JP3881270B2 - 光変調器の駆動制御装置および駆動制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いる光変調器の駆動制御技術に関し、特に、超高速光伝送などに使用する光変調器を安定して駆動制御できる駆動制御装置および駆動制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光伝送システムでは、波長分割多重（ＷＤＭ）技術の進歩や１波長当たりの伝送速度の高速化などにより、大容量の光伝送を可能にしたシステムが実現しつつある。このようなシステム中で使用される伝送用の変調符号形式についても、伝送容量および伝送距離の拡大を目的として、従来のＮＲＺ（non return to zero）符号やＲＺ（return to zero）符号などに代わり、光デュオバイナリ符号やキャリア抑圧ＲＺ（ＣＳ−ＲＺ）符号などの形式が提案されている（例えば特開２００１−１１９３４４号等）。特に、ＣＳ−ＲＺ符号は、簡易な方法で伝送距離の拡大および伝送容量の拡大ができるため、次世代の最も有望な変調符号形式といわれている。
【０００３】
また、超高速伝送用の光変調では、変調時の波長変動（チャーピング）を抑圧するため、半導体レーザを連続的に発光させて、この光を外部変調器でオン／オフする外部変調器方式が使用されている。外部変調器としては、マッハツェンダ型光変調器（以下、ＭＺ型変調器とする）が主流を占めている。
図３１は、ＭＺ型光変調器の駆動信号に対する光出力特性の一例を示す図である。従来のＮＲＺ変調方式では、周期Ｔ₀でレベルが変化する駆動信号のハイレベルおよびローレベルを光出力特性の発光の頂点Ａおよび消光の頂点Ｂにそれぞれ合わせることによって、光出力のオン／オフ変調を行っている。なお、以下の説明では、周期的に変化する光出力特性の発光／消光の各頂点Ａ，Ｂに対応したバイアス電圧の差をＶπで表記することにする。これによれば上記のＮＲＺ変調方式における駆動信号の振幅はＶπとなる。
【０００４】
上記のようなＭＺ型光変調器については、チャーピングが少ないという利点があるが、温度変化や経時変化等により駆動信号に対する光出力特性が時間的にドリフトして、光出力のオン／オフレベルに符号間干渉が生じてしまうという問題があった。このような問題を解決してＭＺ光変調器の動作点を安定に制御するためには、上記の図３１に示した駆動電圧に対する光出力特性を示す曲線ａが左に移動して曲線ｂになった場合、駆動信号によるバイアス電圧をその変化に応じて小さくし、また、右に移動して曲線ｃになった場合には、バイアス電圧をその変化に応じて大きくするといった動作点の制御が必要である。従来のＮＲＺ符号やＲＺ符号を用いた変調方式では、例えば、特開平３−２５１８１５号公報等において、駆動信号に低周波信号を重畳して動作点の変動量および変動方向を検出し、フィードバックによりバイアス電圧を制御して、動作点を正常に保つ補償技術が提案されている。
【０００５】
上記のような背景のもと、光デュオバイナリ変調方式やＣＳ−ＲＺ変調方式等の新たな変調方式についても、それらに対応可能なＭＺ型光変調器の動作点制御技術が求められている。
ＣＳ−ＲＺ変調方式に対応したＭＺ型光変調器の動作点制御技術としては、例えば特開２００１−１１９３４４号公報等に開示されたものがある。この従来技術では、図３２に示すように、ＣＳ−ＲＺ変調方式の送信部が、連続光を発生する送信光源１１０と、ＮＲＺ変調方式に対応したデータ信号を駆動回路１２１で振幅がＶπとなるように調整した駆動信号に従って駆動されるデータ変調側のＭＺ型光変調器１２０と、上記データ信号のビットレートの１／２倍の周波数を有するクロック信号を駆動回路１３１で振幅が２Ｖπとなるように調整した駆動信号に従って駆動されるクロック変調側のＭＺ型光変調器１３０と、から構成される。
【０００６】
このようなＣＳ−ＲＺ変調方式の送信部では、データ変調側の光変調器１２０の出力におけるクロスポイントをクロック変調側の光変調器１３０の消光位相に調整することによって、光出力としてＲＺ符号を用いたときと同じ波形を持つ光信号が送出される。このため、データ変調側の光変調器１２０については、前述の図３１に示した場合と同様にして振幅ＶπのＮＲＺ符号形式の駆動信号が用いられるため、従来の動作点制御方法を適用して動作点を最適化することができる。一方、クロック変調側の光変調器１３０については、例えば図３３に示すように、駆動信号の波形が振幅２Ｖπの正弦波となるため、消光時に駆動信号の振幅が０となるように動作点の制御を行う必要が生じる。
【０００７】
また、光デュオバイナリ変調方式に対応したＭＺ型光変調器の動作点制御方式としては、例えば特開２０００−１６２５６３号公報等に開示された技術が知られている。この従来技術では、例えば図３４に示すように、ＮＲＺ符号やＲＺ符号を用いた変調方式の場合と違い、振幅２Ｖπの差動符号である光デュオバイナリ符号に対応した駆動信号がＭＺ型光変調器２１０に与えられる。この駆動信号には、発振器２１２で発生する低周波の動作点制御信号が重畳されていて、ＭＺ型光変調器２１０からの光出力の一部が光カプラ２２０で分岐されて受光器２２１およびＩ／Ｖ変換器２２２を介して位相比較器２２３に送られ、光出力に含まれる重畳成分と動作点制御信号との位相比較が行われることにより、動作点の変動量および変動方向が検出される。そして、位相比較の結果がバイアス供給回路２２５の制御にフィードバックされることで動作点の最適化が行われる。さらに、上記の従来技術においては、例えば図３５に示すように、バイアス電圧が動作点に一致している時、光出力に含まれる重畳成分の周波数が動作点制御信号の周波数の２倍になることを利用して、重畳成分の周波数が最大になる制御を行うことによって動作点を常に正常に保つ補償方式も提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の動作点制御技術を応用してＣＳ−ＲＺ変調方式におけるクロック変調側のＭＺ型光変調器の動作点制御を行うことを考えると、クロック信号に低周波の動作点制御信号を重畳したとしても、クロック信号の波形が正弦波であるので光変調器からの光出力は、瞬間的に「１」レベル（発光の頂点Ａ）となるだけであって、矩形波のデータ信号に動作点制御信号を重畳する場合のように光出力に「１」レベルが連続する箇所が無い。このため、動作点制御信号に対応した低周波の重畳成分は光変調器の光出力には殆ど現れない。従って、従来の動作点制御信号を重畳する方式では、クロック変調側のＭＺ型光変調器について、動作点の変動量および変動方向を検出することが困難である。
【０００９】
また、光変調器からの光出力に含まれる重畳成分の周波数が動作点制御信号の周波数の２倍になることを検出して動作点を制御する方式においても、クロック変調側のＭＺ型光変調器では、上記のように光出力が最大になるポイントが一瞬であるため、検出信号が微弱となって重畳成分の周波数を判断することが難しくなる。また、この従来方式では、駆動信号の振幅が２Ｖπからずれると、光出力において動作点制御信号の２倍の周波数の重畳成分を発生するバイアス点が２つ存在することになり、いずれのバイアス点を基準にして動作点を制御した場合もデューティのずれた出力波形しか得られず、正常な変調動作が実現できないといった問題もある。
【００１０】
さらに、上記の図３２に示したようなＣＳ−ＲＺ変調方式の送信部では、所望の光出力を得るために、クロック信号に対応した差動形の２つの駆動信号間の振幅および位相や、クロック信号およびデータ信号間の位相などといった複数の箇所での調整、制御が必要であるため、それに加えて従来の動作点制御のための構成を設けることになると、送信部の高コスト化および大型化を招いてしまうという欠点もあった。
【００１１】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、クロック信号に対応した駆動信号に従って駆動される光変調器の動作点変動についても確実に補償することができる簡略な構成の駆動制御装置および駆動制御方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため本発明の駆動制御装置は、駆動電圧に対する光出力特性が周期的に変化する光変調器の駆動制御装置であって、駆動電圧に対する光出力特性の隣り合う２つの発光の頂点または隣り合う２つの消光の頂点の間の電圧差に応じて振幅が設定されており、クロック信号に対応した正弦波の波形を有する駆動信号を光変調器に与える駆動部と、光変調器から出力される光信号のパワーを検出し、その光信号のパワーの平均値に基づいて、光変調器の動作点を制御する動作点制御部と、を備えて構成されるものである。
【００１３】
かかる構成の駆動制御では、振幅が２Ｖπ付近に設定された正弦波の波形を有する駆動信号が駆動部から光変調器に出力されて、その駆動信号に従って光変調器が駆動される。そして、光変調器から出力される光信号のパワーが動作点制御部によって検出され、その光信号パワーの平均値に基づいて、光変調器のバイアス電圧等が調整されることにより動作点の制御が行われる。このように、光変調器からの光出力パワーの平均値を利用して動作点の制御を行うようにしたことで、クロック信号に対応した駆動信号を用いる場合でも動作点の変動を確実に判断して補償できるようになるため、光変調器を最適な状態で安定して駆動制御することが可能になる。
【００１４】
また、上記の駆動制御装置については、駆動信号の振幅が、光変調器の動作点ずれ量に対する光出力特性を基に定められた第１閾値以上に設定されるとき、動作点制御部は、光信号のパワーの平均値が最大になるように光変調器の動作点を制御すればよい。また、駆動信号の振幅が、光変調器の動作点ずれ量に対する光出力特性を基に定められた第２閾値以下に設定されるときには、動作点制御部は、光信号のパワーの平均値が最小になるように光変調器の動作点を制御すればよい。
【００１５】
このように、駆動信号の振幅設定に応じて、光出力パワーの平均値を最大にする最大値制御を行うか、または、光出力パワーの平均値を最小にする最小値制御を行うことで、光変調器の動作点を最適化することが可能になる。
さらに、上記の駆動制御装置の具体的な態様として、光変調器が、第１光変調部と、その第１光変調部から出力される光信号が入力される第２光変調部と、を備えるとき、駆動部は、データ信号に対応した波形を有し、かつ、第１光変調部の駆動電圧に対する光出力特性の隣り合う発光の頂点および消光の頂点の間の電圧差に応じて振幅が設定された駆動信号を第１光変調部に与えるデータ変調側の駆動回路と、データ信号のビットレートの１／２倍の周波数を持つクロック信号に対応した波形を有し、かつ、第１光変調部の駆動電圧に対する光出力特性の隣り合う２つの発光の頂点または隣り合う２つの消光の頂点の間の電圧差に応じて振幅が設定された駆動信号を第２光変調部に与えるクロック変調側の駆動回路と、を備えるようにする。また、動作点制御部は、第２光変調部から出力される光信号のパワーの平均値に基づいて、少なくとも第２光変調部の動作点を制御するようにする。
【００１６】
このような構成では、データ信号に対応した駆動信号により駆動される第１光変調部からの光出力が、クロック信号に対応した駆動信号により駆動される第２光変調部に入力されて、ＣＳ−ＲＺ変調方式等に対応した光信号が第２光変調部から出力される。このとき、少なくともクロック変調側の第２光変調器については、その動作点が光信号パワーの平均値に基づいて動作点制御部により制御される。これにより、従来技術では困難であったクロック変調側の光変調器の動作点制御が実現され、ＣＳ−ＲＺ変調方式等の光信号を安定して出力することが可能になる。
【００１７】
本発明の駆動制御方法は、駆動電圧に対する光出力特性が周期的に変化する光変調器の駆動制御方法であって、駆動電圧に対する光出力特性の隣り合う２つの発光の頂点または隣り合う２つの消光の頂点の間の電圧差に応じて振幅が設定されており、クロック信号に対応した正弦波の波形を有する駆動信号を光変調器に与え、光変調器から出力される光信号のパワーを検出し、その光信号のパワーの平均値に基づいて、光変調器の動作点を制御するようにした方法である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明にかかるＭＺ型光変調器の駆動制御装置の基本的な構成を示す機能ブロック図である。
図１において、本駆動制御装置は、例えば、ＭＺ型光変調器１０に与える駆動信号を生成する駆動回路１１と、ＭＺ型光変調器１０の動作点を設定する動作点設定回路１２と、ＭＺ型光変調器１０の出力側の光路上に挿入された光カプラ１３と、光カプラ１３からの分岐光を受光する受光器１４と、受光器１４で発生する電流信号を電圧信号に変換するＩ／Ｖ変換回路１５と、Ｉ／Ｖ変換回路１５からの電圧信号を基に光出力パワーの平均値が最大になるように動作点設定回路１２を制御する最大値制御回路１６と、を備えて構成される。
【００１９】
ＭＺ型光変調器１０は、入力導波路に入射された光が分岐部で２分岐され、それらの光が分岐導波路で相補的な位相変化を受けた後に合波干渉されて出力導波路に出力される一般的な光変調器である。このＭＺ型光変調器１０は、例えば図２の左上に示すように、駆動電圧に対する光出力特性が周期的に変化する特性を備えている。
【００２０】
駆動回路１１は、外部等から与えられる周波数ｆ_CLKのクロック信号に基づいて位相が略１８０°異なる２つの駆動信号を生成し、各々の駆動信号をＭＺ型光変調器１０の各分岐導波路に対応した一対の信号電極（ここでは図示を省略）に印加する。上記の各駆動信号は、ＭＺ型光変調器１０の各信号電極に印加される電圧が光出力特性の隣り合う２つの発光の頂点Ａの間（または、隣り合う２つの消光の頂点Ｂの間）の電圧差に対応するように各々の振幅が設定されている。すなわち、ここでは図２の左下に示すように、ＭＺ型光変調器１０が２Ｖπの駆動振幅で変調動作することになる。
【００２１】
動作点設定回路１２は、ＭＺ型光変調器１０の信号電極に可変のバイアス電圧を与えることでＭＺ型光変調器１０の動作点を設定する回路である。この動作点設定回路１２によって信号電極に印加されるバイアス電圧は、ＭＺ光変調器１０の動作点を決めるものであり、その値は後述するような最大値制御回路１６における処理の結果に応じて設定される。
【００２２】
光カプラ１３は、ＭＺ型光変調器１０から出力される光信号の一部を分岐して受光器１４に送るものである。受光器１４は、光カプラ１３で分岐されたモニタ光を受光し、そのトータルパワーに応じた電流信号を発生する。この受光器１４で発生する電流信号はＩ／Ｖ変換回路１５で電圧信号に変換されて最大値制御回路１６に送られる。
【００２３】
最大値制御回路１６は、Ｉ／Ｖ変換回路１５からの電圧信号に基づいて、ＭＺ型光変調器１０の光出力パワーの平均値を判断し、その平均値が最大になるように動作点設定回路１２のバイアス電圧の設定をフィードバック制御するものである。
上記のような構成の駆動制御装置では、図２の左下に示したようなクロック信号に対応した振幅２Ｖπの駆動信号がＭＺ光変調器１０に印加されることによって、ＭＺ光変調器１０に入力される連続光が強度変調されて出力される。このＭＺ光変調器１０の光出力波形は、ＭＺ光変調器１０の駆動電圧に対する光出力特性が図２の左上に示した理想曲線ａになるとき、図２の右側上段に示すように発光／消光状態が周期的に歪なく変化する波形となる。
【００２４】
一方、温度変化や経時変化などにより、ＭＺ光変調器１０の駆動電圧に対する光出力特性が理想曲線ａから左右に変動して曲線ｂまたは曲線ｃとなり、ＭＺ光変調器１０の動作点が時間的に変動したとき、その動作点の変動量に応じてバイアス電圧が最適化されていないとすると、ＭＺ光変調器１０の光出力波形は、図２の右側中段または右側下段に示すように歪の生じた波形となる。このとき、光出力パワーの時間的な平均値を考えると、動作点変動時における光出力パワーの平均値は動作点が最適な状態にある時に比べて減少することになる。すなわち、ＭＺ光変調器１０の光出力パワーは、動作点が最適化されている時に最大値を取ることになる。図３には、動作点の変動量に対する光出力パワーの平均値の変化の一例を示しておく。
【００２５】
そこで、本駆動制御装置では、ＭＺ光変調器１０からの光出力の一部をモニタ光として光カプラ１３で分岐し、そのモニタ光のトータルパワーに応じてレベルの変化する電圧信号が受光器１４およびＩ／Ｖ変換回路１５により生成される。そして、その電圧信号に基づいて、ＭＺ光変調器１０の光出力パワーの平均値が最大値制御回路１６で判断され、その平均値が最大となるように動作点設定回路１２のバイアス電圧がフィードバック制御される。これにより、ＭＺ光変調器１０の動作点が最適な状態に設定されるようになる。
【００２６】
このように本駆動制御装置によれば、従来の動作点制御技術のように駆動信号に対して低周波の動作点制御信号を重畳することでＭＺ光変調器の動作点の変動を検出するのではなく、光出力パワーの平均値に基づいて動作点の変動を判断するようにしたことで、クロック信号に対応した駆動信号を用いる場合でも動作点の変動を確実に判断してバイアス電圧のフィードバック制御を行うことができるようになるため、ＭＺ光変調器１０の動作点を安定して最適な状態に制御することが可能である。このような駆動制御装置は、例えばＣＳ−ＲＺ変調方式におけるクロック変調側のＭＺ型光変調器の駆動制御を実現するものとして好適である。
【００２７】
次に、上記のような基本構成を有するＭＺ光変調器の駆動制御装置についてのより具体的な実施形態を説明する。
図４は、第１実施形態の駆動制御装置の構成を示す回路図である。なお、前述の図１に示した構成と同じ部分には同一の符号が付してあり、以下、他の実施形態においても同様とする。
【００２８】
図４の回路構成では、クロック信号の入力を受けて駆動回路１１で生成される一方の駆動信号がキャパシタＣ１を介してＭＺ光変調器１０の信号電極１０ｅ₁（図４で上側）の一端に印加され、それとは位相が１８０°異なる他方の駆動信号がキャパシタＣ２を介してＭＺ光変調器１０の信号電極１０ｅ₂（図４で下側）の一端に印加される。ここでは、ＭＺ光変調器１０の信号電極１０ｅ₁の他端は抵抗器Ｒ１を介しては終端され、また、信号電極１０ｅ₂の他端はバイアスティ内のキャパシタＣ３および抵抗器Ｒ２を介して終端されている。
【００２９】
さらに、本駆動制御装置では、光カプラ１３で分岐されたモニタ光が、電源Ｅ１による逆バイアスが与えられたフォトダイオードＰＤで光電変換され、そのフォトダイオードＰＤで発生する電流信号が抵抗器Ｒ３によって電圧信号に変換される。フォトダイオードＰＤと抵抗器Ｒ３が接続されたノードＮ１には最大値制御回路１６の入力端子が接続されている。
【００３０】
最大値制御回路１６は、例えば図５に示すような回路構成などを適用することによって実現される。具体的に、最大値制御回路１６は、図４のノードＮ１におけるモニタ電圧が入力端子ＩＮに印加されてリセット機能付きのサンプルホールド回路１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃにそれぞれ伝えられる。サンプルホールド回路１００Ａは、例えばキャパシタＣ０とスイッチＳＷ０および抵抗器Ｒ０とが並列に接続されていて、発振器１０１で発生する周波数ｆ１の内部クロック信号がインバータＩＮＶ１を介してリセット信号として与えられ、そのリセット信号に同期してスイッチＳＷ０が開閉する構成である。
【００３１】
サンプルホールド回路１００Ｂおよびサンプルホールド回路１００Ｃについては、各々の前後にスイッチＳＷ１，ＳＷ２およびスイッチＳＷ３，ＳＷ４がそれぞれ設けられていて、各スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、上記の内部クロック信号に同期して動作するＴフリップフロップ（Ｔ−Ｆ／Ｆ）の出力信号が各々の制御端子に与えられる。各サンプルホールド回路１００Ｂ，１００Ｃは、上記サンプルホールド回路１００Ａと同様の構成であって、内部クロック信号とＴフリップフロップの出力信号との論理和に基づいたリセット信号に従ってリセットされる。
【００３２】
上記のようなサンプルホールド回路１００Ｂ，１００ＣとスイッチＳＷ１〜ＳＷ４とを組み合わせた回路構成により、サンプルホールド回路１００Ａから出力されるモニタ電圧に対して、その直前のタイミングのモニタ電圧が各サンプルホールド回路１００Ｂ，１００Ｃ側から交互に出力されるようになる。図６は、最大値制御回路１６の動作を説明するタイミング図であって、その上段に示す内部クロック信号およびＴフリップフロップの出力信号の各波形に対して、各サンプルホールド回路１００Ａ〜１００Ｃの出力端における電圧レベルは中段の各波形に示すように変化することになる。
【００３３】
サンプルホールド回路１００Ａから出力されるモニタ電圧と、各サンプルホールド回路１００Ｂ，１００Ｃ側から交互に出力されるモニタ電圧とは、コンパレータ１０３にそれぞれ入力されて電圧レベルの比較が行われ、電圧レベルの差に応じた信号がコンパレータ１０３から出力される。なお、図６においては、各サンプルホールド回路１００Ａ〜１００Ｃからのモニタ電圧がコンパレータ１０３で比較されるタイミングを破線矢印で明示した。そして、コンパレータ１０３の出力信号は、フリップフロップ（Ｆ／Ｆ）１０４に送られる。フリップフロップ１０４では、コンパレータ１０３からの出力信号を用いてモニタ電圧の増加または減少が識別され、図６の下段に示すように、識別結果に対応したハイレベルまたはローレベルの信号がＲＳフリップフロップ（Ｒ／Ｓ−Ｆ／Ｆ）１０５に出力される。
【００３４】
ＲＳフリップフロップ１０５では、フリップフロップ１０４の出力レベルが直前のタイミングで取り込んだレベルから変化すると、出力信号のレベルが反転される。このＲＳフリップフロップ１０５の出力信号は、アップ／ダウン（Ｕ／Ｄ）カウンタ１０６に出力されてカウント値の増減が制御されると共に、アップ／ダウン信号として外部にも出力される。アップ／ダウンカウンタ１０６の出力信号はＤ／Ａコンバータ１０７に与えられ、カウント値に対応したバイアス電圧がＤ／Ａコンバータ１０７から図４のバイアスティに印加される。
【００３５】
なお、フリップフロップ１０４およびアップ／ダウンカウンタ１０６は、内部クロック信号がインバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２およびディレイ回路ＤＬＹを介してリセット信号として与えられている。
上記のような最大値制御回路１６のＤ／Ａコンバータ１０７から出力されるバイアス電圧は、図６の下段に示すようにモニタ電圧が最大になる、すなわち、光出力パワーの平均値が最大になる状態で安定にフィードバック制御されるようになる。このようにフィードバック制御されたバイアス電圧がバイアスティを介してＭＺ光変調器１０の信号電極に印加されることによって、温度変化や経年変化等により駆動電圧に対する光出力特性が変動しても、ＭＺ光変調器１０の動作点を最適な状態に制御することが可能である。
【００３６】
なお、上記の第１実施形態では、ＭＺ光変調器１０の駆動信号が印加される信号電極にバイアス電圧を印加するようにしたが、例えば図７に示すように、信号電極とは別に設けた電極にバイアス電圧を印加してＭＺ光変調器の動作点を制御するようにしもてよい。この場合には第１実施形態で用いたバイアスティが不要になる。また、最大値制御回路１６の構成は、図５に示した一例に限定されるもとではなく、同様の機能を実現する各種回路を適用することができ、例えば、公知のディザリング回路等を使用することも可能である。
【００３７】
次に、前述の図１に示した基本構成を有するＭＺ光変調器の駆動制御装置についての第２実施形態を説明する。第２実施形態では、ＣＳ−ＲＺ変調方式に対応したＭＺ光変調器に対する本発明の適用を具体的に考える。
図８は、第２実施形態の駆動制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
図８において、本実施形態によるＭＺ光変調器の駆動制御装置は、例えば、ＮＲＺ変調方式に対応したビットレートｆ₀ｂ／ｓのデータ信号を駆動回路２１で振幅がＶπとなるように調整した駆動信号に従って駆動されるデータ変調側のＭＺ型光変調器２０と、上記データ信号のビットレートの１／２倍の周波数ｆ_CLK（＝ｆ₀／２）Ｈｚを有するクロック信号を駆動回路１１で振幅が２Ｖπとなるように調整した駆動信号に従って駆動されるクロック変調側のＭＺ型光変調器１０と、を順に接続したＣＳ−ＲＺ変調方式の一般的な構成について、クロック変調側のＭＺ型光変調器１０に対して上述の図１に示した基本構成を適用し、光出力パワーの平均値が最大となるようにＭＺ型光変調器１０のバイアス電圧をフィードバック制御して動作点の最適化を図るようにしたものである。
【００３８】
データ変調側およびクロック変調側の各ＭＺ型光変調器１０，２０は、それぞれ、入力導波路に入射された光が分岐部で２分岐され、各光が分岐導波路で相補的な位相変化を受けた後に合波干渉されて出力導波路に出力される一般的な光変調器であって、上述の図２の左上に示した場合と同様に、駆動電圧に対する光出力特性が周期的に変化する特性を備えている。
【００３９】
駆動回路２１は、外部等から与えられるデータ信号の入力を受けて、ＭＺ型光変調器２０の光出力特性の隣り合う発光側の頂点Ａと消光側の頂点Ｂとの間の電圧の差に対応するように振幅を調整した駆動信号を生成し、その駆動信号をＭＺ光変調器２０信号電極に印加する。ここでは、データ変調側のＭＺ型光変調器２０がＶπの駆動振幅で変調動作することになる。
【００４０】
上記データ変調側のＭＺ型光変調器２０に接続された動作点設定回路２２は、ＭＺ型光変調器２０の信号電極にバイアス電圧を与えることでＭＺ型光変調器２０の動作点を設定する回路である。この動作点設定回路２２に対しては、ここでは図示を省略したが、上述したような従来のＮＲＺ変調方式に対応した動作点制御技術を適用することでＭＺ型光変調器２０の動作点が最適化されているものとする。具体的には、例えばデータ変調側の駆動信号に低周波信号を重畳し、光出力から分岐したモニタ光から重畳成分を検出してＭＺ型光変調器２０の動作点制御を行うことが可能である。この場合のモニタ光は、ＭＺ型光変調器２０の後段に光カプラを別途挿入して取り出しても、ＭＺ光変調器１０の後段に設けられている光カプラ１３の分岐光を利用しても構わない。
【００４１】
なお、クロック変調側のＭＺ型光変調器１０を駆動制御するための構成は、上述した図１の基本構成や第１実施形態の場合と同様であるためここでの説明を省略する。
上記のような構成の駆動制御装置では、データ変調側のＭＺ型光変調器２０に入力される連続光がデータ信号に対応した振幅Ｖπの駆動信号に従って強度変調され、図８の上段に示すようなＮＲＺ形式の光信号が、データ変調側のＭＺ型光変調器２０からクロック変調側のＭＺ光変調器１０に出力される。そして、クロック変調側のＭＺ光変調器１０では、クロック信号に対応した振幅２Ｖπの駆動信号に従って、データ変調側のＭＺ型光変調器２０から送られてくるＮＲＺ形式の光信号がさらに強度変調され、図８の上段に示すようなＲＺ変調方式の場合と同じ波形を持つ光信号が出力される。
【００４２】
そして、クロック変調側のＭＺ光変調器１０から出力されるＣＳ−ＲＺ変調方式に対応した光信号は、その一部が光カプラ１３で分岐されモニタ光として受光器１４に送られて光電変換される。受光器１４で発生する電流信号は、Ｉ／Ｖ変換回路１５で電圧信号に変換されて最大値制御回路１６に与えられる。最大値制御回路１６では、上記の電圧信号に基づいて光出力パワーの平均値が判断され、その平均値が最大となるように動作点設定回路１２のバイアス電圧がフィードバック制御される。これにより、クロック変調側のＭＺ光変調器１０の動作点についても最適な状態に設定されるようになる。
【００４３】
上記のように第２実施形態の駆動制御装置によれば、ＣＳ−ＲＺ変調方式について、データ変調用のＭＺ光変調器２０の動作点だけでなく、クロック変調用のＭＺ光変調器１０の動作点についても最適化された状態を安定して得ることが可能になる。
次に、前述の図１に示した基本構成を有するＭＺ光変調器の駆動制御装置についての第３実施形態を説明する。
【００４４】
図９は、第３実施形態の駆動制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
図９において、本駆動制御装置の構成が図１の基本構成と異なる部分は、クロック信号に対応した駆動信号の振幅を調整するための振幅調整回路１７を設けた部分である。なお、その他の部分の構成は図１の基本構成と同様である。
ここでは、まず、ＭＺ光変調器１０に与えられる駆動信号の振幅が変化したときの光出力特性について、図１０および図１１を参照しながら具体的に説明する。
【００４５】
例えば、図１０の左上に示すような駆動電圧に対する光出力特性を持つＭＺ光変調器１０に対して、動作点が最適化された状態で、図１０の左下に示すような振幅が２Ｖπに調整された駆動信号ｄが与えられると、ＭＺ光変調器１０の光出力は図１０の右側上段に示すような波形となる。一方、振幅が２Ｖπよりも小さな駆動信号ｅがＭＺ光変調器１０に与えられた場合には、図１０の右側中段に示すように、振幅が２Ｖπのときに比べてピークパワーが低下した光出力が得られるようになる。また、振幅が２Ｖπよりも大きな駆動信号ｆがＭＺ光変調器１０に与えられた場合には、図１０の右側下段に示すように、波形の歪んだ光出力が得られるようになる。このようにクロック信号に対応した駆動信号に従って駆動されるＭＺ光変調器１０の光出力波形は、ＭＺ光変調器１０の動作点が最適化されていたとしても、駆動信号の振幅変化の影響を受けてしまうことになる。従って、ＭＺ光変調器１０の動作点の最適化制御においては、駆動信号の振幅についても適した状態に調整することが望まれる。
【００４６】
図１１は、動作点のずれ量に対する光出力パワーの平均値の変化を、駆動信号の振幅ごとに示した一例である。図１１に示すように、駆動信号の振幅が１．２Ｖπ，１．４Ｖπおよび１．５Ｖπの場合、光出力パワーの平均値は動作点のずれ量が０、すなわち、動作点が最適化されているときに最小となる。一方、振幅が１．６Ｖπ，２．０Ｖπおよび２．４Ｖπの場合、光出力パワーの平均値は動作点が最適化されているときに最大となる。これより、上述してきたような光出力パワーの平均値が最大になるようにバイアス電圧を制御して動作点を最適化する制御方法においては、駆動信号の振幅が約１．６Ｖπ以上の場合に有効になることが分かる。
【００４７】
駆動信号の振幅は、例えば、駆動回路１１に入力されるクロック信号の振幅変動や駆動回路１１の動作状態の変化などによって変動する可能性がある。そこで、本実施形態では、振幅調整回路１７を設けて駆動回路１１の動作状態を制御可能にし、ＭＺ光変調器１０に与えられる駆動信号の振幅が約１．６Ｖπ以上となるように調整されるようにする。この駆動信号の振幅調整は、ここでは特に図示しなかったが、例えば、駆動回路１１からＭＺ光変調器１０に与えられる駆動信号の振幅をモニタしてその結果を振幅調整回路１７にフィードバックすることなどによって行うことが可能である。
【００４８】
このように第３実施形態の駆動制御装置によれば、駆動信号の振幅を適した状態に調整するようにしたことで、ＭＺ光変調器１０の駆動制御をより確実かつ安定して行うことが可能になる。
なお、前述の図１１に示したように、駆動信号の振幅が１．２Ｖπ，１．４Ｖπおよび１．５Ｖπの場合において、光出力パワーの平均値は動作点が最適化されているときに最小となることに着目してＭＺ光変調器１０の動作点制御を行う応用も可能である。すなわち、駆動信号の振幅を約１．５Ｖπ以下に設定してＭＺ光変調器１０が駆動されるような使用状態にあっては、光出力パワーの平均値が最小となるようにバイアス電圧をフィードバック制御することで、ＭＺ光変調器１０の動作点を最適化することができる。このような光出力パワーの平均値を最小にする制御は、例えば、前述の図５に示した最大値制御回路１６について、図１２に示すような回路変更を行うことで容易に実現可能である。
【００４９】
具体的に、図１２における変更点は、コンパレータ１０３が非反転出力端子と反転出力端子を備えるようにすると共に、最大／最小値制御の切り替えのためのスイッチＳＷ５を設けた点である。このような回路構成では、外部等から与えられる最大／最小値制御切り替え信号に従ってスイッチＳＷ５の接点の切り替えが行われ、駆動信号の振幅が約１．６Ｖπ以上に設定される場合には、コンパレータ１０３の非反転出力端子がフリップフロップ１０４の入力端子に接続されて最大値制御が行われ、振幅が約１．５Ｖπ以下に設定される場合には、コンパレータ１０３の反転出力端子がフリップフロップ１０４の入力端子に接続されて最小値制御が行われるようになる。図１２に示したような最大／最小値制御回路１６’を駆動制御装置に適用することによって、より広い範囲の振幅を有する駆動信号に対応してＭＺ光変調器１０の動作点を最適化することが可能になる。
【００５０】
次に、本発明にかかる駆動制御装置の第４実施形態について説明する。第４実施形態では、例えば前述の第３実施形態について、ＭＺ光変調器１０の動作点制御が正常に行われているか否かを検出する機能を備えるようにした応用例を考えることにする。
図１３は、第４実施形態の駆動制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【００５１】
図１３において、本駆動制御装置の構成が図９の第３実施形態の構成と異なる部分は、最大値制御回路１６から出力されるアップ／ダウン信号が入力される出力安定化検出回路１８と、その出力安定化検出回路１８からの出力信号およびＩ／Ｖ変換回路１５で変換された電圧信号が入力される出力低下検出回路１９とを設けた部分である。その他の部分の構成は第３実施形態の場合と同様である。
【００５２】
出力安定化検出回路１８は、例えば図１４の右側に示すように、最大値制御回路１６からのアップ／ダウン信号に従って開閉するスイッチＳＷ６に応じてキャパシタＣ４が充電される積分回路の出力電圧がウィンドウコンパレータ１８Ａに入力される。このウィンドウコンパレータ１８Ａでは、入力電圧と予め設定された基準電圧Ｖｒ１，Ｖｒ２との比較が行われ、入力電圧が基準電圧Ｖｒ１，Ｖｒ２の間にある場合にハイレベルの信号が出力低下検出回路１９に出力される。
【００５３】
出力低下検出回路１９は、例えば図１４の左側に示すように、コンパレータ１９ＡおよびＡＮＤ回路１９Ｂを有する。コンパレータ１９Ａでは、Ｉ／Ｖ変換回路１５からのモニタ電圧と予め設定された基準電圧Ｖｒ３との比較が行われ、モニタ電圧が基準電圧Ｖｒ３以下となった場合にバイレベルの信号がＡＮＤ回路１９Ｂに出力される。ＡＮＤ回路１９Ｂでは、ウィンドウコンパレータ１８Ａからの出力信号とコンパレータ１９Ａからの出力信号との論理積が演算され、その演算結果が出力低下検出信号として外部等に出力される。
【００５４】
上記のような構成の駆動制御装置では、最大値制御回路１６からのアップ／ダウン信号に基づいて、ＭＺ光変調器１０に印加されたバイアス電圧が最適点に安定したか否かが出力安定化検出回路１８で検出される。具体的には、最大値制御回路１６によるバイアス電圧のフィードバック制御によって動作点が最適化されると、最大値制御回路１６から出力されるアップ／ダウン信号はアップ信号とダウン信号を交互に繰り返すようになる。これにより、ウィンドウコンパレータ１８Ａへの入力電圧は、動作点の最適化によって一定のレベルで安定になるため、予め設定した基準電圧Ｖｒ１，Ｖｒ２に従って入力電圧のレベル判定を行うことで、バイアス電圧が最適点に安定したことが検出されるようになる。
【００５５】
上記のようにしてバイアス電圧の最適点での安定が検出されると、次に、出力低下検出回路１９では、駆動信号の振幅が適切に調整されているか否かの検出が行われる。この出力低下検出回路１９における検出処理は、例えば図１５に示すような駆動信号の振幅に対する光出力パワーの平均値の関係に基づいて行われる。なお、図１５に示した関係は、ＭＺ光変調器１０の動作点が最適化されている状態について、駆動信号の振幅を２Ｖπで規格化して光出力パワーの平均値を示したものである。図１５より、動作点最適時における光出力パワーの平均値は、駆動信号の振幅が約２．４Ｖπに達するまでの範囲で、振幅の増大とともに単調増加することが分かる。このような関係を考慮すると、駆動信号の振幅が前述したような最大値制御に基づく動作点最適化を可能にする値（具体的に１．６Ｖπ以上）に調整されていれば、出力低下検出回路１９のコンパレータ１９Ａに入力されるモニタ電圧は所定の閾値を超えるレベルとなり、振幅が適切に調整されていなければモニタ電圧が閾値以下となる。従って、出力低下検出回路１９においてモニタ電圧が閾値以下になっていることを検出して出力低下検出信号を出力することによって、駆動信号の振幅が適切な範囲で調整されずにバイアス電圧が安定になってしまっている状況を外部等に報知することが可能になる。
【００５６】
次に、前述の図１に示した基本構成を有するＭＺ光変調器の駆動制御装置についての第５実施形態を説明する。
図１６は、第５実施形態の駆動制御装置の構成を示す機能ブロック図である。図１６において、本駆動制御装置の構成が図１の基本構成と異なる部分は、駆動回路１１とＭＺ光変調器１０の信号電極との間の信号線路上に、ディレイロックループ（ＤＬＬ）回路３０および増幅器３１Ａ，３１Ｂを挿入した部分である。なお、その他の部分の構成は図１の基本構成と同様である。
【００５７】
ＤＬＬ回路３０は、例えば、可変ディレイ回路３０Ａ、位相比較器３０Ｂおよびフィルタ３０Ｃを有する。可変ディレイ回路３０Ａは、駆動回路１１の反転出力端子から出力される駆動信号に対して可変の位相遅延を与える公知の回路である。位相比較器３０Ｂは、駆動回路１１の非反転出力端子から出力される駆動信号と可変ディレイ回路３０Ａから出力される駆動信号との位相を比較して位相差に応じた信号を出力する。フィルタ３０Ｃは、位相比較器３０の出力信号から不要成分を除去するものであり、このフィルタ３０Ｃを通過した信号に応じて可変ディレイ回路３０Ａにおける位相遅延量が制御される。
【００５８】
増幅器３１Ａは、駆動回路１１の非反転出力側の信号線路上に一方の駆動信号の振幅を調整するために設けられる。また、増幅器３１Ｂは、駆動回路１１の反転出力側の信号線路上でＤＬＬ回路３０の後段に他方の駆動信号の振幅を調整するために設けられる。
上記のような構成の駆動制御装置では、駆動回路１１の各出力端子とＭＺ光変調器１０の各信号電極とを繋ぐ信号線路の長さが異なる場合であっても、ＭＺ光変調器１０の各信号電極に印加される各々の駆動信号の位相差が適切な値に制御されるようになる。
【００５９】
ここで、ＭＺ光変調器１０の各信号電極に印加される駆動信号の位相差に対する光出力特性について、図１７および図１８を参照しながら具体的に説明しておく。
例えば、図１７の左上に示すような駆動電圧に対する光出力特性を持つＭＺ光変調器１０に対して、動作点が最適化された状態で、図１７の左下に示すように、一方の駆動信号に対する位相差が１８０°に制御された駆動信号ｇが与えられると、ＭＺ光変調器１０の光出力は図１７の右側上段に示すような波形となる。一方、位相差が１８０°からずれた駆動信号ｈ，ｉが与えられた場合には、図１７の右側中段および下段に示すように、位相差が１８０°のときに比べてピークパワーが低下した光出力が得られるようになる。このようにクロック信号に対応した駆動信号によって駆動されるＭＺ光変調器１０の光出力波形は、ＭＺ光変調器１０の動作点が最適化されていたとしても、各信号電極に印加される駆動信号の最適位相差からのずれの影響を受けてしまう。
【００６０】
図１８は、動作点のずれ量に対する光出力パワーの平均値の変化を、最適位相差からのずれ量ごとに示した一例である。図１８に示すように、クロック信号の半周期をＴ₀としたときの最適位相差からのずれ量が０，±０．１Ｔ₀および±０．２Ｔ₀である場合、光出力パワーの平均値は、動作点のずれ量が０、すなわち、動作点が最適化されているときに最大となる。これより、上述してきたような光出力パワーの平均値が最大になるようにバイアス電圧を制御して動作点を最適化する制御方法においては、最適位相差からのずれ量が±０．２Ｔ₀以下の場合に有効になることが分かる。
【００６１】
そこで、本実施形態では、ＤＬＬ回路３０を設けて駆動信号の位相を制御可能にし、ＭＺ光変調器１０の各信号電極に与えられる駆動信号の最適位相差（１８０°）からのずれ量が±０．２Ｔ₀以下に制御されるようにする。これにより、ＭＺ光変調器１０の動作点制御をより確実かつ安定して行うことが可能になる。次に、本発明にかかる駆動制御装置の第６実施形態について説明する。第６実施形態では、例えば前述の第５実施形態について、ＭＺ光変調器１０の動作点制御が正常に行われているか否かを検出する機能を備えるようにした応用例を考えることにする。
【００６２】
図１９は、第６実施形態の駆動制御装置の構成を示す機能ブロック図である。図１９において、本駆動制御装置の構成が図１６の第５実施形態の構成と異なる部分は、最大値制御回路１６から出力されるアップ／ダウン信号が入力される出力安定化検出回路１８と、その出力安定化検出回路１８からの出力信号およびＩ／Ｖ変換回路１５で変換された電圧信号が入力される出力低下検出回路１９とを設けた部分である。その他の部分の構成は第５実施形態の場合と同様である。また、上記の出力安定化検出回路１８および出力低下検出回路１９は、前述した第４実施形態の場合に使用したものと同一である。
【００６３】
本駆動制御装置では、第４実施形態の場合の場合と同様にして、出力安定化検出回路１８によりバイアス電圧が最適点に安定したか否かの検出が行われ、安定検出時において、最適位相差からのずれ量が適切に制御されているか否かの検出が出力低下検出回路１９によって行われる。この出力低下検出回路１９における検出処理は、例えば図２０に示すような最適位相差からのずれ量に対する光出力パワーの平均値の関係に基づいて行われる。なお、図２０に示した関係は、ＭＺ光変調器１０の動作点が最適化されている状態について、最適位相差からのずれ量をＴ₀で規格化して光出力パワーの平均値を示したものである。図２０より、動作点最適時における光出力パワーの平均値は、最適位相差からのずれ量の増大とともに低下することが分かる。従って、出力低下検出回路１９においてモニタ電圧が閾値以下になっていることを検出して出力低下検出信号を出力することによって、最適位相差からのずれ量が適切な範囲で制御されずにバイアス電圧が安定になってしまっている状況を外部等に報知することが可能になる。
【００６４】
次に、本発明にかかる駆動制御装置の第７実施形態について説明する。第７実施形態では、駆動信号の位相制御の応用例として、例えば、上述の第２実施形態で説明したようなＣＳ−ＲＺ変調方式に対応したＭＺ光変調器について、データ変調側の駆動信号とクロック変調側の駆動信号との位相差を制御するようにした一例を考える。
【００６５】
図２１は、第７実施形態の駆動制御装置の構成を示す機能ブロック図である。図２１において、本駆動制御装置は、例えば、上述の図８に示した第２実施形態の構成について、ビットレートがｆ₀ｂ／ｓのデータ信号と、周波数がｆ₀Ｈｚのクロック信号との位相同期を行うＤフリップフロップ３２と、クロック信号を分周して周波数がｆ₀／２Ｈｚの信号を生成するＤフリップフロップ３３と、そのＤフリップフロップ３３で生成したクロック信号とデータ信号の間の位相差を制御するＤＬＬ回路３４と、を設けるようにしたものである。
【００６６】
なお、ＤＬＬ回路３４は、前述の図１６に示した第５実施形態で用いたＤＬＬ回路３０と同様の構成であって、ここでは可変ディレイ回路３４Ａから出力される周波数ｆ₀／２Ｈｚのクロック信号とＤフリップフロップ３２に送られる周波数ｆ₀Ｈｚのクロック信号の位相差が位相比較器３４Ｂによって検出される。
上記のような構成の駆動制御装置では、ＣＳ−ＲＺ変調方式に対応したＭＺ光変調器を駆動するために用いられるデータ信号およびクロック信号間の位相差が簡略な構成により最適に制御されるようになるため、ＣＳ−ＲＺ方式で変調された光信号を安定して生成することが可能になる。
【００６７】
なお、上記の第７実施形態では、Ｄフリップフロップ３２，３３およびＤＬＬ回路３４を用いてデータ信号およびクロック信号間の位相差を制御するようにしたが、これ以外にも、例えば図２２に示すように、２：１マルチプレクサ（ＭＵＸ）３５とＤＬＬ回路３４を組み合わせてデータ信号およびクロック信号間の位相差を制御することも可能である。この場合には、ビットレートがｆ₀／２ｂ／ｓの２つのデータ信号が、マルチプレクサ３５において周波数がｆ₀／２Ｈｚのクロック信号に位相同期しながら合成されてデータ変調用の駆動信号として用いられ、ＤＬＬ回路３４の可変ディレイ回路３４Ａから出力されるクロック信号と、マルチプレクサ３５に送られるクロック信号との位相差が位相比較器３４Ｂによって検出されることになる。
【００６８】
次に、本発明にかかる駆動制御装置の第８実施形態について説明する。第８実施形態では、例えば前述した第３実施形態（図９）について、駆動信号の振幅が一定となるように制御する応用例を考えることにする。
図２３は、第８実施形態の駆動制御装置の構成を示す機能ブロック図である。図２３において、本駆動制御装置の構成が第３実施形態の構成と異なる部分は、ＭＺ光変調器１０の光出力レベルに基づいて駆動信号の振幅を一定に制御する振幅一定制御回路３６を設けた部分である。なお、その他の部分の構成は第３実施形態の場合と同様である。
【００６９】
振幅一定制御回路３６は、Ｉ／Ｖ変換回路１５からの電圧信号を基にＭＺ光変調器１０からの光出力のレベルを判断し、そのレベルが予め定めた値で一定となるように振幅調整回路１７を介して駆動回路１１の動作状態を制御するものである。ＭＺ光変調器１０の光出力レベルは、上述の図１５に示した関係からも明らかなように、動作点が最適化された状態では、駆動信号の振幅に応じて変化する。このため、光出力レベルが一定となるように駆動回路１１の動作状態を調整することによって、駆動信号の振幅を一定値に制御することが可能になる。
【００７０】
なお、振幅一定制御回路３６による駆動信号の振幅の一定制御と、最大値制御回路１６による動作点の最適化制御とは、基本的に切り替えて行うことが望ましい。このような制御の切り替えは、具体的には、例えば図２４に示すような回路構成により実現することが可能である。図２４の回路構成では、上述した第４実施形態（図１３）などで用いた出力安定化検出回路１８を利用し、その出力信号に従ってスイッチＳＷ７，ＳＷ８の開閉を連動させることで、サンプルホールド回路３７Ａを介した動作点の最適化制御と、サンプルホールド回路３７Ｂを介した振幅の一定制御とが切り替えられるようになる。ここで利用する出力安定化検出回路１８の好ましい構成としては、例えば図２５の出力安定化検出回路１８’に示すように、ウィンドウコンパレータ１８Ａの出力信号によって示される出力安定化の検出結果を一定時間保持するタイマー１８Ｂを設けるようにして、各々の制御動作の安定化を図るのがよい。
【００７１】
また、ここでは駆動回路１１の動作状態を制御して駆動信号の振幅を制御するようにしたが、駆動回路１１とＭＺ光変調器１０の間を接続する各信号線路の損失が異なるような場合には、駆動回路１１から出力される各々の駆動信号の振幅を個別に調整可能な回路構成を設けるようにしても構わない。
このように第８実施形態によれば、ＭＺ光変調器１０の光出力の一部を分岐したモニタ光のレベルに基づいて駆動信号の振幅の一定制御を行うようにしたことで、ＭＺ光変調器１０を一層安定して駆動制御することが可能になる。
【００７２】
次に、本発明にかかる駆動制御装置の第９実施形態について説明する。第９実施形態では、例えば前述した第５実施形態（図１６）について、ＭＺ光変調器１０の各信号電極に印加される各々の駆動信号の位相差を最適値に制御する応用例を考えることにする。
図２６は、第９実施形態の駆動制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【００７３】
図２６において、本駆動制御装置の構成が第５実施形態の構成と異なる部分は、最大値制御回路１６の出力信号に従って、駆動信号間の位相差を調整する可変ディレイ回路３０Ａにおける位相遅延量を制御する位相差制御回路３８を設けるようにした部分である。なお、その他の部分の構成は第５実施形態の場合と同様である。
【００７４】
ＭＺ光変調器１０に与えられる各駆動信号の最適位相差からのずれ量は、前述の図２０に示した関係からも明らかなように、ＭＺ光変調器１０の光出力レベルが最大のときに最も小さくなる。このため、最大値制御回路１６の出力信号に従って、光出力レベルが最大になるように可変ディレイ回路３０Ａの位相遅延量が位相差制御回路３８によって調整されることで、各駆動信号の位相差を最適値に制御することが可能になる。
【００７５】
なお、位相差制御回路３８による駆動信号間の位相差の最適化制御と、最大値制御回路１６による動作点の最適化制御とについても基本的に切り替えて行うことが望ましい。このような制御の切り替えは、具体的には、例えば図２７に示すような回路構成により実現することが可能である。図２７の回路構成では、上述した第４実施形態（図１３）などで用いた出力安定化検出回路１８を利用し、その出力信号のレベル変化をカウントする２ビットカウンタ３９から出力される信号に従ってスイッチＳＷ９の接点の接続状態が変わることで、サンプルホールド回路３７Ａを介した動作点の最適化制御と、サンプルホールド回路３７Ｃを介した位相差の最適化制御とが切り替えられるようになる。また、駆動信号の振幅が約１．５Ｖπ以下の小さな値に設定され、上述の図１２に示したような最大／最小値制御の切り替えが可能な回路構成が適用される場合には、図２７の破線矢印に示すように、２ビットカウンタ３９の出力信号を最大／最小値制御切り替え信号として回路１６に与えるようにすればよい。
【００７６】
このように第９実施形態によれば、最大値制御回路１６の出力信号に基づいて各駆動信号の位相差を最適化制御するようにしたことで、ＭＺ光変調器１０をより望ましい状態で安定して駆動制御することが可能になる。
次に、本発明にかかる駆動制御装置の第１０実施形態について説明する。第１０実施形態は、前述した第８および第９実施形態を組み合わせた構成、すなわち、ＭＺ光変調器１０の動作点の最適化制御と、駆動信号の振幅の一定制御と、駆動信号間の位相差の最適化制御と、を同時に実現した応用例を考えることにする。
【００７７】
図２８は、第１０実施形態の駆動制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
図２８の回路構成は、タイマー４０からのカウント信号に同期して３つの接点の切り替えが行われる３ビットのスイッチＳＷ１０，ＳＷ１１によって、最大値制御回路１６による動作点の最適化制御と、振幅一定制御回路３６による駆動信号の振幅一定制御と、位相差制御回路３８による駆動信号間の位相差の最適化制御とが順次切り替えられるようにしたものである。各々の制御動作は、上述した各実施形態の場合と同様であるためここでの説明を省略する。
【００７８】
上記のような構成の駆動制御装置によれば、駆動信号の振幅が一定に制御されると共に、ＭＺ光変調器１０の動作点および駆動信号間の位相差がそれぞれ最適化されるようになるため、ＭＺ光変調器１０をより一層安定した状態で駆動制御することが可能になる。
なお、上記の第１０実施形態の回路構成については、例えば図２９に示すように、Ｉ／Ｖ変換回路１５からの電圧信号をＡ／Ｄコンバータ４１でデジタル信号に変換した後にＰＬＤ等のファームＩＣ４２内に取り込み、動作点の最適化制御、駆動信号の振幅一定制御および位相差最適化制御の各処理内容をファームＩＣ４２に書き込むことによって各々の制御が順次切り替えて実行されるようにすることも可能である。このような構成とすることでよって、より小型で安価な駆動制御装置を実現することができる。
【００７９】
また、上述した第３〜第６実施形態および第８〜第１０実施形態では、クロック信号に対応した駆動信号によって駆動されるＭＺ光変調器１０に対応する構成についてだけ説明したが、これらの各実施形態における構成は、ＣＳ−ＲＺ変調方式のＭＺ光変調器におけるクロック変調側の駆動制御装置として適用することが勿論可能である。
【００８０】
さらに、上述した各実施形態では、クロック信号を駆動回路１１で振幅調整してＭＺ光変調器１０の信号電極に印加するようにしたが、例えば図３０に示すように、駆動回路１１から出力される各駆動信号を、クロック信号の周波数ｆ_CLKに対応した透過特性を有するローパスフィルタパスまたはバンドパスフィルタ等のフィルタ３０を介してＭＺ光変調器１０にそれぞれ印加するようにしてもよい。これにより、各駆動信号の波形を正確な正弦波とすることが可能になる。
【００８１】
以上、本明細書で開示した主な発明について以下にまとめる。
【００８２】
（付記１） 駆動電圧に対する光出力特性が周期的に変化する光変調器の駆動制御装置であって、
前記駆動電圧に対する光出力特性の隣り合う２つの発光の頂点または隣り合う２つの消光の頂点の間の電圧差に応じて振幅が設定された所定の波形の駆動信号を前記光変調器に与える駆動部と、
前記光変調器から出力される光信号のパワーを検出し、該光信号のパワーの平均値に基づいて、前記光変調器の動作点を制御する動作点制御部と、を備えて構成されたことを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【００８３】
（付記２） 付記１に記載の駆動制御装置であって、
前記駆動部は、クロック信号に対応した正弦波の駆動信号を前記光変調器に与えることを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【００８４】
（付記３） 付記１に記載の駆動制御装置であって、
前記駆動信号の振幅が、光変調器の動作点ずれ量に対する光出力特性を基に定められた第１閾値以上に設定されるとき、
前記動作点制御部は、前記光信号のパワーの平均値が最大になるように、前記光変調器の動作点を制御することを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【００８５】
（付記４） 付記１に記載の駆動制御装置であって、
前記駆動信号の振幅が、光変調器の動作点ずれ量に対する光出力特性を基に定められた第２閾値以下に設定されるとき、
前記動作点制御部は、前記光信号のパワーの平均値が最小になるように、前記光変調器の動作点を制御することを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【００８６】
（付記５） 付記１に記載の駆動制御装置であって、
前記動作点制御部は、前記駆動部における駆動信号の振幅設定に応じて、前記光信号のパワーの平均値が最大になるようにする動作点の最大値制御と、前記光信号のパワーの平均値が最小になるようにする動作点の最小値制御とを切り替えることを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【００８７】
（付記６） 付記１に記載の駆動制御装置であって、
前記駆動部から前記光変調器に与えられる駆動信号の振幅を調整する振幅調整部を備えて構成されたことを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【００８８】
（付記７） 付記６に記載の駆動制御装置であって、
前記動作点制御部で検出される光信号パワーの平均値の増減状態を基に前記光変調器からの光出力が安定化したことを検出する出力安定化検出部と、
前記動作点制御部で検出される光信号パワーの平均値が予め設定した基準値以下であるか否かを検出する出力低下検出部と、
前記出力安定化検出部で光出力が安定化したことが検出され、かつ、前記出力低下検出部で光信号パワーの平均値が基準値以下であることが検出されることにより、前記振幅調整部によって調整された駆動信号の振幅が動作点制御範囲外にあることを判定する振幅判定部と、を備えて構成されたことを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【００８９】
（付記８） 付記６に記載の駆動制御装置であって、
前記光変調器から出力される光信号のレベルが予め設定した値で一定になるように、前記振幅調整部における調整量を制御して、駆動信号の振幅を一定値に制御する振幅一定制御部を備えたことを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【００９０】
（付記９） 付記８に記載の駆動制御装置であって、
前記動作点制御部による光変調器の動作点制御と、前記振幅一定制御部による駆動信号の振幅制御との切り替えを行う制御切り替え部を備えたことを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【００９１】
（付記１０） 付記９に記載の駆動制御装置であって、
前記制御切り替え部は、前記動作点制御部で検出される光信号パワーの平均値の増減状態を基に前記光変調器からの光出力が安定化したことを検出し、該検出結果に応じて制御の切り替えを行うことを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【００９２】
（付記１１） 付記６に記載の駆動制御装置であって、
前記駆動部から前記光変調器に複数の駆動信号が与えられるとき、前記振幅調整部は、前記複数の駆動信号の各振幅を個別に調整可能であることを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【００９３】
（付記１２） 付記１に記載の駆動制御装置であって、
前記駆動部が所定の位相差を有する複数の駆動信号を生成して前記光変調器に与えるとき、前記複数の駆動信号間の位相差を調整する位相差調整部を備えて構成されたことを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【００９４】
（付記１３） 付記１２に記載の駆動制御装置であって、
前記位相差調整部は、ディレイロックループ（ＤＬＬ）回路を含むことを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【００９５】
（付記１４） 付記１２に記載の駆動制御装置であって、
前記動作点制御部で検出される光信号パワーの平均値の増減状態を基に前記光変調器からの光出力が安定化したことを検出する出力安定化検出部と、
前記動作点制御部で検出される光信号パワーの平均値が予め設定した基準値以下であるか否かを検出する出力低下検出部と、
前記出力安定化検出部で光出力が安定化したことが検出され、かつ、前記出力低下検出部で光信号パワーの平均値が基準値以下であることが検出されることにより、前記位相差調整部によって調整された駆動信号間の位相差が動作点制御範囲外にあることを判定する位相差判定部と、を備えて構成されたことを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【００９６】
（付記１５） 付記１２に記載の駆動制御装置であって、
前記動作点制御部で検出される光信号パワーの平均値が最大になるように、前記位相差調整部における調整量を制御する位相差制御部を備えたことを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【００９７】
（付記１６） 付記１５に記載の駆動制御装置であって、
前記動作点制御部による光変調器の動作点制御と、前記位相差制御部による複数の駆動信号間の位相差制御との切り替えを行う制御切り替え部を備えたことを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【００９８】
（付記１７） 付記１６に記載の駆動制御装置であって、
前記制御切り替え部は、前記動作点制御部で検出される光信号パワーの平均値の増減状態を基に前記光変調器からの光出力が安定化したことを検出し、該検出結果に応じて制御の切り替えを行うことを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【００９９】
（付記１８） 付記２に記載の駆動制御装置であって、
前記駆動部は、前記クロック信号の周波数に対応した透過特性を有するフィルタを有し、前記駆動信号が前記フィルタを介して前記光変調器に与えられることを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【０１００】
（付記１９） 付記１に記載の駆動制御装置であって、
前記光変調器は、第１光変調部と、該第１光変調部から出力される光信号が入力される第２光変調部と、を備え、
前記駆動部は、データ信号に対応した波形を有し、かつ、前記第１光変調部の駆動電圧に対する光出力特性の隣り合う発光の頂点および消光の頂点の間の電圧差に応じて振幅が設定された駆動信号を前記第１光変調部に与えるデータ変調側の駆動回路と、前記データ信号のビットレートの１／２倍の周波数を持つクロック信号に対応した波形を有し、かつ、前記第１光変調部の駆動電圧に対する光出力特性の隣り合う２つの発光の頂点または隣り合う２つの消光の頂点の間の電圧差に応じて振幅が設定された駆動信号を前記第２光変調部に与えるクロック変調側の駆動回路と、を備え、
前記動作点制御部は、前記第２光変調器から出力される光信号のパワーの平均値に基づいて、少なくとも前記第２光変調器の動作点を制御することを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【０１０１】
（付記２０） 付記１９に記載の駆動制御装置であって、
前記データ変調側の駆動回路は、所定の低周波信号を重畳した駆動信号を前記第１光変調器に与え、
前記動作点制御部は、前記第１光変調器または前記第２光変調器から出力される光信号に含まれる前記低周波信号成分に基づいて、前記第１光変調器の動作点の変動を検出し、該検出結果に応じて前記第２光変調器の動作点を制御することを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【０１０２】
（付記２１） 付記１９に記載の駆動制御装置であって、
前記駆動部は、前記データ信号と前記クロック信号の位相を同期させる位相同期回路を備えたことを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【０１０３】
（付記２２） 付記１９に記載の駆動制御装置であって、
前記データ変調側の駆動回路が、ＮＲＺ（non return to zero）変調方式のデータ信号に対応した波形の駆動信号を前記第１光変調部に与えることにより、ＣＳ−ＲＺ（career suppressed return to zero）変調方式の光信号が前記第２光変調部から出力されることを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【０１０４】
（付記２３） 付記１に記載の駆動制御装置であって、
前記光変調器が、マッハツェンダ型光変調器であることを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
【０１０５】
（付記２４） 駆動電圧に対する光出力特性が周期的に変化する光変調器の駆動制御方法であって、
前記駆動電圧に対する光出力特性の隣り合う２つの発光の頂点または隣り合う２つの消光の頂点の間の電圧差に応じて振幅が設定された所定の波形の駆動信号を前記光変調器に与え、
前記光変調器から出力される光信号のパワーを検出し、該光信号のパワーの平均値に基づいて、前記光変調器の動作点を制御することを特徴とする光変調器の駆動制御方法。
【０１０６】
（付記２５） 付記２４に記載の駆動制御方法であって、
クロック信号に対応した正弦波の駆動信号を前記光変調器に与えることを特徴とする光変調器の駆動制御方法。
【０１０７】
（付記２６） 付記２４に記載の駆動制御方法であって、
前記駆動信号の振幅が、光変調器の動作点ずれ量に対する光出力特性を基に定められた第１閾値以上に設定されるとき、前記光変調器から出力される光信号のパワーの平均値が最大になるように、前記光変調器の動作点を制御することを特徴とする光変調器の駆動制御方法。
【００１０８】
（付記２７） 付記２４に記載の駆動制御方法であって、
前記駆動信号の振幅が、光変調器の動作点ずれ量に対する光出力特性を基に定められた第２閾値以下に設定されるとき、前記光変調器から出力される光信号のパワーの平均値が最小になるように、前記光変調器の動作点を制御することを特徴とする光変調器の駆動制御方法。
【０１０９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による光変調器の駆動制御装置および駆動制御方法は、光変調器からの光出力パワーの平均値を利用して動作点の制御を行うようにしたことで、クロック信号に対応した正弦波の波形を有する駆動信号を用いる場合でも動作点の変動を確実に判断して補償することが可能になるため、光変調器を最適な状態で安定して駆動制御することができる。このような本発明による駆動制御技術によれば、ＣＳ−ＲＺ方式や光デュオバイナリ方式等の光変調器を備えた装置の小型化および低価格化が実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるＭＺ型光変調器の駆動制御装置の基本的な構成を示す機能ブロック図である。
【図２】クロック信号に対応した駆動信号によって駆動されるＭＺ光変調器の光出力特性を説明するための図である。
【図３】図２の光出力特性について、動作点の変動量に対する光出力パワーの平均値の変化の一例を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態による駆動制御装置の構成を示す回路図である。
【図５】上記第１実施形態において用いられる最大値制御回路の構成例を示す回路図である。
【図６】図５の最大値制御回路の動作を説明するためのタイミング図である。
【図７】上記第１実施形態に関連した他の構成例を示す回路図である。
【図８】本発明の第２実施形態による駆動制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図９】本発明の第３実施形態による駆動制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図１０】上記第３実施形態において、駆動信号の振幅の変化に対するＭＺ光変調器の光出力特性を説明するための図である。
【図１１】図１０の光出力特性について、動作点のずれ量に対する光出力パワーの平均値の変化を駆動信号の振幅ごとに示した図である。
【図１２】上記第３実施形態に関連して、最大／最小値制御の切り替えを可能にした制御回路の構成例を示す図である。
【図１３】本発明の第４実施形態による駆動制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図１４】上記第４実施形態において用いられる出力安定化検出回路の構成例を示す回路図である。
【図１５】上記第４実施形態において、駆動信号の振幅に対する光出力パワーの平均値の関係を示す図である。
【図１６】本発明の第５実施形態による駆動制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図１７】上記第５実施形態において、駆動信号間の位相差に対するＭＺ光変調器の光出力特性を説明するための図である。
【図１８】図１０の光出力特性について、動作点のずれ量に対する光出力パワーの平均値の変化を、最適位相差からのずれ量ごとに示した図である。
【図１９】本発明の第６実施形態による駆動制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２０】上記第６実施形態において、駆動信号間の最適位相差からのずれ量に対する光出力パワーの平均値の関係を示す図である。
【図２１】本発明の第７実施形態による駆動制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２２】上記第７実施形態に関連した他の構成例を示す回路図である。
【図２３】本発明の第８実施形態による駆動制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２４】上記第８実施形態について、制御の切り替えを可能にするための具体的な回路例を示す図である。
【図２５】図２４の回路に用いられる出力安定化検出回路の望ましい構成例を示す図である。
【図２６】本発明の第９実施形態による駆動制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２７】上記第９実施形態について、制御の切り替えを可能にするための具体的な回路例を示す図である。
【図２８】本発明の第１０実施形態による駆動制御装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図２９】上記第１０実施形態に関連した他の構成例を示す回路図である。
【図３０】上述の各実施形態に関連した応用例を示す図である。
【図３１】一般的なＭＺ型光変調器の駆動信号に対する光出力特性の一例を示す図である。
【図３２】従来のＣＳ−ＲＺ変調方式に対応したＭＺ型光変調器の駆動制御装置の構成例を示す図である。
【図３３】クロック変調側のＭＺ光変調器についての駆動信号に対する光出力特性の一例を示す図である。
【図３４】従来の光デュオバイナリ変調方式に対応したＭＺ型光変調器の駆動制御装置の構成例を示す図である。
【図３５】光デュオバイナリ変調方式に対応したＭＺ型光変調器に対する従来の動作点制御方式を説明するための図である。
【符号の説明】
１０ ＭＺ光変調器（クロック変調側）
２０ ＭＺ光変調器（データ変調側）
１１，２１ 駆動回路
１２，２２ 動作点設定回路
１３ 光カプラ
１４ 受光器
１５ Ｉ／Ｖ変換回路
１６ 最大値制御回路
１７ 振幅調整回路
１８ 出力安定化検出回路
１９ 出力低下検出回路
３０，３４ ディレイロックループ（ＤＬＬ）回路
３２，３３ Ｄフリップフロップ（Ｄ−Ｆ／Ｆ）
３５ マルチプレクサ（ＭＵＸ）
３６ 振幅一定制御回路
３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ サンプルホールド回路
３８ 位相差制御回路
３９ ２ビットカウンタ
４０ タイマー
４１ Ａ／Ｄコンバータ
４２ ファームＩＣ
４３ フィルタ

Claims (5)

1. 駆動電圧に対する光出力特性が周期的に変化する光変調器の駆動制御装置であって、
   前記駆動電圧に対する光出力特性の隣り合う２つの発光の頂点または隣り合う２つの消光の頂点の間の電圧差に応じて振幅が設定されており、クロック信号に対応した正弦波の波形を有する駆動信号を前記光変調器に与える駆動部と、
   前記光変調器から出力される光信号のパワーを検出し、該光信号のパワーの平均値に基づいて、前記光変調器の動作点を制御する動作点制御部と、を備えて構成されたことを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
2. 請求項１に記載の駆動制御装置であって、
   前記駆動信号の振幅が、光変調器の動作点ずれ量に対する光出力特性を基に定められた第１閾値以上に設定されるとき、
   前記動作点制御部は、前記光信号のパワーの平均値が最大になるように、前記光変調器の動作点を制御することを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
3. 請求項１に記載の駆動制御装置であって、
   前記駆動信号の振幅が、光変調器の動作点ずれ量に対する光出力特性を基に定められた第２閾値以下に設定されるとき、
   前記動作点制御部は、前記光信号のパワーの平均値が最小になるように、前記光変調器の動作点を制御することを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
4. 請求項１に記載の駆動制御装置であって、
   前記光変調器は、第１光変調部と、該第１光変調部から出力される光信号が入力される第２光変調部と、を備え、
   前記駆動部は、データ信号に対応した波形を有し、かつ、前記第１光変調部の駆動電圧に対する光出力特性の隣り合う発光の頂点および消光の頂点の間の電圧差に応じて振幅が設定された駆動信号を前記第１光変調部に与えるデータ変調側の駆動回路と、前記データ信号のビットレートの１／２倍の周波数を持つクロック信号に対応した波形を有し、かつ、前記第１光変調部の駆動電圧に対する光出力特性の隣り合う２つの発光の頂点または隣り合う２つの消光の頂点の間の電圧差に応じて振幅が設定された駆動信号を前記第２光変調部に与えるクロック変調側の駆動回路と、を備え、
   前記動作点制御部は、前記第２光変調部から出力される光信号のパワーの平均値に基づいて、少なくとも前記第２光変調部の動作点を制御することを特徴とする光変調器の駆動制御装置。
5. 駆動電圧に対する光出力特性が周期的に変化する光変調器の駆動制御方法であって、
   前記駆動電圧に対する光出力特性の隣り合う２つの発光の頂点または隣り合う２つの消光の頂点の間の電圧差に応じて振幅が設定されており、クロック信号に対応した正弦波の波形を有する駆動信号を前記光変調器に与え、
   前記光変調器から出力される光信号のパワーを検出し、該光信号のパワーの平均値に基づいて、前記光変調器の動作点を制御することを特徴とする光変調器の駆動制御方法。

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