JP3337458B2 - 単一のマッハ−ツェンダー変調器及び２つの光搬送波を用いた線形型光リンク - Google Patents
単一のマッハ−ツェンダー変調器及び２つの光搬送波を用いた線形型光リンクInfo
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- H04B10/58—Compensation for non-linear transmitter output
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＲＦ信号を光搬送
波上へ変調する光変調システムに関し、詳細には２つの
光の波長を有する２つのレーザを２つの対応するバイア
ス点でもって利用して、既知の光変調器に対して相対的
に改善された性能を与えるマッハ−ツェンダー光変調器
（ＭＺＭ）に関する。
波上へ変調する光変調システムに関し、詳細には２つの
光の波長を有する２つのレーザを２つの対応するバイア
ス点でもって利用して、既知の光変調器に対して相対的
に改善された性能を与えるマッハ−ツェンダー光変調器
（ＭＺＭ）に関する。
【０００２】
【従来の技術】アナログ光リンクは一般的に当該技術に
おいて既知である。そのようなアナログ光リンクは、光
通信システム、特に帯域幅効率を必要とするそれらのシ
ステムに用いられる。そのようなシステムの例は、ケー
ブル・テレビジョン（ＣＡＴＶ）システムである。その
ようなシステムにおいて、多数のビデオ・チャネルが光
ファイバを通して送信されていることが知られている。
そのように、ＲＦビデオ信号は、光変調器により光搬送
波上へ変調される。種々のアナログ光システムが当該技
術において既知である。既知のアナログ光システムの他
の例が図２及び図３に図示されている。特に、そのよう
なアナログ光システムは、図２及び図３に示されている
ように、マッハ−ツェンダー光変調器及び１つ以上の光
検出器を含み得る。特に、図２に図示されているシステ
ムは、基本的なマッハ−ツェンダー・ベースの光リンク
を示し、一方図３は、既知の相補的出力マッハ−ツェン
ダー変調器及び平衡化された検出器を含む既知のアナロ
グ光リンクを図示する。
おいて既知である。そのようなアナログ光リンクは、光
通信システム、特に帯域幅効率を必要とするそれらのシ
ステムに用いられる。そのようなシステムの例は、ケー
ブル・テレビジョン（ＣＡＴＶ）システムである。その
ようなシステムにおいて、多数のビデオ・チャネルが光
ファイバを通して送信されていることが知られている。
そのように、ＲＦビデオ信号は、光変調器により光搬送
波上へ変調される。種々のアナログ光システムが当該技
術において既知である。既知のアナログ光システムの他
の例が図２及び図３に図示されている。特に、そのよう
なアナログ光システムは、図２及び図３に示されている
ように、マッハ−ツェンダー光変調器及び１つ以上の光
検出器を含み得る。特に、図２に図示されているシステ
ムは、基本的なマッハ−ツェンダー・ベースの光リンク
を示し、一方図３は、既知の相補的出力マッハ−ツェン
ダー変調器及び平衡化された検出器を含む既知のアナロ
グ光リンクを図示する。
【０００３】そのような光変調器は、電気光学効果に基
づいている。詳細には、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｄＯ
3）のようなある一定の材料は、屈折率のような性質を
印加された電界の関数として変える。屈折率におけるこ
の変化はその材料を通って伝搬する光の位相変調を生じ
させる。光搬送波信号のこの位相変調は、マッハ−ツェ
ンダー干渉計を含む種々の光学的デバイスにより光強度
変調に変換されることができる。
づいている。詳細には、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｄＯ
3）のようなある一定の材料は、屈折率のような性質を
印加された電界の関数として変える。屈折率におけるこ
の変化はその材料を通って伝搬する光の位相変調を生じ
させる。光搬送波信号のこの位相変調は、マッハ−ツェ
ンダー干渉計を含む種々の光学的デバイスにより光強度
変調に変換されることができる。
【０００４】例示的なマッハ−ツェンダー変調器が図１
に図示されている。図１に示されるように、マッハ−ツ
ェンダー変調器は全体的に参照番号２０により識別さ
れ、そのマッハ−ツェンダー変調器は、ＲＦ入力ポート
２２、光出力ポート２４、２つの光導波路２６及び２
８、光搬送波入力ポート２７及びバイアス電圧ポート２
９を含む。一般的に、レーザ・ビームのような光搬送波
は、光搬送波入力ポート２７に印加され、脚部（ｌｅｇ
ｓ）又は光導波路２６及び２８により形成された２つの
経路に分割される。少なくとも１つの光導波路２６、２
８は、ＲＦ電極３０に印加されたＲＦ入力信号により位
相変調される。次いで、２つの脚部２６、２８は、干渉
計の中で再結合され、強度変調された光搬送波を出力２
４に与える。バイアス電圧はまた、バイアス電極３１に
印加されて、光出力ポート２４におけるバイアス強度を
制御する。脚部２６、２８の光学的経路長差は、物理的
経路長と、脚部２６、２８の相対的屈折率を変える印加
される電圧（バイアス電圧に小さい信号電圧を加えたも
の）に起因する実効的経路長の変化との関数である。
に図示されている。図１に示されるように、マッハ−ツ
ェンダー変調器は全体的に参照番号２０により識別さ
れ、そのマッハ−ツェンダー変調器は、ＲＦ入力ポート
２２、光出力ポート２４、２つの光導波路２６及び２
８、光搬送波入力ポート２７及びバイアス電圧ポート２
９を含む。一般的に、レーザ・ビームのような光搬送波
は、光搬送波入力ポート２７に印加され、脚部（ｌｅｇ
ｓ）又は光導波路２６及び２８により形成された２つの
経路に分割される。少なくとも１つの光導波路２６、２
８は、ＲＦ電極３０に印加されたＲＦ入力信号により位
相変調される。次いで、２つの脚部２６、２８は、干渉
計の中で再結合され、強度変調された光搬送波を出力２
４に与える。バイアス電圧はまた、バイアス電極３１に
印加されて、光出力ポート２４におけるバイアス強度を
制御する。脚部２６、２８の光学的経路長差は、物理的
経路長と、脚部２６、２８の相対的屈折率を変える印加
される電圧（バイアス電圧に小さい信号電圧を加えたも
の）に起因する実効的経路長の変化との関数である。
【０００５】理想的には、光強度変調器は、その出力の
光学的パワーとＲＦ入力電圧との間に線形関係を有する
べきである。当該技術において既知であるように、マッ
ハ−ツェンダー変調器の出力パワー曲線は非線形であ
る。線形性及びスパー・フリー動的範囲（ｓｐｕｒ ｆ
ｒｅｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｇｅ）（ＳＦＤＲ）
は、そのような変調器を用いるリンクにおいて重要な考
慮事項である。ＳＦＤＲは、リンクが雑音フロアー（ｎ
ｏｉｓｅ ｆｌｏｏｒ）より上に見える歪み（スパー）
を導入することなしに、正の信号対雑音比を有して送信
及び受信することができる最大信号パワーの最小信号パ
ワーに対する比である。このことは、本明細書に援用さ
れているＳｃｈａｆｆｎｅｒ他による「進行波により線
形化された方向性結合器変調器を有する光ファイバ・リ
ンクのスパー・フリー動的範囲測定（Ｓｐｕｒ−Ｆｒｅ
ｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅ
ｎｔｓｏｆ ａ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｌｉｎｋ
ｗｉｔｈ Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｌｉｎｅａ
ｒｉｚｅｄ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｃｏｕｐｌｅｒ
Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ）」（ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ
ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．２、１９
９４年２月、２７３−２７５頁）に一般的に記載されて
いる。従って、そのようなシステムに対する多くの既知
の線形化スキームは、ＳＦＤＲを改善するためリンク感
度を著しく低下させていることが知られている。単純な
損失の多いリンクの感度は、受信機の光前置増幅器入力
においてより多くの光学的パワーを得るため、送信機に
おいてスイッチング電圧を低下させるか及び／又はより
高いパワー光増幅器を用いるかにより改善されることが
できる。長い光ファイバチャネルに沿って又は一連の自
由空間チャネルにおいて分配されている複数の光増幅器
を必要とするリンクに対して、感度は、より高いパワー
光増幅器を用いるか、又は増幅器の数を増しかつチャネ
ルにおけるそれらの間隔を低減することかにより改善さ
れることができる。リンクの感度はまた変調器を低くバ
イアスすることにより改善されることができ、それは固
定の光電流を有するより良い比較的小さい信号リンク利
得をもたらす。
光学的パワーとＲＦ入力電圧との間に線形関係を有する
べきである。当該技術において既知であるように、マッ
ハ−ツェンダー変調器の出力パワー曲線は非線形であ
る。線形性及びスパー・フリー動的範囲（ｓｐｕｒ ｆ
ｒｅｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒａｎｇｅ）（ＳＦＤＲ）
は、そのような変調器を用いるリンクにおいて重要な考
慮事項である。ＳＦＤＲは、リンクが雑音フロアー（ｎ
ｏｉｓｅ ｆｌｏｏｒ）より上に見える歪み（スパー）
を導入することなしに、正の信号対雑音比を有して送信
及び受信することができる最大信号パワーの最小信号パ
ワーに対する比である。このことは、本明細書に援用さ
れているＳｃｈａｆｆｎｅｒ他による「進行波により線
形化された方向性結合器変調器を有する光ファイバ・リ
ンクのスパー・フリー動的範囲測定（Ｓｐｕｒ−Ｆｒｅ
ｅ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｇｅ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅ
ｎｔｓｏｆ ａ Ｆｉｂｅｒ Ｏｐｔｉｃ Ｌｉｎｋ
ｗｉｔｈ Ｔｒａｖｅｌｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｌｉｎｅａ
ｒｉｚｅｄ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｃｏｕｐｌｅｒ
Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ）」（ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎ
ｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．６，Ｎｏ．２、１９
９４年２月、２７３−２７５頁）に一般的に記載されて
いる。従って、そのようなシステムに対する多くの既知
の線形化スキームは、ＳＦＤＲを改善するためリンク感
度を著しく低下させていることが知られている。単純な
損失の多いリンクの感度は、受信機の光前置増幅器入力
においてより多くの光学的パワーを得るため、送信機に
おいてスイッチング電圧を低下させるか及び／又はより
高いパワー光増幅器を用いるかにより改善されることが
できる。長い光ファイバチャネルに沿って又は一連の自
由空間チャネルにおいて分配されている複数の光増幅器
を必要とするリンクに対して、感度は、より高いパワー
光増幅器を用いるか、又は増幅器の数を増しかつチャネ
ルにおけるそれらの間隔を低減することかにより改善さ
れることができる。リンクの感度はまた変調器を低くバ
イアスすることにより改善されることができ、それは固
定の光電流を有するより良い比較的小さい信号リンク利
得をもたらす。
【０００６】マッハ−ツェンダー・ベースのリンクに対
する多くの既知の線形化スキームは、変調器間でＲＦ信
号のパワー分割を要する少なくとも２つの変調器を必要
とする。そのようなシステムの一例が、Ｗ．Ｋ．Ｂｕｒ
ｎｓ他による「平衡した検出により低バイアス型変調器
の多重オクターブ動作（Ｍｕｌｔｉ−ｏｃｔａｖｅＯｐ
ｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｌｏｗ Ｂｉａｓｅｄ Ｍ
ｏｄｕｌａｔｏｒｂｙ Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｄｅｔｅｃ
ｔｉｏｎ）」（ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃ
ｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．
１、１９９６年１月、１３０−１３２頁）に開示されて
いる。不都合にも、そのような構成における線形化の程
度は、ＲＦ分割比の精度に非常に依存する。また、その
ような構成において、ＳＦＤＲは、マッハ−ツェンダー
変調器を駆動するＲＦ増幅器についての線形性要件を増
大させる感度を犠牲にして改善される。
する多くの既知の線形化スキームは、変調器間でＲＦ信
号のパワー分割を要する少なくとも２つの変調器を必要
とする。そのようなシステムの一例が、Ｗ．Ｋ．Ｂｕｒ
ｎｓ他による「平衡した検出により低バイアス型変調器
の多重オクターブ動作（Ｍｕｌｔｉ−ｏｃｔａｖｅＯｐ
ｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｌｏｗ Ｂｉａｓｅｄ Ｍ
ｏｄｕｌａｔｏｒｂｙ Ｂａｌａｎｃｅｄ Ｄｅｔｅｃ
ｔｉｏｎ）」（ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｔｅｃ
ｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．
１、１９９６年１月、１３０−１３２頁）に開示されて
いる。不都合にも、そのような構成における線形化の程
度は、ＲＦ分割比の精度に非常に依存する。また、その
ような構成において、ＳＦＤＲは、マッハ−ツェンダー
変調器を駆動するＲＦ増幅器についての線形性要件を増
大させる感度を犠牲にして改善される。
【０００７】マッハ−ツェンダー変調器を線形化する別
のアプローチが米国特許Ｎｏ．５，１１９，４４７に開
示されている。特に、米国特許Ｎｏ．５，１１９，４４
７は、方向性結合器と直列に組み合わされたマッハ−ツ
ェンダー変調器を開示する。マッハ−ツェンダー変調器
は、１対の電極により第１の極性で変調される。変調す
る信号は、方向性結合器用の第２の対の電極に印加さ
れ、第１の極性と反対の第２の極性で変調される。不都
合にも、このシステムは、単一のレーザを有する組合わ
せのマッハ−ツェンダー変調器及び方向性結合器におい
て２つ以上の電極間での比較的正確なＲＦパワー分割を
要求する。従って、ＲＦパワー分割を必要としない比較
的線形のマッハ−ツェンダー変調器に対する必要性が存
在する。この変調器の感度はまた６ｄＢ以上低下され
る。
のアプローチが米国特許Ｎｏ．５，１１９，４４７に開
示されている。特に、米国特許Ｎｏ．５，１１９，４４
７は、方向性結合器と直列に組み合わされたマッハ−ツ
ェンダー変調器を開示する。マッハ−ツェンダー変調器
は、１対の電極により第１の極性で変調される。変調す
る信号は、方向性結合器用の第２の対の電極に印加さ
れ、第１の極性と反対の第２の極性で変調される。不都
合にも、このシステムは、単一のレーザを有する組合わ
せのマッハ−ツェンダー変調器及び方向性結合器におい
て２つ以上の電極間での比較的正確なＲＦパワー分割を
要求する。従って、ＲＦパワー分割を必要としない比較
的線形のマッハ−ツェンダー変調器に対する必要性が存
在する。この変調器の感度はまた６ｄＢ以上低下され
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】簡潔には、本発明は、
既知のアナログ光システムに関して改善された動的範囲
並びに感度を与える改善されたアナログ光システムに関
するものである。
既知のアナログ光システムに関して改善された動的範囲
並びに感度を与える改善されたアナログ光システムに関
するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】アナログ光システムは、
感度を改善するため低バイアスで動作されるマッハ−ツ
ェンダー変調器（ＭＺＭ）を含む。本発明の重要な局面
に従って、光システムは、２つの波長を２つの実効的な
バイアス点でもって利用して、低バイアスに関連した偶
数次の歪みを相殺する。異なる波長を有する２つのレー
ザが、マッハ−ツェンダー変調器に波長分割マルチプレ
クサ（ＷＤＭ）により印加される。代替として、異なる
波長を有する２つの光搬送波を生成する単一のレーザ
を、２つの単一波長レーザ及びＷＤＭの代わりに用いる
ことができる。変調器バイアス制御回路は、最小バイア
ス点の両側の２つのバイアス点へ２つの光搬送波を押し
やり、こうして２つの光搬送波の各々について反対符号
を有する等しい変調深さを与える。２つの光搬送波の周
波数分離は、マッハ−ツェンダー変調器の２つのアーム
間の公称光経路長差と一緒に、達成された低バイアスの
程度、従って感度及び第３次の線形性の改善に対するそ
の結果生じる可能性を決定する。受信機又は復調器はま
た２つの波長を分離するためのＷＤＭを含む。次いで、
２つの波長は、各波長を別々に検出するようにする２つ
の別個の光検出器に印加される。相補的光電流は、平衡
化された光検出器対により減算され、線形化されたＲＦ
出力を与える。
感度を改善するため低バイアスで動作されるマッハ−ツ
ェンダー変調器（ＭＺＭ）を含む。本発明の重要な局面
に従って、光システムは、２つの波長を２つの実効的な
バイアス点でもって利用して、低バイアスに関連した偶
数次の歪みを相殺する。異なる波長を有する２つのレー
ザが、マッハ−ツェンダー変調器に波長分割マルチプレ
クサ（ＷＤＭ）により印加される。代替として、異なる
波長を有する２つの光搬送波を生成する単一のレーザ
を、２つの単一波長レーザ及びＷＤＭの代わりに用いる
ことができる。変調器バイアス制御回路は、最小バイア
ス点の両側の２つのバイアス点へ２つの光搬送波を押し
やり、こうして２つの光搬送波の各々について反対符号
を有する等しい変調深さを与える。２つの光搬送波の周
波数分離は、マッハ−ツェンダー変調器の２つのアーム
間の公称光経路長差と一緒に、達成された低バイアスの
程度、従って感度及び第３次の線形性の改善に対するそ
の結果生じる可能性を決定する。受信機又は復調器はま
た２つの波長を分離するためのＷＤＭを含む。次いで、
２つの波長は、各波長を別々に検出するようにする２つ
の別個の光検出器に印加される。相補的光電流は、平衡
化された光検出器対により減算され、線形化されたＲＦ
出力を与える。
【００１０】本発明のこれらの目的及び他の目的は、以
下の記載及び添付の図面を参照して容易に理解されるで
あろう。
下の記載及び添付の図面を参照して容易に理解されるで
あろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明は、改善された動的範囲並
びに感度を与えるアナログ光リンクに関する。本発明に
従ったアナログ光リンクは、例えば図１に図示されるよ
うにマッハ−ツェンダー光変調器を含む。本発明の重要
な局面に従って、マッハ−ツェンダー変調器は、感度を
改善するため低いバイアス点で動作され、そして同時
に、低いバイアスに関連した偶数次の歪みを相殺するた
め異なる波長を有する２つの光搬送波を２つの実効的バ
イアス点でもって用いる。バイアス制御回路は、２つの
波長が、変調器を、反対符号を有する等しい利得を与え
る最小バイアス点の両側の２つのバイアス点で同時にバ
イアスするようにさせる。
びに感度を与えるアナログ光リンクに関する。本発明に
従ったアナログ光リンクは、例えば図１に図示されるよ
うにマッハ−ツェンダー光変調器を含む。本発明の重要
な局面に従って、マッハ−ツェンダー変調器は、感度を
改善するため低いバイアス点で動作され、そして同時
に、低いバイアスに関連した偶数次の歪みを相殺するた
め異なる波長を有する２つの光搬送波を２つの実効的バ
イアス点でもって用いる。バイアス制御回路は、２つの
波長が、変調器を、反対符号を有する等しい利得を与え
る最小バイアス点の両側の２つのバイアス点で同時にバ
イアスするようにさせる。
【００１２】図４に図示されるように、波長は、別個の
光搬送波を与える２つの別個のレーザ４２及び４４によ
り与えられ得る。２つの別個のレーザ４２及び４４は、
異なる波長λ1、λ2を有する等しいパワーのレーザであ
り、そして波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）４６によ
り組み合わせられる。その波長分割マルチプレクサ（Ｗ
ＤＭ）４６は、２つの入力ポート、及び単一のファイバ
又は導波路４８上に１つの出力ポートを有する。代替と
して、異なる波長を有する２つの光搬送波を生成する単
一のレーザが、２つの単一波長レーザ及びＷＤＭの代わ
りに用いることができる。組み合わされた波長は、ＲＦ
入力信号を用いてマッハ−ツェンダー変調器２０により
変調される。以下に詳細に説明されるように、２つの波
長が相補的で小さい信号利得を有するようにマッハ−ツ
ェンダー変調器２０を低いバイアス点で変調するバイア
ス制御回路５０が設けられている。変調された光信号は
マッハ−ツェンダー変調器２０の出力で入手可能である
が、この変調された光信号は、随意の光増幅器５２によ
り増幅され得る。レーザ４２、４４、マッハ−ツェンダ
ー変調器２０、バイアス制御回路５０、ＷＤＭ ４６及
び光増幅器５２は、本発明に従った光リンクの送信機部
分を形成する。
光搬送波を与える２つの別個のレーザ４２及び４４によ
り与えられ得る。２つの別個のレーザ４２及び４４は、
異なる波長λ1、λ2を有する等しいパワーのレーザであ
り、そして波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）４６によ
り組み合わせられる。その波長分割マルチプレクサ（Ｗ
ＤＭ）４６は、２つの入力ポート、及び単一のファイバ
又は導波路４８上に１つの出力ポートを有する。代替と
して、異なる波長を有する２つの光搬送波を生成する単
一のレーザが、２つの単一波長レーザ及びＷＤＭの代わ
りに用いることができる。組み合わされた波長は、ＲＦ
入力信号を用いてマッハ−ツェンダー変調器２０により
変調される。以下に詳細に説明されるように、２つの波
長が相補的で小さい信号利得を有するようにマッハ−ツ
ェンダー変調器２０を低いバイアス点で変調するバイア
ス制御回路５０が設けられている。変調された光信号は
マッハ−ツェンダー変調器２０の出力で入手可能である
が、この変調された光信号は、随意の光増幅器５２によ
り増幅され得る。レーザ４２、４４、マッハ−ツェンダ
ー変調器２０、バイアス制御回路５０、ＷＤＭ ４６及
び光増幅器５２は、本発明に従った光リンクの送信機部
分を形成する。
【００１３】本発明に従った光システムはまた、任意の
光増幅器５４、及び復調器５６を含む受信機部分を含
む。復調器５６は、波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）
５８、１対の光検出器６０、６２及び合計接続部６４を
含む。受信された信号は、光増幅器５４により光学的に
増幅され、そして別のＷＤＭ ５８により復調されて、
別個の波長λ1及びλ2を生成する。各波長λ1及びλ
2は、光検出器６０及び６２のそれぞれにより別々に光
検出される。これらの光検出器６０、６２は相補的（即
ち、等しい利得で異なる符号）光電流を与え、その相補
的光電流は線形化されたＲＦ出力を与えるため合計接続
部６４により減算される。代替として、２つの光検出器
出力は、差動増幅器又は１８０°ハイブリッド結合器又
は１８０°の位相ずれの２つの信号を組み合わせるいず
れの他のデバイスにより組み合わされる。
光増幅器５４、及び復調器５６を含む受信機部分を含
む。復調器５６は、波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）
５８、１対の光検出器６０、６２及び合計接続部６４を
含む。受信された信号は、光増幅器５４により光学的に
増幅され、そして別のＷＤＭ ５８により復調されて、
別個の波長λ1及びλ2を生成する。各波長λ1及びλ
2は、光検出器６０及び６２のそれぞれにより別々に光
検出される。これらの光検出器６０、６２は相補的（即
ち、等しい利得で異なる符号）光電流を与え、その相補
的光電流は線形化されたＲＦ出力を与えるため合計接続
部６４により減算される。代替として、２つの光検出器
出力は、差動増幅器又は１８０°ハイブリッド結合器又
は１８０°の位相ずれの２つの信号を組み合わせるいず
れの他のデバイスにより組み合わされる。
【００１４】本発明に従った光送信機及び光受信機は、
光リンク６６により結合される。光リンク６６は、光フ
ァイバ・ケーブル又は導波路ベースの光リンク、又は光
信号が自由空間に送信される光リンクであり得る。その
ような実施形態の双方は、本発明の範囲内と考えられ
る。光リンク６６はまた、大きなリンク損失を克服しか
つ光信号パワーが余りに低く降下するのを防止するため
リンクに沿って分配された追加の光増幅器を含むことも
できる。
光リンク６６により結合される。光リンク６６は、光フ
ァイバ・ケーブル又は導波路ベースの光リンク、又は光
信号が自由空間に送信される光リンクであり得る。その
ような実施形態の双方は、本発明の範囲内と考えられ
る。光リンク６６はまた、大きなリンク損失を克服しか
つ光信号パワーが余りに低く降下するのを防止するため
リンクに沿って分配された追加の光増幅器を含むことも
できる。
【００１５】本明細書において用いられるように、低い
バイアスは、図５を参照して、曲線７２上の点６８及び
７０により示されるような直角位相（ｑｕａｄｒａｔｕ
ｒｅ）バイアス点と、点７４により示される最小バイア
ス点との間の範囲にあると規程される。図示のように、
マッハ−ツェンダー変調器２０の伝達関数は、二乗余弦
関数である。換言すると、図５に見られるように、平均
値がゼロである余弦関数に似ず、平均値は変調器の消光
比に依存してほぼ０．５である。
バイアスは、図５を参照して、曲線７２上の点６８及び
７０により示されるような直角位相（ｑｕａｄｒａｔｕ
ｒｅ）バイアス点と、点７４により示される最小バイア
ス点との間の範囲にあると規程される。図示のように、
マッハ−ツェンダー変調器２０の伝達関数は、二乗余弦
関数である。換言すると、図５に見られるように、平均
値がゼロである余弦関数に似ず、平均値は変調器の消光
比に依存してほぼ０．５である。
【００１６】マッハ−ツェンダー変調器２０は、コヒー
レントの干渉の原理で動作する。前述のように、光入力
パワーは、２つのアーム又は導波路に等しく分割され
る。これらの２つのアームの相対的経路長は、変えられ
ることができる。それらの経路長が複数の光の波長によ
り等しい又は異なるとき、それらの波長は最大光伝送を
与える出力でコヒーレントに加わる。複数の光学的波長
にその半波長を加えたものによりそれらの経路長が異な
るとき、それらの経路長は、最小光伝送を与える出力で
コヒーレントに相殺する。間の中の点において、信号は
部分的に相殺する。
レントの干渉の原理で動作する。前述のように、光入力
パワーは、２つのアーム又は導波路に等しく分割され
る。これらの２つのアームの相対的経路長は、変えられ
ることができる。それらの経路長が複数の光の波長によ
り等しい又は異なるとき、それらの波長は最大光伝送を
与える出力でコヒーレントに加わる。複数の光学的波長
にその半波長を加えたものによりそれらの経路長が異な
るとき、それらの経路長は、最小光伝送を与える出力で
コヒーレントに相殺する。間の中の点において、信号は
部分的に相殺する。
【００１７】光経路長差は、物理的経路長と、バイアス
電圧及びＲＦ信号電圧のような印加される電圧に起因す
る実効的経路長変化との組合わせにより決定され、上記
印加される電圧は変調器の２つのアームの相対的屈折率
を変える。大まかな固定の光経路長の差に対して、低バ
イアスする程度は、レーザの波長分離を増大し又は低減
することにより連続的に調整されることができる。
電圧及びＲＦ信号電圧のような印加される電圧に起因す
る実効的経路長変化との組合わせにより決定され、上記
印加される電圧は変調器の２つのアームの相対的屈折率
を変える。大まかな固定の光経路長の差に対して、低バ
イアスする程度は、レーザの波長分離を増大し又は低減
することにより連続的に調整されることができる。
【００１８】本発明に従って２つの波長で動作されるマ
ッハ−ツェンダー変調器に対する伝達関数が、図６の
（Ａ）に図示されている。図示のように、２つの波長
は、実線で示されるような１５４６．１ｎｍと、点線で
示されるような１５５４．１ｎｍである。図６の（Ａ）
に示されるように、波長の差は、波長λ1、λ2の各々に
関連した余弦伝達関数の僅かな位相分離を与える。低い
バイアス点での比較的劣った線形性を補償するため、本
発明に従ったシステムは、点７４により示されるバイア
ス点で動作される。点７４は、双方の波長λ1、λ2がほ
ぼ等しい入力パワーであるがしかし反対の勾配を有する
点である。図示のように、所望のバイアス点７４で、１
波長に対する伝達関数の勾配は正であるが、一方他の波
長での勾配は図６の（Ｂ）に示されるように負である。
ッハ−ツェンダー変調器に対する伝達関数が、図６の
（Ａ）に図示されている。図示のように、２つの波長
は、実線で示されるような１５４６．１ｎｍと、点線で
示されるような１５５４．１ｎｍである。図６の（Ａ）
に示されるように、波長の差は、波長λ1、λ2の各々に
関連した余弦伝達関数の僅かな位相分離を与える。低い
バイアス点での比較的劣った線形性を補償するため、本
発明に従ったシステムは、点７４により示されるバイア
ス点で動作される。点７４は、双方の波長λ1、λ2がほ
ぼ等しい入力パワーであるがしかし反対の勾配を有する
点である。図示のように、所望のバイアス点７４で、１
波長に対する伝達関数の勾配は正であるが、一方他の波
長での勾配は図６の（Ｂ）に示されるように負である。
【００１９】図７は、二重波長低バイアス光リンクの利
点を示す。示されるように、小さい信号電圧（即ち、Ｒ
Ｆ入力信号）は、リンクの線形性が著しく低下しない前
にマッハ−ツェンダー変調器の伝達関数を最小バイアス
点を大きく過ぎるように振り動かすことができる。偶数
次の歪みの相殺程度は、２つの波長の光学的パワーの相
対的整合度と、送信機の結合型平衡化された検出器に対
するそれらの損失との関数である。２つの波長が僅かに
異なるスイッチング電圧を有するので、ゼロの偶数次歪
みに対する最適なレーザ・パワー比は、図９に示される
ように正確に１（０ｄＢ）でない。しかしながら、０ｄ
Ｂからの較正不整合は、通常較正精度より小さい。
点を示す。示されるように、小さい信号電圧（即ち、Ｒ
Ｆ入力信号）は、リンクの線形性が著しく低下しない前
にマッハ−ツェンダー変調器の伝達関数を最小バイアス
点を大きく過ぎるように振り動かすことができる。偶数
次の歪みの相殺程度は、２つの波長の光学的パワーの相
対的整合度と、送信機の結合型平衡化された検出器に対
するそれらの損失との関数である。２つの波長が僅かに
異なるスイッチング電圧を有するので、ゼロの偶数次歪
みに対する最適なレーザ・パワー比は、図９に示される
ように正確に１（０ｄＢ）でない。しかしながら、０ｄ
Ｂからの較正不整合は、通常較正精度より小さい。
【００２０】図８及び図９は、単一波長マッハ−ツェン
ダー変調器ベースの光リンクと二重波長マッハ−ツェン
ダー変調器ベースの光リンクとの比較を示す。特に、図
８は、単一波長リンク性能を低バイアスの程度の関数と
して示す。ｘ軸は、低バイアスに起因する変調器の光挿
入（透過）損失に関して表されている。図示のように、
単一の波長の場合ですら、バイアスを低くすればするほ
ど、感度及び第３次ＳＦＤＲは良くなる（但し、変調器
の光挿入損失がリンク感度を低下させないように、十分
なレーザ・パワーを想定する）。しかしながら、第２次
ＳＦＤＲは、バイアスが直角位相より下に降下する（３
ｄＢ透過損失）につれ急速に低下する。図９に示される
ように、０．７５ｄＢより小さいレーザ・パワー不整合
を有する本発明に従った二重波長低バイアス型リンク
は、直角位相バイアスを維持するための受動バイアス制
御を有する通常の市販の直角位相バイアス型リンクより
第２次ＳＦＤＲが良い。
ダー変調器ベースの光リンクと二重波長マッハ−ツェン
ダー変調器ベースの光リンクとの比較を示す。特に、図
８は、単一波長リンク性能を低バイアスの程度の関数と
して示す。ｘ軸は、低バイアスに起因する変調器の光挿
入（透過）損失に関して表されている。図示のように、
単一の波長の場合ですら、バイアスを低くすればするほ
ど、感度及び第３次ＳＦＤＲは良くなる（但し、変調器
の光挿入損失がリンク感度を低下させないように、十分
なレーザ・パワーを想定する）。しかしながら、第２次
ＳＦＤＲは、バイアスが直角位相より下に降下する（３
ｄＢ透過損失）につれ急速に低下する。図９に示される
ように、０．７５ｄＢより小さいレーザ・パワー不整合
を有する本発明に従った二重波長低バイアス型リンク
は、直角位相バイアスを維持するための受動バイアス制
御を有する通常の市販の直角位相バイアス型リンクより
第２次ＳＦＤＲが良い。
【００２１】逆の勾配を有する２つのバイアス点を選定
することにより、本発明に従ったマッハ−ツェンダー変
調器の出力は、各波長に対して等しいが符号が逆の変調
深さを有する。受信機は、２つの波長をＷＤＭ ５８
（図４）により分離する。符号が反対であるため、合計
接続部６４は、２つの波長の利得が反対の符号を有する
ので基本信号をコヒーレントに合計し、そして２つの波
長が同じ振幅であるが異なる符号を有するので偶数次の
歪みを相殺する。従って、光検出器６０及び６２、及び
合計接続部６４は、本質的に光学的長さを線形化する平
衡化された光検出器を形成する。
することにより、本発明に従ったマッハ−ツェンダー変
調器の出力は、各波長に対して等しいが符号が逆の変調
深さを有する。受信機は、２つの波長をＷＤＭ ５８
（図４）により分離する。符号が反対であるため、合計
接続部６４は、２つの波長の利得が反対の符号を有する
ので基本信号をコヒーレントに合計し、そして２つの波
長が同じ振幅であるが異なる符号を有するので偶数次の
歪みを相殺する。従って、光検出器６０及び６２、及び
合計接続部６４は、本質的に光学的長さを線形化する平
衡化された光検出器を形成する。
【００２２】本発明に従ったバイアス制御回路５０は、
復調器５６の低周波数コピー（ｃｏｐｙ）であり、従っ
てＷＤＭ（図示せず）、１対の光検出器、及び合計接続
部（図示せず）を含む。バイアス制御回路５０は、既知
のデバイスと比較して比較的単純であり、ディザー（ｄ
ｉｔｈｅｒ）することを必要としない。特に、バイアス
制御回路５０は、マッハ−ツェンダー変調器の出力に結
合される。ＤＣバイアス電圧は、差動光電流をゼロにす
るため調整される。レーザ源からバイアス制御の光検出
器出力までの光学的損失は、レーザ４２及び４４がそれ
ら自身の出力パワーを制御するだけでなければならない
ように較正される。光増幅器の光学的利得変動は、差動
ＤＣ光電流をゼロにするよう相対的な光電流を調整する
復調器５６において自動的に補償される。
復調器５６の低周波数コピー（ｃｏｐｙ）であり、従っ
てＷＤＭ（図示せず）、１対の光検出器、及び合計接続
部（図示せず）を含む。バイアス制御回路５０は、既知
のデバイスと比較して比較的単純であり、ディザー（ｄ
ｉｔｈｅｒ）することを必要としない。特に、バイアス
制御回路５０は、マッハ−ツェンダー変調器の出力に結
合される。ＤＣバイアス電圧は、差動光電流をゼロにす
るため調整される。レーザ源からバイアス制御の光検出
器出力までの光学的損失は、レーザ４２及び４４がそれ
ら自身の出力パワーを制御するだけでなければならない
ように較正される。光増幅器の光学的利得変動は、差動
ＤＣ光電流をゼロにするよう相対的な光電流を調整する
復調器５６において自動的に補償される。
【００２３】更により良い偶数次の線形性を要求する非
常に高性能のリンクに対しては、低周波数ディザー（例
えば、図示されてない小さい１ｋＨｚトーン（ｔｏｎ
ｅ））をマッハ−ツェンダー変調器バイアス電圧の中に
導入することにより能動のバイアス制御を用いることが
できる。この実施形態において、受信機は、ロックイン
増幅器を用いてＤＣ光電流の代わりにディザーの第２次
高調波をゼロにするため、合計接続部６４の中への相対
的光電流を調整する。光電流は、各光検出器６０、６２
の前の可調整の光減衰器により、又は合計接続部６４の
前の可調整の電流分割器により調整されることができ
る。受信機はまた、第２次高調波をゼロにするための基
準位相を形成するためディザー基本波を検出しなければ
ならない。この構成は、ゼロ化回路が受信機にあり送信
機にないことを除いて直角位相バイアス制御に似てい
る。ディザーは、２つの波長のパワーが送信機において
十分整合されていないときでさえ、受信機が偶数次歪み
をより正確に相殺するのを可能にする。
常に高性能のリンクに対しては、低周波数ディザー（例
えば、図示されてない小さい１ｋＨｚトーン（ｔｏｎ
ｅ））をマッハ−ツェンダー変調器バイアス電圧の中に
導入することにより能動のバイアス制御を用いることが
できる。この実施形態において、受信機は、ロックイン
増幅器を用いてＤＣ光電流の代わりにディザーの第２次
高調波をゼロにするため、合計接続部６４の中への相対
的光電流を調整する。光電流は、各光検出器６０、６２
の前の可調整の光減衰器により、又は合計接続部６４の
前の可調整の電流分割器により調整されることができ
る。受信機はまた、第２次高調波をゼロにするための基
準位相を形成するためディザー基本波を検出しなければ
ならない。この構成は、ゼロ化回路が受信機にあり送信
機にないことを除いて直角位相バイアス制御に似てい
る。ディザーは、２つの波長のパワーが送信機において
十分整合されていないときでさえ、受信機が偶数次歪み
をより正確に相殺するのを可能にする。
【００２４】本発明の多くの修正及び変形が上記の教示
に照らして可能であることは明らかである。例えば、本
発明の原理はまた、複数のアクティブな動作が要求され
ないとき単一波長の強度変調されたリンクに低バイアス
制御の手段として適用され得る。第２の波長は、送信機
における送信光増幅器５２の前で単純にフィルタリング
され除かれる。このケースにおいては、受信機は、任意
の光前置増幅器を有する単一の光検出器である。単一波
長リンクは、相変わらず、低バイアスと関連した感度及
び第３次ＳＦＤＲの改善を有する。低バイアス型リンク
は、バイアス・ドリフトに対して非常に敏感であり、こ
れが能動バイアス制御を必要とする。これらの２つの波
長を用いない低バイアス制御のアプローチは、安定化す
るのが難しい。直角位相かつ最小バイアス点のみが、単
一の波長及び単一のディザーを用いて容易に安定化され
る。従って、頭書の特許請求の範囲の範囲内で、本発明
は、特に前述のようにとは別に実行され得ることを理解
すべきである。
に照らして可能であることは明らかである。例えば、本
発明の原理はまた、複数のアクティブな動作が要求され
ないとき単一波長の強度変調されたリンクに低バイアス
制御の手段として適用され得る。第２の波長は、送信機
における送信光増幅器５２の前で単純にフィルタリング
され除かれる。このケースにおいては、受信機は、任意
の光前置増幅器を有する単一の光検出器である。単一波
長リンクは、相変わらず、低バイアスと関連した感度及
び第３次ＳＦＤＲの改善を有する。低バイアス型リンク
は、バイアス・ドリフトに対して非常に敏感であり、こ
れが能動バイアス制御を必要とする。これらの２つの波
長を用いない低バイアス制御のアプローチは、安定化す
るのが難しい。直角位相かつ最小バイアス点のみが、単
一の波長及び単一のディザーを用いて容易に安定化され
る。従って、頭書の特許請求の範囲の範囲内で、本発明
は、特に前述のようにとは別に実行され得ることを理解
すべきである。
【図１】図１は、既知のマッハ−ツェンダー変調器のブ
ロック図である。
ロック図である。
【図２】図２は、図１に図示されている単一のレーザを
有するマッハ−ツェンダー変調器を利用する既知のアナ
ログ光システムのブロック図である。
有するマッハ−ツェンダー変調器を利用する既知のアナ
ログ光システムのブロック図である。
【図３】図３は、既知の相補的出力マッハ−ツェンダー
変調器及び平衡化された検出器を含む別の既知のアナロ
グ光システムのブロック図である。
変調器及び平衡化された検出器を含む別の既知のアナロ
グ光システムのブロック図である。
【図４】図４は、本発明に従ったアナログ光リンクのブ
ロック図である。
ロック図である。
【図５】図５は、マッハ−ツェンダー変調器の伝達関数
をバイアス電圧の関数として示すグラフである。
をバイアス電圧の関数として示すグラフである。
【図６】図６の（Ａ）は本発明に従ったマッハ−ツェン
ダー変調器の伝達関数を波長における光学的経路長差の
関数として示すグラフであり、図６の（Ｂ）は図６の
（Ａ）に示された伝達関数の一部分の拡大図であって、
本発明に従ったマッハ−ツェンダー変調器の所望のバイ
アス点を示す図である。
ダー変調器の伝達関数を波長における光学的経路長差の
関数として示すグラフであり、図６の（Ｂ）は図６の
（Ａ）に示された伝達関数の一部分の拡大図であって、
本発明に従ったマッハ−ツェンダー変調器の所望のバイ
アス点を示す図である。
【図７】図７は、本発明に従ったマッハ−ツェンダー変
調器の相対的差分伝達を事前バイアス、バイアス電圧及
びＲＦ電圧信号に起因する光経路長差の関数として示す
グラフである。
調器の相対的差分伝達を事前バイアス、バイアス電圧及
びＲＦ電圧信号に起因する光経路長差の関数として示す
グラフである。
【図８】図８は、第３次２トーン（ｔｗｏ−ｔｏｎｅ）
・スパー・フリー動的範囲（ＳＦＤＲ）を本発明に従っ
たマッハ−ツェンダー変調器のバイアスされた伝送損失
の関数として示すグラフである。
・スパー・フリー動的範囲（ＳＦＤＲ）を本発明に従っ
たマッハ−ツェンダー変調器のバイアスされた伝送損失
の関数として示すグラフである。
【図９】図９は、第２次２トーンＳＦＤＲをレーザ・パ
ワー不整合の関数として示すグラフである。
ワー不整合の関数として示すグラフである。
２０ マッハ−ツェンダー変調器２０ ４２、４４ レーザ ４６、５８ 波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ） ５０ バイアス制御回路 ５２、５４ 光増幅器 ５６ 復調器 ６０、６２ 光検出器 ６４ 合計接続部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｊ 14/00 14/02 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/035 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (12)
- 【請求項１】 ＲＦ入力ポート、バイアス電圧入力ポー
ト、光搬送波入力ポート及び光出力ポートを有するマッ
ハ−ツェンダー光変調器と、 ２つの入力ポート及び出力ポートを有し、前記出力ポー
トは前記マッハ−ツェンダー光変調器の前記光搬送波入
力ポートに結合されている、波長分割マルチプレクサ
（ＷＤＭ）と、 前記ＷＤＭの前記入力ポートに結合された、異なる波長
を有する２つの光搬送波源とを備える光送信機。 - 【請求項２】 前記バイアス電圧入力ポートに結合され
たバイアス制御回路を更に含む請求項１記載の光送信
機。 - 【請求項３】 前記バイアス制御回路は、１対の光検出
器及び波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）を含む請求項
２記載の光送信機。 - 【請求項４】 前記ＷＤＭ及び前記１対の光検出器は、
前記マッハ−ツェンダー変調器の前記光出力ポートに結
合されている請求項３記載の光送信機。 - 【請求項５】 前記マッハ−ツェンダー変調器の前記出
力ポートに結合された光増幅器を更に含む請求項１記載
の光送信機。 - 【請求項６】 複数の波長を有する単一の光リンクから
光信号を受け取りかつ当該複数の波長をその出力ポート
で分離する波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）と、 各光検出器が異なる波長信号を有する前記ＷＤＭの出力
ポートに結合されるように前記ＷＤＭの前記出力ポート
に結合された複数の光検出器と、 前記複数の光検出器からの出力を合計する合計接続部と
を備えるアナログ復調器。 - 【請求項７】 複数の波長を有する光搬送波信号上へＲ
Ｆ入力信号を変調しかつＲＦ変調された光信号を形成す
る光変調器を含む光送信機と、 前記ＲＦ変調された光信号を復調しかつＲＦ出力信号を
与える光受信機と、 前記光送信機と前記光受信機とを接続する光リンクとを
備える光システム。 - 【請求項８】 前記光変調器は、ＲＦ入力ポート、バイ
アス電圧入力ポート、光搬送波入力ポート及び光出力ポ
ートを有するマッハ−ツェンダー変調器である請求項７
記載の光システム。 - 【請求項９】 前記光送信機は、波長分割マルチプレク
サ（ＷＤＭ）を含み、 複数の波長を有する前記光搬送波信号は、当該光搬送波
信号を前記マッハ−ツェンダー変調器の前記光搬送波入
力ポートに与えるため異なる波長を有する複数の搬送波
信号から形成され、 前記光送信機はまた、前記ＷＤＭに印加される異なる波
長の複数の搬送波信号源を含む請求項８記載の光システ
ム。 - 【請求項１０】 ＲＦ入力ポート、バイアス電圧入力ポ
ート、光搬送波入力ポート及び光搬送波出力ポートを有
するマッハ−ツェンダー光変調器と、 異なる波長を有する２つの光源を与える手段とを備える
光送信機。 - 【請求項１１】 前記与える手段は、異なる波長を有す
る２つの光搬送波を生成する単一のレーザを含む請求項
１０記載の光送信機。 - 【請求項１２】 前記与える手段は、波長分割マルチプ
レクサ及び２つの光搬送波源を含む請求項１０記載の光
送信機。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/322,283 US7079780B1 (en) | 1999-05-28 | 1999-05-28 | Linearized optical link using a single Mach-Zehnder modulator and two optical carriers |
| US09/322283 | 1999-05-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000356759A JP2000356759A (ja) | 2000-12-26 |
| JP3337458B2 true JP3337458B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=23254196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000152370A Expired - Fee Related JP3337458B2 (ja) | 1999-05-28 | 2000-05-24 | 単一のマッハ−ツェンダー変調器及び２つの光搬送波を用いた線形型光リンク |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7079780B1 (ja) |
| EP (1) | EP1056228A3 (ja) |
| JP (1) | JP3337458B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102624460A (zh) * | 2012-01-16 | 2012-08-01 | 北京大学 | 一种光纤线性传输调制器及其三阶交调抑制方法 |
Families Citing this family (40)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7035543B1 (en) | 2001-05-10 | 2006-04-25 | Fujitsu Limited | Method and system for demultiplexing non-intensity modulated wavelength division multiplexed (WDM) signals |
| US6941078B1 (en) | 2001-05-10 | 2005-09-06 | Fujitsu Limited | Method and system for communicating a clock signal over an optical link |
| US7200344B1 (en) * | 2001-05-10 | 2007-04-03 | Fujitsu Limited | Receiver and method for a multichannel optical communication system |
| WO2003007444A1 (en) * | 2001-07-12 | 2003-01-23 | Textron Systems Corporation | Semiconductor zigzag laser and optical amplifier |
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