JP2016171363A - 光変調回路、光送信機および光変調方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＭＺ型光変調器等の変調器に、入力された信号の変調方式に応じた最適な動作をさせることができる光変調回路、光送信機および光変調方法を提供する。
【解決手段】 本発明の光変調回路１０は、変調方式に応じた変調振幅情報が複数登録された記憶手段２０、入力されたデータ信号の変調方式に対応する変調振幅情報を記憶手段２０から抽出し、該抽出した変調振幅情報に基づいて、データ信号の振幅を調整して出力するデータ出力手段３０、および、連続光および振幅が調整されたデータ信号が入力し、連続光を振幅が調整されたデータ信号によって変調し、変調信号を出力する変調手段４０、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光変調回路、光送信機および光変調方法に関し、特に、マッハツェンダ型光変調器が配置された光変調回路、光送信機および光変調方法に関する。

光送信機等で用いられる光変調器として、光導波路型のマッハツェンダ（ＭＺ：Mach-Zehnder）型干渉計を光位相変調器を組み込んだＭＺ型光変調器がある。ＭＺ型光変調器を用いた光送信機は、例えば、引用文献１−３に開示されている。

特許文献３には、分散予等化量に応じた補正を行いながらＤＣバイアス制御を行うことで、分散予等化量によらずにＭＺ型光変調器を最適動作させることができる光送信機が開示されている。

一方、近年、次世代のデジタルコヒーレントトランシーバとして、メトロネットワークやデータセンタアプリケーション用のＣＦＰ２（100G Form-factor Pluggable）モジュールが適用されている。ＣＦＰ２モジュールにおいては、プラガブルトランシーバ内にＭＺ型光変調器やドライバや光源等が配置され、フレーム生成回路からの信号が比較的長い距離の配線を通過してドライバに入力される。

様々な変調方式のフレーム生成回路がプラガブルトランシーバに接続される場合、プラガブルトランシーバ内に配置されているＭＺ型光変調器に、接続されるフレーム生成回路の変調方式に応じた最適動作を行わせる必要が生じる。

特開２０１４−１６０９８５号公報 国際公開第２０１１／１０４８３８号 特開２００８−２３６５１２号公報

しかしながら、特許文献１−３の光送信機においては、ＭＺ型光変調器が様々な変調方式のフレーム生成回路に適用されることは考慮されていない。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、ＭＺ型光変調器等の変調器に、入力された信号の変調方式に応じた最適動作を行わせることができる、光変調回路、光送信機および光変調方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る光変調回路は、変調方式に応じた変調振幅情報が複数登録された記憶手段と、入力されたデータ信号の変調方式に対応する変調振幅情報を前記記憶手段から抽出し、該抽出した変調振幅情報に基づいて、前記データ信号の振幅を調整して出力するデータ出力手段と、連続光および前記振幅が調整されたデータ信号が入力し、前記連続光を前記振幅が調整されたデータ信号によって変調し、変調信号を出力する変調手段と、を備える。

上記目的を達成するために本発明に係る光送信機は、変調方式に応じた変調振幅情報が複数登録された記憶手段と、連続光を生成して出力する光出力手段と、適応されている変調方式に応じてフレーム化したデータ信号を出力するフレーム生成手段と、適用されている変調方式に対応する変調振幅情報を前記記憶手段から抽出し、該抽出した変調振幅情報に基づいて、前記データ信号の振幅を調整して出力するデータ出力手段と、バイアス電圧を生成して出力するバイアス制御手段と、前記バイアス電圧を用いて、前記連続光を前記振幅が調整されたデータ信号によって変調し、変調信号を出力する変調手段と、を備える。

上記目的を達成するために本発明に係る光変調方法は、変調方式に応じた変調振幅情報が複数登録された記憶手段を備えた光変調回路を用いた光変調方法であって、入力されたデータ信号の変調方式に対応する変調振幅情報を前記記憶手段から抽出し、該抽出した変調振幅情報に基づいて、前記データ信号の振幅を調整し、入力された連続光を前記振幅が調整されたデータ信号によって変調する。

上述した本発明の態様によれば、ＭＺ型光変調器等の変調器に、入力された信号の変調方式に応じた最適動作を行わせることができる。

第１の実施形態に係る、（ａ）光変調回路１０のブロック構成図、（ｂ）光送信機８０のブロック構成図である。 第２の実施形態に係る光変調回路１００のブロック構成図である。 第２の実施形態に係る光変調器２００のブロック構成図である。 第２の実施形態に係るパワー取得回路３００のブロック構成図である。 第２の実施形態に係る光変調器２００の、ＱＰＳＫ変調方式が適用されている場合のトランスファー曲線および変調信号の変調振幅の一例を示す図である。 第２の実施形態に係る光変調器２００の、ＱＡＭ変調方式が適用されている場合のトランスファー曲線および変調信号の変調振幅の一例を示す図である。 第２の実施形態に係る光変調回路１００の動作手順を示す図である。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態に係る光変調回路のブロック構成図を図１（ａ）に示す。図１（ａ）において、光変調回路１０は、記憶手段２０、データ出力手段３０および変調手段４０を備える。

記憶手段２０には、変調方式に応じた変調振幅情報が複数登録されている。例えば、本実施形態に係る記憶手段２０には、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式に対応付けて、２Ｖπ動作に応じた変調振幅を有する変調信号を生成するための変調振幅情報が登録されている。また、記憶手段２０には、ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調方式に対応付けて、２Ｖπ動作に応じた変調振幅よりも小さい所望の変調振幅、例えば、２×０．９Ｖπ動作に応じた変調振幅、を有する変調信号を生成するための変調振幅情報が登録されている。

これは、ＱＰＳＫ変調方式の場合、リミッティングタイプのドライバを用いることで入力信号の振幅ばらつきはほぼ無視することができ、最大変調振幅での運用が可能なのに対して、ＱＡＭ変調方式の場合、リミッティングタイプのドライバを用いることができないからである。ＱＡＭ変調方式の場合、パルス振幅波形変調方式（ＰＡＭ：Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）といったマルチレベルの信号増幅に必要なリニアタイプのドライバを適用する必要があり、リニアタイプのドライバは、入力信号の振幅のばらつきについてもドライバの利得分増幅されてしまうことから、変調歪の影響が小さい変調振幅での運用が必要となる。

データ出力手段３０は、図示しないフレーム生成手段等から、適応されている変調方式に応じてフレーム化されたデータ信号が入力される。そして、データ出力手段３０は、適用されている変調方式に対応する変調振幅情報を記憶手段２０から抽出し、抽出した変調振幅情報に基づいて、入力されたデータ信号の振幅を調整して変調手段４０へ出力する。

変調手段４０には、連続光およびデータ出力手段３０から出力された振幅が調整されたデータ信号が入力する。そして、変調手段４０は、入力された連続光を振幅が調整されたデータ信号によって変調し、変調信号を出力する。

上記のように構成された光変調回路１０において、データ出力手段３０は、変調方式に応じた変調振幅情報に基づいてデータ信号の振幅を最適に調整する。例えば、データ出力手段３０は、ＱＡＭ変調方式等の、変調振幅が大きくなることで変調信号に変調歪が発生する変調方式が適用されている場合、該変調方式に対応する変調振幅情報を用いてデータ信号の振幅を小さくする。変調手段４０がデータ出力手段３０から入力されたデータ信号を用いて変調することにより、変調歪の影響が小さい最適な変調振幅を有する変調信号が出力される。すなわち、本実施形態に係る光変調回路１０は、変調手段４０に、入力された信号の変調方式に応じた最適動作を行わせることができる。

ここで、変調振幅情報として最適平均強度を適用することができる。この場合、光変調回路１０は、変調手段４０から出力された変調信号の平均強度を取得する強度計測手段をさらに備える。そして、データ出力手段３０は、適用されている変調方式に対応する最適平均強度を記憶手段２０から抽出し、強度計測手段において計測された変調信号の平均強度が、抽出した最適平均強度と一致するように、データ信号の振幅を調整する。

また、光変調回路１０内に、変調手段４０の動作点をＮＵＬＬ点に一致させるためのバイアス電圧を生成して変調手段４０へ出力する、バイアス制御手段を配置することもできる。この場合、変調手段４０は、バイアス制御手段から入力されたバイアス電圧を用いて、入力された連続光を振幅が調整されたデータ信号によって変調し、変調信号を出力する。

なお、上記の光変調回路１０を光送信機内に配置することもできる。この場合の光送信機８０のブロック構成図を図１（ｂ）に示す。図１（ｂ）の光送信機８０は、図１（ａ）の光変調回路１０に、バイアス制御手段５０、光出力手段６０およびフレーム生成手段７０を追加することによって構成される。

バイアス制御手段５０は、変調手段４０の動作点をＮＵＬＬ点に一致させるためのバイアス電圧を生成して変調手段４０へ出力する。光出力手段６０は、連続光生成して変調手段４０へ出力する。

一方、フレーム生成手段７０は、適応されている変調方式に応じてフレーム化したデータ信号をデータ出力手段３０へ出力する。データ出力手段３０は、フレーム生成手段７０から入力されたデータ信号の振幅を、記憶手段２０から抽出した変調振幅情報に応じて調整し、変調手段４０へ出力する。

そして、変調手段４０は、バイアス制御手段５０から入力されたバイアス電圧を用いて、光出力手段６０から入力された連続光を、データ出力手段３０から入力された振幅が調整されたデータ信号によって変調し、変調信号を出力する。

なお、記憶手段２０、データ出力手段３０、変調手段４０、バイアス制御手段５０および光出力手段６０を、フレーム生成手段７０とは別体のプラガブルトランシーバとして構成することもできる。この場合、プラガブルトランシーバは、データ出力手段３０において接続されるフレーム生成手段７０から入力されるデータ信号の振幅を適用されている変調方式に応じて調整することで、変調手段４０に、適用されている変調方式に応じた最適動作を行わせることができる。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態について説明する。本実施形態に係る光変調回路のブロック構成図を図２に示す。図２において、光変調回路１００は、光変調器２００、パワー取得回路３００、記憶素子４００、制御回路５００、オートバイアス制御回路６００およびドライバ回路７００から成る。

光変調器２００は、オートバイアス制御回路６００から印加された駆動用バイアス電圧によって駆動され、入力された連続光をドライバ回路７００から入力されたデータ列に基づいて光変調し、変調信号を出力する。光変調器２００のブロック構成図の一例を図３に示す。図３において、本実施形態に係る光変調器２００は、光分波器２１０、第１マッハツェンダ（ＭＺ：Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）型光変調器２２０、第２ＭＺ型光変調器２３０、光位相調整部２４０および光合波器２５０から成る。

光分波器２１０は、入力された連続光を２分岐し、一方を第１ＭＺ型光変調器２２０へ、他方を第２ＭＺ型光変調器２３０へ出力する。

第１ＭＺ型光変調器２２０は、オートバイアス制御回路６００から印加された駆動用バイアス電圧Ｖｘによって駆動され、入力された一方の連続光をドライバ回路７００から入力されたデータ列ＤＡＴＡｘを用いて変調し、Ｘ偏波の変調信号を出力する。

第２ＭＺ型光変調器２３０は、オートバイアス制御回路６００から印加された駆動用バイアス電圧Ｖｙによって駆動され、入力された他方の連続光をドライバ回路７００から入力されたデータ列ＤＡＴＡｘｙを用いて変調し、Ｙ偏波の変調信号を出力する。

光位相調整部２４０は、第２ＭＺ型光変調器２３０から出力されたＹ偏波の変調信号の位相をπ／２シフトさせて出力する。

光合波器２５０は、第１ＭＺ型光変調器２２０から出力されたＸ偏波の変調信号と、光位相調整部２４０から出力された位相がπ／２シフトされたＹ偏波の変調信号とを合波し、変調信号として出力する。

パワー取得回路３００は、光変調器２００から出力された変調信号の光強度を検出し、検出した光強度から光変調器２００から出力された変調信号の平均強度を取得して制御回路５００へ出力する。パワー取得回路３００のブロック構成図の一例を図４に示す。図４において、本実施形態に係るパワー取得回路３００は、フォトダイオード（ＰＤ：Ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）３１０、ＩＶ変換器３２０、ローパスフィルタ（ＬＰＦ：Low-pass Filter）３３０およびアナログデジタル変換器３４０から成る。

ＰＤ３１０は、例えば、光変調器２００の出力ポート上に配置され、光変調器２００から出力された変調信号の光強度に応じた電流値を出力する。

ＩＶ変換器３２０は、ＰＤ３１０から出力された変調信号の光強度に応じた電流値を電圧値に変換し、ＬＰＦ３３０およびアナログデジタル変換器３４０へ出力する。

ＬＰＦ３３０は、入力された光強度の電圧値から変調成分を除去することで光変調器２００から出力された変調信号の平均強度を検出し、アナログデジタル変換器３４０へ出力する。

アナログデジタル変換器３４０は、ＩＶ変換器３２０から入力された光強度の電圧値をデジタル値に変換すると共に、ＬＰＦ３３０から入力された変調信号の平均強度をデジタル値に変換し、光強度情報および平均強度情報として制御回路５００へ出力する。

記憶素子４００には、予め、複数の変調方式ごとに光平均強度の最適点が登録されている。例えば、ＱＰＳＫ変調方式に対しては、後述する２Ｖπ動作時の光強度の光平均強度が最適点として登録されている。また、ＱＡＭ変調方式に対しては、後述する２×０．９Ｖπ動作時の光強度の光平均強度が最適点として登録されている。

制御回路５００は、パワー取得回路３００から入力された光強度情報に基づいて、光変調器２００の動作点をＮＵＬＬ点に一致させるためのバイアス制御情報を生成してオートバイアス制御回路６００へ出力する。また、制御回路５００は、記憶素子４００からその時の変調方式に応じた光平均強度の最適点を読み出す。そして、制御回路５００は、パワー取得回路３００から入力された光平均強度情報に基づいて、光変調器２００から出力される変調信号の光平均強度を記憶素子４００から読み出した光平均強度の最適点に一致させるための振幅情報を生成してドライバ回路７００へ出力する。

オートバイアス制御回路６００は、制御回路５００から入力されたバイアス制御情報に基づいて、駆動用バイアス電圧Ｖｘ、Ｖｙを生成し、生成した駆動用バイアス電圧Ｖｘを第１ＭＺ型光変調器２２０に、生成した駆動用バイアス電圧Ｖｙを第２ＭＺ型光変調器２３０に印加する。オートバイアス制御回路６００がバイアス制御情報に基づいて生成した駆動用バイアス電圧Ｖｘ、Ｖｙを光変調器２００に印加することにより、光変調器２００がＮＵＬＬ点をバイアス点として駆動される。

ドライバ回路７００には、適用される変調方式に応じて符号化された送信データが入力される。ドライバ回路７００は、入力された送信データの電気振幅を制御回路５００から入力された振幅情報に基づいて調整し、データ列ＤＡＴＡｘ、ＤＡＴＡｙを第１ＭＺ型光変調器２２０、第２ＭＺ型光変調器２３０へそれぞれ出力する。

ドライバ回路７００が制御回路５００から入力された振幅情報に基づいて送信データの電気振幅を調整することにより、光変調器２００からは変調方式に応じて最適に変調された変調信号が出力される。例えば、ＱＰＳＫ変調方式が適用されている場合、光変調器２００からは２Ｖπ動作に応じた変調振幅の変調信号が出力される。ＱＰＳＫ変調方式が適用されている場合の光変調器２００のトランスファー曲線と、光変調器２００から出力される変調信号の変調振幅とを図５に示す。図５に示すように、変調信号の光強度は２Ｖπ動作時に最も高くなる。一方、ＱＡＭ変調方式が適用されている場合、光変調器２００からは２×０．９Ｖπ動作に応じた変調振幅の変調信号が出力される。ＱＡＭ変調方式が適用されている場合の光変調器２００のトランスファー曲線と、光変調器２００から出力される変調信号の変調振幅とを図６に示す。図６において、ＱＡＭ変調方式の場合に変調度を減らすことにより、変調信号の光強度を下げることができ、変調歪みによる信号品質への悪影響を低減することができる。

以上のように構成された光変調回路１００は、パワー取得回路３００が取得した光変調器２００から出力される変調信号の光平均強度を、記憶素子４００から読み出した光平均強度の最適点に一致させるための振幅情報を生成し、該振幅情報を用いて送信データの電気振幅を調整する。振幅情報に基づいて電気振幅が調整された送信データを光変調器２００へ出力することにより、光変調器２００から変調方式に応じて変調振幅が最適に調整された変調信号が出力される。

次に、本実施形態に係る光変調回路１００の動作手順を図７に沿って説明する。図７において、光変調器２００は、オートバイアス制御回路６００から印加された駆動用バイアス電圧により、入力された連続光をドライバ回路７００から入力されたデータ列に基づいて光変調し、変調信号を出力する（Ｓ１０１）。

パワー取得回路３００は、光変調器２００から出力された変調信号の光強度を計測し、さらに、変調信号の平均強度を取得する。そして、パワー取得回路３００は、計測した光強度および取得した光平均強度を、光強度情報および光平均強度情報として制御回路５００へ出力する（Ｓ１０２）。

制御回路５００は、入力された光強度情報に基づいて、光変調器２００の動作点をＮＵＬＬ点に一致させるためのバイアス制御情報を生成し、オートバイアス制御回路６００へ出力する（Ｓ１０３）。オートバイアス制御回路６００は、制御回路５００から入力されたバイアス制御情報に基づいて、駆動用バイアス電圧を生成し、光変調器２００へ印加する（Ｓ１０４）。

一方、制御回路５００は、その時の変調方式に応じた光平均強度の最適点を記憶素子４００から読み出す（Ｓ１０５）。そして、制御回路５００は、入力された光平均強度情報に基づいて、光変調器２００から出力される変調信号の光平均強度を記憶素子４００から読み出した光平均強度の最適点に一致させるための振幅情報を生成し、ドライバ回路７００へ出力する（Ｓ１０６）。

例えば、制御回路５００は、光変調器２００から出力される変調信号の光平均強度が記憶素子４００から読み出した光平均強度の最適点より小さい場合、利得を大きくした振幅情報をドライバ回路７００へ出力する。一方、制御回路５００は、光変調器２００から出力される変調信号の光平均強度が記憶素子４００から読み出した光平均強度の最適点より大きい場合、利得を小さくした振幅情報をドライバ回路７００へ出力する。

ドライバ回路７００は、制御回路５００から入力された振幅情報に基づいて、入力された送信データの電気振幅を調整し、データ列を光変調器２００へ出力する（Ｓ１０７）。これにより、例えば、ＱＰＳＫ変調方式が適用されている場合に、光変調器２００から２Ｖπ動作に応じた変調振幅の変調信号が出力され、ＱＡＭ変調方式が適用されている場合に、光変調器２００から２×０．９Ｖπ動作に応じた変調振幅の変調信号が出力される。

以上のように、本実施形態に係る光変調回路１００は、ドライバ回路７００において変調方式に応じた変調振幅情報に基づいてデータ信号の振幅を最適に調整することから、光変調器２００に、変調方式に応じた最適な動作をさせることができる。

上述の光変調回路１０、１００は、例えば、光トランシーバ、光送信回路、デジタルコヒーレント光トランシーバ、デジタルコヒーレント光送信回路、光変調器制御回路等に配置することができる。

本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。

１０ 光変調回路
２０ 記憶手段
３０ データ出力手段
４０ 変調手段
５０ バイアス制御手段
６０ 光出力手段
７０ フレーム生成手段
８０ 光送信機
１００ 光変調回路
２００ 光変調器
２１０ 光分波器
２２０ 第１ＭＺ型光変調器
２３０ 第２ＭＺ型光変調器
２４０ 光位相調整部
２５０ 光合波器
３００ パワー取得回路
３１０ ＰＤ
３２０ ＩＶ変換器
３３０ ＬＰＦ
３４０ アナログデジタル変換器
４００ 記憶素子
５００ 制御回路
６００ オートバイアス制御回路
７００ ドライバ回路

Claims (9)

1. 変調方式に応じた変調振幅情報が複数登録された記憶手段と、
   入力されたデータ信号の変調方式に対応する変調振幅情報を前記記憶手段から抽出し、該抽出した変調振幅情報に基づいて、前記データ信号の振幅を調整して出力するデータ出力手段と、
   連続光および前記振幅が調整されたデータ信号が入力し、前記連続光を前記振幅が調整されたデータ信号によって変調し、変調信号を出力する変調手段と、
   を備える光変調回路。
2. 出力された前記変調信号の平均強度を計測する強度計測手段をさらに備え、
   前記記憶手段には、前記変調振幅情報として最適平均強度が登録されており、
   前記データ出力手段は、入力されたデータ信号の変調方式に対応する最適平均強度を前記記憶手段から抽出し、前記計測された平均強度が前記抽出した最適平均強度と一致するように、前記データ信号の振幅を調整する、
   請求項１に記載の光変調回路。
3. バイアス電圧を生成して出力するバイアス制御手段をさらに備え、
   前記変調手段は、前記出力されたバイアス電圧を用いて、前記連続光を前記振幅が調整されたデータ信号によって変調する、
   請求項１または２に記載の光変調回路。
4. 出力された前記変調信号の光強度を計測する第２の強度計測手段をさらに備え、
   前記バイアス制御手段は、前記計測された光強度に基づいて、前記変調手段の動作点をＮＵＬＬ点に一致させるためのバイアス電圧を生成する、
   請求項３に記載の光変調回路。
5. 前記変調手段は、
   入力された連続光を２分岐する分岐手段と、
   前記バイアス電圧を用いて、前記分岐された一方の連続光を前記データ信号によって変調して、第１変調信号を出力する第１マッハツェンダ型光変調器と、
   前記バイアス電圧を用いて、前記分岐された他方の連続光を前記データ信号によって変調して、第２変調信号を出力する第２マッハツェンダ型光変調器と、
   前記第１変調信号と前記第２変調信号とを合波して変調信号を出力する合波手段と、
   を備える、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光変調回路。
6. 前記変調手段は前記連続光を前記振幅が調整されたデータ信号によって変調することで、
   ＱＰＳＫ変調方式が適用されている場合に、２Ｖπ動作に応じた変調振幅を有する変調信号を出力し、
   ＱＡＭ変調方式が適用されている場合に、２Ｖπ動作に応じた変調振幅よりも小さい変調振幅を有する変調信号を出力する、
   請求項５に記載の光変調回路。
7. 変調方式に応じた変調振幅情報が複数登録された記憶手段と、
   連続光を生成して出力する光出力手段と、
   適応されている変調方式に応じてフレーム化したデータ信号を出力するフレーム生成手段と、
   適用されている変調方式に対応する変調振幅情報を前記記憶手段から抽出し、該抽出した変調振幅情報に基づいて、前記データ信号の振幅を調整して出力するデータ出力手段と、
   バイアス電圧を生成して出力するバイアス制御手段と、
   前記バイアス電圧を用いて、前記連続光を前記振幅が調整されたデータ信号によって変調し、変調信号を出力する変調手段と、
   を備える光送信機。
8. 前記フレーム生成手段と、前記データ出力手段および前記変調手段とは、プラガブルに構成される、請求項７に記載の光送信機。
9. 変調方式に応じた変調振幅情報が複数登録された記憶手段を備えた光変調回路を用いた光変調方法であって、
   入力されたデータ信号の変調方式に対応する変調振幅情報を前記記憶手段から抽出し、該抽出した変調振幅情報に基づいて、前記データ信号の振幅を調整し、
   入力された連続光を前記振幅が調整されたデータ信号によって変調する、
   光変調方法。

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