JP2011114539A - 光送信器 - Google Patents

Abstract

【課題】RZ光変調器の直流バイアス電圧最適点探索手法に関し、特に光送信波形における消光比の品質改善ができる光送信器を提供することを目的にする。
【解決手段】入力光を複数の位相データに変換する第１の光変調器と、前記位相データが変化するポイントを覆う第２の光変調器と、この第２の光変調器から出力される信号の光出力強度を表す交流波形の直流バイアス電圧の最適点を前記第２の光変調器に印加するフィードバック制御手段とからなる光送信器において、前記フィードバック制御手段に前記直流バイアス電圧の最適点になった値を負側のオフセット値に収束させるオフセット収束用電圧制御手段を備えることにより、光出力波形の品質を維持できる光送信器を実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光伝送に使う光送信器に関し、特に光送信波形における消光比の改善を行う光送信器に関するものである。

図６に、従来の光送信器の構成例を示す。DQPSK(Differential Quadrature Phase-ShiftKeying(差動四位相偏移変調))の光変調器(以下、DQPSK光変調器１０という)の各導波路には、たとえばレーザーを用いた光源１１から連続光が入射される。クロック信号発生回路１２からクロック信号がクロック・マネージメント・ユニット（以下、CMU１３という）に入力され、再ドライブされたクロック信号が増幅器１４に入力される。この増幅されたクロック信号が、RZ(return to zero)の光変調器（以下、ＲＺ光変調器２０という）に入力され、RZ変調器２０の光導波路の上面に設けられている変調電極２１に印加される。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１５から出力されるデータは、光DQPSK変調器１０に入力され、位相データに変換される。この変換された位相データが、RZ光変調器２０に入力され、RZ光変調器２０の光導波路の上面に設けられている変調電極２１に印加される。

光導波路の合波部の上面に設けられている電極２２には、RZ光変調部バイアス制御回路３０から所定の直流バイアス電圧が印加され、所望の動作点に固定される。このRZ変調器２０により光の位相が変調された光信号は光分配器１６に入力され、外部に出力される出力光Soutと受光器１７に入力される光信号とに分配される。

クロック信号により、位相同期ループを構成するRZ光変調部バイアス制御回路３０から適切なRF振幅電圧にｆ0を重畳させた信号が増幅器１４に入力されるとこの入力された信号が増幅されて、RZ変調器２０の変調電極２１に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、データ発生器１５により発生された信号はDQPSK光変調器１０に印加される。DQPSK光変調器１０は光源１１により連続光が入力され、データ発生器１５からの信号に基づき、光変調信号が発生される。RZ光変調器２０は、DQPSK光変調器１０から発生された光変調信号が入力され、RZ光変調器２０の光導波路の上面に設けられている変調電極２１には高周波(Radio frequency)振幅電圧(以下、ＲＦ振幅電圧という)にｆ０が重畳された信号が印加され、RZ光変調器２０の光導波路の上面に設けられている電極２２にはRZ光変調部バイアス制御回路３０から出力された直流バイアス電圧が印加されるのに基づき、光変調信号が発出される。RZ光変調器２０から発生された光変調信号は、RZ光変調部バイアス制御回路３０により、同期検波値で０となる点に収束するように、直流バイアス電圧のフィードバック制御が行われる。

受光器１７は、RZ光変調器２０から出力されるRZ-DQPSK光信号を電気信号(以下、モニタ信号という)に変換する。コンデンサCは、受光器１７により得られるモニタ信号から直流成分を除去する。これにより、RZ−DQPSK光信号の交流成分が抽出される。

RZ光変調部バイアス制御回路３０において、周波数ｆ０のバンドパスフィルタ（Band-pass filter:以下周波数ｆ０のBPF３１という）は、交流成分のみのRZ-DQPSK光信号が入力され、周波数ｆ０範囲の周波数成分の信号が出力される。この周波数ｆ０範囲の周波数成分の信号と、周波数発生源３２から出力される周波数ｆ０はミキサ３３により掛け算され、ミキサ３３の出力信号は加算器３４で積算される。この積算された信号が、同期検波回路３５を介して同期検波出力として電圧制御部３６内の最適点収束用電圧制御手段３６ａに入力される。最適点収束用電圧制御手段３６ａでは、得られた同期検波出力に基づき、RZ光変調器２０に光送信器の伝送品質を保つのに最適な振幅制御電圧を印加する。

また、周波数発生源３２から出力される周波数ｆ０は、RF振幅電圧回路３７から出力されるRF振幅電圧はミキサ３８により掛け算され、ミキサ３８の出力信号であるRF振幅電圧と周波数ｆ0を重畳した信号は、増幅器１４に入力される。この増幅器１４には、マネージメントされたクロック信号も入力されることにより、RF振幅電圧と周波数ｆ0を重畳した信号が増幅され、RZ光変調器２０の変調電極２１に印加される。

つまり、図６では、周波数発生源３２から出力される固定周波数ｆ０のディザ信号をRF振幅電圧回路３７から出力されるRF振幅電圧にミキサ３８で重畳し、出力光のパワー検出器(PD)から出力されるPD電流に含まれる周波数ｆ０の成分を周波数ｆ０のBPF３１で抽出し、同期検波回路３５で同期検波を行う。最適点に収束するために、同期検波値が0となる点、すなわち同期検波値からｆ０の成分が最小(＝0)となるところが制御最適点であり、この状態を維持するために、直流バイアス電圧についてフィードバック制御を行っている。

図７に、RZ光変調器の光入出力波形の一例を示す。ＤＱＰＳＫ光変調器１０は、光源１１が入力されると、４つの位相データに変換する。光入力波形の信号（A）は、ＤＱＰＳＫ光変調器１０で変換された４つの位相データを表している。また、ＲＺ光変調器２０は、光入力波形の信号（A）が入力されると、４つの位相データが変化する点を覆う。出力波形信号（B）は、ＲＺ光変調器２０で位相データの変化点が覆われた波形信号を表している。

図８（a）、(b)に、光出力強度グラフと光出力波形の一例を示す。（a）は、横軸が直流バイアス印加電圧、縦軸が光出力強度を表している。また、図６では、RF振幅電圧をフィードバック制御していないため、RF振幅をVπとした場合、このRF振幅に合った直流バイアス印加電圧を初期設定した後は、直流バイアス印加電圧値は固定され、変更されていないことが確認できる。また、（ｂ）は、（a）のようにRF振幅および直流バイアス印加電圧を初期設定した場合、光送信器から出力される光出力波形を表している。

図９（a）、(b)に、RF振幅が温度変動や経年の影響からVπより小さくなる場合の光出力強度グラフと光出力波形の一例を示す。（a）は、図８と同様の横軸が直流バイアス印加電圧、縦軸が光出力強度を表している。（ｂ）は、（a）のようにRF振幅および直流バイアス印加電圧を初期設定した場合、光送信器から出力される光出力波形を表している。また、最適点（同期検波＝０）に収束する点を中心とすると、この中心点を基準に図９（a）では図８（a）と比較すると振幅が小さくなっていることが分かる。また、図９（ｂ）では図８（ｂ）と比較すると振幅が小さくなっていることが分かる。

そこで、特許文献１ではDQPSKまたはQPSKを利用した通信の品質を向上するための光送信器の提案が行われている。

特開２００７−２０８４７２号公報

しかしながら、このような光送信器には、次のような課題があった。図９(ｂ)の光出力波形は、図８(ｂ)の光出力波形と比較すると、最大値が小さく、最小値が大きくなっているため、入力光をON/OFFとした場合の出力光量の最大値/最小値の比を表す消光比が悪かった。すなわち、従来では、温度変動や経年によりRF振幅が小さくなるため、光出力波形における消光比の品質が劣化するという課題があった。

本発明の目的は、RZ光変調器の直流バイアス電圧最適点探索手法に関し、電圧制御部にオフセット収束用電圧制御部を設けることにより、光送信波形における消光比の品質改善ができる光送信器を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
入力光を複数の位相データに変換する第１の光変調器と、前記位相データが変化するポイントを覆う第２の光変調器と、この第２の光変調器から出力される信号の光出力強度を表す交流波形の直流バイアス電圧の最適点を前記第２の光変調器に印加するフィードバック制御手段とからなる光送信器において、
前記フィードバック制御手段に
前記直流バイアス電圧の最適点になった値を負側のオフセット値に収束させるオフセット収束用電圧制御手段
を備えることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記第１の光変調器はDQPSK光変調器、あるいはDPSK光変調器であり、前記第２の光変調器はRZ光変調器であることを特徴とする。

本発明によれば、オフセット収束用電圧制御手段を設け、このオフセット収束用電圧制御手段によって直流バイアス電圧の最適点になった値を光出力強度が暗くなる方、すなわち負側のオフセット値に収束させることにより、第２の光変調器から出力される信号の光出力強度を表す交流波形の直流バイアス電圧を最適点に収束させた従来例よりも、光出力波形の消光比劣化を小さく抑えることができるため、光出力波形の品質を維持することができる。

本発明の一実施例を示した構成図である。 光出力強度グラフおよび光出力波形の一例を示すグラフである。 光出力強度グラフおよび光出力波形の一例を示すグラフである。 光出力強度グラフおよび光出力波形の一例を示すグラフである。 光出力強度グラフおよび光出力波形の一例を示すグラフである。 従来の光送信器の構成例を示した図である。 従来のRZ光変調器の光入出力波形の一例を示すグラフである。 従来の光出力強度グラフと光出力波形の一例を示すグラフである。 従来の光出力強度グラフと光出力波形の一例を示すグラフである。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の光送信器の実施例を示す構成図である。なお、図６と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。

また、電圧制御部５０は、従来から設けられている最適点収束用電圧制御手段３６ａのほかに、オフセット収束用電圧制御手段５１で構成されている。請求範囲の第１の電圧制御部を以下最適点収束用電圧制御手段３６ａとし、第２の電圧制御部を以下オフセット収束用電圧制御手段５１とする。

また、フィールドバック手段は、RZ光変調部バイアス制御回路４０内の周波数ｆ０のＢＰＦ３１、周波数発生源３２、ミキサ３３、加算器３４、同期検波回路３５、電圧制御部５０からなる構成であり、最適点収束用電圧制御手段３６ａでRZ光変調器２０から出力される信号の光出力強度を表す交流波形の直流バイアス電圧を最適点に制御(収束)させ、さらにオフセット収束用電圧制御手段５１でこの最適点収束用電圧制御手段３６ａで直流バイアス電圧の最適点になった値を負側のオフセット値に収束するように、直流バイアス電圧のフィードバック制御が行われている。この直流バイアス電圧のフィードバック制御が行われることにより、調整されたデューティー比の光変調出力波形がRZ光変調器２０から出力される。

また、フィードバック制御により、RZ光変調器２０の直流バイアス電圧について自動制御ができ、光送信波形の品質を維持できる。

図２（a）、(b)は、光出力強度グラフおよび光出力波形の一例を示すグラフである。（a）は、横軸が直流バイアス印加電圧、縦軸が光出力強度を表し、ＲＦ振幅がVπの場合に、RZ光変調器２０から出力される信号の光出力強度を表す交流波形の直流バイアス電圧の同期検波値がゼロとなる点に収束させた点、すなわち直流バイアス電圧の最適点から、さらに“負側”すなわち“−(以下、マイナスとする)”RZオフセットに収束させた光出力強度グラフである。また、RF振幅電圧を(マイナス)RZオフセットに収束させた場合に、光が暗くなる方向に、直流バイアス電圧がフィードバック制御されることが確認できる。

ここで、RZオフセットの符号は、光出力強度を表し、「負側」、すなわち「(マイナス)RZ」の場合は暗い状態を表し、「正側」、すなわち「(プラス)RZ」の場合は明るい状態を表している。

また、(ｂ)は、RZ光変調器２０から出力される本発明と従来の光出力波形を表し、点線が従来の光送信器における図８(ｂ)の光出力波形を表し、実線が本発明の光送信器における図１(Ｂ)点での光出力波形を表している。また、従来の光出力波形図８(ｂ)と比較すると、本発明の光出力波形図１(Ｂ)では最小値は変わらないが、最大値が小さくなっていることが確認できる。

図３（a）、(b)は、光出力強度グラフおよび光出力波形の一例を示すグラフである。図２（a）、(b)と異なる点は、ＲＦ振幅がＶπと同じではなく、Ｖπよりも小さい場合である点である。

図３（a）は、横軸が直流バイアス印加電圧、縦軸が光出力強度を表し、ＲＦ振幅がVπよりも小さい場合に、RZ光変調器２０から出力される信号の光出力強度を表す交流波形の直流バイアス電圧の同期検波値がゼロとなる点に収束させた点、すなわち直流バイアス電圧の最適点から、さらに“負側”すなわち“−(以下、マイナスとする)”RZオフセットに収束させた光出力強度グラフである。また、RF振幅電圧を(マイナス)RZオフセットに収束させた場合に、光が暗くなる方向に、直流バイアス電圧がフィードバック制御されることが確認できる。

また、(ｂ)は、RZ光変調器２０から出力される本発明と従来の光出力波形を表し、点線が従来の光送信器における図８(ｂ)の光出力波形を表し、淡色実線が図２（a）の条件での図２(ｂ）の光出力波形を表し、実線が図３（a）の条件での本発明の光送信器における図１(Ｂ)点での光出力波形を表している。

また、光出力波形図８(ｂ)に比べて光出力波形図１(Ｂ)は、最小値は変わらないが、最大値が小さくなっていることが確認できる。また、光出力波形図１(Ｂ)は、光出力波形図２(ｂ)よりも、最大値が小さくなっていることが確認できる。つまり、光出力波形図１(Ｂ)は、デューティー比が小さくなるように波形が歪み、最小値を基準に振幅がより小さくなっている。

光出力波形図１(Ｂ)と光出力波形図９(ｂ)とを比較すると、まず光出力波形図９(ｂ)は光出力波形図８(ｂ)に比べて、最小値が大きくなり、最大値が小さくなっているのに対し、光出力波形図１(Ｂ)は光出力波形図８(ｂ)に比べて、最小値が不変となり、最大値が小さくなっていることが確認できる。さらに、光出力波形図１(Ｂ)の最大値が、光出力波形図９(ｂ)の最大値と同じになっていることが確認できる。したがって、光出力波形図１(Ｂ)は光出力波形図９(ｂ)と比較すると、最大値は同じ、最小値が小さいため、消光比は良くなっている。このようなことから本発明では、光出力波形を最適点から負側に収束させている。

ここで、消光比とは、出力光の最大値/最小値の比のことである。たとえば、最小値よりも最大値のほうが大きい場合では、最大値が小さくなることより、最小値が大きくなることのほうが、より消光比が悪くなる。

ここで、(マイナス)RZオフセットに収束させた場合の温度変動および経年による影響を考える。(マイナス)RZオフセットに収束させた場合において、光出力波形図２(b)と図３(b)の光出力波形図１(Ｂ)との光出力強度グラフを比較すると、光出力波形図２(b)に比べて図３(b)の光出力波形図１(Ｂ)の方がVπよりもRF振幅が小さく、また最小値を基準に振幅がより小さくなっている。また、消光比に関して、最小値よりも最大値のほうが大きい場合では、最大値が小さくなることより、最小値が大きくなることのほうが、より消光比が悪くなっている。

また、RF振幅がVπよりも小さくなった場合に、同期検波値を０となる最適点に収束させると、光出力波形図８(b)と比べると図９(b)の実線の光出力波形の最小値が大きくなっているのに対し、同期検波値を０となる最適点に収束させ、さらに同期検波値をゼロとなる点に収束させた点から(マイナス)RZオフセットに収束させた場合、光出力波形図８(b)と比べると図３(b)の光出力波形図１(Ｂ)のように最小値は変わらないことが確認できる。

つまり、RF振幅がVπよりも小さくなった場合は、同期検波値を０となる最適点に収束させた場合より、同期検波値をゼロとなる点に収束させた点から(マイナス)RZオフセットに収束させた場合の方が、消光比の劣化程度が小さいことを確認できる。

図４（a）、(b)は、光出力強度グラフおよび光出力波形の一例を示すグラフである。図２（a）、(b)と異なる点は、ＲＺオフセットを（マイナス）ではなく(プラス)側で、ＲＺオフセットを行っている点である。

図４（a）は、横軸が直流バイアス印加電圧、縦軸が光出力強度を表し、RF振幅がVπの場合に、RZ光変調器２０から出力される信号の光出力強度を表す交流波形の直流バイアス電圧の同期検波値がゼロとなる点に収束させた点、すなわち直流バイアス電圧の最適点から、さらに“正側”すなわち“＋(以下、プラスとする)”RZオフセットに収束させた光出力強度グラフである。また、RF振幅電圧を(プラス)RZオフセットに収束させた場合に、光が明るくなる方向に、直流バイアス電圧がフィードバック制御されることが確認できる。

また、(ｂ)は、RZ光変調器２０から出力される本発明と従来の光出力波形を表し、点線が従来の光送信器における図６(Ｂ)点での光出力波形、つまり図８(ｂ)の光出力波形を表し、実線が図４（a）の条件での本発明の光送信器における図１(Ｂ)点での光出力波形を表している。

また、光出力波形図１(Ｂ)と光出力波形図８(ｂ)とを比較すると、光出力波形図１(Ｂ)は、最大値は変わらないが、最小値が大きくなっていることが確認できる。つまり、デューティー比が大きくなるように波形が歪み、最大値を基準に振幅が小さくなっている。さらに、最大値は変わらず、最小値が大きくなっているため、従来に比べると消光比は悪くなっている。

図５（a）、(b)は、光出力強度グラフおよび光出力波形の一例を示すグラフである。図４（a）、(b)と異なる点は、ＲＦ振幅がＶπと同じではなく、Ｖπよりも小さい場合である点である。

図４（a）は、横軸が直流バイアス印加電圧、縦軸が光出力強度を表し、RF振幅がVπよりも小さい場合に、RZ光変調器２０から出力される信号の光出力強度を表す交流波形の直流バイアス電圧の同期検波値がゼロとなる点に収束させた点、すなわち直流バイアス電圧の最適点から、さらに“正側”すなわち“＋(以下、プラスとする)”RZオフセットに収束させた光出力強度グラフである。また、RF振幅電圧を(プラス)RZオフセットに収束させた場合に、光が明るくなる方向に、直流バイアス電圧がフィードバック制御されることが確認できる。

また、(ｂ)は、RZ光変調器２０から出力される本発明と従来の光出力波形を表し、点線が従来の光送信器における図６(Ｂ)点での光出力波形、つまり図８(ｂ)の波形を表し、実線が図５（a）の条件での本発明の光送信器における図１(Ｂ)点での光出力波形を表している。

また、光出力波形図１(Ｂ)と光出力波形図８(ｂ)とを比較すると、光出力波形図１(Ｂ)は、最大値は変わらないが、最小値が大きくなっていることが確認できる。つまり、デューティー比が大きくなるように波形が歪み、最大値を基準に振幅が小さくなっている。さらに、最大値は変わらず、最小値が大きくなっているため、従来に比べると消光比は悪くなっている

図２、３とは逆に図４、５では、(プラス)RZオフセット値に収束させた場合において、光出力強度グラフは図４(a)から図５(a)のようにRF振幅が小さくなり、光出力波形は図４(b)から図５(b)のように最大値を基準に振幅がより小さくなる。また、図４、５では、消光比は最小値がより大きくなっているので、従来の同期検波値をゼロとなる点に収束させた場合に比べると、消光比は悪くなっている。

上記図２，３，４，５より、光出力波形は、同期検波値をゼロとなる点に収束させた点、すなわち最適点から、さらに(マイナス)RZオフセット値に収束させた場合は、図２(b)のように、デューティー比が小さくなるように波形が歪み、最小値を基準に振幅が小さくなる。逆に(プラス)RZオフセット値に収束した場合、図４(b)のように、光出力波形は、デューティー比が大きくなるように波形が歪み、最大値を基準に振幅が小さくなる。このように、同期検波値をゼロとなる点に収束させた点、すなわち最適点から適宜プラス、マイナス方向のRZオフセット値に収束させることにより、光出力波形が変化し、この光出力波形のデューティー比を調整することができる。

また、本発明では、光出力波形を最適点から(マイナス)RZオフセット値に収束させることによって、光出力波形の消光比の劣化を小さくしている。

なお、図１において、DQPSK光変調器１０を第２の光変調器（Differential Phase-ShiftKeying(差動(差分)位相偏移変調)の光変調器(以下、DPSK光変調器という)）に置き換えた場合でも、図１の構成と同様に、RZ光変調器２０を備え、オフセット収束用電圧制御手段５１、すなわちRZオフセット機能を付加することにより、RZ光変調器２０から出力される光出力波形のデューティー比を調整することができる。

なお、RZ光変調器２０から出力される信号の光出力強度を表す交流波形は、本実施例では正弦波だが、他の波形、たとえば方形波でもよい。

オフセット収束用電圧制御手段を備えることにより、プラス、マイナスのオフセット値によりRZ光変調器から出力される光出力波形のデューティー比の調整を行うことができる。

本発明では、オフセット値を(マイナス)、すなわち光出力強度が暗くなる方に収束させることにより、従来の同期検波値がゼロとなる最適点に収束させた場合よりも、光出力波形の最大値は同じ、最小値が小さいため、光出力波形の消光比の劣化を小さく抑えることができる。

このため、光出力波形の品質を維持することができる光送信器を実現できる。

１０ DQPSK光変調器
２０ RZ光変調器
３６ａ 最適点収束用電圧制御手段
４０ RZ光変調部バイアス制御回路
５１ オフセット収束用電圧制御手段

Claims (2)

1. 入力光を複数の位相データに変換する第１の光変調器と、前記位相データが変化するポイントを覆う第２の光変調器と、この第２の光変調器から出力される信号の光出力強度を表す交流波形の直流バイアス電圧の最適点を前記第２の光変調器に印加するフィードバック制御手段とからなる光送信器において、
   前記フィードバック制御手段に
   前記直流バイアス電圧の最適点になった値を負側のオフセット値に収束させるオフセット収束用電圧制御手段
   を備えることを特徴とする光送信器。
2. 前記第１の光変調器はDQPSK光変調器、あるいはDPSK光変調器であり、前記第２の光変調器はRZ光変調器であることを特徴とする請求項１記載の光送信器。

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