JP2010002850A - Bias control method of optical modulator, and optical modulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光変調器のバイアス制御方法および光変調器に関するものである。 The present invention relates to an optical modulator bias control method and an optical modulator.
光通信分野において、電気/光変換素子として光変調器が用いられている。光変調器には、電気光学効果を利用したものをはじめ、多種存在している。ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を持つ基板を用いた光変調器は、駆動制御のための直流電流の印加量や使用温度の変化により、出力される光特性について、経過時間により変化が起こる。これはドリフトと呼ばれている。 In the optical communication field, an optical modulator is used as an electrical / optical conversion element. There are many types of optical modulators, including those utilizing the electro-optic effect. In an optical modulator using a substrate having an electro-optic effect such as lithium niobate, the output optical characteristics change depending on the elapsed time due to changes in the amount of direct current applied for driving control and the operating temperature. This is called drift.
ドリフト現象を制御する方法として、特許文献1、2では、光変調器の駆動信号に低周波数信号を重畳させ、該光変調器からの出力光に含まれる低周波信号に係る光量変化をモニタして、実印加電圧に対するバイアス点を検出している。そして、光変調器に印加する直流バイアスを制御するバイアス補償回路に対してフィードバックすることにより、光応答特性が最適となるようにバイアス点を自動的に補正する。
特許文献3では、光変調器に複数の光変調部を設け、各光変調部ごとに低周波信号を重畳し、各光変調部ごとに低周波信号に係る光量変化をモニタし、各変調部ごとのバイアス点をフィードバック制御する。
複数の光変調部を有する光変調器について、特許文献3記載のようにバイアス点を制御するには、以下の問題がある。まず、光変調部に入力した低周波信号の光量が最小になるポイントをバイアス点とする(図1)。図2を参照しつつ、バイアス点の制御方法について述べる。光変調器1上に光導波路4を形成しており、マッハツェンダー型の光変調部2Aと2Bとを並列に配列し、光変調部2Aと2Bとをさらに合波させ、位相調整して出力する。光源6からの光を偏波コントローラー7を通して光導波路4に入射させ、光変調部2A、2Bで強度変調を行い、合波して出力し、パワーメーター8で光量を測定する。
For an optical modulator having a plurality of optical modulators, there are the following problems in controlling the bias point as described in Patent Document 3. First, a point at which the light amount of the low frequency signal input to the light modulation unit is minimized is set as a bias point (FIG. 1). A bias point control method will be described with reference to FIG. An
ここで、特許文献3記載のようなドリフト現象の制御方法を用いるとすると、3つの直流バイアス5A(DC-I)、5B(DC-Q)、5C(DC-P)をそれぞれ別個に制御することが必要になる。こうした補償制御する方法としては、以下の二つが考えられる。
Here, when the drift phenomenon control method described in Patent Document 3 is used, the three
(1) 図3に示すように、3つの光変調部2A、2B、2Cにそれぞれ対応して受光器11A、11B、11Cを設置する。そして、それぞれ低周波信号に係る出力光量を測定し、それぞれ制御回路10A、10B、10Cを介して、各光変調部に入力する直流バイアスのフィードバック制御を行う。しかし、この制御方法では、各光変調部に対してそれぞれ受光器を設ける必要があり、装置が煩雑になる。光変調部の数が増えてくると現実的ではない。
(1) As shown in FIG. 3, the light receivers 11A, 11B, and 11C are installed corresponding to the three
(2) 各光変調部ごとに受光器を設けない場合には、例えば図4に示すように、合波後の光光変調部2Cの下流に受光器11を設置する。しかし、光変調器2Aと2Bの出力とが合波されるので、印加する低周波信号が同一信号であると、出力信号がどの光変調部からの信号であるか判別できない。
(2) When a light receiver is not provided for each light modulation unit, for example, as shown in FIG. 4, a
このため、図4に示すように、低周波信号発生源9A、9B、9Cから発振する各低周波信号12A、12B、12Cの周波数を互いに異ならせる。これによって、同じ受光素子11で受光する出力光の中から、異なる周波数の低周波信号に係る信号をそれぞれ分けて分析し、フィードバックすることができる。しかし、この方法では、異なる信号発生源9A、9B、9Cを必要とする。また別の方法として、低周波信号12A、12B、12Cの周波数を同じとし、しかし発振のタイミングをずらすことも考えられる。
Therefore, as shown in FIG. 4, the frequencies of the low-
しかし、これらの方法では、一方の光変調部2Aのバイアス点を制御しているときに、別の光変調部2Bに印加している直流バイアスによって、DCドリフトが発生し、出力光波の波形が変化することがある。このため、正確な制御は非常に困難である。
However, in these methods, when the bias point of one
本発明の課題は、少なくとも一対の光変調部における各直流バイアスを制御するのに際して、一方の光変調部のバイアス点を制御している間に、他方の光変調部に印加される直流バイアスの干渉を防止することで、正確な制御を可能とすることである。 An object of the present invention is to control the DC bias applied to the other optical modulation unit while controlling the bias point of one optical modulation unit when controlling each DC bias in at least one pair of optical modulation units. It is to enable accurate control by preventing interference.
本発明は、電気光学効果を有する基板と、この基板上に形成された光導波路と、この光導波路に対して変調信号を印加することで光波を変調するための並列に配列された少なくとも一対の光変調部と、一対の光変調部で変調された光波を合波する合波部を備えている光変調器に対し、一対の光変調部における各直流バイアス電圧を制御するバイアス制御方法であって、
一方の光変調部に印加される直流バイアス電圧を変化させ、他方の光変調部に低周波信号を重畳することで、合波後の光波の光量変化を検出し、この検出された光量変化に基づき、一方の光変調部の直流バイアス電圧を制御することを特徴とする。
The present invention provides a substrate having an electro-optic effect, an optical waveguide formed on the substrate, and at least a pair of parallel arrangements for modulating a light wave by applying a modulation signal to the optical waveguide. This is a bias control method for controlling each DC bias voltage in a pair of optical modulators with respect to an optical modulator provided with an optical modulator and a multiplexer that multiplexes the light waves modulated by the pair of optical modulators. And
By changing the DC bias voltage applied to one light modulation unit and superimposing a low-frequency signal on the other light modulation unit, the light amount change of the combined light wave is detected, and this detected light amount change Based on this, the DC bias voltage of one of the light modulation units is controlled.
図5〜図11を参照しつつ、本発明による動作原理を述べる。
図9に示すように、一対の光変調部2Aと2Bとの各出力を合波部20で合波して出力するものとする。一方の光変調部は例えばI−armであり、他方の光変調部は例えばQ−armとする。各光変調部2A、2Bには、それぞれ、所定の制御ポート(電極)3A、3Bが設けられているものとする。
The operation principle according to the present invention will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 9, the outputs of the pair of
ここで、一方の光変調器2Aを制御対象とする。この場合には、一方の光変調部2Aに印加される直流バイアス5Aを変化させ、他方の光変調部2Bに低周波信号12Bを重畳する。そして、合波後の光波の光量変化を検出し、この検出された光量変化に基づき、一方の光変調部2Aの直流バイアスを制御する。この方法では、一方の光変調部2Aのバイアス点を制御している間に、他方の光変調部2Bには直流バイアスを印加せずに制御できる。従って、他方の光変調部に印加される直流バイアスの干渉を防止し、正確な制御を行うことができる。
Here, one
更に、バイアス点の制御に用いる信号周波数は同一のものを使用できるので、その場合には、制御回路を単純にできる。 Furthermore, since the same signal frequency can be used for controlling the bias point, the control circuit can be simplified in that case.
更に、オフ光状態にすることができるために、制御対象である光変調部の駆動電圧Vπを測定することもできる。 Furthermore, since the light can be turned off, the drive voltage Vπ of the light modulation unit to be controlled can be measured.
以下、本発明の作動原理を説明する。
光変調部で光波に高周波変調がかけられている場合、変調部からの出力光Eoutは、入力光E0に対して、式(1)で表される。
Eout=E0(exp(jφ1)+exp(jφ2)) (1)
(φ1−φ2=位相差)
The operation principle of the present invention will be described below.
When high-frequency modulation is applied to the light wave by the light modulation unit, the output light Eout from the modulation unit is expressed by Equation (1) with respect to the input light E0.
Eout = E0 (exp (jφ1) + exp (jφ2)) (1)
(φ1−φ2 = phase difference)
変調部2Bに低周波信号を印加し続けたものとする。この状態で変調部2Aからの出力光が最大となるときには、出力光強度E1は式(2)のように示せる。
E1=E0(exp(jφ1)+exp(jφ2))/4 (2)
It is assumed that the low frequency signal is continuously applied to the
E1 = E0 (exp (jφ1) + exp (jφ2)) / 4 (2)
従って、合波された出力光Eonは式(3)で示せる。
Eon=E1 + E0/2
Eon=E0(exp(jφ1)+exp(jφ2))/4+E0/2 (3)
合波された出力光Eonの波形は、例えば図5のようになる。
Therefore, the combined output light Eon can be expressed by Equation (3).
Eon = E1 + E0 / 2
Eon = E0 (exp (jφ1) + exp (jφ2)) / 4 + E0 / 2 (3)
The waveform of the combined output light Eon is, for example, as shown in FIG.
また、光変調部2Aの出力光強度が最小、つまりオフ状態であると、出力光E2は、式(4)のように示せる。
E2=E0(exp(jφ1)+exp(jφ2))/4 (4)
従って、合波された出力光波Eoffは、式(5)のように示せる。
Eoff=E2 + 0
Eoff=E0(exp(jφ1)+exp(jφ2))/4 (5)
Further, when the output light intensity of the
E2 = E0 (exp (jφ1) + exp (jφ2)) / 4 (4)
Therefore, the combined output light wave Eoff can be expressed as shown in Equation (5).
Eoff = E2 + 0
Eoff = E0 (exp (jφ1) + exp (jφ2)) / 4 (5)
従って、合波された出力光波Eoffの波形は、図7のようになる。つまり、オフ状態では、出力光波の強度の波形はコサイン二乗カーブ(cosθ)2となり、隣接するピークトップの強度がほぼ等しくなる。 Therefore, the waveform of the combined output light wave Eoff is as shown in FIG. That is, in the off state, the intensity waveform of the output light wave is a cosine square curve (cos θ) 2 , and the intensities of adjacent peak tops are substantially equal.
また、オン状態(図5)とオフ状態(図7)との間(変化途中)では、図6のような状態になる。この場合には、出力光波の波形は(cosθ)2から歪み、隣接するピークトップの強度が大きく食い違うことになる。 Further, the state shown in FIG. 6 is obtained between the ON state (FIG. 5) and the OFF state (FIG. 7) (while changing). In this case, the waveform of the output light wave is distorted from (cos θ) 2, and the intensities of adjacent peak tops greatly differ.
具体的な制御例について述べる。図9に示すように、光変調部2Aのバイアス点を制御するものとする。
(1) まず、光変調器から出力される光量が最大となるように、三カ所の変調部2A、2B、2Cに直流バイアス電圧を印加する。
(2) 図9のように、制御対象でない光変調部2Bに印加していたポート3Bに、低周波電圧(周波数は例えば1kHz)を駆動電圧Vπ以上の値で印加する。この際、出力される信号は、例えば図12のような波形となる。
A specific control example will be described. As shown in FIG. 9, the bias point of the
(1) First, a DC bias voltage is applied to the three
(2) As shown in FIG. 9, a low frequency voltage (with a frequency of, for example, 1 kHz) is applied to the
(3) 制御対象である光変調部2Aに印加している直流バイアス電圧を、0Vから徐々に上昇させ、変調器から出力された波形の変化をオシロスコープで観察していく。
(4) ある一定の直流バイアス電圧に達すると、オシロスコープに現れる出力光の波形が、図13に示すように、コサイン二乗((cosθ)2)カーブへ変化してくる。この波形に整った際に、印加されていた直流バイアス電圧を以って、変調部2A側からの出力がオフ光状態と判断する。これは、隣接するピークトップの値が等しくなったポイントである。
(3) The DC bias voltage applied to the
(4) When a certain DC bias voltage is reached, the waveform of the output light appearing on the oscilloscope changes to a cosine square ((cos θ) 2 ) curve as shown in FIG. When the waveform is adjusted, the output from the
なお、例えば特許文献3記載の制御方法では、例えば図10に示すように、制御対象となる変調部2Aに直流バイアス電圧と低周波信号電圧とを同時に印加する。しかも、低周波信号は微小振幅とする必要がある。この方法は、図9に示すような本発明方法と基本的に異なる。
For example, in the control method described in Patent Document 3, for example, as shown in FIG. 10, a DC bias voltage and a low-frequency signal voltage are simultaneously applied to the
一方、光変調部2Bのバイアス点を制御するには、上と同じ方法をとればよい。この例について、図11を参照しつつ述べる。この場合には、光変調部2Bを一方の光変調部と考え、光変調部2Aを他方の光変調部と考える。
On the other hand, the same method as above may be used to control the bias point of the
(1) まず、光変調器から出力される光量が最大となるように、三カ所の変調部2A、2B、2Cに直流バイアス電圧を印加する。
(2) 図11のように、制御対象でない光変調部2Aに印加していたポート3Aに、低周波電圧を駆動電圧Vπ以上の値で印加する。この際、出力される信号は、例えば図12のような波形となる。
(1) First, a DC bias voltage is applied to the three
(2) As shown in FIG. 11, a low frequency voltage is applied to the
(3) 制御対象である光変調部2Bに印加している直流バイアス電圧を、0Vから徐々に上昇させ、変調器から出力された波形の変化をオシロスコープで観察していく。
(4) ある一定の直流バイアス電圧に達すると、オシロスコープに現れる出力光の波形が、図13に示すように、コサイン二乗((cosθ)2)カーブへ変化してくる。この波形に整った際に、印加されていた直流バイアス電圧を以って、変調部2B側からの出力がオフ光状態と判断する。これは、隣接するピークトップの値が等しくなったポイントである。
(3) The direct current bias voltage applied to the
(4) When a certain DC bias voltage is reached, the waveform of the output light appearing on the oscilloscope changes to a cosine square ((cos θ) 2 ) curve as shown in FIG. When the waveform is adjusted, the output from the
本発明の光変調器は、光の特性に変調を加えるものであれば限定されず、光強度変調器、光位相変調器であってよい。光強度変調器は、マッハツェンダー型光導波路を利用した光振幅変調器であってよい。光位相変調器とは、入射光に対して位相変調を加え、出射光から位相変調信号を取り出すものを意味する。その種類は特に限定されず、DQPSK、SSB等の各種位相変調方式を利用できる。 The optical modulator of the present invention is not limited as long as it modulates light characteristics, and may be a light intensity modulator or an optical phase modulator. The light intensity modulator may be an optical amplitude modulator using a Mach-Zehnder type optical waveguide. The optical phase modulator means one that applies phase modulation to incident light and extracts a phase modulation signal from the emitted light. The type is not particularly limited, and various phase modulation schemes such as DQPSK and SSB can be used.
複数の位相変調部を用いた位相変調方式は特に限定されず、DQPSK(Differential Quadrature Phase Shift
Keying)、SSB(Single Side Band amplitude modulation)、DPSK「Differential
Phase Shift Keying:差動位相偏移変調」など、種々の位相変調方式を採用できる。
The phase modulation method using a plurality of phase modulation units is not particularly limited, and DQPSK (Differential Quadrature Phase Shift
Keying), SSB (Single Side Band amplitude modulation), DPSK `` Differential
Various phase modulation methods such as “Phase Shift Keying: Differential Phase Shift Keying” can be adopted.
好適な実施形態においては、他方の光変調部に印加する低周波信号の振幅を、光変調部の駆動電圧Vπ以上とする。 In a preferred embodiment, the amplitude of the low frequency signal applied to the other optical modulation unit is set to be equal to or higher than the drive voltage Vπ of the optical modulation unit.
本発明によれば、他方の光変調部に印加する低周波信号の振幅を、光変調部の駆動電圧Vπとした場合にも、オフ光状態の判断が可能である。即ち、図8には、Vpi=5[V]とした場合、振幅5Vを印加し、得られる消光カーブを示す。 According to the present invention, it is possible to determine the off-light state even when the amplitude of the low-frequency signal applied to the other light modulation unit is the drive voltage Vπ of the light modulation unit. That is, FIG. 8 shows an extinction curve obtained by applying an amplitude of 5 V when Vpi = 5 [V].
ここで、変調部がオン状態のときには、振幅電圧5Vではその傾きが0ではなく、その絶対値はかなり大きくなっている。変調部がオン状態のときには、振幅電圧=0Vで傾きが0となり、また振幅電圧=10Vで傾きが0となる。 Here, when the modulation unit is in the ON state, the slope is not 0 at the amplitude voltage of 5 V, and the absolute value is considerably large. When the modulation unit is in the ON state, the slope is 0 when the amplitude voltage is 0 V, and the slope is 0 when the amplitude voltage is 10 V.
一方、変調部がオフ状態のときには、振幅電圧=0Vの場合と、振幅電圧=5Vの場合とで、傾きが0となる。従って、振幅電圧5Vのときには消光していると判断でき、つまりオフ状態の判断が可能である。 On the other hand, when the modulation unit is in the off state, the slope is 0 when the amplitude voltage is 0V and when the amplitude voltage is 5V. Therefore, when the amplitude voltage is 5 V, it can be determined that the light is extinguished, that is, it is possible to determine the off state.
また、好適な実施形態においては、他方の光変調部に印加する低周波信号の振幅を、光変調部の駆動電圧Vπの2倍(2Vπ)以上とする。 In a preferred embodiment, the amplitude of the low-frequency signal applied to the other optical modulation unit is set to be not less than twice the drive voltage Vπ (2Vπ) of the optical modulation unit.
本発明の方法では、合波後の光波の消光カーブにおいて、この消光カーブの隣り合うピークトップの光量が接近するように制御する。好適な実施形態においては、消光カーブの隣り合うピークトップの光量の比率が1:0.98〜1.02であり、特に好ましくは両者が等しくなるようにする。 In the method of the present invention, in the extinction curve of the combined light wave, control is performed so that the light amounts of adjacent peak tops of the extinction curve approach each other. In a preferred embodiment, the ratio of the light amounts of adjacent peak tops in the extinction curve is 1: 0.98 to 1.02, particularly preferably both are equal.
低周波信号の波形は特に限定されず、正弦波、矩形波、三角波があるが、ノコギリ波が特に好ましい。 The waveform of the low frequency signal is not particularly limited and includes a sine wave, a rectangular wave, and a triangular wave, and a sawtooth wave is particularly preferable.
低周波信号の周波数は、100Hz〜1GHzが好ましく、100Hz〜300MHzが特に好ましい。 The frequency of the low frequency signal is preferably 100 Hz to 1 GHz, and particularly preferably 100 Hz to 300 MHz.
本発明では、各変調部に対応してそれぞれ周波数の異なる低周波信号を印加することも可能である。例えば図4の例では、各変調部に対応してそれぞれ低周波信号源9A、9B、9Cを設けている。
In the present invention, it is also possible to apply low frequency signals having different frequencies corresponding to the respective modulation units. For example, in the example of FIG. 4, low-
しかし、好適な実施形態においては、各変調部に対して同じ周波数の低周波信号を印加する。この場合には、各変調部に対応して異なる低周波信号源を設ける必要がないので、装置が極めて単純になり,有利である。例えば図14、図15の例では、各変調部2A、2B、2Cに対して、共通の低周波信号源9から同じ周波数の低周波信号12を印加する。
However, in a preferred embodiment, a low frequency signal having the same frequency is applied to each modulator. In this case, it is not necessary to provide a different low-frequency signal source corresponding to each modulation section, so that the apparatus becomes very simple and advantageous. For example, in the examples of FIGS. 14 and 15, the
なお、図14の例では、変調部3Cからの出力の一部を、分岐光導波路を介して受光器11で受光している。また,図15の例では、変調部3Cから出力の一部を、例えば方向性結合器13を介して受光器11で受光している。
In the example of FIG. 14, a part of the output from the modulation unit 3 </ b> C is received by the
本発明においては、各光変調部に対して、高周波変調信号(RF)、直流バイアス電圧(DC)および低周波信号(AC)を印加する必要がある。この印加方法は特に限定されない。 In the present invention, it is necessary to apply a high frequency modulation signal (RF), a direct current bias voltage (DC), and a low frequency signal (AC) to each optical modulation unit. This application method is not particularly limited.
例えば、図16(a)に模式的に示すように、同一のポート30に対して、高周波変調信号(RF)、直流バイアス電圧(DC)および低周波信号(AC)を印加できるように構成する。
For example, as schematically shown in FIG. 16A, a high frequency modulation signal (RF), a DC bias voltage (DC), and a low frequency signal (AC) can be applied to the
あるいは、図16(b)に模式的に示すように、ポート31に対して、高周波変調信号(RF)を印加し、別のポート32に対して、直流バイアス電圧(DC)および低周波信号(AC)を印加できるように構成する。
Alternatively, as schematically shown in FIG. 16B, a high frequency modulation signal (RF) is applied to the
あるいは、図16(c)に模式的に示すように、ポート33に対して、高周波変調信号(RF)および低周波信号(AC)を印加し、別のポート34に対して、直流バイアス電圧(DC)を印加できるように構成する。 Alternatively, as schematically shown in FIG. 16 (c), a high frequency modulation signal (RF) and a low frequency signal (AC) are applied to the port 33, and a DC bias voltage ( DC) can be applied.
1 光変調器 2A、2B、2C 光変調部 3A、3B、3C 印加ポート 4 チャンネル型光導波路 5A、5B、5C 直流バイアス源 9A、9B、9C 低周波信号源 10A、10B、10C 制御回路 11、11A、11B、11C 受光器
DESCRIPTION OF
Claims (6)
一方の前記光変調部に印加される直流バイアス電圧を変化させ、他方の前記光変調部に低周波信号を重畳することで、前記合波後の光波の光量変化を検出し、この検出された光量変化に基づき、前記一方の光変調部の直流バイアス電圧を制御することを特徴とする、光変調器のバイアス制御方法。 A substrate having an electro-optic effect, an optical waveguide formed on the substrate, and at least a pair of optical modulation units arranged in parallel to modulate a light wave by applying a modulation signal to the optical waveguide; A bias control method for controlling each DC bias voltage in the pair of optical modulators with respect to an optical modulator comprising a multiplexer that multiplexes the light waves modulated by the pair of optical modulators,
By changing a DC bias voltage applied to one of the light modulation units and superimposing a low frequency signal on the other light modulation unit, a change in the amount of light wave of the combined light wave is detected, and this detected A bias control method for an optical modulator, comprising: controlling a DC bias voltage of the one optical modulator based on a change in light amount.
一方の前記光変調部に印加される直流バイアス電圧を変化させ、他方の前記光変調部に低周波信号を重畳することで、前記合波後の光波の光量変化を検出し、この検出された光量変化に基づき、前記一方の光変調部の直流バイアス電圧を制御することを特徴とする、光変調器。 A substrate having an electro-optic effect, an optical waveguide formed on the substrate, and at least a pair of optical modulation units arranged in parallel to modulate a light wave by applying a modulation signal to the optical waveguide; An optical modulator comprising a multiplexing unit that multiplexes the light waves modulated by the pair of optical modulation units,
By changing a DC bias voltage applied to one of the light modulation units and superimposing a low frequency signal on the other light modulation unit, a change in the amount of light wave of the combined light wave is detected, and this detected An optical modulator that controls a DC bias voltage of the one optical modulator based on a change in the amount of light.
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JP2011075913A (en) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | Method of controlling bias of optical modulator |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20110906 |