical modulation waveform. When the ABC circuit is in operation, the potentials at the “1” and “−1” levels of the ternarized electric signal are substantially controlled to the maximum value of the light transmittance of the modulator. As shown in FIG. 2A, when the cross point of the driver output waveform is deviated, the voltage value of the “0” level of the ternary electric signal is shifted from the extinction potential of the optical modulator. Accordingly, the level of the light modulation waveform corresponding to the “0” level increases, and as a result, the extinction ratio defined by the ratio between the light modulated “1” level and the “0” level deteriorates. When the deviation of the cross point of the driver output waveform is large, the jitter of the trace corresponding to the transition from “0” → “1” or “1” → “0” of the symbol after optical modulation increases. Therefore, the
ドライバ制御回路101は、ドライバ回路105のクロスポイント調整端子105bに印加する電圧を変化することにより、クロスポイントの位置を変化させながらサンプリングスコープで観測される消光比をモニタし、消光比を最大化するクロスポイントの検出を行う。クロスポイントを一方向に変化させるとき、消光比は、クロスポイントが最適値に近づくにしたがって大きくなり、クロスポイントが最適値をとるとき最大化される。さらにクロスポイントを同一方向に変化させると、クロスポイントが最適値からずれ、消光比は再び小さくなる。そのため、消光比の極大値に対応するクロスポイントが最適なクロスポイントとなる。ドライバ制御回路101は、ドライバ回路105のクロスポイントを消光比が最大となるクロスポイントに調整する。光変調波形の形状変化の評価は、例えば、サンプリングスコープで取得したアイ波形においてアイの開くタイミングにおける振幅方向のヒストグラムを取ることによって行う。
The
図2に示したように、変調器ドライバのクロスポイントがずれている場合は変調光の”0”レベルがダブルトレース化するのに対し、クロスポイントがほぼ50%に制御されている場合にはシングルトレースとなる。これを用いると、光変調波形の”0”レベルの振幅方向の幅を評価パラメータとし、これを最小化するように変調器ドライバ105のクロスポイント調整端子105bへの印加電圧を最適化するという方法も可能である。
As shown in FIG. 2, when the cross point of the modulator driver is deviated, the “0” level of the modulated light is double-traced, whereas when the cross point is controlled to approximately 50%. Single trace. When this is used, the width in the amplitude direction of the “0” level of the optical modulation waveform is used as an evaluation parameter, and the applied voltage to the
また、変調器ドライバのクロスポイントがずれた場合に、光変調波形の”0”→”1”、”1”→”0”への遷移のジッタが増加することから、光変調波形をサンプリングスコープで評価し、時間軸方向のジッタを最小化するように、変調器ドライバ105のクロスポイント制御電圧を制御しても良い。
In addition, when the cross point of the modulator driver is shifted, the jitter of the transition from “0” to “1” or “1” to “0” of the optical modulation waveform increases. The crosspoint control voltage of the
図3(a)〜(c)に、3値化された光変調器の駆動電圧の振幅の大きさと光変調波形の歪みの対応を示す。光変調器の変調特性が2Vπ周期で変化しているため、駆動電圧の振幅が2Vπより小さいとき、図3(a)に示すように、振幅が最適化されている図3(b)に比べ変調光パワーが低く観測される。ドライバ出力の振幅が2Vπより大きいとき、3値化出力の”1”および”−1”レベルで光変調波形が折り返るため、図3(c)に示すように波形劣化として観測され、信号が2値の間を行き来する際一時的に最大振幅になるが、”1”連続部分の振幅は低下する。結果として、変調光の平均パワーが最適振幅条件から低下する。そこで、ドライバ制御回路101は、ドライバ回路105の振幅調整端子105aに印加する電圧を変化することにより、変調光パワーが最大になるように、ドライバ回路105の出力振幅の調整を行う。
FIGS. 3A to 3C show the correspondence between the amplitude of the drive voltage of the ternary optical modulator and the distortion of the optical modulation waveform. Since the modulation characteristic of the optical modulator changes at a cycle of 2Vπ, when the amplitude of the drive voltage is smaller than 2Vπ, as shown in FIG. 3A, the amplitude is optimized as compared with FIG. The modulated light power is observed to be low. When the amplitude of the driver output is larger than 2Vπ, the optical modulation waveform is folded back at the “1” and “−1” levels of the ternary output, so that waveform degradation is observed as shown in FIG. When going back and forth between the two values, the maximum amplitude is temporarily reached, but the amplitude of the “1” continuous portion decreases. As a result, the average power of the modulated light is reduced from the optimum amplitude condition. Therefore, the
また、ドライバ制御回路101は、出力振幅を変化させながら変調光パワーの変化をモニタし、変調光パワーのピークの検出を行う。出力振幅を一方向に変化させるとき、変調光パワーは、出力振幅が最適値に近づくにしたがって大きくなり、出力振幅が最適値をとるとき最大化される。さらに出力振幅を同一方向に変化させると、出力振幅が最適値からずれ、変調光パワーは再び小さくなる。そのため、変調光パワーの極大値に対応する出力振幅が最適な出力振幅となる。ドライバ制御回路101は、ドライバ回路105の出力振幅を変調光パワーが最大となる出力振幅に調整する。
Further, the
変調器ドライバ105の振幅およびクロスポイントの調整値が所望の範囲内にあるかどうかを確認するために、サンプリングスコープで取得した波形が、あらかじめ設定したアイマスクからはみ出していないかどうかにより判断する方法もある。アイマスクの設定パラメータには、アイの振幅方向の分布の幅、許容ジッタ量、消光比などの要求条件が含まれるようにしておく。変調器ドライバの振幅およびクロスポイントのパラメータを調整しながらアイマスクとの合致を調べることによって、ドライバの動作の最適化を図ることができる。
Method for determining whether or not the waveform acquired by the sampling scope protrudes from a preset eye mask in order to check whether the amplitude and crosspoint adjustment values of the
101 ドライバ制御回路
102 半導体レーザ(LD)
103 マッハ・ツェンダ型光変調器
104 駆動信号発生回路
105 ドライバ回路
105a 振幅調整端子
105b クロスポイント調整端子
106 ローパスフィルタ(LPF)
107 自動バイアス制御(ABC)回路
108 光/電気変換器(O/E)
109 サンプリングスコープ
101
103 Mach-Zehnder
107 Automatic Bias Control (ABC)
109 Sampling scope
Claims (5)
前記光変調器で変調された変調光の光変調波形情報を取得する波形情報取得装置と、
前記光変調波形情報に基づいて前記ドライバ回路を調整するドライバ制御回路と
を備え、
前記前記ドライバ回路は、クロスポイントを前記光変調波形の消光比が最大になる値に調整し、及び前記ドライバ回路の出力振幅を前記変調光パワーが最大になる値に調整することを特徴とする光変調器ドライバ調整装置。 An optical modulator driver adjusting device for adjusting a driver circuit for driving an optical modulator of an optical duobinary transmitter,
A waveform information acquisition device for acquiring optical modulation waveform information of modulated light modulated by the optical modulator;
A driver control circuit for adjusting the driver circuit based on the light modulation waveform information,
The driver circuit adjusts the cross point to a value that maximizes the extinction ratio of the light modulation waveform, and adjusts the output amplitude of the driver circuit to a value that maximizes the modulated light power. Optical modulator driver adjustment device.
前記光変調器で変調された変調光の光変調波形を観測するステップと、
観測された前記光変調波形に基づいて前記ドライバ回路のクロスポイントを前記光変調波形の波形歪が最小になる値に調整するステップと
観測された前記光変調波形に基づいて前記ドライバ回路を、前記ドライバ回路の出力振幅を前記変調光パワーが最大になる値に調整するステップと
を有することを特徴とする光変調器ドライバ調整方法。 An optical modulator driver adjustment method for adjusting a driver circuit for driving an optical modulator of an optical duobinary modulation method,
Observing an optical modulation waveform of modulated light modulated by the optical modulator;
Adjusting the cross point of the driver circuit based on the observed light modulation waveform to a value that minimizes the waveform distortion of the light modulation waveform; and the driver circuit based on the observed light modulation waveform, Adjusting the output amplitude of the driver circuit to a value at which the modulated optical power is maximized.
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