JP2697639B2 - 光変調装置 - Google Patents

光変調装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、入力信号に応じて光の
強度を変調する光変調装置に係わり、特にバイアス電圧
によってその動作点の設定される光変調器を用いた光変
調装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】光の強度を入力信号に応じて変調する光
変調器には、電気光学効果を利用したものや磁気光学効
果を利用するものがある。これらは、光変調器に所定の
バイアス電圧を印加することによってその動作点を定め
るようになっている。光変調器に一定のバイアス電圧を
印加してその動作点を設定しても、温度や経時劣化の影
響により光変調器自体の変調特性が変化し、設定した動
作点からずれてしまうことがある。このため、光変調装
置では、光変調器の出力光を基に動作点の変動を監視
し、これをバイアス電圧にフィードバックすることで常
に設定した動作点で光変調器が動作するように制御する
ことが一般に行われている。
【０００３】図２は、従来から使用されているバイアス
電圧の制御された光変調装置の構成を表わしたものであ
る。レーザダイオード３１の出力する変調の対象となる
光３２は光変調器３３に入力されている。ここでは光変
調器３３としてニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂｏ3 ）の持
つ電気光学効果を利用したものを用いている。ドライブ
・アンプ３４にはデータ信号３５と、低周波発振器３６
の出力信号３７が入力されている。低周波発振器３６は
その周波数が１キロヘルツの正弦波信号を出力するよう
になっている。ドライブ・アンプ３４は、入力信号３５
を増幅し、これに低周波発振器３６の出力信号３７を重
畳した変調信号３８を出力するようになっている。光変
調器３３はレーザダイオード３１から入力された光３２
を変調信号３８に応じて強度変調するようになってい
る。光変調器３３の出力は光カップラ３９に入力されて
いる。光カップラ３９によって分岐された後の一方の光
は光変調装置の出力光として外部に取り出されるように
なっている。
【０００４】光カップラ３９によって分岐された後の他
方の光は受光素子４１に入力されている。受光素子４１
は入力された光の強度を電気信号に変換するものであ
り、ここではピン・フォトダイオードを用いている。受
光素子４１の出力はバンド・パス・フィルタ４２に入力
され、低周波発振器３６の出力信号３７と同一の周波数
成分が抽出されるようになっている。バンド・パス・フ
ィルタ４２の出力および低周波発振器３６の出力は位相
検出器４３に入力されている。ここでこれらの信号の位
相が比較され、その位相差に応じた電圧信号４４が出力
されるようになっている。電圧信号４４は直流アンプ４
５に入力され、その出力４６が光変調器３３にバイアス
電圧として入力されている。
【０００５】図３は光変調器の変調特性を表わしたもの
である。横軸は光変調器の入力電圧を、縦軸は所定の強
度の光が入力された場合における出力される光の強度を
それぞれ表わしている。光変調器３３は図中の実線５１
で示すような正弦波の繰り返す変調特性を持っている。
温度変化や光変調器３３の経時変化によって変調特性は
図中の点線５２で示すようにドリフトを生じる。光変調
器３３の動作点として好ましいのは、入力信号に対する
ダイナミックレンジが最も広くなる点である。これを安
定点と呼ぶことにする。安定点５３、５４、５５は変調
特性が繰り返す形になっているためにいくつも存在す
る。これら安定点５３、５４、５５のいずれかに動作点
を設定すると、位相検出器４３に入力される２つの信号
の位相は一致するようになる。動作点が安定点からずれ
るとその方向に応じて位相差の生じる方向も反転し、位
相検出器４３の出力電圧も変化する。光変調装置は位相
検出器４３に入力される２つの信号の位相が一致するよ
うにバイアス電圧を制御することによって、温度等によ
りその変調特性にドリフトが生じた場合でも動作点を安
定点に保つようになっている。
【０００６】このほか、特開平４−２９４３１８号公報
には、マッハツェンダ型光変調器の動作点を最適点に調
整するようにした光変調装置が開示されている。この光
変調装置では、マッハツェンダ型光変調器から得られる
位相の反転した２つの出力光の平均パワーをそれぞれ求
め、その差に対応するモニタ電圧を生成している。動作
点が最適になったときのモニタ電圧に対応する基準電圧
にこのモニタ電圧が一致するようにマッハツェンダ型光
変調器のバイアス電圧を制御するようになっている。こ
のように位相の反転した２つの光の平均パワーの差を取
ることによって、一方の光の平均パワーを基に制御する
場合に比べて倍の電力差を得られるのでバイアス電圧の
制御を容易に行うことができるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】光変調器に与えるバイ
アス電圧を変化させることのできる電圧範囲は、バイア
ス電圧を光変調器に出力する直流アンプの電源電圧によ
って制限されている。したがって、変調特性の変化に応
じてバイアス電圧を追従させることのできる追従範囲も
この電圧範囲に制限される。図２に示した従来から使用
されている光変調装置では、いくつもある安定点のうち
どれが動作点に選ばれるかは特に定まっていない。これ
は特開平４−２９４３１８号公報に開示されている光変
調装置も同様である。このため、追従範囲の下限あるい
は上限に近い安定点が選ばれると、変調特性にドリフト
が生じたときにその安定点に対応する電圧が追従範囲か
ら外れてしまう場合があるという問題がある。たとえ
ば、図３の安定点５３が動作点になっているときに、変
調特性のドリフトによってこれが安定点５６に移動する
とこれに対応するバイアス電圧は追従範囲５７の下限を
越えてしまう。このため、直流アンプからのバイアス電
圧はその下限値に固定されてしまい、その結果として変
調後の光の波形に歪みが生じてしまうという問題があ
る。
【０００８】そこで本発明の目的は、変調特性にドリフ
トが生じても、安定点に対応する電圧がバイアス電圧の
追従範囲から外れないようにすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、（イ）バイアス電圧によってその動作点が設定され
る光変調器と、（ロ）この光変調器の出力光を基に動作
点の設定すべき点からのずれを検出する動作点検出手段
と、（ハ）この動作点検出手段の検出結果を基に動作点
のずれを減少させる方向に所定の電圧範囲内においてそ
の電圧の変化するバイアス電圧信号を光変調器に供給す
るバイアス電圧供給手段と、（ニ）電源投入時から所定
の時間を計時する計時手段と、（ホ）初期化時に前記し
た所定の電圧範囲のほぼ中心電圧となった基準電圧信号
を光変調器に供給を開始し、計時手段が前記した所定の
時間を計時するまで、バイアス電圧供給手段によって供
給されるバイアス電圧信号に代えてこの基準電圧信号の
供給を継続する初期バイアス電圧供給手段とを光変調装
置に具備させる。
【００１０】すなわち請求項１記載の発明では、バイア
ス電圧信号供給手段の供給するバイアス電圧信号に代え
て、初期化時には所定の基準電圧信号を光変調器に与え
ている。その結果、設定すべき動作点が所定の電圧範囲
に複数存在しても初期化時に与えた基準電圧信号の電圧
に最も近い電圧の動作点に落ち着くようになる。
【００１１】しかも請求項１記載の発明では、初期バイ
アス電圧供給手段の供給する基準電圧信号は、所定の電
圧範囲のほぼ中心電圧に設定してある。
【００１２】すなわち請求項１記載の発明では、初期化
時にバイアス電圧として与える電圧を、バイアス電圧信
号の取り得る所定の電圧範囲の中心電圧にしている。こ
れにより、所定の電圧範囲の中心付近に存在する動作点
を基準にバイアス電圧が制御されるようになる。したが
って光変調器の変調特性が変動しても、所定の電圧範囲
内においてこの変動を補正するバイアス電圧を与えるこ
とができる。
【００１３】また請求項１記載の発明では、初期バイア
ス電圧供給手段は、電源投入時点から所定の時間を計時
する計時手段を備え、電源投入時点からこの計時手段に
よって所定の時間が計時されるまでの間バイアス電圧信
号に代えて光変調器に基準電圧信号を供給している。
【００１４】すなわち請求項１記載の発明では、光変調
装置の電源投入時に光変調器に与えるバイアス電圧を基
準電圧信号にしている。
【００１５】請求項２記載の発明では、バイアス電圧供
給手段の供給するバイアス電圧信号の取り得る所定の電
圧範囲はその中心電圧がほぼゼロボルトであり、初期バ
イアス電圧供給手段の供給する基準電圧信号の電圧をほ
ぼゼロボルトに設定している。
【００１６】すなわち請求項２記載の発明では、初期化
時のバイアス電圧としてゼロボルトを与えている。ゼロ
ボルトは接地することによって容易に供給することがで
きる。
【００１７】請求項３記載の発明では、光変調器の媒体
としてニオブ酸リチウムを用いている。ニオブ酸リチウ
ムを用いた光変調器は、バイアス電圧によってその動作
点の設定される光変調器として好適であり、かつ設定す
べき動作点に対応するバイアス電圧がゼロボルト近傍に
存在しているので、バイアス電圧の初期化を容易に行う
ことができる。
【００１８】
【実施例】以下実施例につき本発明を詳細に説明する。
【００１９】図１は、本発明の一実施例における光変調
装置の構成を表わしたものである。図３と同一部分には
同一の番号を付してその説明を適宜省略する。光変調器
３３はニオブ酸リチウムを用いたものである。この光変
調装置では、直流アンプ４５と位相検出器４３の間にリ
セット回路１１を設けてある。直流アンプ４５はリセッ
ト回路１１によって光変調装置の電源投入時点から数１
００ミリ秒〜１秒程度の期間だけ“０”ボルトの電圧信
号が入力され、その後は、位相検出器４３からの電圧信
号４４が入力されるようになっている。直流アンプ４５
は正負の２電源によって駆動されるオペ・アンプを用い
ており、電源電圧の範囲内でその出力電圧を変化される
ことができるようになっている。また、入力電圧が
“０”ボルトのときに、オペ・アンプの出力電圧もほぼ
“０”ボルトになるようになっている。したがって、バ
イアス電圧の追従範囲は図３に示したものと同様に
“０”ボルトを中心とした範囲になっている。
【００２０】リセット回路１１は、抵抗器とコンデンサ
による所定の時定数の積分回路と、コンパレータの出力
電圧によって接地電位と位相検出器の出力信号とを切り
換えるアナログ・スイッチとから構成されている。電源
電圧を所定の分圧比で分圧した電圧を閾値電圧としてコ
ンパレータの一方の入力端に与えている。電源電圧と接
地電位の間の電位差を抵抗器とコンデンサによって分圧
し、コンデンサと抵抗器の接続点に生じる分圧電圧をコ
ンパレータの他方の入力端に与えている。電源投入によ
って接続点の電位が所定の時定数に従って上昇し、閾値
電圧を越えたときコンパレータの出力電位が反転し、ア
ナログスイッチを切り換えるようになっている。リセッ
ト回路１１によって電源投入時点から一定の期間、直流
アンプ４５の入力電圧は“０”ボルトに保持される。一
定の期間が経過し、アナログ・スイッチが切り換わった
後は、位相検出器４３の出力電圧４４を基にして、
“０”ボルトに最も近い安定点に向けてバイアス電圧が
変化する。図３の場合には、安定点５４がその動作点と
して定まる。このようにバイアス電圧の追従範囲の中心
から安定点を探すので、追従範囲の中心付近にある安定
点が動作点として選ばれ、温度等の影響により変調特性
がドリフトしても安定点のバイアス電圧が追従範囲から
外れてしまうことがない。
【００２１】以上説明した実施例では、電源投入時にリ
セットするようにしたが、リセットスイッチを設けて任
意の時点でリセットするようにしてもよい。また、直流
アンプの入力電圧をリセットするようにしたが、直流ア
ンプの出力電圧をリセットするようにしても良いことは
言うまでもない。さらに、実施例では、“０”ボルトに
リセットするようにしたが、追従範囲の中心付近の電圧
であればよい。たとえば、追従範囲が“０”〜“１５”
ボルトであった場合には、その中心電圧である“７．
５”ボルトにリセットすればよい。さらに、追従範囲の
中心付近における安定点でのバイアス電圧が既知の場合
には、その電圧によってリセットしてもよい。
【００２２】また、実施例では、ニオブ酸リチウムを用
いた光変調器を使用したが、このほかタンタル酸リチウ
ム（ＬｉＴａＯ3 ）を用いたものであってもよい。さら
に、磁気光学効果を利用した導波路型の光変調器、例え
ばマッハツェンダ型の光変調器であってもよい。これら
はすべて、所定のバイアス電圧を与えることによってそ
の動作点を設定するものである。
【００２３】また、実施例では入力信号に低周波数の正
弦波信号を重畳し、変調後の光信号からこの周波数成分
を抽出してその位相を比較することで動作点が安定点に
なるように制御しているが、バイアス電圧の制御方式は
これに限るものではない。たとえば、変調後の光の平均
パワーをモニタし、その平均パワーの変動を基にバイア
ス電圧を制御するようなものであってもよい。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、基準電圧信号を光変調器にバイアス電圧とし
て与えている。これにより、設定すべき動作点が複数存
在しても、制御の基準となる動作点を基準電圧信号によ
って選択することができる。したがって、光変調器の変
調特性が変動しても最適な動作点に対応するバイアス電
圧がバイアス電圧信号供給手段の供給可能な電圧範囲か
ら外れないようにすることができる。
【００２５】しかも、光変調装置の初期化時に光変調器
に与える電圧は、バイアス電圧信号供給手段の供給可能
な電圧範囲の中心電圧となっている。この結果、中心電
圧付近に存在する動作点を基準にバイアス電圧が制御さ
れるようになり、光変調器の変調特性が大きく変動して
も、所定の電圧範囲内においてこの変動を補正するバイ
アス電圧を供給することができる。
【００２６】さらに請求項１記載の発明によれば、電源
投入時に光変調器に与えるバイアス電圧を基準電圧信号
に初期化している。このため、バイアス電圧を初期化す
るための特別な操作が不要になる。このほか誤って初期
化されないまま光変調装置を動作させてしまうことを防
止することができる。
【００２７】また請求項２記載の発明によれば、初期化
時のバイアス電圧としてゼロボルトを与えている。ゼロ
ボルトは接地することによって容易に供給することがで
きるので、光変調装置の構成を簡略化することができ
る。
【００２８】さらに請求項３記載の発明によれば、光変
調器の媒体としてニオブ酸リチウムを用いている。ニオ
ブ酸リチウムを用いた光変調器は、バイアス電圧によっ
てその動作点の設定される光変調器として好適であり、
かつ安定点がゼロボルト近傍に存在しているので、バイ
アス電圧の初期化を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における光変調装置の構成を
表わしたブロック図である。
【図２】従来から使用されている光変調装置の構成を表
わしたブロック図である。
【図３】光変調器の変調特性を表わした特性図である。
【符号の説明】
１１ リセット回路 ３１ レーザダイオード ３３ 光変調器 ３４ ドライブ・アンプ ３６ 低周波発振器 ３９ 光カップラ ４１ ピン・フォトダイオード ４２ バンド・パス・フィルタ ４３ 位相検出器 ４５ 直流アンプ ５３、５４、５５、５６ 安定点

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 バイアス電圧によってその動作点が設定
    される光変調器と、 この光変調器の出力光を基に動作点の設定すべき点から
    のずれを検出する動作点検出手段と、 この動作点検出手段の検出結果を基に動作点のずれを減
    少させる方向に所定の電圧範囲内においてその電圧の変
    化するバイアス電圧信号を前記光変調器に供給するバイ
    アス電圧供給手段と、電源投入時から所定の時間を計時する計時手段と、 初期化時に前記所定の電圧範囲のほぼ中心電圧となった
    基準電圧信号を前記光変調器に供給を開始し、計時手段
    が前記所定の時間を計時するまで、前記 バイアス電圧供
    給手段によって供給されるバイアス電圧信号に代えてこ
    の基準電圧信号の供給を継続する初期バイアス電圧供給
    手段とを具備することを特徴とする光変調装置。
  2. 【請求項２】 前記バイアス電圧供給手段の供給するバ
    イアス電圧信号の取り得る前記所定の電圧範囲はその中
    心電圧がほぼゼロボルトであり、前記初期バイアス電圧
    供給手段の供給する基準電圧信号の電圧がほぼゼロボル
    トであることを特徴とする請求項１記載の光変調装置。
  3. 【請求項３】 前記光変調器はニオブ酸リチウムをその
    媒体として用いたものであることを特徴とする請求項１
    記載の光変調装置。
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