JP3398929B2 - 光変調器のバイアス制御回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信などに使用
される光干渉計型光変調器のバイアス制御回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光干渉計型光変調器、例えばニオブ酸リ
チウム（ＬＮ）基板上に形成されたマッハ・ツェンダ型
（ＭＺ）光変調器（以下、ＬＮ−ＭＺ光変調器という）
は、高速光通信用の外部光変調器としてしばしば用いら
れる。光干渉計型光変調器は、入力光を２つのパスに均
等に分岐し、電気信号の入力端に入力された信号の大き
さに応じて２つのパスの光路長差を変化させることで光
透過率を変化させ、２つのパスを通過した光を合波して
出力するという基本構成となっている。

【０００３】２つのパスの光路長差が０ならば、素子の
不完全性による過剰損失は除いて光透過率は１００％、
光路長差が入力光の波長（λ）の半分の長さであれば、
光透過率は０％となる。このような特徴は、光路長差が
入力光の波長の整数倍および整数倍＋半波長でも同様に
起こる。すなわち、２つのパスの光路長差と光透過率の
関係は、図４に示すように周期的な特性をもつ。言い換
えれば、ＬＮ−ＭＺ光変調器のような光干渉計型光変調
器は、入力される電気信号の大きさ変化に対して、出力
光の強度が周期的に変化する周期的入出力特性を有す
る。

【０００４】このような光干渉計型光変調器を光通信に
使用する場合、一般的にはある光透過率の点にバイアス
をかけ、そのバイアス点を中心に送信すべきデータ信号
などによる変調を施すことが行われる。例えば、図４の
入出力特性の傾きが最も急峻なλ/４（光透過率５０
％）の点をバイアス点とし、この点を中心に変調を施す
などである。

【０００５】ところが、光干渉計型光変調器の電気信号
入力端にバイアス信号、すなわち直流の信号を印加し、
その印加信号の大きさを一定に保ったとしても、２つの
パスの光路長差は使用中に様々な要因によって変動し、
印加信号の大きさに対して常に固定の光路長差が得られ
ないことがある。例えば、ＬＮ−ＭＺ光変調器では電荷
の移動によるＤＣドリフトと呼ばれる現象によって、印
加信号の大きさに対する光透過率の変化特性は時々刻々
と変化する。

【０００６】このような光干渉計型光変調器、例えばＬ
Ｎ−ＭＺ光変調器では、一定の直流電圧をバイアス信号
として印加するだけではバイアス点を安定に保つことが
難しく、光透過率をあるバイアス点に固定するための制
御が必要となる。このバイアス制御には、一般にフィー
ドバック制御が用いられる。具体的には、ＬＮ−ＭＺ光
変調器からの光出力の一部を分岐させて光電変換器でそ
の光強度を検出することにより、ＬＮ−ＭＺ光変調器の
実際のバイアス値（バイアス点での光透過率）をモニタ
し、目標値に対するモニタ値の誤差が最小となるよう
に、ＬＮ−ＭＺ光変調器の電気信号入力端に印加するバ
イアス信号（直流電圧）を制御する。

【０００７】このような制御を行うバイアス制御回路は
電子回路で構成され、外部から電源供給を受けて動作す
る。電源は、一般にその投入直後から安定に動作するも
のではなく、電源投入後の過渡応答により数ｍｓ〜数１
０ｍｓ程度の時間経過して安定化し、規定の電源電圧を
出力するようになる。電源が安定化して規定の電源電圧
を出力できるようになるまでの期間は、バイアス制御回
路の動作状態は不安定に変動する。

【０００８】簡単で安価に構成できるオペアンプ回路を
主体として構成されたバイアス制御回路を用いて、バイ
アス値を目標値に到達するようにフィードバック制御す
る場合を考える。制御対象の入出力特性が単調減少や単
調増加であるならば、電源投入時の制御対象の動作が少
々不安定で、バイアス値の制御開始点が予想外の値にな
っていても、最終的にはバイアス値を目標値に到達させ
ることが可能である。ところが、図４に示したような周
期的入出力特性を持つＬＮ−ＭＺ光変調器が制御対象の
場合は、制御開始点によってはバイアス値を目標値に到
達させることができない場合がある。

【０００９】この問題点について、図５を用いて説明す
る。図５において、横軸はＬＮ−ＭＺ光変調器の電気信
号入力端への印加電圧、縦軸は光透過率である。バイア
ス値の目標値（目標の光透過率に相当するバイアス値）
がＡ点であったとすると、バイアス値の制御開始点（バ
イアス電圧の初期値）がＡ点を中心とするＣ点からＢ点
までの間（引き込み範囲内）にあれば、最終的にはバイ
アス電圧は矢印の方向に沿ってＡ点に到達することがで
きる。これに対し、制御開始点が引き込み範囲外にある
とき、つまりＣ点より小さいかＢ点より大きい場合に
は、バイアス電圧はＡ点の方に向かわず、Ａ点から１周
期ずれた点に向かってしまう。

【００１０】このような場合、バイアス電圧が目標値か
ら１周期ずれた点まで到達することが可能であれば、そ
の点で目標値であるＡ点と同じ光透過率が得られるた
め、光変調器の動作としては問題ないが、バイアス制御
回路が出力可能なバイアス電圧の最大値または最小値は
バイアス制御回路の電源電圧によって制限されているた
め、Ａ点から１周期分ずれたバイアス電圧を発生するこ
とができない可能性がある。従って、バイアス制御回路
の電源電圧が安定するまでの不安定な動作によって、制
御開始点が引き込み範囲外になった場合、バイアス値は
目標値に達することができず、その手前で止まってしま
う。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の技術に基づいて周期的入出力特性を持つ光干渉計光変
調器のバイアス制御回路を構成した場合には、バイアス
制御回路の電源投入時の動作不安定によって、バイアス
値を目標値に到達させることができないという問題点が
あった。

【００１２】本発明は、比較的安価なアナログ回路を主
体とした構成で、電源投入時の不安定な状況下でも周期
的入出力特性を持つ光変調器のバイアス値を目標値に対
して確実に到達させることを可能としたバイアス制御回
路を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明は入力される電気信号の大きさの変化に対し
て出力光の強度が周期的に変化する周期的入出力特性を
有する光変調器のバイアス値をフィードバックループを
用いて制御するバイアス制御回路において、フィードバ
ックループを開閉するループ開閉スイッチと、このルー
プ開閉スイッチをバイアス制御回路の電源が投入された
直後はループ開状態とし、電源が安定した後にループ閉
状態とするスイッチ制御手段と、フィードバックループ
内に設けられ、バイアス値を制御するためのバイアス信
号を発生するバイアス信号発生手段とを有する。そし
て、バイアス信号発生手段はループ開閉スイッチがルー
プ閉状態となった直後のバイアス信号の値がバイアス信
号の最小値より光変調器の周期的入出力特性の半周期に
相当する値以上大きく、かつバイアス信号の最大値より
半周期に相当する値以上小さいバイアス信号を発生する
ことを特徴とする。

【００１４】このように構成されたバイアス制御回路で
は、電源が投入された直後は光変調器のバイアス値を制
御するためのフィードバックループが開状態となってい
るため、フィードバック制御は行われない。そして、電
源投入から例えば一定時間が経過し、電源が安定した時
点でフィードバックループが閉状態となって、フィード
バック制御が開始される。

【００１５】ここで、フィードバックループが閉状態と
なった直後のバイアス信号の値（制御開始点）が常に引
き込み範囲内に入っていることを保証するために、本発
明では制御開始点をバイアス信号の最大値より光変調器
の周期的入出力特性の半周期に相当する値より小さく、
かつバイアス信号の最小値より半周期に相当する値より
大きく設定する。このようにすると、制御開始点とバイ
アス信号の最大値及び最小値との間に、光変調器の周期
的特性の半周期分の区間がそれぞれ確保され、いずれか
の区間に必ずバイアス値の目標値が存在することになる
ので、バイアス信号は制御開始点から確実に目標値に到
達することができ、電源投入時の誤動作が防止されるこ
とになる。

【００１６】一つの態様によると、バイアス信号発生手
段は、光変調器のバイアス値をモニタしてモニタ値を得
るモニタ手段と、バイアス値の目標値に対するモニタ値
の誤差に対応した誤差信号を出力する誤差検出器と、こ
の誤差信号がループ開閉スイッチを介して入力される第
１の低域通過フィルタとを有する。第１の低域通過フィ
ルタは、バイアス制御の時定数を決定するループフィル
タを形成しており、このフィルタによってバイアス信号
は制御開始点からバイアス値の目標値に向かって徐々に
制御される。さらに、バイアス信号発生手段において
は、ループ開閉スイッチより後段、例えば最終段にオフ
セット回路が配置され、このオフセット回路によりルー
プ開閉スイッチがループ閉状態となった直後のバイアス
信号の値、つまり制御開始点が規定される。

【００１７】一方、スイッチ制御手段は、バイアス制御
回路の電源の電圧またはこれを分圧した電圧を、電源が
投入された後、電源が安定するまでの時間より長い時定
数を有する第２の低域通過フィルタに入力し、この第２
の低域通過フィルタの出力によってループ開閉スイッチ
を制御するように構成される。

【００１８】このように本発明のバイアス制御回路で
は、周期的入出力特性を有し、またその入出力特性が時
間的に変動するような光干渉計型光変調器のバイアス値
を電源投入時の不安定な動作による誤動作を起こすこと
なく、確実に目標値に到達させることが可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。 （システム構成）図１は、本発明の一実施形態に係るシ
ステム全体の構成を示すブロック図である。本実施形態
では、光干渉計型光変調器の一つであるＬＮ−ＭＺ光変
調器のバイアスを制御するバイアス制御回路について述
べる。

【００２０】ＬＮ−ＭＺ光変調器１は、前述した通りニ
オブ酸リチウム（ＬＮ）基板上に形成されたマッハ・ツ
ェンダ型（ＭＺ）光変調器である。このＬＮ−ＭＺ光変
調器１は光入出射端及び電気信号入力端を有し、光入射
端には入力光ファイバ２を介して入力光が入射する。Ｌ
Ｎ−ＭＺ光変調器１の光出射端からの出力光は、光ファ
イバ３を経て光分岐器４により分岐され、一方は出力光
ファイバ５へ導かれる。光分岐器４としては、光カップ
ラやビームスプリッタなどを使用できる。

【００２１】信号入力端子６には例えば送信すべきデー
タ信号が入力され、バイアスＴ７によってバイアス制御
回路９からのバイアス信号が重畳された後、ＬＮ−ＭＺ
光変調器１の電気信号入力端に供給される。このバイア
ス制御回路９によって、ＬＮ−ＭＺ光変調器１のバイア
ス値がフィードバック制御される。このバイアス制御回
路９には、ＬＮ−ＭＺ光変調器１の光出射端から出射さ
れ、光分岐器４によって分岐された光８がＬＮ−ＭＺ光
変調器１からの出力光の強度のモニタ光としてバイアス
制御回路９に入力される。

【００２２】（バイアス制御回路について）次に、バイ
アス制御回路９について詳細に説明する。バイアス制御
回路９は、光電変換器１０、誤差検出器１１、ループ開
閉スイッチ１３、スイッチ制御回路１４、低域通過フィ
ルタ１５及びオフセット回路１６から構成され、フィー
ドバックループを形成している。図１に示したバイアス
制御回路９の構成は、本発明の要旨に関連する部分のみ
を抽出して示しており、実際に回路を構成するときに必
要となるループ利得を与える増幅器や、バイアス値の目
標値を適切に調節するための回路等は図示を省略してい
る。バイアス制御回路９は、電源１８から電源供給を受
けて動作する。光電変換器１０はモニタ光８を電気信号
に変換してＬＮ−ＭＺ光変調器１からの出力光の強度を
検出するが、ＬＮ−ＭＺ光変調器１の出力光強度は光変
調器１の光透過率に依存しており、光透過率はバイアス
値によって変化するから、光電変換器１０はバイアス値
のモニタ値を出力していることになる。

【００２３】誤差検出器１１では、光電変換器１０から
のＬＮ−ＭＺ光変調器１のバイアス値のモニタ値と、目
標値入力端子１２より入力されるバイアス値の目標値が
比較される。目標値の生成法は機器の設計によって異な
り、例えばバイアス制御回路９内に設けた定電圧発生回
路を用いて目標値を発生するか、あるいはバイアス制御
回路９の外部から目標値が与えられる。

【００２４】誤差検出器１１では、目標値とモニタ値と
の比較により目標値に対するモニタ値の誤差が検出さ
れ、誤差信号が出力される。光電変換器１０の出力は信
号入力端子６から入力されたデータ信号によって高速変
調されているため、誤差検出器１１で目標値と比較され
るときには、その平均値がモニタ値として用いられる。
平均化は光電変換されてから比較が行われるまでのいず
れかでなされればよく、具体的には誤差検出器１１内部
に平均化のための低域通過フィルタが設けられていても
よいし、光電変換器１０が十分低速な応答のみ示すよう
に構成されていてもよいし、あるいは、光電変換器１０
から誤差検出器１１までの間のいずれかの位置に低域通
過フィルタのような平均化回路が挿入されていてもよ
い。

【００２５】誤差検出器１１から出力される誤差信号
は、ループ開閉スイッチ１３の一端側に入力される。こ
のループ開閉スイッチ１３は、バイアス制御回路９によ
って形成されるフィードバックループを開閉するための
スイッチであり、スイッチ制御回路１４によってオン・
オフ制御される。スイッチ制御回路１４の詳細について
は、後述する。ループ開閉スイッチ１３の他端側から出
力される信号は、ループフィルタである低域通過フィル
タ１５に入力され、低域通過フィルタ１５の周波数特性
で決定される低域成分のみが抽出されて出力される。こ
の低域通過フィルタ１５の出力信号はオフセット回路１
６により所定の直流レベルが加算されてバイアス信号と
なり、バイアス信号出力端子１７より出力される。この
バイアス信号はバイアスＴ７を経由して、ＬＮ−ＭＺ型
光変調器１の電気信号入力端に印加される。

【００２６】（バイアス制御回路の動作について）次
に、本実施形態に係るバイアス制御回路９の動作を説明
する。バイアス制御回路９は電源１８から電源供給を受
けて動作し、バイアス信号を発生する。ループ開閉スイ
ッチ１３はスイッチ制御回路１４によって制御され、電
源１８の投入直後はオフ、すなわちフィードバックルー
プを開（オープン）状態とする。このループ開状態で
は、誤差検出器１１の出力は低域通過フィルタ１５に伝
達されない。

【００２７】このループ開状態でのバイアス信号の電
圧、すなわちバイアス制御回路９の出力電圧は、フィー
ドバックループがループ閉状態となるときのバイアス信
号の制御開始点であり、低域通過フィルタ１５の無入力
時の出力電圧とオフセット回路１６で決定される電圧の
和である。図１のバイアス制御回路９では、機能毎に分
けたブロック構成を示しており、低域通過フィルタ１５
の出力電圧は無入力ではほぼ０であり、ループ開状態で
のバイアス制御回路９の出力電圧は、オフセット回路１
６のみで与えられるものとする。もちろん、実際の回路
の構成上、低域通過フィルタ１５とオフセット回路１６
を１つのオペアンプを用いて構成することも可能であ
る。

【００２８】バイアス制御回路９の出力電圧は、バイア
スＴ７を介してＬＮ−ＭＺ光変調器１の電気信号入力端
にバイアス信号として印加される。ＬＮ−ＭＺ光変調器
１では、図２に示した入出力特性（ＬＮ−ＭＺ光変調器
１の電気信号入力端への印加電圧と光透過率の関係）に
従って、印加されるバイアス信号の電圧（バイアス値）
に対応する光透過率で光を透過する。ＬＮ−ＭＺ光変調
器１からの出力光は光電変換器１０で電気信号に変換さ
れ、この電気信号の平均値がバイアス値のモニタ値とし
て誤差検出器１１で目標値と比較される。誤差検出器１
１からは前述したように目標値に対するモニタ値の誤差
を示す誤差信号が出力されるが、フィードバックループ
がループ開の状態では、モニタ値を目標値に近づけるフ
ィードバック制御が行われていないため、比較的大きな
誤差信号が出力される。

【００２９】次に、電源１８の投入後一定時間経過して
電源１８の電圧が安定した後、スイッチ制御回路１４は
ループ開閉スイッチ１３をオンにして、フィードバック
ループを閉（クローズ）状態とする。このループ閉状態
になると、誤差検出器１１から出力されている大きな誤
差信号が一気に低域通過フィルタ１５に入力される。低
域通過フィルタ１５は、その特性で決まる時定数によっ
て大きな誤差信号を徐々に通過させていく。

【００３０】このようにループ開閉スイッチ１３がオン
となって、フィードバックループが閉の状態となった直
後から、バイアス制御回路９から出力されるバイアス信
号の電圧が変化し始めるが、誤差信号が低域通過フィル
タ１５を通過しているため、バイアス信号の電圧はオフ
セット回路１６で決定される制御開始点から徐々に変化
していく。このようにして、バイアス信号のフィードバ
ック制御は所望の制御開始点から始められることにな
る。

【００３１】（バイアス制御回路の制御開始点につい
て）バイアス制御回路９は、ループ開閉スイッチ１３が
ループ閉状態となった瞬間にバイアス信号の電圧制御、
つまりバイアス値の制御を始めるが、ループ閉状態とな
った直後のバイアス制御回路９の出力電圧である制御開
始点は、目標値に収束できる範囲、つまり引き込み範囲
内にあることが要求される。しかし、従来の技術で述べ
たように制御対象であるＬＮ−ＭＺ光変調器１の入出力
特性は、ＤＣドリフトと呼ばれる現象によって図５に示
した入出力特性が横軸方向にシフトするので、制御開始
点をある横軸上の点に調整しても、その後もずっとそれ
が引き込み範囲内に入っている保証はない。

【００３２】これに対し、本発明ではバイアス制御回路
９によるバイアス信号の制御開始点を以下のように設定
することにより、ＬＮ−ＭＺ光変調器１の入出力特性が
変化しても常に制御開始点を引き込み範囲内に入るよう
にすることができる。以下、図２を用いて制御開始点の
設定法について述べる。

【００３３】図２において、Ｖｍａｘ，Ｖｍｉｎはバイ
アス制御回路９の出力電圧の最大値と最小値であり、主
として電源１８の出力電圧（電源電圧）等で決まる。一
方、ＬＮ−ＭＺ光変調器１の周期的入出力特性の半周期
に相当する印加電圧の変化範囲をＶπとする。

【００３４】ここで、本発明ではバイアス制御回路９の
制御開始点Ｖｂ、つまりフィードバックループが閉状態
になった瞬間にバイアス制御回路９から出力されるバイ
アス信号の電圧の初期値を（Ｖｍｉｎ＋Ｖπ）＜Ｖｂ＜
（Ｖｍａｘ−Ｖπ）の範囲内に設定する。すなわち、制
御開始点Ｖｂをバイアス制御回路９の出力電圧の最小値
Ｖｍｉｎより周期的入出力特性の半周期に相当する値Ｖ
π以上大きく、かつバイアス制御回路９の出力電圧の最
大値Ｖｍａｘより半周期に相当する値Ｖπ以上小さく設
定する。

【００３５】この範囲内に制御開始点Ｖｂを設定する
と、Ｖｂとバイアス制御回路９の出力電圧の最大値Ｖｍ
ａｘ及び最小値Ｖｍｉｎとの間に、それぞれ半周期分ず
つのバイアス信号電圧の変化範囲Ｖπ１，Ｖπ２が確保
されているため、バイアス信号電圧の変化範囲のいずれ
かに必ずバイアス信号電圧（バイアス値）の収束点とな
る目標値が存在する。

【００３６】すなわち、フィードバックループがループ
閉状態となると、その瞬間の制御開始点Ｖｂに対応して
得られるバイアス値のモニタ値が目標値に対して大きい
か小さいかに応じて、つまり誤差検出器１１から出力さ
れる誤差信号の極性に応じて、バイアス値が制御される
のであるが、（Ｖπ１＋Ｖπ２）はＬＮ−ＭＺ光変調器
１の周期的入出力特性の１周期分であるため、これらＶ
π１，Ｖπ２を含めた制御範囲内のいずれかには必ず目
標値が存在する。図２の例では、これらの範囲Ｖπ１，
Ｖπ２内の両方に目標値が存在している。従って、フィ
ードバックループが閉の状態になった後、バイアス値は
必ず目標値に到達するように制御されることになり、電
源投入時の誤動作を防止することができる。

【００３７】（バイアス制御回路内の各ブロックの配置
順序について）本実施形態においては、制御開始点Ｖｂ
が上述した（Ｖｍｉｎ＋Ｖπ）＜Ｖｂ＜（Ｖｍａｘ−Ｖ
π）の範囲内に入るようにするために、誤差検出器１１
とループ開閉スイッチ１３及び低域通過フィルタ１５を
図１に示した通りの順序で配置することが重要である。
また、制御開始点Ｖｂを与えるオフセット回路１６を図
１及び図２に示したようにバイアス制御回路９の出力段
に配置するか、またはその近傍の位置、少なくともルー
プ開閉スイッチ１３よりも後段に設置することが必要で
ある。この理由は、以下の通りである。

【００３８】フィードバックループが開の状態では、誤
差検出器１１は一般に大きな誤差信号を出力している。
ここで、仮にループ開閉スイッチ１３が誤差検出器１１
より前段に設けられていると、フィードバックループが
開の状態でも誤差検出器１１の出力は制御対象であるＬ
Ｎ−ＭＺ光変調器１の電気信号入力端まで伝達されるこ
とになり、バイアス制御回路９は大きな誤差信号を増幅
した大きなバイアス信号を光変調器１に印加することに
なる。この結果、フィードバックループのループ利得が
十分に高い状況では、バイアス制御回路９で発生し得る
バイアス信号の最大値Ｖｍａｘまたは最小値Ｖｍｉｎの
電圧がＬＮ−ＭＺ変調器１に印加されてしまうので、制
御開始点Ｖｂがバイアス値制御範囲の最大値Ｖｍａｘま
たは最小値Ｖｍｉｎとなってしまい、上述した（Ｖｍｉ
ｎ＋Ｖπ）＜Ｖｂ＜（Ｖｍａｘ−Ｖπ）のような範囲内
に設定することはできない。従って、図１のようにルー
プ開閉スイッチ１３を誤差検出器１１より後段に挿入す
ることによって、フィードバックループが開の状態で誤
差信号が増幅されてＬＮ−ＭＺ光変調器１に印加されな
いようにする必要がある。

【００３９】一方、低域通過フィルタ１５はフィードバ
ック制御の時定数を決定するループフィルタとして使用
され、このフィルタ１５の作用によってＬＮ−ＭＺ光変
調器１のバイアス値は制御開始点Ｖｂから目標値まで徐
々に制御される。ここで、本発明では電源１８の投入後
一定の時間が経過した後、ループ開閉スイッチ１３がオ
ンとなってフィードバックループが閉の状態とされるた
め、もしループ開閉スイッチ１３が低域通過フィルタ１
５より後段にあると、ループが閉となる直前では誤差検
出器１１から出力される大きな誤差信号をフィルタ１５
が通過させてしまう可能性が高い。従ってループ開閉ス
イッチ１３がオンになると、一気に大きな誤差信号がＬ
Ｎ−ＭＺ光変調器１にバイアス信号として印加され、制
御開始点Ｖｂはバイアス値制御範囲の最大値Ｖｍａｘま
たは最小値Ｖｍｉｎとなってしまう。このような理由か
ら、ＬＮ−ＭＺ光変調器１のバイアス値を所望の制御開
始点Ｖｂから徐々に制御するためには、ループ開閉スイ
ッチ１３を低域通過フィルタ１５より前段に挿入する必
要がある。

【００４０】さらに、低域通過フィルタ１５を誤差検出
器１１より前段に配置した場合は、フィードバックルー
プを開の状態にしておくことによって増大した誤差信号
をループが閉じた後にＬＮ−ＭＺ光変調器１に徐々に伝
達するという作用が得られないため、どの位置にループ
開閉スイッチ１３を配置しても、制御開始点Ｖｂがバイ
アス制御範囲の最大値Ｖｍａｘまたは最小値Ｖｍｉｎと
なってしまう。

【００４１】以上のことから、バイアス制御範囲の最大
値Ｖｍａｘまたは最小値Ｖｍｉｎよりある一定の大きさ
（Ｖπ）以上離れた制御開始点Ｖｂからバイアス値の制
御を開始するためには、制御開始点Ｖｂのバイアス値を
与えるオフセット回路１６は少なくともループ開閉スイ
ッチ１３より後段に配置され、また誤差検出器１１、ル
ープ開閉スイッチ１３及び低域通過フィルタ１５が信号
の伝達方向に沿って順次配置されている必要がある。

【００４２】このように構成することによって、本実施
形態によると周期的入出力特性を有し、かつその入出力
特性が時間的に変動するようなＬＮ−ＭＺ光変調器１の
バイアス値を電源投入時の不安定な動作によって誤動作
を起こすことなく、所望の値に制御することが可能とな
る。

【００４３】また、ＬＮ−ＭＺ光変調器は従来より高速
光通信では頻繁に用いられるが、現在のところ、従来の
技術で述べたＤＣドリフトの問題は解決されておらず、
また周期的入出力特性の周期に相当する電圧が比較的大
きい。従って、本発明によるバイアス制御回路はＬＮ−
ＭＺ光変調器のバイアス制御回路として特に有効であ
る。

【００４４】（バイアス制御回路の具体回路について）
図３に、バイアス制御回路９の具体回路例を示す。この
回路は、演算増幅器を主体として構成されている。光電
変換器１０はフォトダイオードＰＤとプリアンプＡ１か
らなり、ＬＮ−ＭＺ光変調器１の出力光のうち光分岐器
４で分岐された一部（モニタ光）８がフォトダイオード
ＰＤで電流に変換され、さらにプリアンプＡ１で電圧に
変換されると同時に増幅される。

【００４５】光電変換器１０の出力からは、ＬＮ−ＭＺ
光変調器１のバイアス値をモニタ光８の光強度から求め
たモニタ値が得られる。このモニタ値は、誤差検出器１
１に入力される。誤差検出器１１は、演算増幅器Ａ２の
差動増幅機能を利用したものであり、目標値入力端子１
２から入力されるバイアス値の目標値とモニタ値との差
（目標値に対するモニタ値の誤差）を検出し、この誤差
に対応した極性及び電圧レベルを有する誤差信号を出力
する。

【００４６】誤差検出器１１からの出力は、ループ開閉
スイッチ１３の一端に接続される。ループ開閉スイッチ
１３は、この例では励磁コイル１３ａと接点１３ｂを有
するリレースイッチであり、接点１３ｂは常時はオフ
で、励磁コイル１３ａに制御電流が流れるとオンとな
る。ループ開閉スイッチ１３の他端側は、低域通過フィ
ルタ１５の入力に接続される。低域通過フィルタ１５
は、この例では演算増幅器Ａ３とキャパシタＣ１及び抵
抗Ｒ１からなり、増幅機能を有することによりフィード
バックループに適当なループ利得を与える構成となって
いる。また、低域通過フィルタ１５の利得は可変抵抗器
ＶＲ１により調整可能となっている。

【００４７】低域通過フィルタ１５の出力はオフセット
回路１６に入力され、オフセット回路１６の出力がバイ
アス制御回路９のバイアス信号出力端子１７に接続され
る。オフセット回路１６は演算増幅器Ａ４を主体として
構成され、また図１中の電源１８から与えられる正側電
源電圧＋Ｖと負側電源電圧−Ｖとの間に接続された可変
抵抗器ＶＲ２によって、出力電圧を調整することが可能
となっている。すなわち、オフセット回路１６の出力電
圧は、前述した（Ｖｍｉｎ＋Ｖπ）＜Ｖｂ＜（Ｖｍａｘ
−Ｖπ）の範囲内の制御開始点Ｖｂを与えるように調整
される。

【００４８】リレーからなるループ開閉スイッチ１３を
制御するスイッチ制御回路１４は、図１中の電源１８か
ら与えられる電源電圧＋Ｖを分圧する分圧回路２１と、
この分圧回路２１の出力を入力とする低域通過フィルタ
２２（第２の低域通過フィルタ）及び低域通過フィルタ
２２の出力によりオン・オフするリレー駆動トランジス
タ２３からなる。なお、分圧回路２１を除去し、電源電
圧＋Ｖを低域通過フィルタ２２に直接入力してもよい。
リレー駆動トランジスタ２３はエミッタ接地増幅器を構
成し、低域通過フィルタ２２の出力をベースに入力し
て、コレクタからループ開閉スイッチ１３の励磁コイル
１３ｂに駆動電流を供給する。

【００４９】低域通過フィルタ２２は抵抗Ｒ２とキャパ
シタＣ２から構成され、その時定数Ｒ２・Ｃ２は例えば
１〜１０ｍｓｅｃ程度と比較的大きく、また図１の電源
１８の電流が特に大きい場合は、例えば１００ｍｓｅｃ
〜１ｓｅｃ程度に選ばれる。すなわち、電源１８からバ
イアス制御回路９への電源投入開始後十分に時間が経過
し、電源電圧が安定した後に、リレー駆動トランジスタ
２３をオンにする電圧が低域通過フィルタ２２から出力
されるように、時定数が設定されている。

【００５０】リレー駆動トランジスタ２３がオンになる
と、ループ開閉スイッチ１３であるリレーの励磁コイル
１３ａに電流が流れて接点１３ｂがオンにとなり、フィ
ードバックループは閉となる。これによりバイアス制御
回路９から出力されるバイアス信号の電圧は前述した制
御開始点Ｖｂから変化し始め、以後、誤差検出器１１か
ら出力される誤差信号の電圧レベルが最小となるよう
に、ＬＮ−ＭＺ光変調器１のバイアス値がフィードバッ
ク制御されることになる。

【００５１】本発明は上記実施形態に限定されるもので
はなく、次のように種々変形して実施することができ
る。 （１）上記実施形態では、光干渉計型光変調器としてＬ
Ｎ−ＭＺ光変調器を用いた場合について述べたが、ＬＮ
導波路上に作成されたマイケルソン干渉計型の光変調器
や、半導体基板上に形成されたＭＺ光変調器などを用い
た場合にも、本発明を適用することができる。 （２）上記実施形態では、光干渉計型光変調器に対しバ
イアス信号として電圧を印加するようにしたが、光干渉
計型光変調器の構成法によっては電流を印加するように
してもよい。 （３）上記実施形態では、ＬＮ−ＭＺ光変調器１の出力
光強度をモニタするために光分岐器４を用いたが、光干
渉計型光変調器は通常、２つの出力（正相及び逆相）を
持っており、通常は一方のみを取り出して使用している
ので、このような光分岐器を使用せず、２つの出力のう
ち使用していない方の出力をモニタ光として光電変換器
１０に入力するようにしてもよい。 （４）上記実施形態においては、ループ開閉スイッチ１
３を電源１８の投入直後はループ開状態とし、電源１８
が安定した後にループ閉状態とするために、スイッチ制
御回路１４に低域通過フィルタ２２を設け、電源１８の
投入後一定時間経過した時点でスイッチ１３をオンにす
るようにしたが、電源１８の電圧またはこれを分圧した
電圧を電圧比較器でモニタし、この電圧が電源１８が安
定したときに得られる予め定めた規定値に達した時点で
スイッチ１３をオンにしてループ閉状態とするようにし
てもよい。 （５）上記実施形態では、ループ開閉スイッチ１３とし
てリレーを用いたが、例えばＭＯＳＦＥＴスイッチなど
の電子スイッチを用いることも可能であることはいうま
でもない。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば周
期的入出力特性を有し、また入出力特性が時間的に変動
するような光干渉計型光変調器のバイアス制御回路にお
いて、電源投入時の不安定動作による誤動作を防止する
ことができる。また、本発明のバイアス制御回路はオペ
アンプを主体として構成される単純なアナログ回路で実
現できるため、安価に実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るＬＮ−ＭＺ光変調器
及びそのバイアス制御回路の構成を示すブロック図

【図２】同実施形態の動作を説明するためのバイアス制
御の制御開始点を説明する図

【図３】同実施形態に係るバイアス制御回路のより具体
的な構成例を示す回路図

【図４】光干渉計型光変調器の入出力特性を示す図

【図５】従来技術による光干渉計型光変調器のバイアス
制御回路の動作を説明するための図

【符号の説明】

１…ＬＮ−ＭＺ光変調器 ２…入力光ファイバ ３…光ファイバ ４…光分岐器 ５…出力光ファイバ ６…データ信号入力端子 ７…バイアスＴ ８…光強度モニタ光 ９…バイアス制御回路 １０…光電変換器 １１…誤差検出器 １２…目標値入力端子 １３…ループ開閉スイッチ １４…スイッチ制御回路 １５…第１の低域通過フィルタ １６…オフセット回路 １７…バイアス制御信号出力端子 １８…バイアス制御回路の電源 ２１…分圧回路 ２２…第２の低域通過フィルタ ２３…リレー駆動トランジスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−73055（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−174335（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−323245（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/03 - 1/035

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力される電圧または電流の大きさが大き
   くなるあるいは小さくなるにしたがって出力光の強度が
   周期的に変化する周期的入出力特性を有する光干渉計型
   光変調器のバイアス値を、フィードバックループを用い
   て制御するバイアス制御回路において、 前記フィードバックループの電気信号経路に挿入され、
   該フィードバックループを開閉するループ開閉スイッチ
   と、 前記ループ開閉スイッチを該バイアス制御回路の電源が
   投入された直後はループ開状態とし、該電源が安定した
   後にループ閉状態とするスイッチ制御手段と、 前記フィードバックループ内に設けられ、前記バイアス
   値を制御するためのバイアス信号を発生するバイアス信
   号発生手段とを備え、 前記バイアス信号発生手段は、前記光干渉計型光変調器
   のバイアス値をモニタしてモニタ値を得るモニタ手段
   と、前記バイアス値の目標値に対する該モニタ値の誤差
   に対応した誤差信号を出力する誤差検出器と、前記誤差
   信号が前記ループ開閉スイッチを介して入力される第１
   の低域通過フィルタとを有し、前記ループ開閉スイッチ
   が前記ループ閉状態となった後のバイアス信号制御開始
   点が前記バイアス信号の最小値より前記周期的入出力特
   性の半周期に相当する値以上大きく、かつ該バイアス信
   号の最大値より半周期に相当する値以上小さい該バイア
   ス信号を発生 することを特徴とする光変調器のバイアス
   制御回路。
2. 【請求項２】前記バイアス信号発生手段は、前記ループ
   開閉スイッチより後段に該ループ開閉スイッチが前記ル
   ープ閉状態となった後のバイアス信号制御開始点を規定
   するオフセット回路を有することを特徴とする請求項１
   に記載の光変調器のバイアス制御回路。
3. 【請求項３】前記スイッチ制御手段は、前記電源の電圧
   またはこれを分圧した電圧を入力とする該電源が安定す
   るまでの時間より長い時定数を有する第２の低域通過フ
   ィルタを有し、該第２の低域通過フィルタの出力によっ
   て前記ループ開閉スイッチを制御することを特徴とする
   請求項１に記載の光変調器のバイアス制御回路。
4. 【請求項４】前記光干渉計型光変調器は、ニオブ酸リチ
   ウム基板上に形成されたマッハ・ツェンダ型光変調器で
   あることを特徴とする請求項１に記載の光変調器のバイ
   アス制御回路。