JP2010128244A - 光伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＺ変調器の駆動電圧を規定電圧より大きく駆動することにより伝送品質を改善できる光伝送装置を提供すること。
【解決手段】変調データとして差動データが入力されるマッハツェンダ変調器を用いた光伝送装置において、前記変調データを伝送する伝送線路の少なくとも一方に減衰手段が接続され、この減衰手段に前記変調データを出力する手段にディザ信号が重畳された振幅制御電圧を印加して同期検波を行う位相同期ループが接続されて制御電圧が印加され、前記マッハツェンダ変調器に入力される変調データの駆動電圧が前記減衰手段によりアンバランスに調整されたことを特徴とするもの。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光伝送装置に関し、詳しくは、マッハツェンダ（ＭＺ；Mach-Zehnder）変調器（以下、ＭＺ変調器という）を用いた光伝送装置におけるＭＺ変調器を駆動する信号の振幅調整に関するものである。

光通信システムの分野では、大容量化と長距離化に適した光変調方式として、ＤＰＳＫ（Differential Phase Shift Keying）やＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase Shift Keying）などの位相変調方式の実用化が検討されている。

このような光通信システムにおいて、連続光を２値化されたデータで位相変調する光変調器として、ＭＺ変調器が用いられている。たとえば特許文献１には、従来の光伝送技術である、ＮＲＺ（Non-Return to Zero）変調方式の駆動条件を変えることにより、位相変調器として利用することができると記載されている。

図６は、ＭＺ変調器を用いた従来の光伝送装置の一例を示す説明図であり、（ａ）はブロック図、（ｂ）および（ｃ）は特性図である。（ａ）において、光源１から出力される連続光はＭＺ変調器２に入力されて強度変調され、光分配器３に入力されて出力光と制御光に分岐される。

光分配器３で分岐された制御光は光検出器４で電気信号に変換され、アンプ５および必要に応じて中心周波数ｆ０を有するバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）６を介して同期検波部７に入力される。同期検波部７には、発振器１０から周波数ｆ０の出力信号も入力され、この発振器１０の出力信号に基づきアンプ５の出力信号は同期検波される。

振幅制御部８は、同期検波部７の出力信号に対する振幅調整を行ない、電気信号入力Ｑが入力されている変調器ドライバ９に入力する。変調器ドライバ９は、同期検波部７の出力信号が重畳された駆動信号を生成してＭＺ変調器２に印加する。

また、ＤＣバイアス供給回路１１には発振器１０を介して同期検波部７の同期検波結果が入力され、ＤＣバイアス供給回路１１は同期検波結果に従ったバイアス制御を行う。このバイアス制御された電圧がＭＺ変調器２に印加される。

つまり、駆動電圧対光強度特性の山から谷または谷から山を用いるＭＺ変調器２よりなるＶπ変調部のＤＣバイアス供給部１１に発振器１０から出力される低周波パイロット信号ｆ０が重畳され、検出信号中のｆ０成分をモニタしてその信号成分が最小になるように駆動信号振幅を制御することで最適駆動電圧が得られる。このとき、Ｖπ変調部のＤＣバイアスはほぼ最適点にあることが前提条件になる。

（ｂ）および（ｃ）に示すように、ｆ０成分をモニタすることにより、ｆ０成分のモニタ強度が最小となる点で駆動電圧ずれが「０」となり、また同期検波特性が「０」の場合に駆動電圧ずれが「０」となっている。

図７は、ＭＺ変調器２に印加される駆動データの振幅にバラツキがない理想的な状態における同期検波部７の出力に基づくＭＺ変調器２への規格化された駆動電圧値によるシミュレーション結果を示す特性例図である。図７は、４３ＧｂｐｓにてＴｒ／Ｔｆ１０ｐｓ・ＰＲＢＳ（擬似ランダムビット列）１１段で、ＭＺ変調器２のバイアス点を消光点で駆動した場合のＤＰＳＫ変調シミュレーション例である。受信部には規定駆動電圧（Ｖπ）で駆動した際、ＢＥＲ（ビットエラーレート）が１ｅ−５となるように光雑音を加え、ＯＳＮＲ（Optical Signal to Noise Ratio）を一定レベルで入力している。また、同期検波出力値は、光検出器４で得られた基本波（基準信号周波数）成分を掛け算した結果として示している。

図７では、ＭＺ変調器２の駆動電圧として規定駆動電圧（Ｖπ）の０．９８倍を印加するように制御されていることを示している。通常の光送信装置では、同期検波の値が最小値となる点で制御を行う。従って、シミュレーションにおける理想状態では規定電圧に達しない点、すなわち規定駆動電圧の０．９８倍の点でＭＺ変調器２を駆動することになるという結果が得られた。

特許文献１は、信号劣化をより精度良く防ぐための光変調器制御機構を有する光送信機に関するものである。

特開２００８−９２１７２号公報

しかし、従来の構成では、前述のごとく駆動電圧が規定された変調器の規定駆動電圧（Ｖπ）になると同期検波出力が「０」になるとされているが、シミュレーション結果によれば同期検波出力は「０」にならず、変調器駆動電圧が規定駆動電圧よりも小さい点で同期検波出力が最小になっている。ここで、変調器駆動電圧が規定電圧よりも小さい電圧で駆動すると、光ノイズ等の影響により伝送特性の劣化を受けやすくなり、伝送品質に多大な影響を与えるという問題がある。

本発明は、これらの問題点を解決するものであり、ＭＺ変調器の駆動電圧を規定電圧より大きく駆動することにより伝送品質を改善できる光伝送装置を提供することを目的とする。

上記のような目的を達成するために、本発明の請求項１は、
変調データとして差動データが入力されるマッハツェンダ変調器を用いた光伝送装置において、
前記変調データを伝送する伝送線路の少なくとも一方に減衰手段が接続され、
この減衰手段に前記変調データを出力する手段にディザ信号が重畳された振幅制御電圧を印加して同期検波を行う位相同期ループが接続されて制御電圧が印加され、
前記マッハツェンダ変調器に入力される変調データの駆動電圧が前記減衰手段によりアンバランスに調整されたことを特徴とする。

請求項２は、請求項１記載の光伝送装置において、
前記位相同期ループは、
ディザ発生源と、
このディザ発生源から出力されるディザ信号と位相調整され光電変換された信号とを掛け算するミキサと、
このミキサからの出力信号から任意の周波数帯域信号を検出する周波数検出器と、
この周波数検出器からの同期検波出力が入力されるとともにこの同期検波された値を基準として、同期検波された値に基づき制御信号を変化させる制御器と、
この制御器から出力される制御電圧と前記ディザ信号とが加算される加算器と
を有することを特徴とする。

請求項３は、請求項１または２記載の光伝送装置において、
前記減衰手段は、減衰器あるいは帯域抑制フィルタであることを特徴とする。

請求項４は、請求項１記載の光伝送装置において、
前記同期検波された値が最小になるように、位相可変手段へ制御を行うことを特徴とする。

このように構成することにより、ＭＺ変調器の駆動電圧を大きくすることができ、伝送品質を改善できる。

以下、図面を用いて、本発明の光伝送装置を説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図６と共通する部分には同一の符号を付けている。

図１において、ＭＺ変調器２の各光導波路２ａには、たとえばレーザーを用いた光源１から連続光が入射される。

ＭＵＸ(Multiplexer)やＤｅ-ＭＵＸ(De-Multiplexer)、リミッティングアンプ、Ｄ-ＦＦなどから構成されるデータ発生器１２から出力される差動データの一方の出力データＤは、データ増幅器１３ａおよび減衰器１４を介して適切な振幅電圧に増幅されてＭＺ変調器２の光導波路２ａの上面に設けられている一方の電極２ｂに印加されている。他方の出力データｘＤは、データ増幅器１３ｂを介して適切な振幅電圧に増幅されてＭＺ変調器２の光導波路２ａの上面に設けられている他方の電極２ｂに印加されている。

ここで、ＭＺ変調器２に印加される差動データＤ、ｘＤの振幅は、一方の系統に減衰器１４を接続することにより、意図的にアンバランスにされている。なお、データ信号減衰手段は、減衰器１４に限るものではなく、その他の伝送線路の損失を変化させる手段であってもよい。

また、減衰器４０は、ＭＺ変調器２とデータ増幅器１３ａの間に接続されているが、ＭＺ変調器２の内部に配置してもよい。

光導波路２ａの合波部の上面に設けられている図示しない電極には、ＤＣバイアス供給回路１１から所定の電圧が印加されて、所望の動作点に固定される。このＭＺ変調器２により光の位相が変調された光信号は光分配器３に入力され、外部に出力される出力光Soutと光検出器４に入力されるモニタ光に分配される。

ＤＣバイアス供給回路１１は、通常、ＭＺ変調器２が消光特性の消光点となるようにバイアスするが、３３％ＲＺ（Return to Zero）変調を行なう場合など必要に応じて最大点灯点になるようにバイアスする。

データ発生器１２は、以下に説明するように、位相同期ループを構成する同期検波回路１５から適切な振幅駆動制御電圧を印加することにより、伝送品質を保つことができる。

すなわち、データ出力電圧調整機能を有したデータ発生器１２には、ディザ発生源１５１から低周波ディザが重畳され、データ発生器１２より発出される信号に微弱なディザが重畳される。データ発生器１２より発出された信号はデータ増幅器１３ａ、１３ｂにより適切な駆動電圧に増幅されＭＺ変調器２に印加される。ＭＺ変調器２は光源１より連続光が入力され、データ増幅器１３ａ、１３ｂからの信号に基づき、光変調信号が発出される。ＭＺ変調器２から発出された光変調信号はデータ発生器１２により重畳されたディザが重畳されており光変調出力に包絡線が現れる。この包絡線は、光検出器４により光から電気信号に変換される。そのディザは光分配器３で分岐され、光検出器４で光電変換されてデータ信号振幅制御用モニタ信号として同期検波回路１５に入力される。

また、データ増幅器１３ａ、１３ｂが可変利得調整機能を有している場合は、データ発生器１２のデータ出力電圧調整機能を使用せずに、この可変利得調整機能を使用してもよい。この場合、２つのデータ増幅器１３ａ、１３ｂの可変利得機能へ利得が同一になるようにディザを重畳するとよい。

同期検波回路１５において、光検出器４で光電変換された信号とディザ発生源１５１から出力される低周波ディザはミキサ１５２により掛け算され、ミキサ１５２の出力信号はＬＰＦ１５３を介して同期検波出力として制御器１５４に入力される。制御器１５４は、得られた同期検波出力に基づき、加算器１５５を介してデータ発生器１２に光伝送装置の伝送品質を保つのに最適な振幅制御電圧を印加する。なお、加算器１５５には、ディザ発生源１５１から低周波ディザも入力されている。

つまり、制御器１５４から加算器１５５を介してデータ発生器１２に出力される制御信号は、ローパスフィルタ１５３から出力される同期検波された値が最小になるようにデータ発生器１２を制御する。

図２は、本発明による同期検波回路１５の出力に基づくＭＺ変調器２への規格化された駆動電圧値によるシミュレーション結果を示す特性例図であり、図６と同様に、４３ＧｂｐｓにてＴｒ／Ｔｆ１０ｐｓ・ＰＲＢＳ１１段でＭＺ変調器２を消光点で駆動した場合のＤＰＳＫ変調シミュレーション例であり、受信部には図７の結果を得た時と同一条件のＯＳＮＲで入力している。また、同期検波出力値は、光検出器４で得られた基本波（基準信号周波数）成分を掛け算した結果を示し、さらに、ＭＺ変調器２に入力される差動データの一方に０．５ｄＢ（約６％）減衰させる減衰器１４が接続された場合を示している。

ここで、ＭＺ変調器２の駆動電圧は規定駆動電圧の１．０２倍の点で同期検波値が最小になっているため、同期検波出力値を参照して制御すると、規定駆動電圧の１．０２倍をＭＺ変調器２へ印加するように制御される。

さらに、従来の図７と本発明の図２のビット誤り率を比較すると、従来よりも本発明は１．５倍の伝送品質の改善が見られ、伝送性能が向上することが示されている。

また、データ増幅器１３ａ、１３ｂに可変利得調整機能を有している場合は、データ発生器１２のデータ出力電圧調整機能を使用せずに、この可変利得調整機能を使用してもよい。この場合、２つのデータ増幅器１３ａ、１３ｂの可変利得機能へ利得がアンバランスになるようにディザを重畳するとよい。

たとえば、可変利得調整機能を利用した場合、一方のデータ増幅器の可変利得幅を３．９５倍〜４．０５倍、他方を３．９０倍〜４．００倍になるようディザを重畳することである。すなわち、可変利得幅である０．１倍がディザを重畳したことによる利得変化分である。

図３は、本発明の他の実施例を示すブロック図であり、図１と共通する部分には同一の符号を付けている。図１と図３の相違点は、減衰器１４の替わりにデータ増幅器１３ａ、１３ｂの利得を可変にし、ＭＺ変調器２へ印加する差動データをアンバランスにする構成になっていることである。基本動作は、図１と同じである。

なお、利得制御ができない利得固定の増幅器を使用している場合には、差動データの利得を意図的にアンバランスにする以外に、データ発生器１２から出力される差動データがアンバランスであってもよい。

図４も、本発明の他の実施例を示すブロック図であり、図１と共通する部分には同一の符号を付けている。図１と図４の相違点は、減衰器１４の替わりに、帯域抑制フィルタ１６を接続する構成になっていることである。基本動作は、図１と同じである。

帯域抑制フィルタ１６を使用することにより、一定のビットパターンを減衰させることにより、図１と同様の効果が得られる。また、データ発生器１２から出力される差動データの振幅形状を変化させ、見かけ上、差動データの一方の駆動電圧を下げることで、差動データの駆動電圧をアンバランスにする手段として有効である。

なお、帯域抑制フィルタ１６としては、用途に応じた周波数帯域特性を有するバンドパスフィルタ、ローパスフィルタ、ハイパスフィルタなどを組み合わせてもよい。

また、帯域抑制フィルタ１６に代えて、データ増幅器１３ａの周波数応答を意図的に変化させ、見かけ上、差動データの一方の一定のビットパターンを変化させることで、差動データの駆動電圧をアンバランスにしてもよい。

図５は、図４のデータ発生器１２から出力される差動データ例を示す図であり、（ａ）、（ｂ）はデータ発生器１２から出力される差動データＤ，ｘＤのビットパターンを示し、（ｃ）、（ｄ）はデータ発生器１２から出力される差動データＤ，ｘＤのアイパターンを示している。

なお、データ増幅器１３ａ、１３ｂから出力される差動データとして、それぞれの周波数特性が異なるデータを使用する場合、図１で少なくとも一方の伝送線路上に減衰器を設けた場合と同じ効果を得ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、ＭＺ変調器の駆動電圧を大きくすることにより、伝送品質が改善された光伝送装置が実現できる。
たとえば、ＭＺ変調器に入力される差動データの一方を０．５ｄＢ(約６％）減衰させた同期検波回路を使用することにより、伝送品質を従来よりも１．５倍改善できる。

本発明の一実施例を示すブロック図である。 本発明のシミュレーション結果を示す特性例図である。 本発明の他の実施例を示すブロック図である。 本発明の他の実施例を示すブロック図である。 図４のデータ発生器から出力される差動信号例を示す図である。 従来の構成例を示すブロック図である。 従来のシミュレーション結果を示す特性例図である。

符号の説明

１ 光源
２ ＭＺ（マッハツェンダ）変調器
３ 光分配器
４ 光検出器
５ 電気アンプ
６ バンドパスフィルタ
７ 同期検波部
８ 振幅制御部
９ 変調器ドライバ
１０ 発振器
１１ ＤＣバイアス供給部
１２ データ発生器
１３ａ、１３ｂ データ増幅器
１４ 減衰器
１５ 同期検波出力手段
１５１ 低周波ディザ源
１５２ ミキサ
１５３ ローパスフィルタ
１５４ 制御器
１５５ 加算器

Claims (4)

1. 変調データとして差動データが入力されるマッハツェンダ変調器を用いた光伝送装置において、
   前記変調データを伝送する伝送線路の少なくとも一方に減衰手段が接続され、
   この減衰手段に前記変調データを出力する手段にディザ信号が重畳された振幅制御電圧を印加して同期検波を行う位相同期ループが接続されて制御電圧が印加され、
   前記マッハツェンダ変調器に入力される変調データの駆動電圧が前記減衰手段によりアンバランスに調整されたことを特徴とする光伝送装置。
2. 前記位相同期ループは、
   ディザ発生源と、
   このディザ発生源から出力されるディザ信号と位相調整され光電変換された信号とを掛け算するミキサと、
   このミキサからの出力信号から任意の周波数帯域信号を検出する周波数検出器と、
   この周波数検出器からの同期検波出力が入力されるとともにこの同期検波された値を基準として、同期検波された値に基づき制御信号を変化させる制御器と、
   この制御器から出力される制御電圧と前記ディザ信号とが加算される加算器と
   を有することを特徴とする請求項１記載の光伝送装置。
3. 前記減衰手段は、減衰器あるいは帯域抑制フィルタであることを特徴とする請求項１または２記載の光伝送装置。
4. 前記同期検波された値が最小になるように、位相可変手段へ制御を行うことを特徴とする請求項１記載の光伝送装置。