JP2012242621A

JP2012242621A - 光送信器の制御方法及び光送信器

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Publication number: JP2012242621A
Application number: JP2011112786A
Authority: JP
Inventors: Shingo Yamanaka; 慎吾山中
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2012-12-10

Abstract

【課題】光源出力がシャットダウンしたときに駆動電圧の増加を抑え、光源出力の復帰時に速やかに出力光を安定化させること。
【解決手段】この光送信器１の制御方法は、外部変調器５を含む光送信器１において、外部変調器５に印加するバイアス電圧を調整することによって、光送信器１からの出力光を制御する光送信器１の制御方法であって、光検出素子７による出力光のモニタ信号を基にしてバイアス電圧を帰還制御し、出力光の断を検出した際には、バイアス電圧が直前の電圧に維持されるようにバイアス電圧を帰還制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光送信器の制御方法及び光送信器に関するものである。

従来から、光送信モジュールにおいて使用される変調器として、マッハツェンダ（MZ）型光変調器等の外部変調器が用いられている。外部変調器にはデータ変調信号の他に適切な直流（DC）電圧をバイアスする必要があるが、周辺温度や変調器の基板自体が持つ特性に起因して、バイアスの最適値が変動し、変調器から出力される変調信号の品質が時間とともに劣化する問題がある。この最適値の変動をDCドリフトと呼ぶ。

このようなDCドリフトを補償するための手法として、外部変調器に印加するデータ変調信号またはDC電圧に低周波信号（ディザ信号）を重畳し、光−電気変換器からの電気信号の低周波成分の位相を、重畳されたディザ信号の位相と比較してDC信号を出力し、このDC信号が０になるようにDC電圧をフィードバック制御する手法が知られている（下記特許文献１参照。）。

特開平８−２４８３６６号公報

ここで、二値位相偏移変調（BPSK: Binary Phase Shift Keying）でデータを変調する場合には、上記DC電圧が適正値の場合には、ディザ信号の２倍の周波数を持つ成分（以下、この周波数を2f_dとする。）が出力光に現れる。このことを利用して、出力光の2f_d成分が最大となるようにDC電圧をフィードバック制御する手法も採りうる。すなわち、MZ型光変調器の入出力特性を考えるに、入力されるデータ変調信号が、入出力特性における極小値〜極大値間を遷移する振幅及びバイアスを与えられている場合には、光出力は極大値及び極小値をそれぞれ維持する。しかしながら、温度変動等が原因でバイアスがシフトすると、データ変調信号が入出力特性における極小値及び極大値をずれて遷移することになるので、光出力波形に高調波成分が生ずることになる。なお、バイアスが変調器の入出力特性上の最適値に設定されているときは、バイアスにディザ信号が与えられると、バイアスが入出力特性の光出力の極大値に相当する値から増加しても減少しても光出力は減少する。このことは、光出力におけるディザ信号周波数f_dの２倍高調波成分2f_dが最大になるときが光出力がフルスイングしている条件に一致することを意味する。

上記手法を用いて外部変調器のバイアスを制御する場合、光源出力がシャットダウンした際には光出力をモニタする光電変換器の出力も消失する。そうすると、フィードバック制御回路は２倍高調波成分2f_dを増加させようとしてバイアスを増加させ続けるため、バイアスがリミット値で高止まりする状態となる。また、その後に光源出力が復帰しても最適な動作状態に戻すまでに時間を要する場合も考えられる。さらには、バイアス電圧が常にリミット値となるため、不要な消費電力の増加や、回路の安定性の低下を招くことが懸念される。

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、光源出力がシャットダウンしたときに駆動電圧の増加を抑え、光源出力の復帰時に速やかに出力光を安定化させることが可能な光送信器の制御方法及び光送信器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の光送信器の制御方法は、外部変調器を含む光送信器において、外部変調器に印加するバイアス電圧を調整することによって、光送信器からの出力光を制御する光送信器の制御方法であって、出力光のモニタ信号を基にしてバイアス電圧を帰還制御し、出力光の断を検出した際には、バイアス電圧が直前の電圧に維持されるようにバイアス電圧を帰還制御することを特徴とする。

或いは、本発明の光送信器は、光源からの出力光を変調させる外部変調器と、出力光の断を検出する判定部と、外部変調器に印加するバイアス電圧を帰還制御する制御部と、バイアス電圧にディザ信号を重畳させる信号重畳回路と、を備え、制御部は、出力光のディザ信号の周波数の２倍の周波数の成分を抽出する抽出部と、２倍の周波数の参照信号を生成し、出力光の断を検出した際に、バイアス電圧が直前の電圧に維持されるように参照信号の振幅レベルを調整する参照信号生成部と、出力光の断を検出していない場合には、抽出部によって抽出された成分を基にしてバイアス電圧を調整し、出力光の断を検出している場合には、参照信号生成部によって生成された参照信号を基にしてバイアス電圧を調整する演算部と、を有する。

このような光送信器の制御方法、或いは光送信器によれば、光送信器からの出力光のモニタ信号を基にして外部変調器に印加するバイアス電圧が帰還制御され、出力光がシャットダウンした場合には、バイアス電圧が直前の電圧に維持されるように帰還制御される。これにより、光源の出力断時のバイアス電圧の増加を抑えることができ、バイアス電圧の帰還制御が維持されることにより光源の出力復帰時に速やかに出力光を安定化させるように制御することができる。

ここで、外部変調器を含む光送信器において、外部変調器に印加するバイアス電圧を調整することによって、光送信器からの出力光を制御する光送信器の制御方法であって、出力光の断を検出していない場合には、バイアス電圧にディザ信号を重畳させ、出力光のディザ信号の周波数の２倍の周波数の成分を基にして、バイアス電圧を帰還制御し、出力光の断を検出した場合には、バイアス電圧が直前の電圧に維持されるように振幅レベルが調整された２倍の周波数の参照信号を基にして、バイアス電圧を帰還制御することが好ましい。この場合、光出力の断時にバイアス電圧が直前の値に維持されるような参照信号を生成してその参照信号によってバイアス電圧を帰還制御するので、バイアス電圧の帰還制御を維持しながらバイアス電圧の増加を防止することができる。

本発明の光送信器の制御方法及び光送信器によれば、光源出力がシャットダウンしたときに駆動電圧の増加を抑え、光源出力の復帰時に速やかに出力光を安定化させることができる。

本発明の好適な一実施形態に係る光送信器の概略構成を示す回路図である。図１の光送信器の動作について説明するための各種信号の時間変化を示すグラフである。本発明の比較例に係る光送信器の概略構成を示す回路図である。図３の光送信器の動作について説明するための各種信号の時間変化を示すグラフである。

以下、添付図面を参照しながら本発明による光送信器およびその制御方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の好適な一実施形態に係る光送信器の概略構成を示す回路図である。この光送信器１は、外部からのデータ変調信号に応じた光信号を生成するために装置であり、光源であるレーザダイオード等の発光素子３と、発光素子３からの光を受けて、データ変調信号を基にその光を変調して出力するＭＺ型光変調器である外部変調器５と、外部変調器５から出力される光変調信号の光強度を検出するフォトダイオード（ＰＤ）等の光検出素子７と、光検出素子７から検出信号を受けて光変調信号の断を判定して検出する判定回路（判定部）９と、外部変調器５に対して供給するバイアス電圧を制御する制御回路部１１と、バイアス電源１３と、低周波発振器（信号重畳回路）１５とを有している。

外部変調器５は、発光素子３からの入力光を２つの導波路１７，１９で分岐させた後に再び合流させて光変調信号を生成する。それぞれの導波路１７，１９には、電極２１，２３が設けられ、電極２１には増幅器２５を介して外部からデータ変調信号が印加され、電極２３にはバイアス電源１３からバイアス電圧が印加される。また、このバイアス電圧には、低周波発振器１５によって低周波f_dのディザ信号が重畳されている。この外部変調器５は、発光素子３からの光をデータ変調信号に応じて変調することによって光変調信号を生成して出力する。

制御回路部１１は、ディザ成分抽出回路（抽出部）２７、演算回路２９、２逓倍器（参照信号生成部）３１、振幅調整回路（参照信号生成部）３３、比較器（参照信号生成部）３５、メモリ３７、及びスイッチ３９，４１によって構成されている。ディザ成分抽出回路２７は、光検出素子７から光強度の検出信号を受けて、その検出信号からディザ信号の周波数f_d付近の低周波成分を抽出する。このようなディザ成分抽出回路２７としては、低域のバンドパスフィルタを採用することができる。また、演算回路２９は、ディザ成分抽出回路２７から低周波成分、又は振幅調整回路３３から参照信号を受けて、その低周波成分の周波数f_dの２倍の周波数2f_dの成分、又は参照信号の周波数2f_dの成分を抽出し、それらの成分が最大となるようにバイアス電源１３の出力するバイアス電圧を調整する。この演算回路２９としては、周波数2f_dでの同期検波を行う回路、周波数2f_dの検波を行うバンドパスフィルタ回路や、ＡＤ変換器でサンプリングした後にフーリエ変換するデジタル回路によって実現される。ただし、回路の小規模化の観点からは、同期検波回路やバンドパスフィルタによる構成が好適である。このような光検出素子７、ディザ成分抽出回路２７、演算回路２９、バイアス電源１３、及び外部変調器５により、バイアス電圧調整のためのひとつの帰還制御ループＬＡが構成される。

２逓倍器３１は、低周波発振器からのディザ信号を受けて、ディザ信号の周波数f_dの２倍の周波数2f_dを有する参照信号を生成する。また、振幅調整回路３３は、その参照信号のレベルを調整して演算回路２９に向けて出力する。メモリ３７は、バイアス電源１３から出力されるバイアス電圧の大きさをモニタしてその値Ｖｒを定期的に記憶する記憶回路である。比較器３５は、メモリ３７に記憶されているバイアス電圧値Ｖｒを読み出すとともに、バイアス電源１３から出力されている現在のバイアス電圧の大きさＶｄｃをモニタし、バイアス電圧値Ｖｒとモニタ値Ｖｄｃとを比較する。詳細には、比較器３５は、バイアス電圧値Ｖｒとモニタ値Ｖｄｃとの差分の絶対値｜Ｖｒ−Ｖｄｃ｜を生成し、その絶対値｜Ｖｒ−Ｖｄｃ｜≠０の場合に、その絶対値に応じて参照信号のレベルを減衰させるように振幅調整回路３３による参照信号の増幅率を調整する。すなわち、比較器３５は、バイアス電源１３からの出力電圧がバイアス電圧値Ｖｒに維持されるように、振幅調整回路３３から出力される参照電圧の振幅レベルを調整する。このような振幅調整回路３３、演算回路２９、バイアス電源１３、及び比較器３５により、バイアス電圧調整のためのもうひとつの帰還制御ループＬＢが構成される。

さらに、制御回路部１１には、スイッチ３９，４１が設けられている。スイッチ３９は、判定回路９からの切換信号に応じて、演算回路２９の入力端子Ｃを、振幅調整回路３３の出力端子Ｂとディザ成分抽出回路２７の出力端子Ａのいずれかに接続するようにそれらの接続を切り替える。また、スイッチ４１は、判定回路９からの切換信号に応じて、バイアス電源１３の出力とメモリ３７との接続をオン／オフするように切り替える。すなわち、判定回路９によって光変調信号の断が検出された場合には、スイッチ３９は、演算回路２９の入力端子Ｃを振幅調整回路３３の出力端子Ｂに接続するように切り替え、スイッチ４１は、バイアス電源１３の出力とメモリ３７との接続をオフするように切り替える。その一方で、判定回路９によって光変調信号の断が検出されていない場合には、スイッチ３９は、演算回路２９の入力端子Ｃをディザ成分抽出回路２７の出力端子Ａに接続するように切り替え、スイッチ４１は、バイアス電源１３の出力とメモリ３７との接続をオンするように切り替える。

ここで、上述した判定回路９、及び制御回路部１１の各構成要素は、その全部或いは一部を、ＣＰＵ等を含む演算回路上で機能的に実現されてもよいし、物理的な回路素子によって実現されてもよい。

以上説明した光送信器１における出力光の制御時の動作について、図２を参照しながら説明する。図２において、（ａ）は、光検出素子７によって検出される光強度の時間変化を示すグラフであり、（ｂ）は、ディザ成分抽出回路２７によって抽出された周波数2f_dの成分の時間変化を示すグラフであり、（ｃ）は、振幅調整回路３３の出力の時間変化を示すグラフであり、（ｄ）は、バイアス電源１３の出力するバイアス電圧の時間変化を示すグラフである。

判定回路９によって光変調信号の断が検出されていないような正常動作時には、ループＬＡの帰還制御が利用されてバイアス電圧が制御される。具体的には、判定回路９によって光変調信号の断が検出されていない場合（時刻ｔ＜Ｔ_Ｓ）には、外部変調器５からの光変調信号の強度（図２（ａ）の実線）が光検出素子７によって検出され、制御回路部１１によって、その検出信号の周波数2f_dの成分（図２（ｂ））が最大となるようにバイアス電源１３の出力するバイアス電圧が調整されるとともに、そのバイアス電圧の値Ｖｒは定期的にメモリ３７に記憶される。このとき、判定回路９からの切換信号により、スイッチ３９はディザ成分抽出回路２７の出力端子Ａ側に切り替えられており、スイッチ４１はオンされている。

その後、判定回路９によって光変調信号の断が検出されたとき（時刻ｔ＝Ｔ_Ｓ）には、判定回路９からの切換信号（図２（ａ）の点線）によってスイッチ３９，４１が切り替えられ、スイッチ３９は振幅調整回路３３の出力端子Ｂ側に切り替えられ、スイッチ４１はオフされる。これにより、メモリ３７にはその直前のバイアス電圧の値Ｖｒが保持され、光検出素子７による検出結果に依存すること無くループＬＢの帰還制御が利用されてバイアス電圧が制御される。このときは、光検出素子７によって検出される光強度の周波数2f_dの成分は０に近づく（図２（ｂ））。具体的には、メモリ３７は直前のバイアス電圧値Ｖｒを比較器３５に出力し続け、比較器３５は直前のバイアス電圧値Ｖｒと現在のバイアス電圧の大きさＶｄｃとを比較し、それらの差の絶対値｜Ｖｒ−Ｖｄｃ｜（図２（ｃ）の点線）を基に、その絶対値に応じて振幅調整回路３３における参照信号を減衰させるように調整する。さらに、演算回路２９には振幅調整回路３３から振幅レベルが調整された参照信号（図２（ｃ）の実線）が入力され、演算回路２９によりそれを基にバイアス電源１３の出力するバイアス電圧が調整される。これにより、演算回路２９は参照信号の周波数2f_dの成分が最大になるようにバイアス出力を増減させるので、結果としてバイアス電圧が直前のバイアス電圧値Ｖｒと一致するように維持される（図２（ｄ））。これにより、光検出素子７による検出信号が得られなくても、バイアス電圧を電圧リミット値に高止まりさせることなくシャットダウン直前の最適電圧値Ｖｒで安定化させることができる。

その後、判定回路９によって光変調信号の断が検出されなくなったとき（時刻ｔ＝Ｔ_Ｒ）には、判定回路９からの切換信号（図２（ａ）の点線）によってスイッチ３９，４１が再度切り替えられ、スイッチ３９はディザ成分抽出回路２７の出力端子Ａ側に再度切り替えられ、スイッチ４１はオンされる。これによって、ループＬＡの帰還制御が再開されてバイアス電圧が制御される。その際、バイアス電源１３の出力するバイアス電圧はシャットダウン直前の電圧Ｖｒであるので、最適バイアス電圧に調整されるまでの時間が短縮化される。

これに対して、図３には、本発明に対する比較例である光送信器９０１の構成を示している。この光送信器９０１は、光送信器１に比較して、光検出素子７、ディザ成分抽出回路２７、演算回路２９、バイアス電源１３、及び外部変調器５によって構成される帰還制御ループのみを有している。また、図４において、（ａ）は、光送信器９０１の光検出素子７によって検出される光強度の時間変化を示すグラフであり、（ｂ）は、光送信器９０１のディザ成分抽出回路２７によって抽出された周波数2f_dの成分の時間変化を示すグラフであり、（ｃ）は、光送信器９０１のバイアス電源１３の出力するバイアス電圧の時間変化を示すグラフである。

このように、光送信器９０１において、時刻ｔ＝Ｔ_Ｓで発光素子３にシャットダウンが発生すると、光検出素子７の受光パワーが０になり（図４（ａ）)、ディザ成分抽出回路２７の出力電圧値（周波数2f_dの成分、図４（ｂ））も０となる。これにより、帰還制御ループによって制御されたバイアス電圧（図４（ｃ））は上昇し、電圧リミット値で高止まりの状態になる。その後、時刻ｔ＝Ｔ_Ｒで発光素子３が回復し、再び帰還制御が正常に開始できる状態になった場合、バイアス電圧が電圧リミット値から帰還制御による調整が為されるために、最適なＤＣバイアス電圧に安定するまでに一定の時間を要することになる。

以上説明した光送信器１およびその制御方法によれば、光送信器１からの出力光の強度の周波数2f_dの成分を基にして外部変調器５に印加するバイアス電圧が帰還制御され、出力光がシャットダウンした場合には、バイアス電圧が直前の電圧に維持されるように帰還制御される。これにより、発光素子３の出力断時のバイアス電圧の増加を抑えることができ、バイアス電圧の帰還制御が維持されることにより光源の出力復帰時に速やかに出力光を安定化させるように制御することができる。さらには、バイアス電圧が最適電圧値近くに常に維持されやすくなるため、不要な消費電力を低減し、回路の安定性を向上することができる。

特に、発光素子３の光出力のシャットダウン時にバイアス電圧が直前の値に維持されるような参照信号が生成されて、その参照信号によってバイアス電圧が帰還制御されるので、バイアス電圧の帰還制御を維持しながらバイアス電圧の増加を防止することができる。その結果、シャットダウンの回復時に光出力を素早く安定化させることができ、光出力のオーバシュートやアンダーシュートを防止することができる。

１…光送信器、３…発光素子（光源）、５…外部変調器、９…判定回路（判定部）、１１…制御回路部、１５…低周波発振器（信号重畳回路）、２７…ディザ成分抽出回路（抽出部）、２９…演算回路（演算部）、３１…２逓倍器（参照信号生成部）、３３…振幅調整回路（参照信号生成部）、３５…比較器（参照信号生成部）、３９，４１…スイッチ、ＬＡ，ＬＢ…帰還制御ループ。

Claims

外部変調器を含む光送信器において、前記外部変調器に印加するバイアス電圧を調整することによって、前記光送信器からの出力光を制御する光送信器の制御方法であって、
前記出力光のモニタ信号を基にして前記バイアス電圧を帰還制御し、
前記出力光の断を検出した際には、前記バイアス電圧が直前の電圧に維持されるように前記バイアス電圧を帰還制御する、
ことを特徴とする光送信器の制御方法。
外部変調器を含む光送信器において、前記外部変調器に印加するバイアス電圧を調整することによって、前記光送信器からの出力光を制御する光送信器の制御方法であって、
前記出力光の断を検出していない場合には、前記バイアス電圧にディザ信号を重畳させ、前記出力光の前記ディザ信号の周波数の２倍の周波数の成分を基にして、前記バイアス電圧を帰還制御し、
前記出力光の断を検出した場合には、前記バイアス電圧が直前の電圧に維持されるように振幅レベルが調整された前記２倍の周波数の参照信号を基にして、前記バイアス電圧を帰還制御する、
ことを特徴とする光送信器の制御方法。
光源からの出力光を変調させる外部変調器と、
前記出力光の断を検出する判定部と、
前記外部変調器に印加するバイアス電圧を帰還制御する制御部と、
前記バイアス電圧にディザ信号を重畳させる信号重畳回路と、
を備え、
前記制御部は、
前記出力光の前記ディザ信号の周波数の２倍の周波数の成分を抽出する抽出部と、
前記２倍の周波数の参照信号を生成し、前記出力光の断を検出した際に、前記バイアス電圧が直前の電圧に維持されるように前記参照信号の振幅レベルを調整する参照信号生成部と、
前記出力光の断を検出していない場合には、前記抽出部によって抽出された成分を基にして前記バイアス電圧を調整し、前記出力光の断を検出している場合には、前記参照信号生成部によって生成された参照信号を基にして前記バイアス電圧を調整する演算部と、
を有する、
ことを特徴とする光送信器。