JP2009258441A - 光変調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光位相変調器を備える光変調装置において、角度変調信号の歪特性を安定化すること。
【解決手段】光変調装置１００は、光位相変調器１０４に入力する直流バイアス電圧を発生する直流バイアス制御部１１１と、直流バイアス制御部１１１が出力する直流バイアス電圧にパイロット信号を重畳するパイロット信号発生部１１２と、光位相変調器１０４の出力光を分岐する第２の光分岐器１１３と、第２の光分岐器１１３が分岐した光信号を電気信号に変換する光電気変換部１１４と、光電気変換部１１４が出力する電気信号を処理する信号処理部１１５とを備える。信号処理部１１５は、光電気変換部１１４が出力する電気信号から、パイロット信号の残留歪成分を強度として取り出し、その強度を極小とするように、直流バイアス制御部１１１が発生する直流バイアス電圧を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光変調装置に関する。

従来、広帯域の光変調装置が検討されている。図６に、従来の光変調装置の一例を示す。光変調装置６００は、変調度の大きい位相変調信号または周波数変調信号を得るために光ヘテロダイン法を用いた光変調装置であり（非特許文献１参照）、電気信号により直接変調された第１の光源６０１と、局発信号用の第２の光源６０２と、第１の光源６０１及び第２の光源６０２の出力光を合波する光結合器６０３と、光結合器６０３の出力光を光ヘテロダイン検波して周波数変調信号を出力する光ヘテロダイン検波部６０４と、光ヘテロダイン検波部６０４が出力した周波数変調信号を強度変調して光伝送路に出力する光送信手段６０５とを備える。

図６に示したような光変調装置は、半導体レーザ等の光源の位相雑音が大きいため、復調信号の品質を劣化させるという欠点があった。そこで、位相雑音の問題を改善することのできる光変調装置として、図７に示すものが提案された（特許文献１参照）。光変調装置７００は、光源７０１と、光源７０１からの出力光を第１の光路と第２の光路とに分岐する光分岐器７０２と、第１の光路に設けられた光周波数シフタ７０３と、第２の光路に設けられた光位相変調器７０４と、光周波数シフタ７０３及び光位相変調器７０４からの出力光を結合する光結合器７０５と、光結合器７０５の出力光を光ヘテロダイン検波して角度変調信号を出力する光ヘテロダイン検波部７０６と、光ヘテロダイン検波部７０６が出力した角度変調信号を強度変調して光伝送路に出力する光送信手段７０７とを備える。光変調装置７００によれば、第１の光路の光を光周波数シフタ７０３により中間周波数分シフトし、第２の光路の光を光位相変調器７０４により角度変調を施し、これらの光を結合して中間周波数を中心としたビート信号を発生させるため、原理的に光源に起因する位相雑音は発生しない。

特開２００１−１３３８２４号公報 K. Kikushima, et al, "Optical Super Wide-Band FM Modulation Scheme and Its Application to Multi-Channel AM Video Transmission Systems," IOOC'95 Technical Digest, vol. 5 PD2-7, pp. 33-34

しかしながら、従来の光変調装置には、光位相変調器に起因するＤＣドリフト等によって起こる動作点のずれにより、角度変調信号の歪特性が安定しない問題があった。

本発明の目的は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光位相変調器を備える光変調装置において、角度変調信号の歪特性を最適化し安定に動作させることにある。

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、光源と、前記光源からの無変調の出力光を第１の光路と第２の光路とに分岐する第１の光分岐器と、前記第１の光路に分岐された光を中間周波数分だけシフトさせる、前記第１の光路に設けられた光周波数シフタと、前記第２の光路に分岐された光を角度変調する、前記第２の光路に設けられた光位相変調器と、前記光周波数からの出力光および前記光位相変調器からの出力光を結合する光結合器と、前記光結合器の出力光を光ヘテロダイン検波して前記中間周波数を中心とした角度変調信号を出力する光ヘテロダイン検波部と、前記光ヘテロダイン検波部が出力した角度変調信号を強度変調して光伝送路に出力する光送信手段とを備える光変調装置であって、前記光位相変調器に入力する直流バイアス電圧を発生する直流バイアス制御部と、前記直流バイアス制御部が出力する直流バイアス電圧にパイロット信号を重畳するパイロット信号発生部と、前記光位相変調器からの出力光を分岐する第２の光分岐器と、前記第２の光分岐器が分岐した光信号を電気信号に変換する光電気変換部と、前記光電気変換部が出力する電気信号を処理する信号処理部とをさらに備え、前記信号処理部は、前記光電気変換部が出力する電気信号から、前記パイロット信号の残留成分を強度として取り出してモニタし、前記残留成分に応じて前記直流バイアス制御部を制御することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記直流バイアス制御部が、前記光電気変換部が出力する電気信号から前記パイロット信号の残留歪成分を強度として取り出してモニタし、前記残留歪成分が極小となるように前記直流バイアス部を制御することを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１において、前記直流バイアス制御部が、前記光電気変換部が出力する電気信号から前記パイロット信号の残留信号成分を強度として取り出してモニタし、前記残留信号成分が極大となるように前記直流バイアス部を制御することを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、光源と、前記光源からの無変調の出力光を第１の光路と第２の光路とに分岐する第１の光分岐器と、前記第１の光路に分岐された光を中間周波数分だけシフトさせる、前記第１の光路に設けられた光周波数シフタと、前記第２の光路に分岐された光を角度変調する、前記第２の光路に設けられた光位相変調器と、前記光周波数からの出力光および前記光位相変調器からの出力光を結合する光結合器と、前記光結合器の出力光を光ヘテロダイン検波して前記中間周波数を中心とした角度変調信号を出力する光ヘテロダイン検波部と、前記光ヘテロダイン検波部が出力した角度変調信号を強度変調して光伝送路に出力する光送信手段とを備える光変調装置であって、前記光位相変調器に入力する直流バイアス電圧を発生する直流バイアス制御部と、前記直流バイアス制御部が出力する直流バイアス電圧にパイロット信号を重畳するパイロット信号発生部と、前記光位相変調器からの出力光を分岐する第２の光分岐器と、前記第２の光分岐器が分岐した光信号を電気信号に変換する光電気変換部と、前記光電気変換部が出力する角度変調信号を復調する信号復調部と、前記信号復調部が出力する復調された電気信号を処理する信号処理部とをさらに備え、前記信号処理部は、前記信号復調部が出力する前記復調された電気信号をモニタし、前記復調された電気信号に応じて前記直流バイアス制御部を制御することを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４において、前記直流バイアス制御部が、前記信号復調部が出力する前記復調された電気信号をモニタし、復調されたパイロット信号の歪成分が極小となるように前記直流バイアス部を制御することを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項４において、前記直流バイアス制御部が、前記信号復調部が出力する前記復調された電気信号をモニタし、復調されたパイロット信号の信号成分が極大となるように前記直流バイアス部を制御することを特徴とする。

本発明によれば、電気信号とは別のパイロット信号および直流バイアス電圧を光位相変調器に入力し、パイロット信号の残留成分をモニタしながら直流バイアス電圧を制御することにより、角度変調信号の歪特性を最適化し安定させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る変調装置を示している。光変調装置１００は、光源１０１と、光源１０１からの無変調の出力光を第１の光路と第２の光路とに分岐する第１の光分岐器１０２と、第１の光路に設けられた光周波数シフタ１０３と、第２の光路に設けられた光位相変調器１０４と、光周波数シフタ１０３及び光位相変調器１０４からの出力光を結合する光結合器１０５と、光結合器１０５の出力光を光ヘテロダイン検波して角度変調信号を出力する光ヘテロダイン検波部１０６と、光ヘテロダイン検波部１０６が出力した角度変調信号を強度変調して光伝送路に出力する光送信手段１０７とを備える。光周波数シフタ１０３は、第１の光路に分岐された光を中間周波数分だけシフトさせる。光位相変調器１０４には変調入力として電気信号が入力され、第２の光路に分岐された光が角度変調（周波数変調または、位相変調）される。角度変調信号は、光周波数シフタ１０３の出力光と光位相変調器１０４の出力光との周波数差に等しい中間周波数を中心としたヘテロダイン信号である。

光源１０１には、たとえば分布帰還型の半導体レーザなどを用いることができる。光分岐器１０２には、たとえば融着延伸型の光方向性結合器などを用いることができる。光周波数シフタ１０３は、たとえばマッハツェンダ干渉計を複数組み合わせた光ＳＳＢ変調器で構成することができる。光結合器１０５は、たとえば光分岐器１０２と同じく融着延伸型の光方向性結合器などとすることができる。この場合、光分岐器１０２の入出力を逆方向に用いればよい。

第１の実施形態に係る光変調装置１００では、光位相変調器１０４に、電気信号とは別のパイロット信号および直流バイアス電圧が重畳される。光位相変調器１０４が理想的なデバイスであれば、光位相変調器１０４から出力される光信号は位相変調信号のみで強度信号としては取り出せないが、実際は、図８の実測例のように内部反射等のデバイスの不完全性により残留信号成分および残留歪成分が発生する。

これらの残留成分をモニタし、残留信号成分が極大になるように或いは残留歪成分が極小になるように、光位相変調器１０４に入力する直流バイアス電圧を制御する。具体的には、上記構成に加えて、光位相変調器１０４に入力する直流バイアス電圧を発生する直流バイアス制御部１１１と、直流バイアス制御部１１１が出力する直流バイアス電圧にパイロット信号を重畳するパイロット信号発生部１１２と、光位相変調器１０４の出力光を分岐する第２の光分岐器１１３と、第２の光分岐器１１３が分岐した光信号を電気信号に変換する光電気変換部１１４と、光電気変換部１１４が出力する電気信号を処理する信号処理部１１５とをさらに設ける。信号処理部１１５は、光電気変換部１１４が出力する電気信号から、パイロット信号の残留歪成分を強度として取り出し、その強度を極小とするように、直流バイアス制御部１１１が発生する直流バイアス電圧を制御する。信号処理部１１５は、光電気変換部１１４が出力する時間的な電気信号を周波数スペクトルに変換し、その周波数スペクトルに応じて直流バイアス電圧の制御を行うことができる。このようにして、光ヘテロダイン検波部１０６が出力する角度変調信号の歪特性を改善することができる。たとえば、パイロット信号を１ｋＨｚとした場合、２ｋＨｚの残留歪成分（パイロット信号を入力したことにより残留する歪成分）を取り出せばよい。信号処理部１１５において、パイロット信号の残留信号成分（パイロット信号を入力したことにより残留する信号成分）が極大となるようにバイアス電圧を制御してもよい。

なお、用いるパイロット信号の周波数は、どんな周波数でもよく、複数の周波数を使用してもかまわないが、光位相変調器１０４に入力する電気信号とは別の周波数の方が望ましい。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る変調装置を示している。光変調装置２００は、光源１０１と、光源１０１からの無変調の出力光を第１の光路と第２の光路とに分岐する第１の光分岐器１０２と、第１の光路に設けられた光周波数シフタ１０３と、第２の光路に設けられた光位相変調器１０４と、光周波数シフタ１０３及び光位相変調器１０４からの出力光を結合する光結合器１０５と、光結合器１０５の出力光を光ヘテロダイン検波して角度変調信号を出力する光ヘテロダイン検波部１０６と、光ヘテロダイン検波部１０６が出力した角度変調信号を強度変調して光伝送路に出力する光送信手段１０７とを備える。光周波数シフタ１０３は、第１の光路に分岐された光を中間周波数分だけシフトさせる。光位相変調器１０４には変調入力として電気信号が入力され、第２の光路に分岐された光が角度変調（周波数変調または、位相変調）される。角度変調信号は、光周波数シフタ１０３の出力光と光位相変調器１０４の出力光との周波数差に等しい中間周波数を中心としたヘテロダイン信号である。これらについては、第１の実施形態に係る変調装置１００と同様である。

第２の実施形態に係る光変調装置２００では、上記構成に加えて、光位相変調器１０４に入力する直流バイアス電圧を発生する直流バイアス制御部２１１と、直流バイアス制御部２１１が出力する直流バイアス電圧にパイロット信号を重畳するパイロット信号発生部２１２と、光位相変調器１０４の出力光を分岐する第２の光分岐器２１３と、第２の光分岐器２１３が分岐した光信号を電気信号に変換する光電気変換部２１４と、光電気変換部２１４が出力する角度変調信号を復調する信号復調部２１５と、信号復調部２１５が出力する復調された電気信号を処理する信号処理部２１６とをさらに設ける。信号処理部２１６は、信号復調部２１５が出力する復調された時間的な電気信号を周波数スペクトルに変換し、その周波数スペクトルに応じて直流バイアス電圧の制御を行うことができる。たとえば、パイロット信号を１ｋＨｚとした場合、復調された電気信号には１ｋＨｚの他に２ｋＨｚや３ｋＨｚといった歪成分も含まれる。その２ｋＨｚや３ｋＨｚの歪成分が極小となるように直流バイアス電圧を制御すればよい。また、復調された１ｋＨｚパイロット信号が極大となるように直流バイアス電圧を制御してもよい。

なお、パイロット信号の歪成分とは、復調されたパイロット信号の歪成分をいう。たとえば、１ｋＨｚのパイロット信号であった場合、２ｋＨｚや３ｋＨｚといった歪成分が信号復調部から出力される。その歪成分のことをさす。

また、第１の実施形態と同様、用いるパイロット信号の周波数は、どんな周波数でもよく、複数の周波数を使用してもかまわないが、光位相変調器１０４に入力する電気信号とは別の周波数の方が望ましい。

（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係る変調装置を示している。光変調装置３００は、第１の実施形態に係る変調装置１００において、光位相変調器を直列に２つ設け、第１の電気信号１を第１の光位相変調器３０４Ａに、第２の電気信号を光位相変調器３０４Ｂにといったように、帯域を分割して位相変調する。この際、光位相変調器３０４Ａおよび３０４Ｂにそれぞれ、直流バイアス制御部３１１Ａ、３１１Ｂおよびパイロット信号発生部３１２Ａ、３１２Ｂを設けて、第１の実施形態で説明した態様で残留成分をモニタする。この場合、第１のパイロット信号と第２のパイロット信号は別の周波数にすることが望ましい。この構成にすることで、個々の光位相変調器の変調帯域を狭くでき、かつ光位相変調器の入力電圧を下げることができるので、高品質な角度変調を行うことができる。

図４で示すように、電気信号を分配器３１６により分配し、分岐された信号が互いに逆相になるよう遅延部３１７で遅延を調整して第１の光位相変調器３０４Ａおよび第２の光位相変調器３０４Ｂに入力してもよい。この構成にすることで、位相偏移量を理論上２倍にすることが可能となる。

（第４の実施形態）
図５は、第４の実施形態に係る変調装置を示している。光変調装置５００は、第１の実施形態に係る変調装置１００において、第２の光位相変調器５０４Ｂを光周波数シフタ１０３と直列に設ける。電気信号は、分配器５１６により分配し、分岐された信号が互いに逆相になるよう遅延部５１７で遅延を調整して第１の光位相変調器５０４Ａおよび第２の光位相変調器５０４Ｂに入力する。この構成にすることで、位相偏移量を理論上２倍にすることが可能となる。

第１の実施形態に係る変調装置を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る変調装置を示す図である。 第３の実施形態に係る変調装置を示す図である。 第３の実施形態に係る変調装置の変形形態を示す図である。 第４の実施形態に係る変調装置を示す図である。 従来の光変調装置の一例を示す図である。 位相雑音の問題を改善することのできる従来の光変調装置を示す図である。 パイロット信号の残留成分とバイアス電圧との関係を示す図である。

符号の説明

１０１ 光源
１０２ 第１の光分岐器
１０３ 光周波数シフタ
１０４ 光位相変調器
１０５ 光結合器
１０６ 光ヘテロダイン検波部
１０７ 光送信手段
１１１ 直流バイアス制御部
１１２ パイロット信号発生部
１１３ 第２の光分岐器
１１４ 光電気変換部
１１５ 信号処理部
２１１ 直流バイアス制御部
２１２ パイロット信号発生部
２１３ 第２の光分岐器
２１４ 光電気変換部
２１５ 信号復調部
２１６ 信号処理部
３０４Ａ 第１の光位相変調器
３０４Ｂ 第２の光位相変調器
３１１Ａ 第１の直流バイアス制御部
３１１Ｂ 第２の直流バイアス制御部
３１２Ａ 第１のパイロット信号発生部
３１２Ｂ 第２のパイロット信号発生部
３１５ 信号処理部
３１６ 分配器
３１７ 遅延部
５０４Ａ 第１の光位相変調器
５０４Ｂ 第２の光位相変調器
５１１Ａ 第１の直流バイアス制御部
５１１Ｂ 第２の直流バイアス制御部
５１２Ａ 第１のパイロット信号発生部
５１２Ｂ 第２のパイロット信号発生部
５１３ 第２の光分岐器
５１４ 光電気変換部
５１５ 信号処理部
５１６ 分配器
５１７ 遅延部

Claims (6)

1. 光源と、
   前記光源からの無変調の出力光を第１の光路と第２の光路とに分岐する第１の光分岐器と、
   前記第１の光路に分岐された光を中間周波数分だけシフトさせる、前記第１の光路に設けられた光周波数シフタと、
   前記第２の光路に分岐された光を角度変調する、前記第２の光路に設けられた光位相変調器と、
   前記光周波数からの出力光および前記光位相変調器からの出力光を結合する光結合器と、
   前記光結合器の出力光を光ヘテロダイン検波して前記中間周波数を中心とした角度変調信号を出力する光ヘテロダイン検波部と、
   前記光ヘテロダイン検波部が出力した角度変調信号を強度変調して光伝送路に出力する光送信手段と
   を備える光変調装置であって、
   前記光位相変調器に入力する直流バイアス電圧を発生する直流バイアス制御部と、
   前記直流バイアス制御部が出力する直流バイアス電圧にパイロット信号を重畳するパイロット信号発生部と、
   前記光位相変調器からの出力光を分岐する第２の光分岐器と、
   前記第２の光分岐器が分岐した光信号を電気信号に変換する光電気変換部と、
   前記光電気変換部が出力する電気信号を処理する信号処理部と
   をさらに備え、
   前記信号処理部は、前記光電気変換部が出力する電気信号から、前記パイロット信号の残留成分を強度として取り出してモニタし、前記残留成分に応じて前記直流バイアス制御部を制御することを特徴とする光変調装置。
2. 前記直流バイアス制御部は、前記光電気変換部が出力する電気信号から、前記パイロット信号の残留歪成分を強度として取り出してモニタし、前記残留歪成分が極小となるように前記直流バイアス部を制御することを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
3. 前記直流バイアス制御部は、前記光電気変換部が出力する電気信号から、前記パイロット信号の残留信号成分を強度として取り出してモニタし、前記残留信号成分が極大となるように前記直流バイアス部を制御することを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
4. 光源と、
   前記光源からの無変調の出力光を第１の光路と第２の光路とに分岐する第１の光分岐器と、
   前記第１の光路に分岐された光を中間周波数分だけシフトさせる、前記第１の光路に設けられた光周波数シフタと、
   前記第２の光路に分岐された光を角度変調する、前記第２の光路に設けられた光位相変調器と、
   前記光周波数からの出力光および前記光位相変調器からの出力光を結合する光結合器と、
   前記光結合器の出力光を光ヘテロダイン検波して前記中間周波数を中心とした角度変調信号を出力する光ヘテロダイン検波部と、
   前記光ヘテロダイン検波部が出力した角度変調信号を強度変調して光伝送路に出力する光送信手段と
   を備える光変調装置であって、
   前記光位相変調器に入力する直流バイアス電圧を発生する直流バイアス制御部と、
   前記直流バイアス制御部が出力する直流バイアス電圧にパイロット信号を重畳するパイロット信号発生部と、
   前記光位相変調器からの出力光を分岐する第２の光分岐器と、
   前記第２の光分岐器が分岐した光信号を電気信号に変換する光電気変換部と、
   前記光電気変換部が出力する角度変調信号を復調する信号復調部と、
   前記信号復調部が出力する復調された電気信号を処理する信号処理部と
   をさらに備え、
   前記信号処理部は、前記信号復調部が出力する前記復調された電気信号をモニタし、前記復調された電気信号に応じて前記直流バイアス制御部を制御することを特徴とする光変調装置。
5. 前記直流バイアス制御部は、前記信号復調部が出力する前記復調された電気信号をモニタし、復調されたパイロット信号の歪成分が極小となるように前記直流バイアス部を制御することを特徴とする請求項４に記載の光変調装置。
6. 前記直流バイアス制御部は、前記信号復調部が出力する前記復調された電気信号をモニタし、復調されたパイロット信号の信号成分が極大となるように前記直流バイアス部を制御することを特徴とする請求項４に記載の光変調装置。

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