JP4884338B2 - 光変調器ドライバ調整装置及び調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、光デュオバイナリ送信機における光変調器用ドライバ調整装置及び調整方法に関し、より詳細には、光送信機を組上げた状態で光変調器ドライバ回路の調整が可能な光変調器用ドライバ調整装置及び調整方法に関する。

光通信において用いる光送信機では、光に信号を乗せるために光に対して変調を行う。光変調には、半導体レーザの出力を変調する直接変調と、半導体レーザから出力された光を光源以外の手段で変調する外部変調とがある。外部変調で使用される変調器は一般に光変調器と呼ばれ、これら光変調器では、駆動信号に応じて物理的変化を起こし、光の強度、位相などの変調を行う。

マッハ・ツェンダ（ＭＺ）型光変調器は、光強度変調（ＮＲＺ，ＲＺなど）、位相制御型光強度変調（光デュオバイナリ、ＣＳ−ＲＺなど）、光位相変調（ＤＰＳＫ，ＤＱＰＳＫなど）などに幅広く利用されている。ＭＺ型光変調器は２つの光導波路を伝搬する光の干渉を利用しているため両導波路を伝搬する光の位相を精度よく制御する必要がある。特に、広く利用されているニオブ酸リチウム（ＬＮ）基板を用いたＭＺ型光変調器では、最適なバイアス電圧が時間的にドリフトするため自動バイアス制御（ＡＢＣ）回路によって光変調器に印加するバイアス電圧の調整を行う。

さらに、光送信機の光伝送特性を最適化するためには、光変調器ドライバ回路の出力振幅、駆動波形のクロスポイントの最適化を行う必要がある。

光変調器ドライバ回路の出力振幅及び駆動波形のクロスポイントの調整は、ＮＲＺ変調方式の場合には従来から可能であった。図４（ａ）、（ｂ）に、ＮＲＺ変調方式型光変調器のドライバ出力波形、光変調器の動作曲線、及び光変調波形を示す。図に示したようにＮＲＺ変調方式では、光変調器のドライバ出力波形と光変調波形とが共に２値波形で１対１に対応しているため、光変調波形とドライバ出力波形が相似形になる。そのため、ＮＲＺ変調方式では、光変調波形を観測しながらドライバの振幅及びクロスポイントの調整を行うことができる。図４（ａ）に示すように、ドライバ出力波形と光変調波形のクロスポイントずれの方向は同じであり、クロスポイントが５０％から大きくずれない条件では変調曲線がほぼ直線近似できるため、光変調波形から電気波形のクロスポイントを見積もることが可能である。同様に、図４（ｂ）に示すように、ドライバ出力波形のクロスポイントが最適化されれば、光変調波形のクロスポイントも最適化される。

しかしながら、光デュオバイナリ変調方式の光送信機の場合には、光変調器を２Ｖπの振幅で駆動する必要があるため、特に光変調器のドライバのクロスポイントを、光変調波形を観測しながら調整することは困難であるという課題があった。図５（ａ）、（ｂ）に、光デュオバイナリ変調型光変調器のドライバ出力波形、３値電気波形、光変調器の動作曲線及び光変調波形を示す。光デュオバイナリ変調の場合は、２値波形であるドライバ出力をローパスフィルタ（ＬＰＦ）で３値電気波形に変換した後に光変調器に印加する。そのため、バイアス自動電圧制御回路（ABC回路）が動作している条件においては、光変調波形は３値電気波形が光変調器の消光電圧に対して折り返された２値波形となるため、ドライバ出力波形と光変調波形は相似形にならない。図５（ａ）に示すように、光変調器の駆動振幅は最適なものの２値の電気信号のクロスポイントが５０％からずれている場合には、光変調出力の消光比が劣化する形での波形歪を生ずる。また、波形のジッタ成分の劣化も観測される。そのため、光変調波形からドライバ出力波形の歪みを読み取るのは難しい。一方、図５（ｂ）のようにドライバのクロスポイントが５０％に設定されている場合には良好な光変調波形が得られている。

また、光変調器に入れる前のドライバ出力波形をドライバ回路から直接観測して調整を行うことも可能であるが、調整に手間が掛かるという課題があった。通常の光デュオバイナリ送信機においてはドライバとLPFが直結されていることが多く、ドライバ出力を直接観測することは困難であった。また、ドライバ波形を分離して観測することが可能な場合においてもドライバとLPFとの接続を取り外してクロスポイントの調整を行い、続いて元に戻すという手順は煩雑であった。この場合、LPFの挿入損失や使用する光変調器のVπのばらつきを考慮すると、電気的な測定のみではドライバの振幅の最適値を決定することは困難であった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光デュオバイナリ変調型光変調器のドライバ回路の出力振幅及び駆動波形のクロスポイントの調整を、ABC回路を動作させながら観測した光変調波形に基づいて実施することができる光デュオバイナリ変調型光変調器ドライバ調整装置及び調整方法を提供することにある。

このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光デュオバイナリ送信機の光変調器を駆動するドライバ回路を調整するための光変調器ドライバ調整装置であって、前記光変調器で変調された変調光の光変調波形情報を取得する波形情報取得装置と、前記光変調波形情報に基づいて前記ドライバ回路を調整するドライバ制御回路とを備え、前記前記ドライバ回路は、クロスポイントを前記光変調波形の消光比が最大になる値に調整し、及び前記ドライバ回路の出力振幅を前記変調光パワーが最大になる値に調整することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光変調器ドライバ調整装置において、前記波形情報取得装置が、アイマスクを用いることによって前記光変調波形の歪の有無を検出することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光変調器ドライバ調整装置において、前記波形情報取得装置が、前記光変調波形の振幅方向のヒストグラムを取ることにより前記光変調波形の歪を検出することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の光変調器ドライバ調整装置において、前記波形情報取得装置が、前記光変調波形の時間軸方向のヒストグラムを取ることにより前記光変調波形のジッタを検出することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、光デュオバイナリ変調方式の光変調器を駆動するドライバ回路を調整するための光変調器ドライバ調整方法であって、前記光変調器で変調された変調光の光変調波形を観測するステップと、観測された前記光変調波形に基づいて前記ドライバ回路のクロスポイントを前記光変調波形の波形歪が最小になる値に調整するステップと観測された前記光変調波形に基づいて前記ドライバ回路を、前記ドライバ回路の出力振幅を前記変調光パワーが最大になる値に調整するステップとを有することを特徴とする。

本発明によれば、光デュオバイナリ送信機における光変調器のドライバ回路の出力振幅及び駆動波形のクロスポイントの調整が、光送信機を組上げた状態において光変調波形を観測することで可能になる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１に、本発明の一実施形態に係る光デュオバイナリ変調型光変調器ドライバの調整装置の構成を示す。半導体レーザ（ＬＤ）１０２から出力された光は、マッハ・ツェンダ型光変調器１０３に入力し、ＬＰＦ１０６およびＡＢＣ回路１０７から印加されるバイアス電圧によって駆動される光変調器１０３から変調光として出力される。ＬＰＦ１０６の出力は、ドライバ回路１０５から出力される２値波形の出力を３値波形の出力に変換したものである。ドライバ回路１０５は、駆動信号発生回路１０４から出力される駆動信号に基づいて動作する。ＡＢＣ回路１０７は、矩形波的に変化する電気信号が重畳されたＤＣバイアス電圧を光変調器１０３に印加し、光変調器１０３から出力された光信号に含まれる低周波成分を検出し、光変調器１０３に印加されるＤＣバイアス電圧を最適値に制御するように動作する。

光変調器１０３から出力された変調光を光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）１０８で電気信号に変換し、サンプリングスコープ１０９に入力する。ABC回路を動作させながら、駆動信号発生回路１０４で擬似ランダム信号を生成させて光変調器を駆動し、サンプリングスコープ１０９で光変調波形を観測する。サンプリングスコープ１０９は、観測された光変調波形情報をドライバ制御回路１０１に送信する。ドライバ制御回路１０１は、受信した波形情報を後述する基準で解析し、その解析結果に基づいてドライバ回路１０５の振幅調整端子１０５ａ及びクロスポイント調整端子１０５ｂに印加する制御電圧を変化させドライバの動作パラメータの調整を行う。

図２（ａ）、（ｂ）に、ドライバ出力におけるクロスポイントのずれとそれに対応する光変調波形を示す。光デュオバイナリ変調の場合、ドライバ出力波形のクロスポイントのずれは、間接的に光変調波形の消光比劣化として観測される。ABC回路が動作している場合には、３値化された電気信号の”１”および”−１”レベルの電位は、変調器の光透過率の最大値にほぼ制御されている。図２（ａ）に示すようにドライバ出力波形のクロスポイントがずれると、３値化された電気信号の”０”レベルの電圧値が光変調器の消光電位からずれる。従って”０”レベルに相当する光変調波形のレベルが増加し、結果として光変調された”１”レベルと”０”レベルの比で規定される消光比が劣化する。ドライバ出力波形のクロスポイントのずれが大きいとき、光変調後のシンボルが”０”→”１”もしくは”１”→”０”への遷移に対応するトレースのジッタが増加する。そこで、ドライバ制御回路１０１は、サンプリングスコープで観測された光変調波形の消光比が大きくなるように、ドライバ回路１０５のクロスポイントの調整を行う。

ドライバ制御回路１０１は、ドライバ回路１０５のクロスポイント調整端子１０５ｂに印加する電圧を変化することにより、クロスポイントの位置を変化させながらサンプリングスコープで観測される消光比をモニタし、消光比を最大化するクロスポイントの検出を行う。クロスポイントを一方向に変化させるとき、消光比は、クロスポイントが最適値に近づくにしたがって大きくなり、クロスポイントが最適値をとるとき最大化される。さらにクロスポイントを同一方向に変化させると、クロスポイントが最適値からずれ、消光比は再び小さくなる。そのため、消光比の極大値に対応するクロスポイントが最適なクロスポイントとなる。ドライバ制御回路１０１は、ドライバ回路１０５のクロスポイントを消光比が最大となるクロスポイントに調整する。光変調波形の形状変化の評価は、例えば、サンプリングスコープで取得したアイ波形においてアイの開くタイミングにおける振幅方向のヒストグラムを取ることによって行う。

図２に示したように、変調器ドライバのクロスポイントがずれている場合は変調光の”０”レベルがダブルトレース化するのに対し、クロスポイントがほぼ５０％に制御されている場合にはシングルトレースとなる。これを用いると、光変調波形の”０”レベルの振幅方向の幅を評価パラメータとし、これを最小化するように変調器ドライバ１０５のクロスポイント調整端子１０５ｂへの印加電圧を最適化するという方法も可能である。

また、変調器ドライバのクロスポイントがずれた場合に、光変調波形の”０”→”１”、”１”→”０”への遷移のジッタが増加することから、光変調波形をサンプリングスコープで評価し、時間軸方向のジッタを最小化するように、変調器ドライバ１０５のクロスポイント制御電圧を制御しても良い。

図３（ａ）〜（ｃ）に、３値化された光変調器の駆動電圧の振幅の大きさと光変調波形の歪みの対応を示す。光変調器の変調特性が２Ｖπ周期で変化しているため、駆動電圧の振幅が２Ｖπより小さいとき、図３（ａ）に示すように、振幅が最適化されている図３（ｂ）に比べ変調光パワーが低く観測される。ドライバ出力の振幅が２Ｖπより大きいとき、３値化出力の”１”および”−１”レベルで光変調波形が折り返るため、図３（ｃ）に示すように波形劣化として観測され、信号が２値の間を行き来する際一時的に最大振幅になるが、”１”連続部分の振幅は低下する。結果として、変調光の平均パワーが最適振幅条件から低下する。そこで、ドライバ制御回路１０１は、ドライバ回路１０５の振幅調整端子１０５ａに印加する電圧を変化することにより、変調光パワーが最大になるように、ドライバ回路１０５の出力振幅の調整を行う。

また、ドライバ制御回路１０１は、出力振幅を変化させながら変調光パワーの変化をモニタし、変調光パワーのピークの検出を行う。出力振幅を一方向に変化させるとき、変調光パワーは、出力振幅が最適値に近づくにしたがって大きくなり、出力振幅が最適値をとるとき最大化される。さらに出力振幅を同一方向に変化させると、出力振幅が最適値からずれ、変調光パワーは再び小さくなる。そのため、変調光パワーの極大値に対応する出力振幅が最適な出力振幅となる。ドライバ制御回路１０１は、ドライバ回路１０５の出力振幅を変調光パワーが最大となる出力振幅に調整する。

変調器ドライバ１０５の振幅およびクロスポイントの調整値が所望の範囲内にあるかどうかを確認するために、サンプリングスコープで取得した波形が、あらかじめ設定したアイマスクからはみ出していないかどうかにより判断する方法もある。アイマスクの設定パラメータには、アイの振幅方向の分布の幅、許容ジッタ量、消光比などの要求条件が含まれるようにしておく。変調器ドライバの振幅およびクロスポイントのパラメータを調整しながらアイマスクとの合致を調べることによって、ドライバの動作の最適化を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る光デュオバイナリ変調型光変調器ドライバの調整装置の構成図である。 （ａ）は、ドライバ出力におけるクロスポイントのずれ、三値電気波形の歪み、及び光変調波形の歪みの対応を示す図であり、（ｂ）は、最適化されたドライバ出力波形、三値電気波形の歪み、及びそれらに対応する光変調波形を示す図である。 （ａ）は、3値化された変調器駆動電圧の振幅が２Ｖπよりも小さいときの光変調波形を示す図であり、（ｂ）は、振幅が２Ｖπのときの光変調波形を示す図であり、（ｃ）は、振幅が２Ｖπよりも大きいときの光変調波形を示す図である。 （ａ）は、クロスポイントがすれているときのＮＲＺ変調方式のドライバ出力波形と光変調特性、光変調波形を示す図であり、（ｂ）は、クロスポイントが最適化されているときのＮＲＺ変調方式のドライバ出力波形と光変調特性、光変調波形を示す図である。 （ａ）は、クロスポイントがずれているときの光デュオバイナリ変調方式におけるドライバ出力波形、３値電気波形、光変調特性及び光変調波形を示す図であり、（ｂ）は、クロスポイントが最適化されているときの光デュオバイナリ変調方式におけるドライバ出力波形、３値電気波形及び光変調波形を示す図である。

符号の説明

１０１ ドライバ制御回路
１０２ 半導体レーザ（ＬＤ）
１０３ マッハ・ツェンダ型光変調器
１０４ 駆動信号発生回路
１０５ ドライバ回路
１０５ａ 振幅調整端子
１０５ｂ クロスポイント調整端子
１０６ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
１０７ 自動バイアス制御（ＡＢＣ）回路
１０８ 光／電気変換器（Ｏ／Ｅ）
１０９ サンプリングスコープ

Claims (5)

1. 光デュオバイナリ送信機の光変調器を駆動するドライバ回路を調整するための光変調器ドライバ調整装置であって、
   前記光変調器で変調された変調光の光変調波形情報を取得する波形情報取得装置と、
   前記光変調波形情報に基づいて前記ドライバ回路を調整するドライバ制御回路と
   を備え、
   前記前記ドライバ回路は、クロスポイントを前記光変調波形の消光比が最大になる値に調整し、及び前記ドライバ回路の出力振幅を前記変調光パワーが最大になる値に調整することを特徴とする光変調器ドライバ調整装置。
2. 前記波形情報取得装置は、アイマスクを用いることによって前記光変調波形の歪の有無を検出することを特徴とする請求項１に記載の光変調器ドライバ調整装置。
3. 前記波形情報生成装置は、前記光変調波形の振幅方向のヒストグラムを取ることにより前記光変調波形の歪を検出することを特徴とする請求項１に記載の光変調器ドライバ調整装置。
4. 前記波形情報生成装置は、前記光変調波形の時間軸方向のヒストグラムを取ることにより前記光変調波形のジッタを検出することを特徴とする請求項１に記載の光変調器ドライバ調整装置。
5. 光デュオバイナリ変調方式の光変調器を駆動するドライバ回路を調整するための光変調器ドライバ調整方法であって、
   前記光変調器で変調された変調光の光変調波形を観測するステップと、
   観測された前記光変調波形に基づいて前記ドライバ回路のクロスポイントを前記光変調波形の波形歪が最小になる値に調整するステップと
   観測された前記光変調波形に基づいて前記ドライバ回路を、前記ドライバ回路の出力振幅を前記変調光パワーが最大になる値に調整するステップと
   を有することを特徴とする光変調器ドライバ調整方法。

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