JP2013128178A - 光変調装置及び光変調方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】起動時の光出力の急峻な変化又はリンギングの発生を抑制することができる光変調装置及び光変調方法を提供する。
【解決手段】光変調装置100において、位相変調部103には第1の駆動信号及び第1のバイアス信号が印加され、位相変調部104には第2の駆動信号及び第2のバイアス信号が印加され、π/2位相シフト部105には第3のバイアス信号が印加される。制御部112は、第1の調整期間において、第3のバイアス信号を調整し、第1の調整期間の次の第2の調整期間において、第1の駆動信号及び第1のバイアス信号を調整し、第2の調整期間の次の第3の調整期間において、第2の駆動信号及び第2のバイアス信号を調整する。制御部112は、第1の調整期間における、調整基準信号の現在値と目標値との乖離が収束する前に、第2の調整期間を開始させ、第2の調整期間における乖離が収束する前に、第3の調整期間を開始させる。
【選択図】図8

Description

本発明は、光変調装置及び光変調方法に関する。
今般、基幹系のDWDM(Dense Wavelength Division Multiplex)光通信システムでは、光伝送路上に中継用の光アンプが使用されている。その光アンプの過渡応答特性の制約上、光アンプへの光入力源となる光送信器には、起動時に光出力を一定時間かけてゆっくり増加させる仕様が一般的に要求される。
図1は、光送信器に要求される光出力立上げ仕様の一例を示す図である。
図1(1)にあるように、光送信器の光源の設定信号がOFFからONになると、図1(2)にあるように、Pmin以上の光出力では、光出力を仕様範囲内の傾斜(0〜1mW/sec)でゆっくりと立ち上げる。ここで、Pmin以下の光出力の場合には、伝送路にある光アンプが反応しないので、Pmin以下の光出力の場合には、制御は不要としている。Pminより光出力が大きくなると、光アンプが応答を始めるので、光出力を徐々に大きくするように制御する。
図2は、光出力が徐々に増加する間に行なわれる制御の内容の説明に供する図である。
従来では、光送信器の発光素子(LD:Laser Diode)への注入電流を制御し、LD光出力を一定時間をかけて、例えば、直線的に規定値まで大きくすることによって、光出力立上げの傾斜を緩やかにしている。また、例えば、特許文献1に示されるように、光送信器がLDと位相変調器とによって構成されている場合、その位相変調器を駆動する電気信号のバイアス電圧又は振幅を最適値に制御(ABC制御:Auto Bias Control)される。その制御は、位相変調器への光入力(LD光出力)がPminに達してから開始される。なお、ABC制御においては、光信号に低周波数のパイロット周波数が重畳され、この成分の検出値に基づいて、制御が行なわれる。
位相変調器が複数のステージで構成される場合、各ステージのABC制御は一般的に時分割で行なわれる。ここでは、DP-QPSK(Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying)変調方式の場合のABC制御について記載する。複数のステージのABC制御を時分割で行なう場合、例えば、図2に示すように、I〜VIの区間に対応する6つの調整期間が設けられる。図2では、12秒の時間区間が6つの調整期間に分割され、各調整期間において異なるABC制御が行なわれる。そして、この6つの調整期間は、LDの光出力が規定値に達するまで繰り返し設定される。すなわち、6つの調整期間に対応する制御が繰り返し行なわれる。
詳細には、区間Iにおいては、X側QPSK変調器のπ/2Shiftのバイアス制御が行なわれる。区間IIにおいては、X側QPSK変調器における、I信号の変調振幅に対する制御と、I信号のバイアス制御とが行なわれる。区間IIIにおいては、X側QPSK変調器における、Q信号の変調振幅に対する制御と、Q信号のバイアス制御とが行なわれる。区間IVにおいては、Y側QPSK変調器における、π/2Shiftのバイアス制御が行なわれる。区間Vにおいては、Y側QPSK変調器のI信号の変調振幅に対する制御と、I信号のバイアス制御とが行なわれる。区間VIにおいては、Y側QPSK変調器における、Q信号の変調振幅に対する制御と、Q信号のバイアス制御とが行なわれる。ここでは、例として、各調整期間は、それぞれ2秒ずつとされている。
なお、区間II、III、V、VIにおける、バイアス制御と振幅制御とでは、異なる2種類のパイロット周波数が用いられる。具体的には、光信号に重畳された2種類のパイロット周波数を検出し、検出値に基づいて、バイアス制御と振幅制御とが行なわれる。
こうして、従来、DQPSK,QPSK等の光位相変調器にかかる、駆動信号振幅、DCバイアス、移相器の制御が行なわれている。
特開2008−92172号公報
ところで、従来の位相変調器のABC制御では、制御(特にバイアス電圧と振幅の制御)の開始直後に、次の変動が生じる。
a)ABC制御が収束点(最適点)に向かって大きく動くことで、位相変調器内の光パワーのロスが大きく変動する。
b)位相変調器とその駆動回路とは、高周波特性上、近くに実装されるのが一般的である。よって、駆動回路の出力振幅が増加すると、駆動回路の消費電力が増加し発熱が増え、この熱のあおりを受けて位相変調器の温度上昇が発生する。この影響で位相変調器の光透過特性(印加電圧 vs 光パワーロス)が短時間でシフトするため、バイアス電圧の制御をしていない区間(電圧が保持されている区間)に位相変調器内の光パワーのロスが大きく変動する。
図3及び図4は、ABC制御が収束点(最適点)に向かって大きく動くことで、位相変調器内の光パワーのロスが大きく変動する現象を説明する図である。
図3は、横軸に位相変調器の印加電圧(位相変調器の変調電極に印加する変調電圧であり、あるいは、駆動電圧とも呼ぶ)を、縦軸に位相変調器の光パワーロス(光送信器の光出力)をとったグラフである。変調電圧あるいは駆動電圧は、変調のための電圧が変化する変調振幅とその変化の中心電圧であるバイアス電圧によって制御される。
ここでの位相変調器の光パワーロス(光送信器の光出力)は、LDの光出力が最大である場合に、位相変調器が有する印加電圧の変化時の光出力の変化を示している。
図3では、サインカーブの特性を持つ位相変調器の光パワーロス特性が示されており、ここに、横軸の下の図で示される印加電圧の様子が示されている。印加電圧の振幅の中央の点はバイアス点という。ABC制御によって、バイアス点が大きく動くことがある。図3において、バイアス点は黒い点で示されている。位相変調器の場合、バイアス点の最適位置は、光出力が最小となる点である。
図3では、加電圧が(1)から(2)のように動くとき、印加電圧が(1)のときの光出力が(3)で表されており、印加電圧が(2)のときの光出力が(4)で表されている。光出力(3)と(4)とを比較すると分かるように、光出力のパワーロス(光出力)が大きく動いている。
図4は、横軸に位相変調器の印加電圧を、縦軸に位相変調器の光パワーロス(光送信器の光出力)をとったグラフである。図4では、最初、印加電圧が(1)であったものが、ABC制御により(2)のように、印加電圧の振幅が急に大きくなった場合を示している。印加電圧が(1)のときの光出力が(3)で、印加電圧が(2)のときの光出力が(4)である。光出力(3)と(4)を比較すると分かるように、光出力が大きく変動している。
図5は、位相変調器の光透過特性が温度上昇によりシフトした場合に、位相変調器内の光パワーのロスが大きく変動する現象を説明する図である。図5は、横軸に位相変調器の印加電圧を、縦軸に位相変調器の光パワーロス(光送信器の光出力)をとったグラフである。図5においては、サインカーブとして示されている位相変調器の光透過特性が、急激な温度上昇により右側にシフトしている。印加電圧は変動していないが、光出力が(1)から(2)へと変動していることが理解される。
図6は、従来の問題点を説明する図である。
上記a),b)の結果、光送信器の光出力立上り傾斜が図6のように急峻になったり、負になってしまうケースが発生し、光出力を仕様範囲内の傾斜で立上げられないことになる。なお、図6は、模式的な図であり、図6において示されるように、区間II、III、V、VIで傾斜が急峻になったり、負になったりすることを厳密に示すものではない。しかし、区間I〜VIのABC制御が行なわれることにより、これらの区間のいずれかで、光出力の傾斜が急峻になったり、負になったりすることが発生しうる。
本現象により、DWDM光通信システムの伝送路上に中継器として設置されている光アンプへの光入力レベルが急激に変化したり、増減(リンギング)したりする。光アンプの利得制御(AGC:Automatic Gain Control)の応答時間は遅いため、この光入力レベルの急激な変化・リンギングに追従できず、光アンプからの光出力レベルが過渡的に変化する。この光出力レベルの変動は、伝送品質の劣化を引き起こす。
図7は、DWDM光通信システムにおける伝送品質劣化の発生の様子を説明する図である。
光送信器1〜Nから各波長の光信号が出力されており、光送信器1からの光出力に急峻な変化、あるいは、リンギングが発生したとする。光送信器1〜Nの各波長の光信号は、MUX30において波長多重されて送出される。MUX30で波長多重された波長多重光信号は、光アンプ31において、多重されたまま増幅される。ここで、光送信器1からの光出力に急峻な変化、あるいは、リンギングが発生したことにより、波長多重光信号全体にも急峻な変化、あるいは、リンギングが発生する。しかし、光アンプ31のAGC制御の応答時間が遅いため、これに追従できず、光アンプ31からの光出力が急峻な変化、あるいは、リンギングとは違った変化を示すことになる。追従できていれば、リンギングが発生した波長の光信号以外の波長の光信号は一定に保たれるが、追従できていないので、他の波長の光信号にも光出力の変化が発生してしまう。
したがって、このような波長多重光信号をDeMUX32で波長分離し、各光受信器1〜Nで受信すると、全ての波長の光信号で光出力に変化が発生してしまう。この光出力の変化は、受信側での伝送品質の劣化となる。
開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、起動時の光出力の急峻な変化又はリンギングの発生を抑制することができる光変調装置及び光変調方法を提供することを目的とする。
本願の開示する光変調装置は、一つの態様において、第1の駆動信号及び第1のバイアス信号に基づいて光を変調することにより、第1の光変調信号を形成する第1の変調部と、第2の駆動信号及び第2のバイアス信号に基づいて光を変調することにより、第2の光変調信号を形成する第2の変調部と、第3のバイアス信号に基づいて前記第1の光変調信号の位相を前記第2の光変調信号に対してシフトすることにより、前記第1の光変調信号と前記第2の光変調信号との位相差をπ/2に近づける位相シフト部とを有する変調ユニットと、前記位相シフト部において位相シフトされた、前記第1の光変調信号と前記第2の光変調信号とが合わせられた合成信号に基づいて、調整基準信号を形成する形成部と、前記調整基準信号の現在値と目標値との乖離に基づいて、前記第1の駆動信号及び前記第2の駆動信号の振幅、並びに、前記第1のバイアス信号、前記第2のバイアス信号、及び前記第3のバイアス信号の電圧を調整する制御部と、を具備し、前記制御部は、複数の調整期間において調整を行い、第1の調整期間における前記乖離が収束する前に、前記第1の調整期間の次の第2の調整期間を開始させる。
本願の開示する光変調装置及び光変調方法の一つの態様によれば、起動時の光出力の急峻な変化又はリンギングの発生を抑制することができる。
図1は、光送信器に要求される光出力立上げ仕様の一例を示す図である。 図2は、光出力が徐々に増加する間に行われる制御の内容の説明に供する図である。 図3は、位相変調器内の光パワーのロスが大きく変動する現象を説明する図である。 図4は、位相変調器内の光パワーのロスが大きく変動する現象を説明する図である。 図5は、位相変調器内の光パワーのロスが大きく変動する現象を説明する図である。 図6は、従来の問題点を説明する図である。 図7は、DWDM光通信システムにおける伝送品質劣化の発生の様子を説明する図である。 図8は、実施の形態1に係る光変調装置の構成例を示すブロック図である。 図9は、調整基準信号形成部の構成例を示すブロック図である。 図10は、制御部の構成例を示すブロック図である。 図11は、実施の形態1に係る光変調装置の動作説明に供する図である。 図12は、従来のABC制御の説明に供する図である。 図13は、実施の形態2に係る光変調装置の構成例を示すブロック図である。 図14は、実施の形態2に係る光変調装置の動作説明に供する図である。 図15は、他のABC制御方法の説明に供する図である。 図16は、実施の形態3に係る光変調装置の構成例を示すブロック図である。 図17は、制御部の構成例を示すブロック図である。 図18は、第3のバイアス信号に対する調整処理の説明に供するフローチャートである。 図19は、第3のバイアス信号に対する調整処理の説明に供する図である。 図20は、第1のバイアス信号又は第2のバイアス信号に対する調整処理の説明に供する図である。 図21は、第1の駆動信号又は第2の駆動信号に対する調整処理の説明に供するフローチャートである。 図22は、第1の駆動信号又は第2の駆動信号に対する調整処理の説明に供する図である。 図23は、光変調装置の回路構成例を示す図である。
以下に、本願の開示する光変調装置及び光変調方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態により本願の開示する光変調装置及び光変調方法が限定されるものではない。また、実施形態において同一の機能を有する構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。
[実施の形態1]
[光変調装置100の構成]
図8は、実施の形態1に係る光変調装置100の構成例を示すブロック図である。図8において、光変調装置100は、光源101と、変調ユニット102と、MUX(multiplexer)106と、駆動回路107,108と、PD(Photo Diode)モニタ109と、電力モニタ110と、調整基準信号形成部111と、制御部112とを有する。また、変調ユニット102は、位相変調部103,104と、π/2位相シフト部105とを有する。変調ユニット102は、例えば、DQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying;差動四相位相偏移変調方式)、又は、DP-QPSK(Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying;偏波多重4位相偏移変調方式)のLN(LiNbO3)変調器に相当する。
光源101は、連続光を発生し、変調ユニット102へ出力する。光源101は、例えば、発光素子(LD:Laser Diode)である。光源101から出力された光は、分岐で分けられて、それぞれ位相変調部103及び位相変調部104に入力される。
位相変調部103は、駆動回路107から出力された第1の駆動信号及び制御部112から出力された第1のバイアス信号に基づいて、入力された光を変調することにより、第1の光変調信号を出力する。ここで、第1の駆動信号には、第1の周波数(f0)を持つ第1のパイロットが重畳されている。また、第1のバイアス信号には、第2の周波数(f1)を持つ第2のパイロットが重畳されている。
具体的には、位相変調部103は、第1の駆動信号に基づいて光を変調することにより第1の光変調信号を形成し、第1のバイアス信号に基づいて第1の光変調信号の位相をシフトする。ここでは、位相変調部103を1つの機能ブロックとして説明しているが、これに限定されるものではなく、変調ブロックと位相シフトブロックの2つに分けてもよい。
位相変調部104は、駆動回路108から出力された第2の駆動信号及び制御部112から出力された第2のバイアス信号に基づいて、入力された光を変調することにより、第2の光変調信号を出力する。ここで、第2の駆動信号には、第1の周波数(f0)を持つ第1のパイロットが重畳されている。また、第2のバイアス信号には、第2の周波数(f1)を持つ第2のパイロットが重畳されている。
具体的には、位相変調部104は、第2の駆動信号に基づいて光を変調することにより第2の光変調信号を形成し、第2のバイアス信号に基づいて第2の光変調信号の位相をシフトする。ここでは、位相変調部104を1つの機能ブロックとして説明しているが、これに限定されるものではなく、変調ブロックと位相シフトブロックの2つに分けてもよい。
例えば、位相変調部103は、I成分の変調信号を形成し、位相変調部104は、Q成分の変調信号を形成する。
π/2位相シフト部105は、第3のバイアス信号に基づいて第1の光変調信号の位相を第2の光変調信号に対してシフトすることにより、第1の光変調信号と第2の光変調信号との位相差をπ/2に近づける。こうして位相シフトされた第1の光変調信号と第2の光変調信号とは結合器(図示せず)において合わせられて、合成信号として後段に出力される。ここで、第3のバイアス信号には、第3のパイロットが重畳されている。ここでは、一例として、第3のパイロットが第2のパイロットと同じく第2の周波数(f1)を持つものとして説明する。
MUX106は、パラレルなデータ信号を駆動回路107及び駆動回路108へ出力する。
駆動回路107は、制御部112から出力された振幅制御信号に応じたドライバ電圧が印加され、入力データ信号を印加電圧に応じた振幅に増幅して第1の駆動信号を形成し、位相変調部103へ出力する。すなわち、振幅制御信号に基づいて、第1の駆動信号の振幅が調整される。
駆動回路108は、制御部112から出力された振幅制御信号に応じたドライバ電圧が印加され、入力データ信号を印加電圧に応じた振幅に増幅して第2の駆動信号を形成し、位相変調部104へ出力する。すなわち、振幅制御信号に基づいて、第2の駆動信号の振幅が調整される。
PDモニタ109は、光変調装置100の光出力を検出し、光出力を電気信号に変換する。
電力モニタ110は、PDモニタ109から出力される電気信号の電力を検出する。電力モニタ110において検出される電力値は、光出力に応じた値となる。
調整基準信号形成部111は、合成信号に基づいて、調整基準信号を形成する。具体的には、調整基準信号形成部111は、PDモニタ109から出力される電気信号及び電力モニタ110から出力される電力値を入力とする。そして、調整基準信号形成部111は、PDモニタ109から出力される電気信号及び電力モニタ110から出力される電力値に基づいて、調整基準信号を形成し、制御部112へ出力する。なお、調整基準信号形成部111については、後に詳しく説明する。
制御部112は、調整基準信号形成部111から受け取る調整基準信号の現在値と目標値との乖離に基づいて、第1の駆動信号及び第2の駆動信号の振幅、並びに、第1のバイアス信号、第2のバイアス信号、及び第3のバイアス信号の電圧を調整する。
具体的には、制御部112は、第1の調整期間において、第3のバイアス信号を調整する。そして、制御部112は、第1の調整期間の次の第2の調整期間において、第1の駆動信号及び第1のバイアス信号を調整する。そして、制御部112は、第2の調整期間の次の第3の調整期間において、第2の駆動信号及び第2のバイアス信号を調整する。
また、制御部112は、調整期間を制御する。具体的には、制御部112は、第1の調整期間における、調整基準信号の現在値と目標値との乖離が収束する前に、第2の調整期間を開始させ、第2の調整期間における乖離が収束する前に、第3の調整期間を開始させる。なお、制御部112については、後に詳しく説明する。
図9は、調整基準信号形成部111の構成例を示すブロック図である。図9において、調整基準信号形成部111は、セレクタ121と、選択制御部122と、バンドパスフィルタ(BPF)123,124とを有する。
選択制御部122は、調整期間に応じた選択制御信号をセレクタ121へ出力する。具体的には、選択制御部122は、第1の調整期間に対応する期間には、第1の選択制御信号を出力する。この第1の選択制御信号は、セレクタ121に対して、PDモニタ109から出力される電気信号及び電力モニタ110から出力される電力値のうち、電力モニタ110から出力される電力値を選択して出力することを命じる信号である。また、選択制御部122は、第2の調整期間及び第3の調整期間に対応する期間には、第2の選択制御信号を出力する。この第2の選択制御信号は、セレクタ121に対して、PDモニタ109から出力される電気信号及び電力モニタ110から出力される電力値のうち、PDモニタ109から出力される電気信号を選択して出力することを命じる信号である。
セレクタ121は、選択制御部122から受け取る選択制御信号に応じた入力信号を選択し、BPF123及びBPF124へ出力する。
BPF123は、セレクタ121の出力信号から、第2の周波数(f1)に対応する信号成分を抽出し、制御部112へ出力する。
BPF124は、セレクタ121の出力信号から、第1の周波数(f0)に対応する信号成分を抽出し、制御部112へ出力する。
図10は、制御部112の構成例を示すブロック図である。図10において、制御部112は、パイロット生成部131,137と、同期検波部132,138と、バイアス調整部133,134と、バイアス供給回路135,136と、振幅調整部139と、調整期間制御部140とを有する。
パイロット生成部131は、第2の周波数(f1)を持つ第2のパイロットを生成し、同期検波部132、バイアス供給回路135、及びバイアス供給回路136へ出力する。
同期検波部132は、BPF123から出力された信号から、第2の周波数(f1)を持つ成分を検波する。この検波結果は、調整基準信号(ここでは、第2の周波数(f1)を持つ成分)の現在値と目標値との乖離を示し、第1のバイアス信号、第2のバイアス信号又は第3のバイアス信号が最適に調整されているときに、最小値となる。
この検波結果は、バイアス調整部133及びバイアス調整部134へ出力される。
バイアス調整部133は、第1の調整期間において、検波結果に基づいて第3のバイアス信号を調整するバイアス調整信号を生成し、バイアス供給回路135へ出力する。
バイアス供給回路135は、第1の調整期間において、バイアス調整部133から受け取るバイアス調整信号に基づいて第3のバイアス信号を生成し、生成した第3のバイアス信号に、パイロット生成部131によって生成されたパイロットを重畳してπ/2位相シフト部105へ出力する。
バイアス調整部134は、第2の調整期間において、検波結果に基づいて第1のバイアス信号を調整するバイアス調整信号を生成し、バイアス供給回路136へ出力する。また、バイアス調整部134は、第3の調整期間において、検波結果に基づいて第2のバイアス信号を調整するバイアス調整信号を生成し、バイアス供給回路136へ出力する。
バイアス供給回路136は、第2の調整期間において、バイアス調整部134から受け取るバイアス調整信号に基づいて第1のバイアス信号を生成し、生成した第1のバイアス信号に、パイロット生成部131によって生成されたパイロットを重畳して位相変調部103へ出力する。また、バイアス供給回路136は、第3の調整期間において、バイアス調整部134から受け取るバイアス調整信号に基づいて第2のバイアス信号を生成し、生成した第2のバイアス信号に、パイロット生成部131によって生成されたパイロットを重畳して位相変調部104へ出力する。
パイロット生成部137は、第1の周波数(f0)を持つ第1のパイロットを生成し、同期検波部138、駆動回路107、及び駆動回路108へ出力する。
同期検波部138は、BPF124から出力された信号から、第1の周波数(f0)を持つ成分を検波する。この検波結果は、調整基準信号(ここでは、第1の周波数(f0)を持つ成分)の現在値と目標値との乖離を示し、第1の駆動信号又は第2の駆動信号が最適に調整されているときに、最小値となる。この検波結果は、振幅調整部139へ出力される。
振幅調整部139は、第2の調整期間において、検波結果に基づいて第1の駆動信号を調整する振幅制御信号を生成し、駆動回路107へ出力する。また、振幅調整部139は、第3の調整期間において、検波結果に基づいて第2の駆動信号を調整する振幅制御信号を生成し、駆動回路108へ出力する。
調整期間制御部140は、調整期間を制御する。具体的には、制御部112は、第1の調整期間における、調整基準信号の現在値と目標値との乖離が収束する前に、第2の調整期間を開始させ、第2の調整期間における乖離が収束する前に、第3の調整期間を開始させる。
詳細には、調整期間制御部140は、第1の調整期間の長さを、第3のパイロットの1周期以上であり且つ第3のバイアス信号を調整したときの時定数以下に制御する。また、調整期間制御部140は、第2の調整期間の長さを、第1のパイロットの1周期以上であり且つ第1の駆動信号及び第1のバイアス信号を調整したときの時定数以下に制御する。さらに、調整期間制御部140は、第3の調整期間の長さを、第2のパイロットの1周期以上であり且つ第2の駆動信号及び第2のバイアス信号を調整したときの時定数以下に制御する。
[光変調装置100の動作]
以上の構成を有する光変調装置100の動作について説明する。図11は、光変調装置100の動作説明に供する図である。
第1の調整期間において、制御部112は、第3のバイアス信号の調整、つまり、π/2位相シフト部105の調整を実行する。第1の調整期間の長さは、第3のパイロットの1周期以上であり且つ第3のバイアス信号を調整したときの時定数以下である。すなわち、第1の調整期間は、第1の調整期間における、調整基準信号の現在値と目標値との乖離が収束する前に終了する。これにより、第1の調整期間を短くすることができる。
第1の調整期間に続く第2の調整期間において、制御部112は、第1の駆動信号及び第1のバイアス信号の調整、つまり、位相変調部103の調整を実行する。制御部112は、第1の調整期間における、調整基準信号の現在値と目標値との乖離が収束する前に、第2の調整期間を開始させる。すなわち、第2の調整期間は、第1の調整期間の制御が掛かりきる前に開始する。これにより、第1の調整期間の調整に起因した光変調装置100の損失変動(つまり、上記したリンギング)を少なくすることができる。
第2の調整期間の長さは、第1のパイロットの1周期以上であり且つ第1の駆動信号及び第1のバイアス信号を調整したときの時定数以下である。これにより、第2の調整期間を短くすることができる。
第2の調整期間に続く第3の調整期間において、制御部112は、第2の駆動信号及び第2のバイアス信号の調整、つまり、位相変調部104の調整を実行する。制御部112は、第2の調整期間における、調整基準信号の現在値と目標値との乖離が収束する前に、第3の調整期間を開始させる。すなわち、第3の調整期間は、第2の調整期間の制御が掛かりきる前に開始する。これにより、第2の調整期間の調整に起因した光変調装置100の損失変動(つまり、上記したリンギング)を少なくすることができる。
第3の調整期間の長さは、第2のパイロットの1周期以上であり且つ第2の駆動信号及び第2のバイアス信号を調整したときの時定数以下である。これにより、第3の調整期間を短くすることができる。
これに対して、図12に示すように、各調整期間を調整基準信号の現在値と目標値との乖離が収束した後に終了させる場合、各調整期間の調整に起因した光変調装置100の損失変動(つまり、上記したリンギング)が顕著に現れる。
以上のように、本実施の形態によれば、光変調装置100において、制御部112は、第1の調整期間における、調整基準信号の現在値と目標値との乖離が収束する前に、第2の調整期間を開始させ、第2の調整期間における乖離が収束する前に、第3の調整期間を開始させる。
これにより、前の調整期間の調整に起因した、現調整期間における光変調装置100の損失変動(つまり、上記したリンギング)を少なくすることができる。
具体的には、制御部112は、第1の調整期間の長さを、第3のパイロットの1周期以上であり且つ第3のバイアス信号を調整したときの時定数以下に制御する。そして、制御部112は、第2の調整期間の長さを、第1のパイロットの1周期以上であり且つ第1の駆動信号及び第1のバイアス信号を調整したときの時定数以下に制御する。さらに、制御部112は、第3の調整期間の長さを、第2のパイロットの1周期以上であり且つ第2の駆動信号及び第2のバイアス信号を調整したときの時定数以下に制御する。
[実施の形態2]
実施の形態2は、複数の変調ユニットを有する光変調装置に関する。
[光変調装置200の構成]
図13は、実施の形態2に係る光変調装置200の構成例を示すブロック図である。図13において、光変調装置200は、変調ユニット201と、90度偏光回転子205と、MUX206と、駆動回路207と、駆動回路208と、PDモニタ209と、電力モニタ210と、調整基準信号形成部211と、制御部212とを有する。変調ユニット201は、位相変調部202と、位相変調部203と、π/2位相シフト部204とを有する。変調ユニット102及び変調ユニット201は、例えば、DP-QPSK(Dual Polarization Quadrature Phase Shift Keying;偏波多重4位相偏移変調方式)のLN(LiNbO3)変調器に相当する。そして、例えば、変調ユニット102は、X偏波によって送信される変調信号を形成し、変調ユニット201は、Y偏波によって送信される変調信号を形成する。
位相変調部202は、駆動回路207から出力された第3の駆動信号及び制御部112から出力された第4のバイアス信号に基づいて、入力された光を変調することにより、第3の光変調信号を出力する。ここで、第3の駆動信号には、第1の周波数(f0)を持つ第1のパイロットが重畳されている。また、第4のバイアス信号には、第2の周波数(f1)を持つ第2のパイロットが重畳されている。
具体的には、位相変調部202は、第3の駆動信号に基づいて光を変調することにより第3の光変調信号を形成し、第4のバイアス信号に基づいて第3の光変調信号の位相をシフトする。ここでは、位相変調部202を1つの機能ブロックとして説明しているが、これに限定されるものではなく、変調ブロックと位相シフトブロックの2つに分けてもよい。
位相変調部203は、駆動回路208から出力された第4の駆動信号及び制御部112から出力された第5のバイアス信号に基づいて、入力された光を変調することにより、第4の光変調信号を出力する。ここで、第4の駆動信号には、第1の周波数(f0)を持つ第1のパイロットが重畳されている。また、第5のバイアス信号には、第2の周波数(f1)を持つ第2のパイロットが重畳されている。
具体的には、位相変調部203は、第4の駆動信号に基づいて光を変調することにより第4の光変調信号を形成し、第5のバイアス信号に基づいて第4の光変調信号の位相をシフトする。ここでは、位相変調部203を1つの機能ブロックとして説明しているが、これに限定されるものではなく、変調ブロックと位相シフトブロックの2つに分けてもよい。
例えば、位相変調部203は、Y偏波で送信される、I成分の変調信号を形成し、位相変調部104は、Y偏波で送信される、Q成分の変調信号を形成する。
π/2位相シフト部204は、第6のバイアス信号に基づいて第3の光変調信号の位相を第4の光変調信号に対してシフトすることにより、第3の光変調信号と第4の光変調信号との位相差をπ/2に近づける。こうして位相シフトされた第3の光変調信号と第4の光変調信号とは結合器(図示せず)において合わせられて、第2の合成信号として後段に出力される。ここで、第6のバイアス信号には、第3のパイロットが重畳されている。
90度偏光回転子205は、第2の合成信号の偏波を、変調ユニット102に対応する第1の合成信号に対して90度回転させる。第1の合成信号と90度偏光回転された第2の合成信号とは合わせられて第3の合成信号として光変調装置200から出力される。
MUX206は、パラレルなデータ信号を駆動回路107、駆動回路108、駆動回路207、及び駆動回路208へ出力する。
駆動回路207は、制御部112から出力された振幅制御信号に応じたドライバ電圧が印加され、入力データ信号を印加電圧に応じた振幅に増幅して第3の駆動信号を形成し、位相変調部202へ出力する。すなわち、振幅制御信号に基づいて、第3の駆動信号の振幅が調整される。
駆動回路208は、制御部112から出力された振幅制御信号に応じたドライバ電圧が印加され、入力データ信号を印加電圧に応じた振幅に増幅して第4の駆動信号を形成し、位相変調部203へ出力する。すなわち、振幅制御信号に基づいて、第4の駆動信号の振幅が調整される。
PDモニタ209は、第2の合成信号を検出し、第2の合成信号を電気信号に変換する。
電力モニタ210は、PDモニタ209から出力される電気信号の電力を検出する。電力モニタ210において検出される電力値は、光出力に応じた値となる。
調整基準信号形成部211は、第2の合成信号に基づいて、調整基準信号を形成する。具体的には、調整基準信号形成部211は、PDモニタ209から出力される電気信号及び電力モニタ210から出力される電力値を入力する。そして、調整基準信号形成部211は、PDモニタ209から出力される電気信号及び電力モニタ210から出力される電力値に基づいて、調整基準信号を形成し、制御部212へ出力する。このように、調整基準信号形成部111と並列的に調整基準信号形成部211を設けたことにより、変調ユニット102の調整と変調ユニット201の調整とを並列的に実行することができる。
制御部212は、実施の形態1の制御部112と同様の調整処理を、変調ユニット102と変調ユニット201とに対して並列的に実行する。
[光変調装置200の動作]
以上の構成を有する光変調装置200の動作について説明する。図14は、光変調装置200の動作説明に供する図である。
第1の調整期間において、制御部112は、第3のバイアス信号の調整と第6のバイアス信号の調整とを並列的に実行する。すなわち、制御部112は、π/2位相シフト部105の調整とπ/2位相シフト部204の調整とを並列的に実行する。
第2の調整期間において、制御部112は、第1の駆動信号及び第1のバイアス信号の調整と、第3の駆動信号及び第4のバイアス信号の調整の調整とを並列的に実行する。すなわち、制御部112は、位相変調部103の調整と位相変調部202の調整とを並列的に実行する。
第3の調整期間において、制御部112は、第2の駆動信号及び第2のバイアス信号の調整と、第4の駆動信号及び第5のバイアス信号の調整の調整とを並列的に実行する。すなわち、制御部112は、位相変調部103の調整と位相変調部202の調整とを並列的に実行する。
これに対して、図15に示すように、変調ユニット102に対する調整と、変調ユニット201に対する調整とを時分割で実行することもできる。
しかしながら、図14に示すように、変調ユニット102に対する調整と、変調ユニット201に対する調整とを並列的に実行することにより、光変調装置200におけるABC制御の全体に掛かる時間を短くすることができる。
以上のように本実施の形態によれば、光変調装置200において、調整基準信号形成部111と調整基準信号形成部211とが並列に設けられ、制御部112は、変調ユニット102に対する調整と、変調ユニット201に対する調整とを並列的に実行する。
これにより、光変調装置200におけるABC制御の全体に掛かる時間を短くすることができる。
[実施の形態3]
実施の形態3では、変調ユニットに対する調整を光源が発光する前に開始する。これに伴い、駆動信号及びバイアス信号に対してリミットを設ける。
[光変調装置300の構成]
図16は、実施の形態3に係る光変調装置300の構成例を示すブロック図である。図16において、光変調装置300は、制御部301を有する。制御部301は、図17に示すように、バイアス調整部311,312と、振幅調整部313と、調整期間制御部314とを有する。
制御部301は、変調ユニット102に対する調整の開始タイミングを制御する。具体的には、制御部301の調整期間制御部314は、光源101が発光する前に第1の調整期間を開始させる。
また、制御部301のバイアス調整部311は、第3のバイアス信号の目標電圧値の許容範囲(以下では、「第1の許容範囲」と呼ばれる)を設定する。そして、バイアス調整部311は、第1の調整期間において第3のバイアス信号の目標電圧値が第1の許容範囲を外れる場合、第1の許容範囲内の所定値に第3のバイアス信号の目標電圧値を変更する。ここで、第1の許容範囲内の所定値は、例えば、ゼロ値である。
また、制御部301のバイアス調整部312は、第1のバイアス信号及び第2のバイアス信号の目標電圧値の許容範囲(以下では、「第2の許容範囲」と呼ばれる)を設定する。そして、バイアス調整部312は、第2の調整期間において第1のバイアス信号の目標電圧値が第2の許容範囲を外れる場合、第2の許容範囲内の所定値に第1のバイアス信号の目標電圧値を変更する。バイアス調整部312は、第3の調整期間において第2のバイアス信号の目標電圧値が第2の許容範囲を外れる場合、第2の許容範囲内の所定値に第2のバイアス信号の目標電圧値を変更する。ここで、第2の許容範囲内の所定値は、例えば、ゼロ値である。
また、制御部301の振幅調整部313は、第1の駆動信号及び第2の駆動信号の目標電圧値の許容範囲(以下では、「第3の許容範囲」と呼ばれる)を設定する。そして、振幅調整部313は、第2の調整期間又は第3の調整期間において第1の駆動信号又は第2の駆動信号の目標電圧値が第3の許容範囲を外れる場合、第1の駆動信号又は第2の駆動信号の目標電圧値を第3の許容範囲の最小値に変更する。
[光変調装置300の動作]
以上の構成を有する光変調装置300の動作について説明する。
<第3のバイアス信号の調整>
図18は、制御部301による第3のバイアス信号に対する調整処理の説明に供するフローチャートである。図19は、制御部301による第3のバイアス信号に対する調整処理の説明に供する図である。図19において、横軸は、バイアス調整信号の電圧値を表し、縦軸は、光変調装置300のパワーロス(つまり、光変調装置300の光出力)を表す。すなわち、図19において、横軸方向に光パワーの増減が繰り返される曲線は、バイアス調整信号に対する光変調装置300の光出力特性を表している。
第1の調整期間が開始すると、図18に示される処理がスタートする。
ステップS401においてバイアス調整部311は、バイアス調整信号を算出する。具体的には、次の式(1)に基づいてバイアス調整信号が算出される。
OUT(z)=a*IN(z)+b*IN(z−1)+c*OUT(z−1)・・・(1)
ここで、IN(z)は、今回入力された検波結果であり、IN(z-1)は、前回入力された検波結果であり、OUT(z-1)は、前回算出されたバイアス調整信号の値である。a,b,cは、各パラメータに掛け合わされる係数である。
ステップS402においてバイアス調整部311は、READY判定を行う。すなわち、バイアス調整部311は、光変調装置300の光出力が規定値に達しているか否かを判定する。
規定値に達していないと判定された場合(ステップS402否定)、ステップS403においてバイアス調整部311は、リミット判定を行う。すなわち、バイアス調整部311は、ステップS401で算出されたバイアス調整信号の値が第1の許容範囲の範囲内にあるか否かを判定する。
第1の許容範囲外にあると判定された場合(ステップS403否定)、ステップS404においてバイアス調整部311は、バイアス調整信号の算出値を所定値に変更する。すなわち、図19においてリミット値−A+オフセット,A+オフセットにより規定される第1の許容範囲を外れた場合、バイアス調整信号の算出値がゼロ値にされる。
図18に戻り、バイアス調整部311は、ステップS405において、バイアス調整信号の算出値又は変更値にオフセット値を加算したバイアス調整信号を算出し、ステップS406において、算出されたバイアス調整信号をバイアス供給回路135へ出力する。
ステップS407においてバイアス調整部311は、第1の調整期間が終了したか否かを判定する。
第1の調整期間が終了していないと判定された場合(ステップS407否定)、調整処理は、ステップS402へ戻る。
第1の調整期間が終了したと判定された場合(ステップS407肯定)、調整処理は終了する。
<第1のバイアス信号又は第2のバイアス信号の調整>
図20は、制御部301による第1のバイアス信号又は第2のバイアス信号に対する調整処理の説明に供する図である。なお、この調整処理は、第3のバイアス信号に対する調整処理と同様であるので、図18のフローチャートを援用して説明する。また、第2の調整期間における第1のバイアス信号に対する調整処理と、第3の調整期間における第2のバイアス信号に対する調整処理とは同様であるので、ここでは、第2の調整期間における調整処理についてのみ説明する。
第2の調整期間が開始すると、図18に示される処理がスタートする。
ステップS401においてバイアス調整部312は、バイアス調整信号を算出する。
ステップS402においてバイアス調整部312は、READY判定を行う。
規定値に達していないと判定された場合(ステップS402否定)、ステップS403においてバイアス調整部312は、リミット判定を行う。すなわち、バイアス調整部312は、ステップS401で算出されたバイアス調整信号の値が第2の許容範囲の範囲内にあるか否かを判定する。
第2の許容範囲外にあると判定された場合(ステップS403否定)、ステップS404においてバイアス調整部312は、バイアス調整信号の算出値を所定値に変更する。すなわち、図20においてリミット値−B+オフセット,B+オフセットにより規定される第2の許容範囲を外れた場合、バイアス調整信号の算出値がゼロ値にされる。
図18に戻り、バイアス調整部312は、ステップS405において、バイアス調整信号の算出値又は変更値にオフセット値を加算したバイアス調整信号を算出し、ステップS406において、算出されたバイアス調整信号をバイアス供給回路136へ出力する。
ステップS407においてバイアス調整部312は、第2の調整期間が終了したか否かを判定する。
<第1の駆動信号又は第2の駆動信号の調整>
図21は、制御部301による第1の駆動信号又は第2の駆動信号に対する調整処理の説明に供するフローチャートである。図22は、制御部301による第1の駆動信号又は第2の駆動信号に対する調整処理の説明に供する図である。図22において、横軸は、振幅制御信号の電圧値を表し、縦軸は、光変調装置300のパワーロス(つまり、光変調装置300の光出力)を表す。第2の調整期間における第1の駆動信号に対する調整処理と、第3の調整期間における第2の駆動信号に対する調整処理とは同様であるので、ここでは、第2の調整期間における調整処理についてのみ説明する。
第2の調整期間が開始すると、図21に示される処理がスタートする。
ステップS501において振幅調整部313は、振幅制御信号を算出する。
ステップS502において振幅調整部313は、READY判定を行う。
規定値に達していないと判定された場合(ステップS502否定)、ステップS503において振幅調整部313は、リミット判定を行う。すなわち、振幅調整部313は、ステップS501で算出された振幅制御信号の値が第3の許容範囲の範囲内にあるか否かを判定する。
第3の許容範囲外にあると判定された場合(ステップS503否定)、ステップS504において振幅調整部313は、振幅制御信号の算出値を、第3の許容範囲の最大値に変更する。すなわち、図22においてリミット値C以上で規定される第3の許容範囲を外れた場合、振幅制御信号の算出値がリミット値Cにホールドされる。
図21に戻り、振幅調整部313は、ステップS505において、振幅制御信号の算出値又は変更値(つまり、リミット値C)を駆動回路107へ出力する。
ステップS506において振幅調整部313は、第2の調整期間が終了したか否かを判定する。
以上のように本実施の形態によれば、光変調装置300において、制御部301は、第1の調整期間を光源101から光が発光される前に開始させる。
これにより、光変調装置300におけるABC制御の全体に掛かる時間を短くすることができる。
また、制御部301は、第3のバイアス信号の目標電圧値(つまり、バイアス調整信号の電圧値)が許容範囲から外れる場合、許容範囲内の所定値に目標電圧値を変更する。
これにより、光が発光される前に第3のバイアス信号に対する調整期間を開始させることにより起こりうる、ABC制御が0V近傍の動作点に収束しない現象が発生することを防止できる。
また、制御部301は、第1のバイアス信号の目標電圧値(つまり、バイアス調整信号の電圧値)が許容範囲から外れる場合、許容範囲内の所定値に目標電圧値を変更する。
これにより、光が発光される前に第1のバイアス信号に対する調整期間を開始させることにより起こりうる、ABC制御が0V近傍の動作点に収束しない現象が発生することを防止できる。
また、制御部301は、第1の駆動信号の目標電圧値(つまり、振幅制御信号の電圧値)が許容範囲から外れる場合、許容範囲の最小値に目標電圧値を変更する。
これにより、光が発光される前に第1の駆動信号に対する調整期間を開始させることにより起こりうる、ABC制御が0V近傍の動作点に収束しない現象が発生することを防止できる。
[実施の形態4]
実施の形態4は、具体的な回路構成例に関する。図23は、光変調装置の回路構成例を示す図である。図23に示される回路構成例は、図13の光変調装置200に対応する。
図23におけるT−LD(Laser Diode)601は、光源101に対応する。ブロック602は、変調ユニット102,201と、PDモニタ109,209と、90度偏光回転子205とに対応する。MUX603は、MUX206に対応し、LN−DRV604は、駆動回路107,108,207,208に対応する。
ブロック605、ブロック609、CPLD(Complex Programmable Logic Device)610、及びDAC(digital to analog converter)611は、電力モニタ110と、調整基準信号形成部111とに対応する。特に、CPLD610は、選択制御部122に対応する。
ブロック606、ブロック609、CPLD610、及びDAC611は、電力モニタ210と、調整基準信号形成部211とに対応する。
ADC(analog to digital converter)607、DSP(Digital Signal Processing)608、及びDAC612,613は、制御部212に対応する。特に、ADC607は、パイロット生成部131,137と、同期検波部132,138とに対応する。DSP608は、バイアス調整部133,134と、振幅調整部139と、調整期間制御部140とに対応する。DAC612は、バイアス供給回路135に対応し、DAC613は、バイアス供給回路136に対応する。
100,200,300 光変調装置
101 光源
102,201 変調ユニット
103,104,202,203 位相変調部
105,204 π/2位相シフト部
107,108,207,208 駆動回路
109,209 PDモニタ
110,210 電力モニタ
111,211 調整基準信号形成部
112,212,301 制御部
121 セレクタ
122 選択制御部
131,137 パイロット生成部
132,138 同期検波部
133,134,311,312 バイアス調整部
135,136 バイアス供給回路
139,313 振幅調整部
140,314 調整期間制御部
205 90度偏光回転子

Claims (9)

  1. 第1の駆動信号及び第1のバイアス信号に基づいて光を変調することにより、第1の光変調信号を形成する第1の変調部と、第2の駆動信号及び第2のバイアス信号に基づいて光を変調することにより、第2の光変調信号を形成する第2の変調部と、第3のバイアス信号に基づいて前記第1の光変調信号の位相を前記第2の光変調信号に対してシフトすることにより、前記第1の光変調信号と前記第2の光変調信号との位相差をπ/2に近づける位相シフト部とを有する変調ユニットと、
    前記位相シフト部において位相シフトされた、前記第1の光変調信号と前記第2の光変調信号とが合わせられた合成信号に基づいて、調整基準信号を形成する形成部と、
    前記調整基準信号の現在値と目標値との乖離に基づいて、前記第1の駆動信号及び前記第2の駆動信号の振幅、並びに、前記第1のバイアス信号、前記第2のバイアス信号、及び前記第3のバイアス信号の電圧を調整する制御部と、
    を具備し、
    前記制御部は、複数の調整期間において調整を行い、第1の調整期間における前記乖離が収束する前に、前記第1の調整期間の次の第2の調整期間を開始させる、
    光変調装置。
  2. 前記制御部は、
    前記第1の調整期間において、前記第3のバイアス信号を調整し、
    前記第2の調整期間において、前記第1の駆動信号及び前記第1のバイアス信号を調整し、
    前記第2の調整期間の次の第3の調整期間において、前記第2の駆動信号及び前記第2のバイアス信号を調整する、
    請求項1に記載の光変調装置。
  3. 前記第1の駆動信号及び前記第2の駆動信号は、第1の周波数を持つ第1のパイロットが重畳され、
    前記第1のバイアス信号及び前記第2のバイアス信号は、第2の周波数を持つ第2のパイロットが重畳され、
    前記第3のバイアス信号は、第3のパイロットが重畳され、
    前記制御部は、
    前記第1の調整期間の長さを、前記第3のパイロットの1周期以上であり且つ前記第3のバイアス信号を調整したときの時定数以下に制御し、
    前記第2の調整期間の長さを、前記第1のパイロットの1周期以上であり且つ前記第1の駆動信号及び前記第1のバイアス信号を調整したときの時定数以下に制御し、
    前記第3の調整期間の長さを、前記第2のパイロットの1周期以上であり且つ前記第2の駆動信号及び前記第2のバイアス信号を調整したときの時定数以下に制御する、
    請求項2に記載の光変調装置。
  4. 第1の前記変調ユニットと、
    第3の駆動信号及び第4のバイアス信号に基づいて光を変調することにより、第3の光変調信号を形成する第3の変調部と、第4の駆動信号及び第5のバイアス信号に基づいて光を変調することにより、第4の光変調信号を形成する第4の変調部と、第6のバイアス信号に基づいて前記第3の光変調信号の位相を前記第4の光変調信号に対してシフトすることにより、前記第3の光変調信号と前記第4の光変調信号との位相差をπ/2に近づける第2の位相シフト部とを有する第2の変調ユニットと、
    前記第2の位相シフト部において位相シフトされた、前記第3の光変調信号と前記第4の光変調信号とが合わせられた第2の合成信号に基づいて、第2の調整基準信号を形成する第2の形成部と、
    をさらに具備し、
    前記制御部は、第1の前記調整基準信号に基づく調整処理と、前記第2の調整基準信号に基づく調整処理とを並列に実行する、
    請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の光変調装置。
  5. 前記制御部は、前記第1の調整期間を前記光が発光される前に開始させる、
    請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の光変調装置。
  6. 前記制御部は、前記第3のバイアス信号の目標電圧値が許容範囲から外れる場合、前記許容範囲内の所定値に前記目標電圧値を変更する、
    請求項5に記載の光変調装置。
  7. 前記制御部は、前記第1のバイアス信号の目標電圧値が許容範囲から外れる場合、前記許容範囲内の所定値に前記目標電圧値を変更する、
    請求項5に記載の光変調装置。
  8. 前記制御部は、前記第1の駆動信号の目標電圧値が許容範囲から外れる場合、前記許容範囲の最小値に前記目標電圧値を変更する、
    請求項5に記載の光変調装置。
  9. 第1の駆動信号及び第1のバイアス信号に基づいて光を変調することにより、第1の光変調信号を形成し、
    第2の駆動信号及び第2のバイアス信号に基づいて光を変調することにより、第2の光変調信号を形成し、
    第3のバイアス信号に基づいて前記第1の光変調信号の位相を前記第2の光変調信号に対してシフトすることにより、前記第1の光変調信号と前記第2の光変調信号との位相差をπ/2に近づけ、
    位相シフトされた前記第1の光変調信号と前記第2の光変調信号とが合わせられた合成信号に基づいて、調整基準信号を形成し、
    前記調整基準信号の現在値と目標値との乖離に基づいて、前記第1の駆動信号及び前記第2の駆動信号の振幅、並びに、前記第1のバイアス信号、前記第2のバイアス信号、及び前記第3のバイアス信号の電圧を調整し、
    前記調整では、複数の調整期間において調整され、第1の調整期間における前記乖離が収束する前に、前記第1の調整期間の次の第2の調整期間を開始される、
    光変調方法。
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