JP4139831B2 - 光信号発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、光ネットワークおよび光ネットワークに使用される各種通信機器の試験などに用いることができる光信号発生装置に関し、高速、高品位の試験用光信号をＣバンドからＬバンドを含む広い波長範囲にわたって波長可変時においても安定に出射できるようにするための技術に関する。

インターネットの普及とブロードバンド化の進展により、基幹ネットワークにますます大容量化が求められており、これを実現するためにネットワーク上を伝送するパケットを、光信号のまま転送する技術が研究されている。

また、これに伴い、高速化された光ネットワークやそれに使用される各種光通信機器の試験を行うために、高速で且つ高品位な光信号を広い波長範囲に渡って出射できる光信号発生装置の実現が望まれている。

現在研究されている光ネットワークでは、４０Ｇｂｐｓの光データ信号を４チャンネル分時分割多重して得られる１６０Ｇｂｐｓの光パケットの伝送を実現することが課題となっており、光信号発生装置としても、４０Ｇｂｐｓの高速な光データ信号を高品位に発生し、しかも、前記したように時分割多重化して１６０Ｇｂｐｓにすることを考慮すると、４０Ｇｂｐｓの光データ信号のパルス幅は、ＲＺ形式で３ｐｓｅｃ以下にする必要がある。

さらに、上記光ネットワークでは、パケットのルーティング処理を光信号の波長に基づいて行うため、その通信容量拡大のため、従来のＣバンド（λ＝１５３０〜１５６０ｎｍ）だけでなく、Ｌバンド（λ＝１５６０〜１６１０ｎｍ）を含む広い波長範囲に渡って高速な光データ信号を安定に発生する必要がある。

光データ信号は、一般的にＬＮ変調器あるいはマッハツェンダ型変調と呼ばれる光変調器を用いて生成されるが、上記のように高速で且つ狭いパルス幅の光データ信号を、従来の光変調器で直接生成することは困難である。

狭いパルス幅の光信号を生成する技術として、モードロック同期レーザ（リングレーザ）が知られているが、波長を広い範囲で連続的に可変しようとすると動作が不安定になり、また、外乱による影響を受けやすい。

また、光変調器で生成したパルス幅の広い光信号を分散減少ファイバ（ＤＤＦ）により狭いパルス幅の光信号にする技術も知られているが、分散減少ファイバは固定波長で設計されており、波長が広い範囲で可変される場合には使用できない。

一方、波長可変に対応したパルス幅圧縮手段として、櫛形配置ファイバ（ＣＰＦ）が知られている。櫛形配置ファイバは、高非線形ファイバとシングルモードファイバ（分散ファイバ）とを交互に接続して形成されたものであり、高非線形ファイバの非線形性とシングルモードファイバの分散性とがともに櫛型のプロファイルをもつようにしてその相互作用により、入射光のパルス幅をその広い波長範囲にわたり圧縮することができる。

この櫛形配置ファイバを用いてパルス幅が数ｐｓｅｃの光信号を発生する構成として、非特許文献１には、図１６に示すように、可変波長光源１１から出射された連続光ＣＷと、信号発生器１２から出力された４０ＧＨｚの信号とを、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ_３）変調器１３に入力して、４０ＧＨｚで変調されたＲＺ（リターンゼロ）形式のパルス幅１０ｐｓｅｃ程度の変調光Ｐを図１７の（ａ）のように生成し、この変調光Ｐを光アンプ１４で増幅して櫛形配置ファイバ１５に入射して、櫛型配置ファイバ１５から図１７の（ｂ）のようにパルス幅３ｐｓｅｃ程度に圧縮された変調光Ｐ′を出射する技術が開示されている。

"Wideband tunable,low-noise 40GHz RZ picosecond pulse traingeneration using short comb-like profile fiber" Proc.ECOC 2004,paperTu3.3.1(2004) p178

しかしながら、上記した櫛型配置ファイバは数１００ｍ以上の長さを必要とし、しかも高価であるので、光信号発生装置を単一の測定器として構成する場合に、大型化、高コスト化するという問題がある。

また、上記文献は、波長１５３０〜１５６０ｎｍのＣバンドの範囲で検討されたものであるが、上記したように現在要求されている波長範囲はＬバンド（λ＝１５６０〜１６１０ｎｍ）を含む広い範囲となっており、このＣ／Ｌバンドにわたる広い波長範囲で安定に且つ高品位の変調光を生成することが望まれる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、小型で低コスト化でき、Ｃ／Ｌバンドにわたる広い波長範囲で安定に且つ高品位の変調光を生成することができる光信号発生装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１の光信号発生装置は、
波長可変の連続光を出射する可変波長光源（２１）と、
クロック信号を発生するクロック発生器（２２）と、
前記クロック信号に同期したデータ信号を発生するデータ信号発生器（２３）と、
前記クロック信号で入力光を変調するＺカットＬＮ変調器（２８）および該ＺカットＬＮ変調器に縦列に接続され前記データ信号で入力光を変調するＸカットＬＮ変調器（２９）を含み、前記可変波長光源から出射された連続光を、前記クロック信号と前記データ信号により変調してＲＺ形式の変調光を出射する変調部（２５）と、
前記変調部から出射された変調光を受け、該変調光のパルス幅を圧縮して出射する櫛形配置ファイバ（４１）とを備えている。

また、本発明の請求項２の光信号発生装置は、請求項１記載の光信号発生装置において、
前記櫛形配置ファイバの出射光のパルス幅が所定値内で且つピークレベルとペデスタルノイズレベルとの比が所定値以上となるように、前記各変調器のバイアスを制御するバイアス制御部（３１、３２）を備えたことを特徴としている。

また、本発明の請求項３の光信号発生装置は、請求項１または請求項２記載の光信号発生装置において、
前記変調部には、前記クロック信号を増幅して前記ＺカットＬＮ変調器に入力する第１ドライブアンプ（２６）が設けられているとともに、
前記櫛形配置ファイバの出射光のパルス幅が所定値内で且つピークレベルとペデスタルノイズレベルとの比が所定値以上となるように、前記第１ドライブアンプの出力信号の振幅を、前記連続光の波長および前記クロック信号の周波数の少なくとも一つに応じて制御する第１ゲイン制御部（３３）を備えている。

また、本発明の請求項４の光信号発生装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の光信号発生装置において、
前記変調部には、前記データ信号を増幅して前記ＸカットＬＮ変調器に入力する第２ドライブアンプ（２７）が設けられているとともに、
前記櫛形配置ファイバの出射光のパルス幅が所定値内で且つピークレベルとペデスタルノイズレベルとの比が所定値以上となるように、前記第２ドライブアンプの出力信号の振幅を、前記連続光の波長、前記クロック信号の周波数および前記データ信号のマーク率の少なくとも一つに応じて制御する第２ゲイン制御部（３４）を備えている。

また、本発明の請求項５の光信号発生装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の光信号発生装置において、
前記変調部と前記櫛型配置ファイバとの間に光アンプ（４０）が設けられているとともに、
前記櫛形配置ファイバの出射光のパルス幅が所定値内で且つピークレベルとペデスタルノイズレベルとの比が所定値以上となるように、前記光アンプの出力パワーを、前記連続光の波長および前記データ信号のマーク率の少なくとも一つに応じて制御する入射光パワー制御部（４３）を備えている。

また、本発明の請求項６の光信号発生装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の光信号発生装置において、
前記ＺカットＬＮ変調器に入力されるクロック信号と前記ＸカットＬＮ変調器に入力されるデータ信号のいずれか一方の位相を、前記連続光の波長に応じて補正する位相補正器（２４、６０）を設けたことを特徴としている。

このように本発明の光信号発生装置では、櫛型配置ファイバによって変調光のパルス幅を圧縮するにあたり、クロック変調用にはＺカットＬＮ変調器を用い、データ変調用にはＸカットＬＮ変調器を用いているため、櫛型配置ファイバの長さを短縮でき、装置の小型化と低コスト化を実現できる。
また、波長、マーク率、クロック信号の周波数に応じて、各変調器のバイアス電圧、変調信号の振幅、位相および櫛型配置ファイバ４１の入射光パワーを出射光の波形品質が高くなるようにそれぞれ最適値に制御しているため、Ｃ／Ｌバンドにわたる広い波長範囲を使用する光ネットワークおよびそれに用いる通信機器の試験を精度よく、安定に行うことができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した光信号発生装置２０の構成を示している。

図１において、可変波長光源２１は、例えば、半導体レーザの一方の端面から出射された光を回折格子で受け、その回折光をミラーにより回折格子へ戻し、ミラーから回折格子に戻された光についての回折光を半導体レーザの一端面に戻すように各部が配置され、半導体レーザから回折格子を経由してミラーに至る光路長で決まる波長の光を出射し、その光路長を可変して、Ｃ／Ｌバンド（１５３０〜１６１０ｎｍ）にわたって波長を連続的に可変できるように構成されている。この可変波長光源２１が出射する連続光ＣＷの波長は、後述する主制御部５０によって指定される。

また、クロック信号発生器２２は、主制御部５０から指定された周波数ｆｃ（例えば４０ＧＨｚ）のクロック信号ＣＫを発生する。このクロック信号ＣＫは、後述する位相補正器６０により遅延され、その遅延されたクロック信号ＣＫ′が変調部２５に入力される。

データ信号発生器２３は、主制御部５０によって指定されたパターンのＮＲＺ形式のデータ信号Ｄをクロック信号ＣＫ′に同期して発生する。このデータ信号Ｄは、位相補正器２４により遅延され、その遅延されたデータ信号Ｄ′が変調部２５に入力される。

変調部２５は、クロック信号ＣＫ′およびデータ信号Ｄ′をそれぞれ増幅する第１ドライブアンプ２６、第２ドライブアンプ２７、第１ドライブアンプ２６から出力されるクロック信号ＣＫ″で入力光を変調するＺカットＬＮ変調器２８およびＺカットＬＮ変調器２８に縦列に接続され第２ドライブアンプ２７から出力されるデータ信号Ｄ″で入力光を変調するＸカットＬＮ変調器２９を含んでいる。

この変調部２５は、例えば図２の（ａ）のクロック信号ＣＫ″を受けたＺカットＬＮ変調器２８から図２の（ｂ）のような変調光Ｐ１を生成して、これをＸカットＬＮ変調器２９に入射する。

ＸカットＬＮ変調器２９は、図２の（ｃ）に示すＮＲＺ形式のデータ信号Ｄ″を受け、そのデータ信号Ｄ″が１を示す間は入射光を通過させ、データ信号Ｄ″が０を示す間は
入射光の通過を阻止して、図２の（ｄ）に示すＲＺ形式の変調光Ｐ２を出射する。

なお、ここでは、ＺカットＬＮ変調器２８によるクロック変調を前段で行い、後段でＸカットＬＮ変調器２９によるデータ変調を後段で行う構成について説明するが、後述するように、ＸカットＬＮ変調器２９によるデータ変調を前段で行い、後段でＺカットＬＮ変調器２８によるクロック変調を行う構成でもよい。

一般的に、ＬＮ変調器は、電界の印加により光に対する屈折率が変化する性質をもつＬｉＮｂＯ_３の結晶を基板とし、その基板上の一端側に形成した入力導波路と他端側に形成した出射導波路との間を２つの分岐導波路を介して接続するようにし、この分岐導波路の少なくとも一方に電界を印加し、両分岐導波路を伝搬する分岐光が同相で合波される状態（明状態）と逆相で合波される状態（暗状態）とを切り換えることで、パルス変調を行うものである。

そして、ＺカットＬＮ変調器２８は、ＬｉＮｂＯ_３の結晶をその結晶軸Ｚと垂直方向にカットして得られた基板を用い、ＸカットＬＮ変調器２９は、ＬｉＮｂＯ_３の結晶をその結晶軸Ｘと垂直方向にカットして得られた基板を用いたものであり、変調機能という点では同等であるが、後述するように、両者の周波数チャープ特性および圧縮特性の違いにより、櫛型配列ファイバ（ＣＰＦ）４１によるパルス幅の圧縮作用に大きな影響を与えるため、この実施形態では、クロック変調用にＺカット、データ変調用にＸカットのＬＮ変調器を用いている。

また、一般的に、ＬＮ変調器の変調特性を決定する変調特性曲線Ｆは、図３に示すように、印加電圧の単調変化に対して周期性（cos ^２曲線）を有しており、その曲線Ｆの単調変化領域を変調に用いている。なお、この単調変化領域の幅に相当する電圧を半波長電圧Ｖπという。

そして、半波長電圧Ｖπの範囲内で変調信号Ｍ（クロック信号あるいはデータ信号）を与えることで、変調光Ｐを得ることができる。

ただし、このＬＮ変調器の変調特性曲線Ｆは温度変化等によって横軸方向にシフトし、これに伴い変調光Ｐの波形が変化し、波形品質の維持が困難となる。

また、ＬＮ変調器の変調特性曲線Ｆの周期は波長に応じて増減変化し、波長が長い程半波長電圧Ｖπが大きくなり、変調信号（クロック信号やデータ信号）の振幅が一定であっても変調光の振幅が低下し、半波長電圧Ｖπに対する変調信号の中心電圧の位置もずれてしまう。

さらに、ドライブアンプ２６はクロック周波数により出力信号の振幅が変化し、ドライブアンプ２７は、一般的に入力信号のクロック周波数やマーク率（全ビットに対するデータ１のビット数の比）に応じて出力信号の振幅（即ち、ゲイン）が変動する性質がある。

上記のような要因による変調光の波形品質の悪化を防ぐために、第１バイアス制御部３１と第２バイアス制御部３２が設けられている。第１バイアス制御部３１は、ＺカットＬＮ変調器２８の変調特性の変動による出射光の波形品質が低下しないようにＺカットＬＮ変調器２８のバイアス電圧を制御し、第２バイアス制御部３２は、ＸカットＬＮ変調器２９の変調特性の変動による出射光の波形品質が低下しないようにＸカットＬＮ変調器２９のバイアス電圧を制御する。

また、波長変化、クロック信号の周波数およびマーク率による変調光の波形品質の変化を防ぐために、第１ゲイン制御部３３と第２ゲイン制御部３４が設けられており、第１ゲイン制御部３３は、波長変化およびクロック信号の周波数に応じてドライブアンプ２６の出力信号（クロック信号ＣＫ″）の振幅を制御し、第２ゲイン制御部３４は、波長変化、クロック信号の周波数およびマーク率の変化に応じてドライブアンプ２７の出力信号（データ信号Ｄ″）の振幅を制御する。

変調部２５から出射された変調光Ｐ２は、カプラ３６で分岐され、その一方の変調光Ｐ２′が光アンプ４０に入射されて増幅され、その増幅された変調光Ｐ３が櫛形配置ファイバ（ＣＰＦ）４１に入射される。

また、カプラ３６で分岐された他方の変調光Ｐ２″は受光器３７に入射されてそのパワーに対応する信号が、第１バイアス制御部３１および第２バイアス制御部３２に入力される。

櫛形配置ファイバ４１は、前記したように、高非線形ファイバとシングルモードファイバとを交互に接続して形成されたもので、高非線形ファイバの非線形性とシングルモードファイバの分散性とがともに櫛型のプロファイルをもつようにしてその相互作用により、入射光Ｐ３のパルス幅をその広い波長範囲にわたり圧縮することができるが、その出射光Ｐ４の波形品質は、入射光Ｐ３のパルスのピークパワー変化により大きく変化してしまう。

また、光アンプ４０としてはＥＤＦＡ型のものが使用されるが、この光アンプ自体も波長変化に対して利得が変化する。また、櫛型配置ファイバ４１の出射光Ｐ４の波形の品位は、その入射光のパワーだけでなく波長の変化にも依存する。

このため、この光信号発生装置２０には、波長およびデータ信号Ｄのマーク率に応じて光アンプ４０の出力パワーを制御し、光アンプ４０から櫛形配置ファイバ４１に入射される変調光Ｐ３のパワーが最適値となるようにする入射光パワー制御部４３が設けられている。なお、この入射光パワー制御は、光アンプ４０の制御だけでなく、光アンプ４０と櫛形配置ファイバ４１の間に減衰器（図示せず）を設け、この減衰器の減衰量を可変して制御して櫛形配置ファイバ４１への入射光パワーを制御してもよく、光アンプ４０と減衰器の双方を制御してもよい。

櫛型配置ファイバ４１から出射された変調光Ｐ４は、偏波コントローラ４５に入射される。偏波コントローラ４５は、波長板を組み合わせて形成されたものであり、出射光Ｐ５の偏波特性を指定された状態（例えば、直線偏波、円偏波、楕円偏波）にして、多重化部４６に入射する。この偏波コントローラ４５は、例えば試験対象の偏波モード分散特性を求める際に使用される。

多重化部４６は、４０Ｇｂｐｓの変調光Ｐ５を４チャンネル分多重化して１６０Ｇｂｐｓの試験用の変調光Ｐ６を出射する。なお、ここでは、試験用の装置であるため、偏波コントローラ４５から出射された４０Ｇｂｐｓの変調光Ｐ５を、６．２５ｐｓｅｃ（＝１０００／１６０）ずつシフトして４チャンネル分生成し、これを多重化して１６０Ｇｂｐｓの試験用の変調光Ｐ６を生成しているが、多重化部４６より前の構成を２〜４チャンネル分設け、異なるデータで変調された変調光Ｐ４を含む４チャンネル分の変調光Ｐ４を多重化して１６０Ｇｂｐｓの試験用の変調光Ｐ６を生成してもよい。

前記したように、時分割多重化して１６０Ｇｂｓの変調光Ｐ６を生成することを考慮すると、櫛型配置ファイバ４１から出射される４０Ｇｂａの変調光Ｐ４に要求される品質としては、パルス幅がＲＺ形式で３ｐｓｅｃ以下で出射光のピークとノイズの比が大きい（例えば１０ｄＢ以上）ことが最低条件となり、より望ましい品質としては、パルス幅２ｐｓｅｃ以下、出射光のピークとノイズの比１３ｄＢ以上が要求される。

主制御部５０はマイクロコンピュータにより構成され、この光信号発生装置２０全体の制御を行うためのものであり、操作部５１の操作で波長λ、クロック周波数ｆｃ、マーク率ＭＲ、パターンなどの各種パラメータを指定させ、その指定されたパラメータを前記した各制御部等に設定し、そのパラメータ設定情報等を表示器５２に表示させる。

次に、変調部２５において、クロック変調用にＺカットＬＮ変調器２８を用い、データ変調用にＸカットＬＮ変調器２９を用いている点について説明する。

一般的に知られている事項として、ＺカットＬＮ変調器は、ＸカットＬＮ変調器に比べて変調感度が高いが、変調光のパルスの立ち上がりと立ち下がりのタイミングに周波数チャープが発生する。これに対し、ＸカットＬＮ変調器の場合周波数チャープは発生しない。したがって、変調器のみで変調光の品質を重視すれば、クロック変調およびデータ変調ともＸカットＬＮ変調器を用いるのが一般的である。

一方、発明者らがＺカットＬＮ変調器とＸカットＬＮ変調器のパルス圧縮特性を求めて比較した結果、ＸカットＬＮ変調器によって得られた変調光の波形品質は、ＺカットＬＮ変調器より低いことが判明した。

図４はその比較結果を示すものであり、それぞれの変調器で同一変調信号を用いて変調して得られた変調光の自己相関波形を示している。この図４から明らかなように、ＺカットＬＮ変調器の自己相関波形のノイズ（ペデスタルノイズという）レベルに対して、ＸカットＬＮ変調器の自己相関波形のノイズレベルはほぼ３ｄＢ大きくなっている。

また、ＺカットＬＮ変調器で周波数チャープが生じるということは、ＺカットＬＮ変調器自体に光ファイバの非線形性と同様の効果があるということを示しており、このＺカットＬＮ変調器の非線形性を含めることで、櫛型配置ファイバ４１の高非線形ファイバ部の設計長を短縮でき、装置の小型化、低コスト化できるという利点がある。

ただし、データ変調用にＺカットＬＮ変調器を用いると、データのランダム性により変調光のチャープ特性もランダムに変化して、櫛型配置ファイバ４１による制御ができなくなる。

したがって、実施形態のように、ランダムなデータ信号の変調用に周波数チャープが発生しないＸカットＬＮ変調器２９を用い、クロック変調用にはＺカットＬＮ変調器２８を用いて、その非線形性により櫛型配置ファイバ４１の高非線形ファイバ部の設計長を短縮するとともに、変調光の波形の品質低下を防ぐ構成が最良となる。

次に、前記した各バイアス制御部３１、３２、ゲイン制御部３３、３４、入射光パワー制御部４３等の具体的な制御動作について説明する。

前記したようにＬＮ変調器では、温度変化などによる変調特性曲線Ｆのシフトがあり、このシフトに合わせてバイアス電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２を自動制御する必要がある。

クロック変調用のＺカットＬＮ変調器２８についてのバイアス電圧Ｖｂ１の変化に対する変調光波形と櫛型配置ファイバ４１の出射光の自己相関波形との関係を図５、６に示す。

図５の（ａ）〜（ｃ）は、前記した変調曲線の単調減少領域を変調に用いた状態で、バイアス電圧Ｖｂ１＝２．５Ｖ、３．１Ｖ、３．９Ｖの変調器の出射光の波形を示し、図６の（ａ）〜（ｃ）は、その各バイアス電圧についての櫛型配置ファイバ４１による圧縮後の自己相関波形を示している。

図５の（ａ）のようにＶｂ＝２．５Ｖでは変調光パルスのオフ側（図で下側）が非飽和状態となっているために、図６の（ａ）の自己相関波形の裾部分が上昇している。

また、図５の（ｃ）のように、Ｖｂ＝３．９Ｖでは、変調光パルスのオフ側が飽和状態となっているために、図６の（ｃ）のように自己相関波形にペデスタルノイズが発生している。これに対し、図５の（ｂ）のようにＶｂ＝３．１Ｖでは、変調光パルスの波形が飽和しておらず、また、図６の（ｂ）のようにその自己相関波形は、裾部の上昇もなく、ペデスタルノイズの発生もみられない。

したがって、出射光の波形品位を高く維持するには、光パルスのオフ側が飽和状態と非飽和状態の境界となるようにする必要がある。

これを実現するために、バイアス電圧Ｖｂが変調曲線の最大値と最小値の中間に対応した値となるように第１バイアス制御部３１で自動制御するとともに、変調信号（クロック信号ＣＫ″）のトップ値が変調曲線の最小値に対応した電圧となるように第１ゲイン制御部３３で第１ドライブアンプ２６の出力信号の振幅を制御している。なお、バイアス電圧Ｖｂが変調曲線の最大値と最小値の中間に対応した値となるように自動制御するバイアス制御部としては、消光比が最大となるようにバイアス電圧を自動制御する周知の所謂ＡＢＣ（自動バイアスコントローラ）を用いることができる。

また、ＬＮ変調器の変調特性は波長によって変化し、特に、前記したように、Ｃ／Ｌバンドにわたる広い波長範囲では、その最適バイアス電圧Ｖｂも変化する。

この波長の変化と最適バイアス電圧Ｖｂとの関係を調べた結果、図７のように、波長が長くなるにつれて最適バイアス電圧Ｖｂが単調に変化する特性が得られた。また、この変化に対して、バイアスの自動制御を行った場合とバイアスの自動制御を行わなかった場合の変調光のパワーの変化を図８に示す。この図８から明らかなように、バイアスの自動制御を行うことで、波長変化に対する変調光のパワー、即ちバイアスポイントの変化を抑制できる。

なお、各バイアス制御部３１、３２が波長変化に対するバイアス電圧の自動制御機能を有していない場合には、図８でバイアスの自動制御を行わなかった場合の波長対バイアス電圧の変化特性を予め求めて各バイアス制御部３１、３２に記憶しておき、図１に示しているように、主制御部５０から波長情報を受けた各バイアス制御部３１、３２が、波長に応じてバイアス電圧を最適値に制御すればよい。

また、図９の（ａ）〜（ｃ）は、バイアス電圧をＡＢＣ制御した状態で変調信号（クロック信号ＣＫ″）の振幅を６Ｖｐ−ｐ、６．６Ｖｐ−ｐ、７．２Ｖｐ−ｐにしたときの櫛型配置ファイバ４１による圧縮後の自己相関波形を示している。

この図９から明らかなように、振幅６Ｖｐ−ｐでは、振幅不足で変調光パルスのオフ側が非飽和状態となり自己相関波形の裾部が上昇し、振幅７．２Ｖｐ−ｐでは、飽和状態となってペデスタルノイズが発生している。これに対し、振幅６．６Ｖｐ−ｐでは、裾部の上昇やペデスタルノイズの発生がない高品位の波形が得られている。

また、前記したように、ＬＮ変調器の変調特性は波長依存性を持っているので、最適な振幅も波長により変化する。

図１０は、波長の変化に対して最適な変調信号振幅の変化を求めた結果を示している。
ここで、最適な振幅は、圧縮後の自己相関波形について、理論カーブと実測カーブの一致度合いが高く、ピークとペデスタルノイズのレベル比が大きく（例えば１３ｄＢ以上）、パルス幅が狭く（例えば２〜３ｐｓｅｃ）なる振幅であり、言い換えれば、裾部の上昇やペテスタルノイズの発生がない高品位の波形が得られる振幅値である。

この図から、第１ドライブアンプ２６に要求される出力振幅は、波長に応じて変化していることが判る。したがって、第１ゲイン制御部３３により、指定された波長毎に出力信号の振幅が図１０のように変化するように第１ドライブアンプ２６の利得を制御することで、出射光の品位を高く維持することができる。

なお、上記したＺカットＬＮ変調器２８のバイアス電圧および変調信号振幅に対する特性変化の傾向および波長依存性は、データ変調用のＸカットＬＮ変調器２９も有している。

したがって、第１バイアス制御部３１と同様に、ＡＢＣからなる第２バイアス制御部３２により、変調特性曲線の最大値と最小値の中間に対応した電圧となるようにバイアス電圧を自動制御するとともに、第２ゲイン制御部３４により、データ信号Ｄ″の振幅が最適振幅となるように第２ドライブアンプ２７のゲインを制御して、波長の変化による圧縮後の波形品位の劣化を防いでいる。

ただし、データ信号Ｄのパターンは任意であり、第２ドライブアンプ２７は電流駆動型であるため、第２ドライブアンプ２７の出力電圧の中心値（バイアス電圧）と出力振幅は、データ信号のマーク率ＭＲにより変動する。

図１１は、データ信号のマーク率ＭＲに対する出力中心電圧および出力振幅の変化を示している。この図１１から明らかなように、マーク率ＭＲが高くなるほど、出力中心電圧が正側に変化し、出力振幅が大きくなる。したがって、第２ゲイン制御部３４は、波長の変化と指定されたマーク率ＭＲとに基づいて、第２ドライブアンプ２７のゲインを制御して、波長の変化およびデータのパターンによる圧縮後の波形品位の劣化を防いでいる。

さらに、各ゲイン制御部３３、３４は、クロック信号の周波数ｆｃを変更したときの各ドライブアンプ２６、２７の出力変化に応じてゲインを制御している。

また、前記した位相補正器２４、６０は、クロック変調された変調光Ｐ１に対するデータ信号Ｄ″の位相を合わせて、正しくデータ変調できるようにするためのものであり、ＺカットＬＮ変調２８とＸカットＬＮ変調器２９の遅延時間や他の光路伝搬による遅延時間に応じて、クロック信号ＣＫとデータ信号Ｄの少なくとも一方を遅延する。

ここで、各変調器や光路伝搬による遅延時間は波長によって変化するので、予め波長に対する最適遅延時間を図１２のように求め、これを位相補正器２４、６０の少なくとも一方に記憶しておき、指定された波長に対応する遅延を、クロック信号ＣＫ′あるいはデータ信号Ｄ′に与えている。

次に、入射光パワー制御について説明する。櫛形配置ファイバ４１のパルス圧縮特性は、入射光のパワーに対する依存性がある。

図１３の（ａ）〜（ｃ）は、櫛形配置ファイバ４１への入射光のパワー（平均パワー）が、１８．７ｄＢｍ、１９．７ｄＢｍ、２２ｄＢｍのときの出射光の自己相関波形を示している。

図１３の（ａ）のパワー１８．７ｄＢｍの場合、パルス幅Δｔは２．４５ｐｓと広くなっており、図１３の（ｃ）のパワー２２ｄＢｍの場合、パルス幅Δｔは１．２６ｐｓと狭いが、ペデスタルノイズが大きなレベルで発生している。

これに対し、図１３の（ｂ）のパワー１９．７ｄＢｍの場合、ペデスタルノイズの発生もない状態で、パルス幅Δｔが１．８２ｐｓの高品位の波形が得られている。

したがって、実施形態のように入射光パワー制御部４３により、光アンプ４０の利得を、櫛型配置ファイバ４１への入射光のパワーが最適値となるように制御することで、出射光の品位を高く維持できる。

ただし、櫛形配置ファイバ４１自体にも波長依存性があり、最適な入射光パワーは波長によって変化する。図１４は、マーク率ＭＲが１００パーセントのときの、波長に対する最適な入射光のパワーと、出射光のピークレベルＲｐとフロアレベル（ノイズレベル）ｆの差Ｒｐ―ｆを求めた結果である。

また、この図１４は、前記したバイアス制御、ゲイン制御、位相補正の処理がなされた状態における測定結果を示している。

図１４に示しているように、最適入射光パワーは波長が長くなるほど大きくなっており、予めこのデータを求めて入射光パワー制御部４３に記憶しておき、主制御部５０から指定された波長λについて櫛型配置ファイバ４１への入射光のパワーが最適値となるように、光アンプ４０の利得（または前記した減衰器の減衰量）を制御することで、最終的な出射光の波形品質が劣化しないようにしている。

この図１４から明らかなように、上記した各制御を行うことで、Ｃ／Ｌバンド全体でパルス幅２ｐｓｅｃ以下、ピークとノイズの比１４．７ｄＢ以上の極めて高品位の変調光を得ることができる。

なお、データ信号Ｄのマーク率ＭＲにかかわらず入射光のパルスピークパワーを最適値に保つ必要がある。したがって、例えば、マーク率ＭＲが５０パーセントになれば、前記図１４の最適入射光パワーを半分にしなければならない。

このように実施形態の光信号発生装置２０では、櫛型配置ファイバ４１によって変調光のパルス幅を圧縮するにあたり、クロック変調用にはＺカットＬＮ変調器２８を用い、データ変調用にはＸカットＬＮ変調器２９を用いているため、櫛型配置ファイバ４１の長さを短縮でき、装置の小型化と低コスト化を実現できる。

また、波長、マーク率、クロック信号の周波数に応じて、各変調器のバイアス電圧、変調信号の振幅、位相および櫛型配置ファイバ４１の入射光パワーを出射光の波形品質が高くなるようにそれぞれ最適値に制御しているため、Ｃ／Ｌバンドにわたる広い波長範囲を使用する光ネットワークおよびそれに用いる通信機器の試験を精度よく、安定に行うことができる。

なお、上記した光信号発生装置２０では、クロック変調用のＺカットＬＮ変調器２８の後段にデータ変調用のＸカットＬＮ変調器２９を設けていたが、図１５に示す光信号発生装置２０′のように、クロック変調用のＺカットＬＮ変調器２８の前段にデータ変調用のＸカットＬＮ変調器２９を設けてもよい。

本発明の実施形態の構成を示す図 変調部の動作を示す図 ＬＮ変調器の変調特性曲線を示す図 ＺカットＬＮ変調器とＸカットＬＮ変調器の圧縮特性を示す図 ＺカットＬＮ変調器のバイアス電圧に対する変調波形を示す図 ＺカットＬＮ変調器のバイアス電圧に対する圧縮後の自己相関波形を示す図 ＺカットＬＮ変調器の波長と最適バイアス電圧との関係を示す図 バイアス制御後の波長に対する変調光出力の変化を示す図 ＺカットＬＮ変調器の変調信号振幅と圧縮後の自己相関波形の関係を示す図 ＺカットＬＮ変調器の波長と最適変調信号振幅との関係を示す図 ドライブアンプのマーク率の変化に対する出力中心電圧および出力振幅の変化を示す図 波長に対する最適遅延時間の変化を示す図 櫛型配置ファイバの入射光パワーと圧縮後の自己相関波形との関係を示す図 櫛型配置ファイバの波長と最適入射光パワーとの関係を示す図 変調部の他の構成例を示す図 櫛形配置ファイバを用いた光信号発生装置の構成例を示す図 櫛形配置ファイバの入射光と出射光の波形例を示す図

符号の説明

２０、２０′……光信号発生装置、２１……可変波長光源、２２……クロック信号発生器、２３……データ信号発生器、２４……位相補正器、２５……変調部、２６……第１ドライブアンプ、２７……第２ドライブアンプ、２８……ＺカットＬＮ変調器、２９……ＸカットＬＮ変調器、３１……第１バイアス制御部、３２……第２バイアス制御部、３３……第１ゲイン制御部、３４……第２ゲイン制御部、３６……カプラ、４０……光アンプ、４１……櫛形配置ファイバ、４３……入射光パワー制御部、４５……偏波コントローラ、４６……多重化器、５０……主制御部、５１……操作部、５２……表示器、６０……位相補正器

Claims (6)

1. 波長可変の連続光を出射する可変波長光源（２１）と、
   クロック信号を発生するクロック発生器（２２）と、
   前記クロック信号に同期したデータ信号を発生するデータ信号発生器（２３）と、
   前記クロック信号で入力光を変調するＺカットＬＮ変調器（２８）および該ＺカットＬＮ変調器に縦列に接続され前記データ信号で入力光を変調するＸカットＬＮ変調器（２９）を含み、前記可変波長光源から出射された連続光を、前記クロック信号と前記データ信号により変調してＲＺ形式の変調光を出射する変調部（２５）と、
   前記変調部から出射された変調光を受け、該変調光のパルス幅を圧縮して出射する櫛形配置ファイバ（４１）とを備えた光信号発生装置。
2. 前記櫛形配置ファイバの出射光のパルス幅が所定値内で且つピークレベルとペデスタルノイズレベルとの比が所定値以上となるように、前記各変調器のバイアスを制御するバイアス制御部（３１、３２）を備えたことを特徴とする請求項１記載の光信号発生装置。
3. 前記変調部には、前記クロック信号を増幅して前記ＺカットＬＮ変調器に入力する第１ドライブアンプ（２６）が設けられているとともに、
   前記櫛形配置ファイバの出射光のパルス幅が所定値内で且つピークレベルとペデスタルノイズレベルとの比が所定値以上となるように、前記第１ドライブアンプの出力信号の振幅を、前記連続光の波長および前記クロック信号の周波数の少なくとも一つに応じて制御する第１ゲイン制御部（３３）を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光信号発生装置。
4. 前記変調部には、前記データ信号を増幅して前記ＸカットＬＮ変調器に入力する第２ドライブアンプ（２７）が設けられているとともに、
   前記櫛形配置ファイバの出射光のパルス幅が所定値内で且つピークレベルとペデスタルノイズレベルとの比が所定値以上となるように、前記第２ドライブアンプの出力信号の振幅を、前記連続光の波長、前記クロック信号の周波数および前記データ信号のマーク率の少なくとも一つに応じて制御する第２ゲイン制御部（３４）を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光信号発生装置。
5. 前記変調部と前記櫛型配置ファイバとの間に光アンプ（４０）が設けられているとともに、
   前記櫛形配置ファイバの出射光のパルス幅が所定値内で且つピークレベルとペデスタルノイズレベルとの比が所定値以上となるように、前記光アンプの出力パワーを、前記連続光の波長および前記データ信号のマーク率の少なくとも一つに応じて制御する入射光パワー制御部（４３）を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光信号発生装置。
6. 前記ＺカットＬＮ変調器に入力されるクロック信号と前記ＸカットＬＮ変調器に入力されるデータ信号のいずれか一方の位相を、前記連続光の波長に応じて補正する位相補正器（２４、６０）を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光信号発生装置。

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