JP4434688B2

JP4434688B2 - 光変調装置

Info

Publication number: JP4434688B2
Application number: JP2003357203A
Authority: JP
Inventors: 剛中戸川; 幹夫前田
Original assignee: Japan Broadcasting Corp
Current assignee: Japan Broadcasting Corp
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2023-10-17
Also published as: JP2005121922A

Description

本発明は、伝送信号を光ファイバ網で伝送するための光変調装置に関するものである。

放送波を直接受信できず、共同受信用のケーブルの引き込みが困難な既設の集合住宅や、光ファイバ敷設経路に河川が横切る場合などに、光ファイバで伝送した放送波をミリ波帯に周波数変換して無線伝送する研究が進められている。このような伝送システムのうち、放送波などの伝送信号とミリ波帯の高周波信号を光信号に変換した後、多重して光伝送し、受信端で“伝送信号”と“ミリ波帯に周波数変換（自己ヘテロダイン検波）した伝送信号”の両者あるいはどちらか一方を出力する方法が提案されている（非特許文献１参照）。

一般に、光変調方式としては、レーザーダイオードへの注入電流を電気信号で変調することにより光強度を変調する「直接変調方式」と、レーザーダイオードは一定出力で動作させ、外部の変調素子で変調を行う「外部変調方式」とがある。直接変調方式は簡便な方法であるが、電流注入により半導体の屈折率が大きく変動（チャーピング）し、動的な波長広がりとなり、受信端で光波形に歪みをもたらす場合がある。一方、外部変調方式はこの動的波長広がりを十分低く抑えることができる。

高周波信号を通常の外部変調器で光強度変調により伝送する場合、波長分散の影響により、光上側波、光搬送波、光下側波に到着時間差が生じ、特定の伝送距離で受光すると干渉により高周波信号を受信できないという問題があることが知られている。この問題を解決する方法の一つとして、干渉の原因となる一方の光側波帯を伝送しない単一側波帯変調（SSB:Single Side Band）方式が提案されている。光ＳＳＢ変調器は、ニオブ酸リチウム（LiNbO₃）光変調素子を用いたマッハツェンダー型（ＭＺ）光変調器で構成することができる（非特許文献２参照）。

また、特許文献１の図２には、マッハツェンダー型（ＭＺ）光変調器を用いた光ＳＳＢ変調器の構成法が開示されている。

鈴木健児、他３名「地上波デジタル放送のミリ波光ファイバ伝送実験」、社団法人映像情報メディア学会技術報告、Vol.27, No.45, PP.1〜6, BCT2003-13(Jul.2003) G. H. Smith, D. Novak, and Z. Ahmed : "Novel technique for generation of optical SSB with carrier using a single MZM to overcome fiber chromatic dispersion", MWP96, PDP-2, 1996

特開２００１−２６４７１４号公報

本発明者は、前記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見いだした。

光ＳＳＢ変調器に用いられるニオブ酸リチウム外部変調器（ＬＮ外部変調器）は、電気・光変換特性に非線形性があることが知られている。地上デジタル放送で用いられるＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）信号の振幅の瞬時値は平均値よりかなり大きいため、多チャンネル伝送時には非線形性により発生する３次相互変調歪みの影響が顕著である。伝送信号帯域内に発生する３次相互変調歪み（ＩＭ３）は、等価的に伝送信号のＣＮ比（搬送波電力対雑音電力比）を劣化させる。光変調度を高くしていくと伝送信号のＣＮ比が高くなる一方で、光変調器の非線形性によりＣＩ比（搬送波電力対３次相互変調歪み電力比）が低下し、実効的にＣＮ比を低下させる。つまり、光変調器の非線形性の影響を避けるため、光変調度が制限されることになる。

一般に、長距離伝送後の受信端でのＣＮ比を高くするためには、光変調器の出力を光増幅器で増幅させた後、光ファイバ伝送路に入力したり、光ファイバ伝送路の途中で増幅させるといった方法が用いられる。

光ＳＳＢ変調器の出力信号は、光搬送波信号と光変調された伝送信号（単一側波帯）に分けられるが、伝送信号の電力以上に光搬送波電力が大きいため、増幅器を用いても光変調された伝送信号が十分に増幅されないといった問題があった。

上記のように、光ＳＳＢ方式は波長分散の影響を受けにくいという特徴を有するが、そのままでは光変調度を深くすることができない。この場合、長距離伝送のために光増幅器を用いても、光搬送波の大きな電力のために伝送信号の増幅が制限されてしまう。伝送信号の光変調度を大きくするためには、光変調された伝送信号の電力のみを増幅させるか、光搬送波の電力のみを抑圧しなければならない。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、光ＳＳＢ変調器出力信号の光搬送波電力を容易に抑圧することが可能な光変調装置を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。

上記のような問題を解決するために、本発明では、光搬送波を伝送信号で変調して光変調信号を生成する光変調器を備える光変調装置であって、光源で生成した光搬送波を２分岐する手段と、分岐された光搬送波の一方を前記光変調器に入力して伝送信号で変調して光変調信号を生成し、分岐された光搬送波の他方と前記光変調器の出力光とが互いに打ち消しあうように合波することで光搬送波が抑圧された光信号を出力する手段とを備える。

本発明の前記光変調器は光ＳＳＢ変調器である。
本発明では、前記光ＳＳＢ変調器の直流バイアス電流を調整して、前記光ＳＳＢ変調器の出力光の位相を調整することにより、光搬送波を抑圧する程度を決める。

本発明では、合波により得られる光信号の光搬送波電力が伝送信号電力より小さくならない範囲で光搬送波を抑圧する。

このように、本発明では、光源の出力を２分岐し、一方を光ＳＳＢ変調器に光搬送波信号として入力し、他方を光ＳＳＢ変調器の出力信号と合波する構成とした。

光ＳＳＢ変調器を経由した光搬送波と光ＳＳＢ変調器を経由しない光搬送波とが互いに打ち消しあうように位相を調整して合成することで、光搬送波電力を抑圧することができる。このとき、合波後の光搬送波の位相も変化してしまうが受信端での検波には影響がない。

光搬送波の位相差の調整は光ＳＳＢ変調器の直流バイアス電流を調整することで容易に実現可能である。

なお、光ＳＳＢ変調器の代わりに光ＤＳＢ（Double Side Band）変調器を用いた場合、合波後の光搬送波の位相変動が受信端での検波に影響を与えてしまう。このため、合波後も位相変化がないように、打ち消す側の光搬送波の振幅を調整し、かつ正確に逆位相となるように位相を調整しなければならず、装置の構成が複雑になり、設定が困難であるといった新たな課題が発生してしまう。

本願発明を用いることで、急峻な光バンドパスフィルタを用いずに、簡素な構成で光変調器出力信号の光搬送波電力を容易に抑圧できる。

光搬送波電力が抑圧され、光変調された伝送信号を光増幅器で増幅できるため、多波の信号を長距離伝送する場合には特に有効な光変調装置である。

以下、図面を参照して、発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の一実施の形態である光変調装置の概略構成を説明するための図である。

図１に示すように、本実施の形態の光変調装置は、発振周波数ｆｃの無変調のレーザ光を光搬送波ａとして出力する光源１と、中心周波数ｆｓの電気信号ｂを出力する電気信号源２と、光源１から出力された光搬送波ａを光分配器で２分岐して得られる一方の搬送波ｆと電気信号ｂとが入力される光ＳＳＢ変調器３と、光搬送波ａを２分岐して得られる他方の光搬送波ｃと光ＳＳＢ変調器３から出力される光変調信号（光信号ｊ）とを合波する光合成器とを備える構成となっている。

光ＳＳＢ変調器３は、マッハツェンダー型（ＭＺ）光変調器で構成されており、入力された光搬送波ｆは２つの光導波路に分岐され、各光導波路を伝搬後に合波される構成となっている。各光導波路には電極が配置されており、一方の電極には電気信号ｂと同相の電気信号ｄが印加され、他方の電極には電気信号ｂをπ／２位相シフトした電気信号ｇが印加される構成となっている。また、一方の電極には直流バイアス電流４が接続され、他方の電極には直流バイアス信号源５が接続されており、各光導波路を伝搬する光信号ｈ、ｉの光合成位相をπ／２に設定するための直流バイアス電流と、分岐された光搬送波ｃに対する光信号ｊの位相を調整するための直流バイアス電流とを印加する構成となっている。

以下、図１に基づいて、本実施の形態の光変調装置の動作を説明する。
光源１から発振周波数ｆｃ、無変調の光搬送波ａを出力する。光搬送波ａを光搬送波ｆと光搬送波ｃとに分岐し、光搬送波ｆを光ＳＳＢ変調器３に入力する。一方、電気信号源２から電気信号ｂを出力し、光ＳＳＢ変調器３に入力する。

光ＳＳＢ変調器３では、ＭＺ光変調器のｈとｉの光合成位相をπ／２に設定しておき、π／２の位相差を持った電気信号ｄとｇとで、ＭＺ光変調器の２つの光導波路において位相変調を施す。

光ＳＳＢ変調器出力の光信号ｊと光搬送波ｃを合波した光信号ｋが光変調装置出力となる。

光搬送波ａ、電気信号ｂ、光搬送波ｃ、光信号ｊ、光信号ｋの各信号について、振幅周波数特性の模式図をそれぞれ吹き出し内に示す。

なお、光源１、電気信号源２は、装置の構成機器とはせず、装置外部から供給するように構成してもよい。

このように、光源１から出力された光搬送波ａの内で、分岐後に光ＳＳＢ変調器３に入力された光搬送波ｆは、従来の光ＳＳＢ変調器と同様に、２つの光導波路にそれぞれ分岐される。

一方の光導波路に分岐された光搬送波は、電気信号源２から出力される電気信号ｂと同相の電気信号ｄで位相変調され（光信号ｈ）、他方の光導波路に分岐された光搬送波は、電気信号源２から出力される電気信号ｂをπ／２の位相シフトした電気信号ｇで位相変調される（光信号ｉ）。このとき、電気信号ｄおよび電気信号ｇが印加される電極には直流バイアス電源４、５からの直流バイアス電流も印加され、光信号ｉと光信号ｈとの光合成位相はπ／２となる。

従って、位相変調後の光信号ｈ、ｉを合波して得られる光信号ｊは、吹き出しに示すように、周波数ｆｃの光搬送波とその一方の側波帯である中心周波数ｆｃ−ｆｓの伝送信号とからなる光信号となる。

また、光信号ｈ、ｉには直流バイアス信号源４、５により、合波時の位相差をπ／２に設定するための直流バイアス電流と共に、光ＳＳＢ変調器３の光信号ｊの光搬送波成分と分岐した光搬送波ｃとが互いに打ち消しあうように、光信号ｊの位相を調整するための直流バイアス電流も印加されている。

その結果、光信号ｊと光搬送波ｃとの合波により、光信号ｊの内の周波数ｆｃの光搬送波成分のみが抑圧され、吹き出しに示すように、光信号ｊと同じ電力の中心周波数ｆｃ−ｆｓの伝送信号と光信号ｊよりも抑圧された光搬送波成分とからなる光信号ｋが得られる。本実施の形態の光変調装置では、例えば、出力される光信号ｋの光搬送波電力が受信側での検波等に好ましい電力であるためには、合波により得られる光信号ｋの周波数ｆｃの光搬送波電力が中心周波数ｆｃ−ｆｓの伝送信号（単一側波帯）電力よりも小さくならないことが望ましい。このために、光ＳＳＢ変調器の直流バイアス電流を調整して、光信号ｊの光搬送波位相を変え光搬送波ｃと打ち消しあうようにする。なお、直流バイアス電流はマッハツェンダー型光変調器の電極に印加される直流電圧を変えて調整する。

以上説明したように、本実施の形態の光変調装置では、光ＳＳＢ変調器３に入力する光搬送波ａを分岐し、この分岐した光搬送波ｃを用いて光信号ｊの光搬送波電力を抑圧した光信号ｋを得ることができるので、簡易な構成で光ＳＳＢ変調器出力信号の光搬送波電力を容易に抑圧することができる。

光信号ｋの光搬送波電力が抑圧されているので、光変調された伝送信号を光増幅器で十分に増幅でき、多波の信号を長距離伝送する場合には特に有効である。

なお、本実施の形態の光変調装置では、光ＳＳＢ変調器３の側で光搬送波電力ｆｃを抑圧するための位相を制御する構成としたが、これに限定されることはなく、分岐した後の光搬送波ｃの位相を制御する構成としてもよいことはいうまでもない。

以上、本発明者によってなされた発明を、前記発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

本発明の一実施の形態である光変調装置の概略構成を説明するための図である。

符号の説明

１…光源２…電気信号源
３…光ＳＳＢ変調器４、５…直流バイアス信号源

Claims

光搬送波を伝送信号で変調して光ＳＳＢ変調信号を生成するマッハツェンダー型光ＳＳＢ変調器を備える光変調装置であって、
光源で生成した光搬送波を２分岐する第１の光分配器と、
前記第１の光分配器で分岐された光搬送波の一方である第１の光搬送波が入力され、入力された前記第１の光搬送波を伝送信号で変調した光ＳＳＢ変調信号を出力する前記マッハツェンダー型光ＳＳＢ変調器と、
前記第１の光分配器で分岐された光搬送波の他方である第２の光搬送波と前記マッハツェンダー型光ＳＳＢ変調器の出力光である前記光ＳＳＢ変調信号を合波して、合波された光信号を出力する第１の光合成器と、
を備え、
前記マッハツェンダー型光ＳＳＢ変調器は、
入力された前記第１の光搬送波をさらに２分岐する第２の光分配器と、
前記第２の光分配器で２分岐された第１の光搬送波の一方である第３の光搬送波が導波される第１の光導波路と、
前記第２の光分配器で２分岐された第１の光搬送波の他方である第４の光搬送波が導波される第２の光導波路と、
前記第１の光導波路に第１の伝送信号および第１の直流バイアスを印加して前記第３の光搬送波を位相変調する第１の電極と、
前記第２の光導波路に前記第１の伝送信号とπ／２位相が異なる第２の伝送信号および第２の直流バイアスを印加して前記第４の光搬送波を位相変調する第２の電極と、
前記第１の電極で位相変調された光信号と前記第２の電極で位相変調された光信号を合波して前記光ＳＳＢ変調信号を出力する第２の光合成器と、
を備え、
前記マッハツェンダー型光ＳＳＢ変調器の前記第１の直流バイアスおよび前記第２の直流バイアスを調整して、前記マッハツェンダー型光ＳＳＢ変調器の出力光である前記光ＳＳＢ変調信号の位相を調整することにより、前記第１の光合成器により合波され出力される前記光ＳＳＢ変調信号の光搬送波と前記第２の光搬送波を互いに一部打ち消しあわせて、前記第１の光合成器により合波され出力される光信号の光搬送波電力が伝送信号電力より小さくならない範囲で光搬送波を抑圧する光変調装置。