JP3693872B2 - 光変調装置および方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野において、光スイッチ等として利用される光変調装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムにおいて、光源の外部で光変調を行う外部光変調器を有する光変調装置は、出力光をオン・オフすることによってスイッチングする光スイッチなどに用いられている。この光変調装置の外部光変調器の一つに導波路型光強度変調器（以下、光変調器と称する）があり、その光変調器に対して、光変調を行うための変調信号とバイアス電圧とを生成して出力する回路として、光変調制御回路が用いられる。
図１０は光変調器２と従来の光変調制御回路１００とからなる光変調装置の構成を示すブロック図である。この図において、光変調制御回路１００は変調信号発生器１０１とバイアス電圧発生器１０２とから構成される。光源１が発生した光は、光変調器２へ入力され、変調信号発生器１０１が発生する変調信号とバイアス電圧発生器１０２が発生するバイアス電圧とに応じて強度変調された被変調光として、光変調器２から出力される。この光変調器２として、例えばマッハツェンダ型の光変調器を用いると以下の式に示すように光出力が強度変調される。
Iout/Iin＝(1/2)×{1＋sin[(π/2)×((V＋Vdc)/Vm)＋Φ]｝ ・・・（０）
但し、Ioutは出力光強度、Iinは入力光強度、Vは変調信号、Vdcはバイアス電圧、Vmは光変調器２の半波長電圧、Φは光変調器２の光学的な位相角（光位相）である。
【０００３】
図１１は（０）式に示される変調特性のマッハツェンダ型の光変調器２を用いた場合の光出力特性の一例を示す波形図である。この図において、Ｗｖ１は光変調器２の変調曲線であって、入力される光は横軸にとられた印加電圧に応じて、縦軸に示す光出力へと強度変調される。Ｗｖ５は変調信号発生器１０１が発生する変調信号であって、振幅が変調曲線Ｗｖ１の半波長電圧Vmのパルス信号である。そして、Ｗｖ３は変調信号Ｗｖ５とバイアス電圧発生器１０２が発生するバイアス電圧Vxとに応じて変調された被変調光の光出力を示す波形である。図１１において、光変調器２の動作点は、バイアス電圧をVxとすることによって、変調曲線Ｗｖ１の光強度の中点Ｐｔ１に設定されている。この時の光出力波形Ｗｖ３は、その光強度の最大値と最小値との比である消光比が大きいので、良好である。
【０００４】
このような光変調器２では、経年変化や環境温度変化あるいは印加される直流電圧によるＤＣ（直流）ドリフトなどによって、上記（０）式の光位相Φが変化し、この光位相Φの変化によって、例えば、図１１の変調曲線Ｗｖ１が変調曲線Ｗｖ２へとシフトする。このようなシフトにより、光変調器２の動作点は、変調曲線Ｗｖ１の光強度の中点Ｐｔ１から変調曲線Ｗｖ２の点Ｐｔ３となる。その結果、光出力波形Ｗｖ４は歪んだ波形となり、光出力の消光比は小さく、良好ではない。このような場合には、バイアス電圧をVxからVyに変更して、動作点を変調曲線Ｗｖ２の光強度の中点Ｐｔ２にする必要がある。
この問題を解決する方法として、例えば、特開平１０−１１５８１３号公報または特開平５−２４９４１８号公報に記載される方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の解決方法では、dither回路などの複雑な回路が必要であった。また、従来の解決方法は、いずれも光変調器の動作点を上述した変調曲線の光強度の中点に設定する場合の方法であり、近年、採用され始めた動作点を変調曲線の最大値点または最小値点に設定する場合には適用することができない。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は光変調器の動作点を変調曲線の最大値点または最小値点に設定する場合において、環境変化や経年変化などに対しても、安定して、その動作点を保持することができる光変調装置および方法を提供することにある。
さらに、上述した従来の解決方法に比して、簡易な回路にて実現することが可能な光変調装置および方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、入力される変調信号とバイアス電圧とに応じて光強度を変化させる光強度変調器を有し、前記バイアス電圧を用いて前記光強度変調器の動作点を変調曲線の最大値または最小値に設定する光変調装置において、主変調信号と該主変調信号に比して低い単一周波数の低周波信号とを発生し、該主変調信号と該低周波信号とを重畳して前記変調信号を生成する低周波重畳変調信号生成手段と、前記光強度変調器が出力する被変調光を一部分岐し光電変換した信号から、前記主変調信号成分を減衰し、また前記低周波信号成分を透過することによって低周波成分信号を生成する低周波透過手段と、前記低周波信号の正極性の極値の位相で前記低周波成分信号からサンプルする第一のサンプル値と、前記低周波信号の負極性の極値の位相で前記低周波成分信号からサンプルする第二のサンプル値との差を圧縮するように、前記バイアス電圧の増減を制御するバイアス電圧制御手段とを具備してなるものである。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第一のサンプル値は、前記低周波信号の正極性の所定の位相毎に前記低周波成分信号からサンプルされる値であり、前記第二のサンプル値は、前記低周波信号の負極性の所定の位相毎に前記低周波成分信号からサンプルされる値であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記バイアス電圧制御手段は、前記バイアス電圧の増減を反転させるバイアス電圧制御反転手段を具備することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、入力される変調信号とバイアス電圧とに応じて光強度を変化させる光強度変調器を有し、前記バイアス電圧を用いて前記光強度変調器の動作点を変調曲線の最大値または最小値に設定する光変調装置において、主変調信号と該主変調信号に比して低い単一周波数の低周波信号とを発生し、該主変調信号と該低周波信号とを重畳して前記変調信号を生成する第一の過程と、前記光強度変調器が出力する被変調光を一部分岐し光電変換した信号から、前記主変調信号成分を減衰し、また前記低周波信号成分を透過することによって低周波成分信号を生成する第二の過程と、前記低周波信号の正極性の極値の位相で前記低周波成分信号からサンプルする第一のサンプル値と、前記低周波信号の負極性の極値の位相で前記低周波成分信号からサンプルする第二のサンプル値との差を圧縮するように、前記バイアス電圧の増減を制御する第三の過程とを有することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は第一の実施形態による光変調装置の構成を示すブロック図である。この図において、１は光源、２はマッハツェンダ型の光変調器、３は光変調制御回路である。
先ず、光変調器２の構成について説明する。光源１が出力する光は、光ファイバ４ａを介して、光変調器２の入力導波路１１へ入力される。この入力導波路１１へ入力される光は、Ｙ分岐１２によって、導波路１４ａと導波路１４ｂとへ等量の光に分岐されて出力される。これら導波路１４ａと導波路１４ｂに分岐された光は、導波路１４ａ、１４ｂ上に設けられる変調電極１３ａ、１３ｂによって、印加される変調電圧Ｖ１に応じて光位相が変調される。これら変調電極１３ａ、１３ｂによって変調された光は、さらに、変調電極１３ａ、１３ｂに各々直列に配置されるバイアス電極１５ａ、１５ｂによってバイアス電圧Ｖ２に応じた光位相の変化が重畳された後に、Ｙ合波１６によって結合される。このＹ合波１６によって結合された光は、出力導波路１７を介して光ファイバ４ｂへ、光強度の変化を受けた被変調光として出力される。
なお、変調電極１３ａ、１３ｂは、通常、進行波型電極が用いられ、その終端には図示されていない終端抵抗が接続される。
【００１４】
次に、光変調制御回路３の構成について説明する。図１において、２１は単一の周波数ｆ、peak-to-peakの振幅（以下、p-p振幅と称する）２・Ｖｍの主変調信号Ａ１を発生する変調信号発生器、２２は主変調信号Ａ１の周波数ｆに比して十分に低い周波数である単一の低周波信号Ａ２を発生する低周波信号発生器、２３は主変調信号Ａ１に低周波信号Ａ２を重畳する重畳回路、２４は重畳回路２３の出力信号の電圧を変調電極１３ａ、１３ｂに印加するためのコンデンサである。２５は光ファイバ４ｂを介して入力される被変調光を分岐させる光分岐器、２６は光分岐器２５によって分岐された分岐光Ｂ１を電気信号に変換する光電変換回路である。２７は光電変換回路２６の出力信号に含まれる変調信号成分の内で、主変調信号Ａ１成分については減衰し、また、低周波信号Ａ２成分については歪み無く信号成分を透過する低周波透過帯域を有するローパスフィルタである。２８は図２に示されるようなパルス信号Ａ３、Ａ４を発生するタイミング信号発生回路であって、パルス信号Ａ３は低周波信号Ａ２の最大値を有する半周期Ａ２ａの極点Ｐ１０ａ毎に発生され、パルス信号Ａ４は低周波信号Ａ２の最小値を有する半周期Ａ２ｂの極点Ｐ１０ｂ毎に発生される。２９ａ、２９ｂは各々入力されるパルス信号Ａ３、Ａ４のタイミングによって、ローパスフィルタ２７の出力である低周波成分信号Ｃ１をサンプリングして保持するサンプルホールド回路である。３０はサンプルホールド回路２９ａ、２９ｂのホールド出力である信号Ｃ２、Ｃ３の電圧差分をＧ倍に増幅する差動増幅器、３１は差動増幅器３０の出力である信号Ｃ４を符号反転する反転増幅器である。３２は初期バイアス電圧Vdcを発生させる可変電圧発生器、３３は信号Ｃ４と信号Ｃ５とを切り替えて選択することによって信号Ｃ６として出力するスイッチ、３４は初期バイアス電圧Vdcと信号Ｃ６の電圧とを加算しバイアス電圧Ｖ２としてバイアス電極１５ａ、１５ｂに印加する加算・駆動回路である。
【００１５】
次に図２〜図７を参照して、上述した第一の実施形態による光変調装置の動作について説明する。
初めに、図３を参照して、変調曲線Ｗ１の最小値点Ｐ１に、変調曲線Ｗ１の光変調特性を有する光変調器２の動作点を設定した場合の光変調について説明する。
先ず、初期状態について説明する。但し、低周波信号発生器２２は低周波信号Ａ２を発生していないとし、また、信号Ｃ６の電圧も０とする。光変調器２には、動作点を変調曲線Ｗ１の最小値点Ｐ１とするために、バイアス電圧Ｖ２として初期バイアス電圧Vdcがバイアス電極１５ａ、１５ｂに印加されている。この状態において、変調信号発生器２１によって発生される主変調信号Ａ１の電圧がコンデンサ２４を介して変調電極１３ａ、１３ｂに印加されることによって、入力導波路１１に入力される光は変調曲線Ｗ１に応じて変調されて、光出力波形Ｗ２の出力特性を有した光が光ファイバ４ｂに出力される。この光出力波形Ｗ２は、主変調信号Ａ１の２倍の周波数２ｆのＲＺ(Return-to-Zero)信号となる。なお、動作点を変調曲線Ｗ１の最大値点Ｐ２に設定する場合には、初期バイアス電圧をVdcaとすれば良く、その出力特性を光出力波形Ｗ３に示す。
【００１６】
次に、図４を参照して、図３に示される光変調特性を有する光変調器２において、その動作点が変化して光出力波形Ｗ２が歪む現象について説明する。
光変調器２において、温度変化や経年変化あるいはＤＣドリフトなどによって、変調曲線Ｗ１の上記（０）式に示される光位相Φが変化する。その結果、変調曲線Ｗ１は変調曲線Ｗ１ａへとシフトし、動作点が最小値点Ｐ１から点Ｐ３へと変わることによって光出力波形Ｗ２は歪んだ光出力波形Ｗ２ａとなる。このシフトした変調曲線Ｗ１ａにおける所望の動作点は、最小値点Ｐ１ａであり、この最小値点Ｐ１ａに対応するバイアス電圧Ｖ２はVcである。
【００１７】
そこで、次に図２、図４および図５を参照して、上述したように動作点が変化した場合においても、バイアス電圧Ｖ２を制御して動作点を変調曲線Ｗ１ａの最小値点Ｐ１ａに補正する動作について説明する。
先ず、バイアス電圧Ｖ２を制御するために、低周波信号Ａ２を重畳回路２３によって主変調信号Ａ１に重畳し、変調電圧Ｖ１として変調電極１３ａ、１３ｂへ印加する。この時点でのバイアス電圧Ｖ２＝Vdc、動作点は変調曲線Ｗ１の最小値点Ｐ１であり、図５（ａ）がこの時の光出力を示す波形である。図５（ａ）において、Ｗ２はＲＺ信号の光出力波形を示し、Ｗ４ａとＷ５は光出力波形Ｗ２の包絡線であって、Ｗ４ａは低周波信号Ａ２による変調曲線、Ｗ５は光出力波形Ｗ２のピーク値を示す波形である。この変調曲線Ｗ４ａは低周波信号Ａ２の２倍の周波数であり、低周波信号Ａ２の半周期Ａ２ａ、Ａ２ｂにおける極点Ｐ１０ａ、Ｐ１０ｂに対応するp-p振幅Va、Vbは等しい。
なお、図５（ｂ）（ｃ）においては、低周波信号Ａ２による変調曲線Ｗ４ｂ、Ｗ４ｃのみを図示している。
【００１８】
次いで、バイアス電圧Ｖ２＝Vdcの同じ状態において、光位相Φが変化して変調曲線Ｗ１ａとなり動作点が点Ｐ３となった場合には、図５（ｂ）の変調曲線Ｗ４ｂように、極点Ｐ１０ａ、Ｐ１０ｂに対応するp-p振幅Va1とVb1とは振幅に差異が生じ、Va1はVb1より大きい値となる。そこで、このp-p振幅Va1、Vb1をサンプルホールドし、その差をゼロとするように、すなわちバイアス電圧Ｖ２＝Vcとして動作点を最小値点Ｐ１ａとするようにバイアス電圧Ｖ２を制御する。
【００１９】
このようにバイアス電圧Ｖ２を制御するための光変調制御回路３の具体的な動作を説明する。
先ず、光変調器２が出力する被変調光から分岐される分岐光Ｂ１は、光電変換回路２６によって電気信号に変換された後、ローパスフィルタ２７によって低周波信号Ａ２成分のみからなる低周波成分信号Ｃ１とされて、サンプルホールド回路２９ａ、２９ｂに入力される。このサンプルホールド回路２９ａはパルス信号Ａ３によって、低周波成分信号Ｃ１をサンプルして保持する。このサンプルタイミングは、低周波信号Ａ２の半周期Ａ２ａの極点Ｐ１０ａであるので、サンプルされる値はp-p振幅Va1となる。また、サンプルホールド回路２９ｂはパルス信号Ａ４によって、低周波成分信号Ｃ１をサンプルして保持する。このサンプルタイミングは、低周波信号Ａ２の半周期Ａ２ｂの極点Ｐ１０ｂであるので、サンプルされる値はp-p振幅Vb1となる。次いで、これらのホールド出力である信号Ｃ２、Ｃ３の電圧差分が差動増幅器３０によってＧ倍に増幅され信号Ｃ６として、スイッチ３３を介して加算・駆動回路３４へ入力される。次いで、加算・駆動回路３４によって、信号Ｃ６の電圧すなわちp-p振幅Va1とp-p振幅Vb1との差がＧ倍に増幅された電圧と、可変電圧発生回路３２が発生する初期バイアス電圧Vdcとが加算されて、バイアス電圧Ｖ２となる。
【００２０】
このように図４の変調曲線Ｗ１が変調曲線Ｗ１ａに変化した場合、変調曲線Ｗ４ｂのVa1はVb1より大きい値となり、バイアス電圧Ｖ２は以下の式となる。
バイアス電圧Ｖ２＝Vc＝Vdc＋Ｇ×(Va1−Vb1) ・・・（１）
（１）式から、光位相Φの変化に対応した大きさ（Va1、Vb1の差の絶対値）と方向（Vdcより大きくなるように）とによって、バイアス電圧Ｖ２へのフィードバック制御が行われる。
【００２１】
また、図４に示されるように、光位相Φが変調曲線Ｗ１ａとは逆方向に変化して、変調曲線Ｗ１が変調曲線Ｗ１ｂとなる場合は、低周波信号Ａ２による変調曲線は図５（ｃ）の変調曲線Ｗ４ｃとなる。変調曲線Ｗ４ｃでは、変調曲線Ｗ４ｂとはVa2、Vb2の大小関係が逆転し、Va2はVb2より小さい値である。この場合のバイアス電圧Ｖ２は以下の式となる。
バイアス電圧Ｖ２＝Vd＝Vdc−Ｇ×ａｂｓ(Va2−Vb2) ・・・（２）
但し、ａｂｓ（）は（）内の絶対値である。
（２）式に示されるように、バイアス電圧Ｖ２は（１）式とは逆方向（Vdcより小さくなるように）にフィードバック制御が成される。
なお、上述したように、動作点を変調曲線Ｗ１の最小値点Ｐ１に設定した場合には、サンプルホールド回路２９ａ、２９ｂによってサンプルされて差分が取られた信号Ｃ４の符号とフィードバック制御を行う方向とは合致している。
【００２２】
次に、図６、図７を参照して、動作点を図６の変調曲線Ｗ１の最大値点Ｐ２に設定した場合にバイアス電圧Ｖ２を制御する動作について説明する。
図６に示されるように、初期バイアス電圧はVdcaに設定されて、変調曲線Ｗ１の最大値点Ｐ２が動作点となる。また、低周波信号Ａ２が重畳された変調電圧Ｖ１によって変調される光出力は、図７（ａ）に示される波形となる。この図において、図５（ａ）と同様に、光出力波形Ｗ３の最小値を示す波形Ｗ６と低周波信号Ａ２による変調曲線Ｗ７ａとは光出力波形Ｗ３の包絡線である。この変調曲線Ｗ７ａにおいて、低周波信号Ａ２の半周期Ａ２ａ、Ａ２ｂにおける極点Ｐ１０ａ、Ｐ１０ｂに対応する最小値Vg、Vhは、等しい値となる。
次いで、光位相Φが変化して変調曲線が変調曲線Ｗ１ａとなった場合の光出力波形を図７（ｂ）に示し、変調曲線Ｗ１ｂとなった場合の光出力波形を図７（ｃ）に示す。なお、図７（ｂ）（ｃ）においては、低周波信号Ａ２による変調曲線Ｗ７ｂ、Ｗ７ｃのみを図示している。
【００２３】
先ず、変調曲線Ｗ１ａとなった場合には、バイアス電圧Ｖ２をVdcaより大きい値のVeとする必要がある。しかし、変調曲線Ｗ７ｂの最小値Vg1はVh1よりも小さい値なので、バイアス電圧Ｖ２をVdcaより大きい値のVeとするためにバイアス電圧Ｖ２は、以下の式となる。
バイアス電圧Ｖ２＝Ve＝Vdca＋Ｇ×ａｂｓ(Vg1−Vh1) ・・・（３）
但し、ａｂｓ（）は（）内の絶対値である。
【００２４】
また、変調曲線Ｗ１ｂとなった場合には、変調曲線Ｗ７ｃの最小値Vg2はVh2よりも大きい値となる。したがって、バイアス電圧Ｖ２をVdcaより小さい値のVfとするためにバイアス電圧Ｖ２は、以下の式となる。
バイアス電圧Ｖ２＝Vf＝Vdca−Ｇ×(Vg2−Vh2) ・・・（４）
（３）（４）式に示されるように、動作点を変調曲線Ｗ１の最大値点Ｐ２に設定した場合には、サンプルホールド回路２９ａ、２９ｂによってサンプルされて差分が取られた信号Ｃ４の符号とフィードバック制御を行う方向とは異なっている。そこで、（３）（４）式に示されるバイアス電圧Ｖ２を得るために、信号Ｃ４の符号を反転して、初期バイアス電圧Vdcaに加算すれば良い。そのために、反転増幅器３１によって信号Ｃ４の符号を反転して信号Ｃ５を出力し、スイッチ３３を信号Ｃ５が選択されるように切り替えておくことによって、加算・駆動回路３４が信号Ｃ５の電圧を初期バイアス電圧Vdcaに加算し、（３）（４）式に示されるバイアス電圧Ｖ２へのフィードバック制御が行われる。
以上が第一の実施形態による光変調装置の構成と、その第一の実施形態による光変調装置において、光変調器２の動作点を変調曲線の最大値点または最小値点に設定する場合に、その所望の動作点が保持される動作についての説明である。
【００２５】
次に、図８は第二の実施形態による光変調装置の構成を示すブロック図である。この第二の実施形態による光変調装置は、上述した第一の実施形態の光変調制御回路３とこの第二の実施形態の光変調制御回路５とにおいて、低周波成分信号Ｃ１をサンプルして信号Ｃ２、Ｃ３を生成する回路においてのみ、上述した第一の実施形態による光変調装置とは異なる構成になっている。以下、図３および図５〜図９を参照して、その第二の実施形態において低周波成分信号Ｃ１をサンプルして信号Ｃ２、Ｃ３を生成する回路の構成と動作について説明する。
【００２６】
初めに、動作点を図３の変調曲線Ｗ１の最小値点Ｐ１に設定した場合について説明する。
先ず、図８において、タイミング信号発生回路４１は、入力される低周波信号Ａ２から、図９に示されるパルス信号Ｓ１〜Ｓ３を発生する。Ｓ１は、低周波信号Ａ２の正符号の半波部分である半周期Ａ２ａの区間にパルスが発生されるパルス信号である。Ｓ２は、低周波信号Ａ２の負符号の半波部分である半周期Ａ２ｂの区間にパルスが発生されるパルス信号である。Ｓ３は、低周波信号Ａ２のゼロ交差点に対応したパルスが発生されるパルス信号である。
次いで、ピークホールド回路４２ａは、パルス信号Ｓ１のパルス区間に入力される低周波成分信号Ｃ１のピーク値を保持する。この保持されるピーク値は、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示される各半周期Ａ２ａのp-p振幅Va、Va1、Va2に対応する。一方、ピークホールド回路４２ｂは、パルス信号Ｓ２のパルス区間に入力される低周波成分信号Ｃ１のピーク値を保持する。この保持されるピーク値は、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示される各半周期Ａ２ｂのp-p振幅Vb、Vb1、Vb2に対応する。
【００２７】
次いで、ピークホールド回路４２ａ、４２ｂに保持されたピーク値は、信号Ｓ４、Ｓ５として各々スイッチ４３ａ、４３ｂを介して、信号Ｓ８、Ｓ９としてサンプルホールド回路４４ａ、４４ｂに入力される。このサンプルホールド回路４４ａ、４４ｂは、パルス信号Ｓ３のタイミングで、入力される信号Ｓ８、Ｓ９をサンプルして保持し、信号Ｃ２、Ｃ３として差動増幅器３０へ出力する。
次いで、サンプルホールド回路４４ａ、４４ｂは、リセット信号Ｓ１０、Ｓ１１を出力して、各々ピークホールド回路４２ａ、４２ｂをリセットする。
【００２８】
次に、動作点を図３の変調曲線Ｗ１の最大値点Ｐ２に設定した場合について説明する。
この動作点を最大値点Ｐ２に設定した場合には、ミニマムホールド回路４５ａ、４５ｂがパルス信号Ｓ１、Ｓ２のパルス区間に入力される低周波成分信号Ｃ１のミニマム値を各々保持する。これら各々保持されるミニマム値は、図７（ａ）〜（ｃ）に示される各半周期Ａ２ａ、Ａ２ｂの最小値Vg〜Vg2、Vh〜Vh2に対応する。
次いで、ミニマムホールド回路４５ａ、４５ｂに保持されたミニマム値は、信号Ｓ６、Ｓ７として各々スイッチ４３ａ、４３ｂを介して、信号Ｓ８、Ｓ９としてサンプルホールド回路４４ａ、４４ｂに入力される。このサンプルホールド回路４４ａ、４４ｂは、パルス信号Ｓ３のタイミングで、入力される信号Ｓ８、Ｓ９をサンプルして保持し、信号Ｃ２、Ｃ３として差動増幅器３０へ出力する。
次いで、サンプルホールド回路４４ａ、４４ｂは、リセット信号Ｓ１０、Ｓ１１を出力して、各々ミニマムホールド回路４５ａ、４５ｂをリセットする。
なお、スイッチ４３ａ、４３ｂは、動作点が最小値点Ｐ１に設定される場合には各々信号Ｓ４、Ｓ５を選択するように設定され、一方、動作点が最大値点Ｐ２に設定される場合には各々信号Ｓ６、Ｓ７を選択するように設定される。
以上が第二の実施形態による光変調装置において低周波成分信号Ｃ１をサンプルして信号Ｃ２、Ｃ３を生成する回路の構成と動作について説明である。
【００２９】
なお、上述した第二の実施形態による光変調装置において、変調信号Ａ１と低周波信号Ａ２とを重畳して光変調器２へ出力する構成およびその動作と、低周波成分信号Ｃ１をサンプルして生成される信号Ｃ２、Ｃ３を用いてバイアス電圧Ｖ２の増減を制御する構成およびその動作は、上記第一の実施形態による光変調装置と同じである。また、上記第一の実施形態による光変調装置と同様に、光変調器２の動作点を変調曲線の最大値点または最小値点に設定する場合に、その所望の動作点が保持される。
【００３０】
なお、上述した第一または第二の実施形態においては、変調電極１３ａ、１３ｂとバイアス電極１５ａ、１５ｂとを各々独立に設ける構成としたが、変調電極１３ａとバイアス電極１５ａとが一つの同じ電極で構成され、また、変調電極１３ｂとバイアス電極１５ｂとがもう一つの同じ電極で構成されても良い。
また、低周波信号Ａ２を主変調信号Ａ１に重畳する回路構成としたが、低周波信号Ａ２をバイアス電圧Ｖ２の信号に重畳する回路構成としても良い。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、入力される変調信号とバイアス電圧とに応じて光強度を変化させる光強度変調器を有し、バイアス電圧を用いて光強度変調器の動作点を変調曲線の最大値または最小値に設定する光変調装置において、主変調信号と該主変調信号に比して低い単一周波数の低周波信号とが重畳された変調信号によって、光変調器は光強度を変調する。この変調された光を一部分岐し光電変換した信号から、主変調信号成分を減衰し、また低周波信号成分を透過することによって低周波成分信号は生成される。この生成された低周波成分信号から低周波信号の正極性の極値の位相でサンプルする第一のサンプル値と、該低周波成分信号から低周波信号の負極性の極値の位相でサンプルする第二のサンプル値との差を圧縮するように、バイアス電圧の増減を制御するようにしたので、光変調器の動作点を変調曲線の最大値点または最小値点に設定する場合において、所望の光変調の動作点へ追随させることが可能となり、環境変化や経年変化などに対しても、安定して、その動作点を保持することができる。加えて、従来の解決方法に比して、簡易な回路にて実現することができるという効果も得られる。
【００３２】
さらに、第一のサンプル値は、低周波信号の正極性の所定の位相毎に低周波成分信号からサンプルされる値であり、また第二のサンプル値は、低周波信号の負極性の所定の位相毎に低周波成分信号からサンプルされる値であるようにしたので、動作点の変化を即時に検出してバイアス電圧の増減を制御することができる。
さらに、第一のサンプル値がサンプルされる位相は、低周波信号の正極性の極値の位相であり、また第二のサンプル値がサンプルされる位相は、低周波信号の負極性の極値の位相であるようにしたので、より精度の良いバイアス電圧の制御が可能となり、一層安定して、光変調の動作点を保持することができるという効果が得られる。
さらに、バイアス電圧の増減を反転させるバイアス電圧制御反転手段を具備するようにしたので、簡易に、光変調の動作点を変調曲線の最大値点または最小値点のいずれかに設定して安定した動作点を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一の実施形態による光変調装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 同実施形態によるタイミング信号発生回路２８が発生するパルス信号Ａ３、Ａ４を説明する波形図である。
【図３】 同実施形態による光変調装置の光変調について説明する第一の波形図である。
【図４】 同実施形態による光変調装置の光変調について説明する第二の波形図である。
【図５】 同実施形態による光変調装置のバイアス電圧を制御する動作について説明する第一の波形図である。
【図６】 同実施形態による光変調装置の光変調について説明する第三の波形図である。
【図７】 同実施形態による光変調装置のバイアス電圧を制御する動作について説明する第二の波形図である。
【図８】 本発明の第二の実施形態による光変調装置の構成を示すブロック図である。
【図９】 同実施形態によるタイミング信号発生回路４１が発生するパルス信号Ｓ１〜Ｓ３を説明する波形図である。
【図１０】 従来の光変調装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】 従来の光変調装置の光変調について説明する波形図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 光変調器
３ 光変調制御回路
２１ 変調信号発生器
２２ 低周波信号発生器
２３ 重畳回路
２４ コンデンサ
２５ 光分岐器
２６ 光電変換回路
２７ ローパスフィルタ
２８ タイミング信号発生回路
２９ａ、２９ｂ サンプルホールド回路
３０ 差動増幅器
３１ 反転増幅器
３２ 可変電圧発生器
３３ スイッチ
３４ 加算・駆動回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野において、光スイッチ等として利用される光変調装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムにおいて、光源の外部で光変調を行う外部光変調器を有する光変調装置は、出力光をオン・オフすることによってスイッチングする光スイッチなどに用いられている。この光変調装置の外部光変調器の一つに導波路型光強度変調器（以下、光変調器と称する）があり、その光変調器に対して、光変調を行うための変調信号とバイアス電圧とを生成して出力する回路として、光変調制御回路が用いられる。
図１０は光変調器２と従来の光変調制御回路１００とからなる光変調装置の構成を示すブロック図である。この図において、光変調制御回路１００は変調信号発生器１０１とバイアス電圧発生器１０２とから構成される。光源１が発生した光は、光変調器２へ入力され、変調信号発生器１０１が発生する変調信号とバイアス電圧発生器１０２が発生するバイアス電圧とに応じて強度変調された被変調光として、光変調器２から出力される。この光変調器２として、例えばマッハツェンダ型の光変調器を用いると以下の式に示すように光出力が強度変調される。
Iout/Iin＝(1/2)×{1＋sin[(π/2)×((V＋Vdc)/Vm)＋Φ]｝ ・・・（０）
但し、Ioutは出力光強度、Iinは入力光強度、Vは変調信号、Vdcはバイアス電圧、Vmは光変調器２の半波長電圧、Φは光変調器２の光学的な位相角（光位相）である。
【０００３】
図１１は（０）式に示される変調特性のマッハツェンダ型の光変調器２を用いた場合の光出力特性の一例を示す波形図である。この図において、Ｗｖ１は光変調器２の変調曲線であって、入力される光は横軸にとられた印加電圧に応じて、縦軸に示す光出力へと強度変調される。Ｗｖ５は変調信号発生器１０１が発生する変調信号であって、振幅が変調曲線Ｗｖ１の半波長電圧Vmのパルス信号である。そして、Ｗｖ３は変調信号Ｗｖ５とバイアス電圧発生器１０２が発生するバイアス電圧Vxとに応じて変調された被変調光の光出力を示す波形である。図１１において、光変調器２の動作点は、バイアス電圧をVxとすることによって、変調曲線Ｗｖ１の光強度の中点Ｐｔ１に設定されている。この時の光出力波形Ｗｖ３は、その光強度の最大値と最小値との比である消光比が大きいので、良好である。
【０００４】
このような光変調器２では、経年変化や環境温度変化あるいは印加される直流電圧によるＤＣ（直流）ドリフトなどによって、上記（０）式の光位相Φが変化し、この光位相Φの変化によって、例えば、図１１の変調曲線Ｗｖ１が変調曲線Ｗｖ２へとシフトする。このようなシフトにより、光変調器２の動作点は、変調曲線Ｗｖ１の光強度の中点Ｐｔ１から変調曲線Ｗｖ２の点Ｐｔ３となる。その結果、光出力波形Ｗｖ４は歪んだ波形となり、光出力の消光比は小さく、良好ではない。このような場合には、バイアス電圧をVxからVyに変更して、動作点を変調曲線Ｗｖ２の光強度の中点Ｐｔ２にする必要がある。
この問題を解決する方法として、例えば、特開平１０−１１５８１３号公報または特開平５−２４９４１８号公報に記載される方法が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の解決方法では、dither回路などの複雑な回路が必要であった。また、従来の解決方法は、いずれも光変調器の動作点を上述した変調曲線の光強度の中点に設定する場合の方法であり、近年、採用され始めた動作点を変調曲線の最大値点または最小値点に設定する場合には適用することができない。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は光変調器の動作点を変調曲線の最大値点または最小値点に設定する場合において、環境変化や経年変化などに対しても、安定して、その動作点を保持することができる光変調装置および方法を提供することにある。
さらに、上述した従来の解決方法に比して、簡易な回路にて実現することが可能な光変調装置および方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、入力される変調信号とバイアス電圧とに応じて光強度を変化させる光強度変調器を有し、前記バイアス電圧を用いて前記光強度変調器の動作点を変調曲線の最大値または最小値に設定する光変調装置において、主変調信号と該主変調信号に比して低い単一周波数の低周波信号とを発生し、該主変調信号と該低周波信号とを重畳して前記変調信号を生成する低周波重畳変調信号生成手段と、前記光強度変調器が出力する被変調光を一部分岐し光電変換した信号から、前記主変調信号成分を減衰し、また前記低周波信号成分を透過することによって低周波成分信号を生成する低周波透過手段と、前記低周波信号の正極性の極値の位相で前記低周波成分信号からサンプルする第一のサンプル値と、前記低周波信号の負極性の極値の位相で前記低周波成分信号からサンプルする第二のサンプル値との差を圧縮するように、前記バイアス電圧の増減を制御するバイアス電圧制御手段とを具備してなるものである。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第一のサンプル値は、前記低周波信号の正極性の所定の位相毎に前記低周波成分信号からサンプルされる値であり、前記第二のサンプル値は、前記低周波信号の負極性の所定の位相毎に前記低周波成分信号からサンプルされる値であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記バイアス電圧制御手段は、前記バイアス電圧の増減を反転させるバイアス電圧制御反転手段を具備することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、入力される変調信号とバイアス電圧とに応じて光強度を変化させる光強度変調器を有し、前記バイアス電圧を用いて前記光強度変調器の動作点を変調曲線の最大値または最小値に設定する光変調装置において、主変調信号と該主変調信号に比して低い単一周波数の低周波信号とを発生し、該主変調信号と該低周波信号とを重畳して前記変調信号を生成する第一の過程と、前記光強度変調器が出力する被変調光を一部分岐し光電変換した信号から、前記主変調信号成分を減衰し、また前記低周波信号成分を透過することによって低周波成分信号を生成する第二の過程と、前記低周波信号の正極性の極値の位相で前記低周波成分信号からサンプルする第一のサンプル値と、前記低周波信号の負極性の極値の位相で前記低周波成分信号からサンプルする第二のサンプル値との差を圧縮するように、前記バイアス電圧の増減を制御する第三の過程とを有することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は第一の実施形態による光変調装置の構成を示すブロック図である。この図において、１は光源、２はマッハツェンダ型の光変調器、３は光変調制御回路である。
先ず、光変調器２の構成について説明する。光源１が出力する光は、光ファイバ４ａを介して、光変調器２の入力導波路１１へ入力される。この入力導波路１１へ入力される光は、Ｙ分岐１２によって、導波路１４ａと導波路１４ｂとへ等量の光に分岐されて出力される。これら導波路１４ａと導波路１４ｂに分岐された光は、導波路１４ａ、１４ｂ上に設けられる変調電極１３ａ、１３ｂによって、印加される変調電圧Ｖ１に応じて光位相が変調される。これら変調電極１３ａ、１３ｂによって変調された光は、さらに、変調電極１３ａ、１３ｂに各々直列に配置されるバイアス電極１５ａ、１５ｂによってバイアス電圧Ｖ２に応じた光位相の変化が重畳された後に、Ｙ合波１６によって結合される。このＹ合波１６によって結合された光は、出力導波路１７を介して光ファイバ４ｂへ、光強度の変化を受けた被変調光として出力される。
なお、変調電極１３ａ、１３ｂは、通常、進行波型電極が用いられ、その終端には図示されていない終端抵抗が接続される。
【００１４】
次に、光変調制御回路３の構成について説明する。図１において、２１は単一の周波数ｆ、peak-to-peakの振幅（以下、p-p振幅と称する）２・Ｖｍの主変調信号Ａ１を発生する変調信号発生器、２２は主変調信号Ａ１の周波数ｆに比して十分に低い周波数である単一の低周波信号Ａ２を発生する低周波信号発生器、２３は主変調信号Ａ１に低周波信号Ａ２を重畳する重畳回路、２４は重畳回路２３の出力信号の電圧を変調電極１３ａ、１３ｂに印加するためのコンデンサである。２５は光ファイバ４ｂを介して入力される被変調光を分岐させる光分岐器、２６は光分岐器２５によって分岐された分岐光Ｂ１を電気信号に変換する光電変換回路である。２７は光電変換回路２６の出力信号に含まれる変調信号成分の内で、主変調信号Ａ１成分については減衰し、また、低周波信号Ａ２成分については歪み無く信号成分を透過する低周波透過帯域を有するローパスフィルタである。２８は図２に示されるようなパルス信号Ａ３、Ａ４を発生するタイミング信号発生回路であって、パルス信号Ａ３は低周波信号Ａ２の最大値を有する半周期Ａ２ａの極点Ｐ１０ａ毎に発生され、パルス信号Ａ４は低周波信号Ａ２の最小値を有する半周期Ａ２ｂの極点Ｐ１０ｂ毎に発生される。２９ａ、２９ｂは各々入力されるパルス信号Ａ３、Ａ４のタイミングによって、ローパスフィルタ２７の出力である低周波成分信号Ｃ１をサンプリングして保持するサンプルホールド回路である。３０はサンプルホールド回路２９ａ、２９ｂのホールド出力である信号Ｃ２、Ｃ３の電圧差分をＧ倍に増幅する差動増幅器、３１は差動増幅器３０の出力である信号Ｃ４を符号反転する反転増幅器である。３２は初期バイアス電圧Vdcを発生させる可変電圧発生器、３３は信号Ｃ４と信号Ｃ５とを切り替えて選択することによって信号Ｃ６として出力するスイッチ、３４は初期バイアス電圧Vdcと信号Ｃ６の電圧とを加算しバイアス電圧Ｖ２としてバイアス電極１５ａ、１５ｂに印加する加算・駆動回路である。
【００１５】
次に図２〜図７を参照して、上述した第一の実施形態による光変調装置の動作について説明する。
初めに、図３を参照して、変調曲線Ｗ１の最小値点Ｐ１に、変調曲線Ｗ１の光変調特性を有する光変調器２の動作点を設定した場合の光変調について説明する。
先ず、初期状態について説明する。但し、低周波信号発生器２２は低周波信号Ａ２を発生していないとし、また、信号Ｃ６の電圧も０とする。光変調器２には、動作点を変調曲線Ｗ１の最小値点Ｐ１とするために、バイアス電圧Ｖ２として初期バイアス電圧Vdcがバイアス電極１５ａ、１５ｂに印加されている。この状態において、変調信号発生器２１によって発生される主変調信号Ａ１の電圧がコンデンサ２４を介して変調電極１３ａ、１３ｂに印加されることによって、入力導波路１１に入力される光は変調曲線Ｗ１に応じて変調されて、光出力波形Ｗ２の出力特性を有した光が光ファイバ４ｂに出力される。この光出力波形Ｗ２は、主変調信号Ａ１の２倍の周波数２ｆのＲＺ(Return-to-Zero)信号となる。なお、動作点を変調曲線Ｗ１の最大値点Ｐ２に設定する場合には、初期バイアス電圧をVdcaとすれば良く、その出力特性を光出力波形Ｗ３に示す。
【００１６】
次に、図４を参照して、図３に示される光変調特性を有する光変調器２において、その動作点が変化して光出力波形Ｗ２が歪む現象について説明する。
光変調器２において、温度変化や経年変化あるいはＤＣドリフトなどによって、変調曲線Ｗ１の上記（０）式に示される光位相Φが変化する。その結果、変調曲線Ｗ１は変調曲線Ｗ１ａへとシフトし、動作点が最小値点Ｐ１から点Ｐ３へと変わることによって光出力波形Ｗ２は歪んだ光出力波形Ｗ２ａとなる。このシフトした変調曲線Ｗ１ａにおける所望の動作点は、最小値点Ｐ１ａであり、この最小値点Ｐ１ａに対応するバイアス電圧Ｖ２はVcである。
【００１７】
そこで、次に図２、図４および図５を参照して、上述したように動作点が変化した場合においても、バイアス電圧Ｖ２を制御して動作点を変調曲線Ｗ１ａの最小値点Ｐ１ａに補正する動作について説明する。
先ず、バイアス電圧Ｖ２を制御するために、低周波信号Ａ２を重畳回路２３によって主変調信号Ａ１に重畳し、変調電圧Ｖ１として変調電極１３ａ、１３ｂへ印加する。この時点でのバイアス電圧Ｖ２＝Vdc、動作点は変調曲線Ｗ１の最小値点Ｐ１であり、図５（ａ）がこの時の光出力を示す波形である。図５（ａ）において、Ｗ２はＲＺ信号の光出力波形を示し、Ｗ４ａとＷ５は光出力波形Ｗ２の包絡線であって、Ｗ４ａは低周波信号Ａ２による変調曲線、Ｗ５は光出力波形Ｗ２のピーク値を示す波形である。この変調曲線Ｗ４ａは低周波信号Ａ２の２倍の周波数であり、低周波信号Ａ２の半周期Ａ２ａ、Ａ２ｂにおける極点Ｐ１０ａ、Ｐ１０ｂに対応するp-p振幅Va、Vbは等しい。
なお、図５（ｂ）（ｃ）においては、低周波信号Ａ２による変調曲線Ｗ４ｂ、Ｗ４ｃのみを図示している。
【００１８】
次いで、バイアス電圧Ｖ２＝Vdcの同じ状態において、光位相Φが変化して変調曲線Ｗ１ａとなり動作点が点Ｐ３となった場合には、図５（ｂ）の変調曲線Ｗ４ｂように、極点Ｐ１０ａ、Ｐ１０ｂに対応するp-p振幅Va1とVb1とは振幅に差異が生じ、Va1はVb1より大きい値となる。そこで、このp-p振幅Va1、Vb1をサンプルホールドし、その差をゼロとするように、すなわちバイアス電圧Ｖ２＝Vcとして動作点を最小値点Ｐ１ａとするようにバイアス電圧Ｖ２を制御する。
【００１９】
このようにバイアス電圧Ｖ２を制御するための光変調制御回路３の具体的な動作を説明する。
先ず、光変調器２が出力する被変調光から分岐される分岐光Ｂ１は、光電変換回路２６によって電気信号に変換された後、ローパスフィルタ２７によって低周波信号Ａ２成分のみからなる低周波成分信号Ｃ１とされて、サンプルホールド回路２９ａ、２９ｂに入力される。このサンプルホールド回路２９ａはパルス信号Ａ３によって、低周波成分信号Ｃ１をサンプルして保持する。このサンプルタイミングは、低周波信号Ａ２の半周期Ａ２ａの極点Ｐ１０ａであるので、サンプルされる値はp-p振幅Va1となる。また、サンプルホールド回路２９ｂはパルス信号Ａ４によって、低周波成分信号Ｃ１をサンプルして保持する。このサンプルタイミングは、低周波信号Ａ２の半周期Ａ２ｂの極点Ｐ１０ｂであるので、サンプルされる値はp-p振幅Vb1となる。次いで、これらのホールド出力である信号Ｃ２、Ｃ３の電圧差分が差動増幅器３０によってＧ倍に増幅され信号Ｃ６として、スイッチ３３を介して加算・駆動回路３４へ入力される。次いで、加算・駆動回路３４によって、信号Ｃ６の電圧すなわちp-p振幅Va1とp-p振幅Vb1との差がＧ倍に増幅された電圧と、可変電圧発生回路３２が発生する初期バイアス電圧Vdcとが加算されて、バイアス電圧Ｖ２となる。
【００２０】
このように図４の変調曲線Ｗ１が変調曲線Ｗ１ａに変化した場合、変調曲線Ｗ４ｂのVa1はVb1より大きい値となり、バイアス電圧Ｖ２は以下の式となる。
バイアス電圧Ｖ２＝Vc＝Vdc＋Ｇ×(Va1−Vb1) ・・・（１）
（１）式から、光位相Φの変化に対応した大きさ（Va1、Vb1の差の絶対値）と方向（Vdcより大きくなるように）とによって、バイアス電圧Ｖ２へのフィードバック制御が行われる。
【００２１】
また、図４に示されるように、光位相Φが変調曲線Ｗ１ａとは逆方向に変化して、変調曲線Ｗ１が変調曲線Ｗ１ｂとなる場合は、低周波信号Ａ２による変調曲線は図５（ｃ）の変調曲線Ｗ４ｃとなる。変調曲線Ｗ４ｃでは、変調曲線Ｗ４ｂとはVa2、Vb2の大小関係が逆転し、Va2はVb2より小さい値である。この場合のバイアス電圧Ｖ２は以下の式となる。
バイアス電圧Ｖ２＝Vd＝Vdc−Ｇ×ａｂｓ(Va2−Vb2) ・・・（２）
但し、ａｂｓ（）は（）内の絶対値である。
（２）式に示されるように、バイアス電圧Ｖ２は（１）式とは逆方向（Vdcより小さくなるように）にフィードバック制御が成される。
なお、上述したように、動作点を変調曲線Ｗ１の最小値点Ｐ１に設定した場合には、サンプルホールド回路２９ａ、２９ｂによってサンプルされて差分が取られた信号Ｃ４の符号とフィードバック制御を行う方向とは合致している。
【００２２】
次に、図６、図７を参照して、動作点を図６の変調曲線Ｗ１の最大値点Ｐ２に設定した場合にバイアス電圧Ｖ２を制御する動作について説明する。
図６に示されるように、初期バイアス電圧はVdcaに設定されて、変調曲線Ｗ１の最大値点Ｐ２が動作点となる。また、低周波信号Ａ２が重畳された変調電圧Ｖ１によって変調される光出力は、図７（ａ）に示される波形となる。この図において、図５（ａ）と同様に、光出力波形Ｗ３の最小値を示す波形Ｗ６と低周波信号Ａ２による変調曲線Ｗ７ａとは光出力波形Ｗ３の包絡線である。この変調曲線Ｗ７ａにおいて、低周波信号Ａ２の半周期Ａ２ａ、Ａ２ｂにおける極点Ｐ１０ａ、Ｐ１０ｂに対応する最小値Vg、Vhは、等しい値となる。
次いで、光位相Φが変化して変調曲線が変調曲線Ｗ１ａとなった場合の光出力波形を図７（ｂ）に示し、変調曲線Ｗ１ｂとなった場合の光出力波形を図７（ｃ）に示す。なお、図７（ｂ）（ｃ）においては、低周波信号Ａ２による変調曲線Ｗ７ｂ、Ｗ７ｃのみを図示している。
【００２３】
先ず、変調曲線Ｗ１ａとなった場合には、バイアス電圧Ｖ２をVdcaより大きい値のVeとする必要がある。しかし、変調曲線Ｗ７ｂの最小値Vg1はVh1よりも小さい値なので、バイアス電圧Ｖ２をVdcaより大きい値のVeとするためにバイアス電圧Ｖ２は、以下の式となる。
バイアス電圧Ｖ２＝Ve＝Vdca＋Ｇ×ａｂｓ(Vg1−Vh1) ・・・（３）
但し、ａｂｓ（）は（）内の絶対値である。
【００２４】
また、変調曲線Ｗ１ｂとなった場合には、変調曲線Ｗ７ｃの最小値Vg2はVh2よりも大きい値となる。したがって、バイアス電圧Ｖ２をVdcaより小さい値のVfとするためにバイアス電圧Ｖ２は、以下の式となる。
バイアス電圧Ｖ２＝Vf＝Vdca−Ｇ×(Vg2−Vh2) ・・・（４）
（３）（４）式に示されるように、動作点を変調曲線Ｗ１の最大値点Ｐ２に設定した場合には、サンプルホールド回路２９ａ、２９ｂによってサンプルされて差分が取られた信号Ｃ４の符号とフィードバック制御を行う方向とは異なっている。そこで、（３）（４）式に示されるバイアス電圧Ｖ２を得るために、信号Ｃ４の符号を反転して、初期バイアス電圧Vdcaに加算すれば良い。そのために、反転増幅器３１によって信号Ｃ４の符号を反転して信号Ｃ５を出力し、スイッチ３３を信号Ｃ５が選択されるように切り替えておくことによって、加算・駆動回路３４が信号Ｃ５の電圧を初期バイアス電圧Vdcaに加算し、（３）（４）式に示されるバイアス電圧Ｖ２へのフィードバック制御が行われる。
以上が第一の実施形態による光変調装置の構成と、その第一の実施形態による光変調装置において、光変調器２の動作点を変調曲線の最大値点または最小値点に設定する場合に、その所望の動作点が保持される動作についての説明である。
【００２５】
次に、図８は第二の実施形態による光変調装置の構成を示すブロック図である。この第二の実施形態による光変調装置は、上述した第一の実施形態の光変調制御回路３とこの第二の実施形態の光変調制御回路５とにおいて、低周波成分信号Ｃ１をサンプルして信号Ｃ２、Ｃ３を生成する回路においてのみ、上述した第一の実施形態による光変調装置とは異なる構成になっている。以下、図３および図５〜図９を参照して、その第二の実施形態において低周波成分信号Ｃ１をサンプルして信号Ｃ２、Ｃ３を生成する回路の構成と動作について説明する。
【００２６】
初めに、動作点を図３の変調曲線Ｗ１の最小値点Ｐ１に設定した場合について説明する。
先ず、図８において、タイミング信号発生回路４１は、入力される低周波信号Ａ２から、図９に示されるパルス信号Ｓ１〜Ｓ３を発生する。Ｓ１は、低周波信号Ａ２の正符号の半波部分である半周期Ａ２ａの区間にパルスが発生されるパルス信号である。Ｓ２は、低周波信号Ａ２の負符号の半波部分である半周期Ａ２ｂの区間にパルスが発生されるパルス信号である。Ｓ３は、低周波信号Ａ２のゼロ交差点に対応したパルスが発生されるパルス信号である。
次いで、ピークホールド回路４２ａは、パルス信号Ｓ１のパルス区間に入力される低周波成分信号Ｃ１のピーク値を保持する。この保持されるピーク値は、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示される各半周期Ａ２ａのp-p振幅Va、Va1、Va2に対応する。一方、ピークホールド回路４２ｂは、パルス信号Ｓ２のパルス区間に入力される低周波成分信号Ｃ１のピーク値を保持する。この保持されるピーク値は、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示される各半周期Ａ２ｂのp-p振幅Vb、Vb1、Vb2に対応する。
【００２７】
次いで、ピークホールド回路４２ａ、４２ｂに保持されたピーク値は、信号Ｓ４、Ｓ５として各々スイッチ４３ａ、４３ｂを介して、信号Ｓ８、Ｓ９としてサンプルホールド回路４４ａ、４４ｂに入力される。このサンプルホールド回路４４ａ、４４ｂは、パルス信号Ｓ３のタイミングで、入力される信号Ｓ８、Ｓ９をサンプルして保持し、信号Ｃ２、Ｃ３として差動増幅器３０へ出力する。
次いで、サンプルホールド回路４４ａ、４４ｂは、リセット信号Ｓ１０、Ｓ１１を出力して、各々ピークホールド回路４２ａ、４２ｂをリセットする。
【００２８】
次に、動作点を図３の変調曲線Ｗ１の最大値点Ｐ２に設定した場合について説明する。
この動作点を最大値点Ｐ２に設定した場合には、ミニマムホールド回路４５ａ、４５ｂがパルス信号Ｓ１、Ｓ２のパルス区間に入力される低周波成分信号Ｃ１のミニマム値を各々保持する。これら各々保持されるミニマム値は、図７（ａ）〜（ｃ）に示される各半周期Ａ２ａ、Ａ２ｂの最小値Vg〜Vg2、Vh〜Vh2に対応する。
次いで、ミニマムホールド回路４５ａ、４５ｂに保持されたミニマム値は、信号Ｓ６、Ｓ７として各々スイッチ４３ａ、４３ｂを介して、信号Ｓ８、Ｓ９としてサンプルホールド回路４４ａ、４４ｂに入力される。このサンプルホールド回路４４ａ、４４ｂは、パルス信号Ｓ３のタイミングで、入力される信号Ｓ８、Ｓ９をサンプルして保持し、信号Ｃ２、Ｃ３として差動増幅器３０へ出力する。
次いで、サンプルホールド回路４４ａ、４４ｂは、リセット信号Ｓ１０、Ｓ１１を出力して、各々ミニマムホールド回路４５ａ、４５ｂをリセットする。
なお、スイッチ４３ａ、４３ｂは、動作点が最小値点Ｐ１に設定される場合には各々信号Ｓ４、Ｓ５を選択するように設定され、一方、動作点が最大値点Ｐ２に設定される場合には各々信号Ｓ６、Ｓ７を選択するように設定される。
以上が第二の実施形態による光変調装置において低周波成分信号Ｃ１をサンプルして信号Ｃ２、Ｃ３を生成する回路の構成と動作について説明である。
【００２９】
なお、上述した第二の実施形態による光変調装置において、変調信号Ａ１と低周波信号Ａ２とを重畳して光変調器２へ出力する構成およびその動作と、低周波成分信号Ｃ１をサンプルして生成される信号Ｃ２、Ｃ３を用いてバイアス電圧Ｖ２の増減を制御する構成およびその動作は、上記第一の実施形態による光変調装置と同じである。また、上記第一の実施形態による光変調装置と同様に、光変調器２の動作点を変調曲線の最大値点または最小値点に設定する場合に、その所望の動作点が保持される。
【００３０】
なお、上述した第一または第二の実施形態においては、変調電極１３ａ、１３ｂとバイアス電極１５ａ、１５ｂとを各々独立に設ける構成としたが、変調電極１３ａとバイアス電極１５ａとが一つの同じ電極で構成され、また、変調電極１３ｂとバイアス電極１５ｂとがもう一つの同じ電極で構成されても良い。
また、低周波信号Ａ２を主変調信号Ａ１に重畳する回路構成としたが、低周波信号Ａ２をバイアス電圧Ｖ２の信号に重畳する回路構成としても良い。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、入力される変調信号とバイアス電圧とに応じて光強度を変化させる光強度変調器を有し、バイアス電圧を用いて光強度変調器の動作点を変調曲線の最大値または最小値に設定する光変調装置において、主変調信号と該主変調信号に比して低い単一周波数の低周波信号とが重畳された変調信号によって、光変調器は光強度を変調する。この変調された光を一部分岐し光電変換した信号から、主変調信号成分を減衰し、また低周波信号成分を透過することによって低周波成分信号は生成される。この生成された低周波成分信号から低周波信号の正極性の極値の位相でサンプルする第一のサンプル値と、該低周波成分信号から低周波信号の負極性の極値の位相でサンプルする第二のサンプル値との差を圧縮するように、バイアス電圧の増減を制御するようにしたので、光変調器の動作点を変調曲線の最大値点または最小値点に設定する場合において、所望の光変調の動作点へ追随させることが可能となり、環境変化や経年変化などに対しても、安定して、その動作点を保持することができる。加えて、従来の解決方法に比して、簡易な回路にて実現することができるという効果も得られる。
【００３２】
さらに、第一のサンプル値は、低周波信号の正極性の所定の位相毎に低周波成分信号からサンプルされる値であり、また第二のサンプル値は、低周波信号の負極性の所定の位相毎に低周波成分信号からサンプルされる値であるようにしたので、動作点の変化を即時に検出してバイアス電圧の増減を制御することができる。
さらに、第一のサンプル値がサンプルされる位相は、低周波信号の正極性の極値の位相であり、また第二のサンプル値がサンプルされる位相は、低周波信号の負極性の極値の位相であるようにしたので、より精度の良いバイアス電圧の制御が可能となり、一層安定して、光変調の動作点を保持することができるという効果が得られる。
さらに、バイアス電圧の増減を反転させるバイアス電圧制御反転手段を具備するようにしたので、簡易に、光変調の動作点を変調曲線の最大値点または最小値点のいずれかに設定して安定した動作点を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一の実施形態による光変調装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 同実施形態によるタイミング信号発生回路２８が発生するパルス信号Ａ３、Ａ４を説明する波形図である。
【図３】 同実施形態による光変調装置の光変調について説明する第一の波形図である。
【図４】 同実施形態による光変調装置の光変調について説明する第二の波形図である。
【図５】 同実施形態による光変調装置のバイアス電圧を制御する動作について説明する第一の波形図である。
【図６】 同実施形態による光変調装置の光変調について説明する第三の波形図である。
【図７】 同実施形態による光変調装置のバイアス電圧を制御する動作について説明する第二の波形図である。
【図８】 本発明の第二の実施形態による光変調装置の構成を示すブロック図である。
【図９】 同実施形態によるタイミング信号発生回路４１が発生するパルス信号Ｓ１〜Ｓ３を説明する波形図である。
【図１０】 従来の光変調装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】 従来の光変調装置の光変調について説明する波形図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 光変調器
３ 光変調制御回路
２１ 変調信号発生器
２２ 低周波信号発生器
２３ 重畳回路
２４ コンデンサ
２５ 光分岐器
２６ 光電変換回路
２７ ローパスフィルタ
２８ タイミング信号発生回路
２９ａ、２９ｂ サンプルホールド回路
３０ 差動増幅器
３１ 反転増幅器
３２ 可変電圧発生器
３３ スイッチ
３４ 加算・駆動回路
Claims (4)
- 入力される変調信号とバイアス電圧とに応じて光強度を変化させる光強度変調器を有し、前記バイアス電圧を用いて前記光強度変調器の動作点を変調曲線の最大値または最小値に設定する光変調装置において、
主変調信号と該主変調信号に比して低い単一周波数の低周波信号とを発生し、該主変調信号と該低周波信号とを重畳して前記変調信号を生成する低周波重畳変調信号生成手段と、
前記光強度変調器が出力する被変調光を一部分岐し光電変換した信号から、前記主変調信号成分を減衰し、また前記低周波信号成分を透過することによって低周波成分信号を生成する低周波透過手段と、
前記低周波信号の正極性の極値の位相で前記低周波成分信号からサンプルする第一のサンプル値と、前記低周波信号の負極性の極値の位相で前記低周波成分信号からサンプルする第二のサンプル値との差を圧縮するように、前記バイアス電圧の増減を制御するバイアス電圧制御手段と、
を具備してなる光変調装置。 - 前記第一のサンプル値は、前記低周波信号の正極性の所定の位相毎に前記低周波成分信号からサンプルされる値であり、
前記第二のサンプル値は、前記低周波信号の負極性の所定の位相毎に前記低周波成分信号からサンプルされる値であることを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。 - 前記バイアス電圧制御手段は、前記バイアス電圧の増減を反転させるバイアス電圧制御反転手段を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光変調装置。
- 入力される変調信号とバイアス電圧とに応じて光強度を変化させる光強度変調器を有し、前記バイアス電圧を用いて前記光強度変調器の動作点を変調曲線の最大値または最小値に設定する光変調装置において、
主変調信号と該主変調信号に比して低い単一周波数の低周波信号とを発生し、該主変調信号と該低周波信号とを重畳して前記変調信号を生成する第一の過程と、
前記光強度変調器が出力する被変調光を一部分岐し光電変換した信号から、前記主変調信号成分を減衰し、また前記低周波信号成分を透過することによって低周波成分信号を生成する第二の過程と、
前記低周波信号の正極性の極値の位相で前記低周波成分信号からサンプルする第一のサンプル値と、前記低周波信号の負極性の極値の位相で前記低周波成分信号からサンプルする第二のサンプル値との差を圧縮するように、前記バイアス電圧の増減を制御する第三の過程と、
を有することを特徴とする光変調方法。
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