JP5001245B2 - 光強度変調器のバイアス制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、光強度変調器のバイアス制御装置に関し、特に、マッハツェンダー型光導波路を有する光強度変調器と、該光強度変調器に印加する直流バイアス電圧を制御する直流バイアス制御手段とを有する光強度変調器のバイアス制御装置に関する。

現在の光伝送システムにおいては、伝送速度１０Ｇｂｐｓが主流である。しかし、近年のインターネット利用者の増加に伴い、伝送容量の大容量化及び伝送距離の長距離化が要求されている。このような状況で、伝送速度４０Ｇｂｐｓの伝送システムへの移行が期待されている。

４０Ｇｂｐｓ伝送システムなどの高速伝送の場合、長距離伝送を阻害する一番の要因に、波長分散がある。この問題を解決するため、特許文献１などに示される、キャリア抑圧ＲＺ（Carrier-Suppressed Return-to-Zero，以下ＣＳ−ＲＺという）変調方式が提案されている。
特開２００３−２７９９１２号公報

ＣＳ−ＲＺは、通常のＲＺ変調方式に比べ、波長分散に対する耐性に優れているが、光強度変調器のバイアス点を変調曲線のボトムに常に制御することが不可欠である。もし、このようなバイアス制御ができない場合には、変調出力光にノイズが発生するなど、信号品質が著しく劣化するという問題があった。

光強度変調器のバイアス点を制御する方法としては、特許文献２などに示される、主信号である変調信号に低周波信号を重畳し、変調後の低周波信号に対応するスペクトルからバイアス点を決定し制御を行う方法がある。
特開昭４９−４２３６５号公報

しかしながら、上述の方法では、低周波信号に対応する信号を取り出すフィルタが高価であり、また、低周波信号に対応したスペクトルを測定するスペクトラムアナライザなど高価な装置が必要となる。しかも、主信号に低周波信号を重畳することで信号品質自体が低下するという問題があった。

他方、特許文献３及び４のように、光強度変調器内を伝搬する変調光の進行方向に対して逆方向に進む光波を、該変調器に入射し、該変調器を通過した逆方向の光波の状態を検出し、バイアス制御を行うことが開示されている。
特開平４−１１６６１８号公報 特開平４−２６３５２５号公報

しかしながら、特許文献３又は４に開示される方法では、変調光を発生させる変調信号からマーク率を検出する検出回路や、光波を検出した検出信号を平滑化する回路が必要であり、回路が複雑化する上、装置全体が高価なものとなる。

本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、変調光の信号劣化が少なく、バイアス点の制御を正確に行うことが可能であり、しかも、装置全体のコストを抑制した光強度変調器のバイアス制御装置を提供することである。

請求項１に係る発明は、マッハツェンダー型光導波路を有する光強度変調器と、該光強度変調器に印加する直流バイアス電圧を制御する直流バイアス制御手段とを有する光強度変調器のバイアス制御装置において、該マッハツェンダー型光導波路の出口側から放出される光波の一部を、該マッハツェンダー型光導波路の出口導波路に再入射する再入射手段であり、該再入射手段は、該マッハツェンダー型光導波路の合波点から放出される放射光を、該マッハツェンダー型光導波路の出口導波路から出射する出射光の光路上で該出射光の伝搬方向とは逆方向に導入する放射光導入手段を有し、該マッハツェンダー型光導波路の入口側から出射又は放出される光波を検知する検知手段と、周波数が該光強度変調器を駆動する伝送信号の符号速度の略１／２で、振幅が該光強度変調器の半波長電圧の略２倍となるクロック電圧を、該直流バイアス電圧と合わせて該光強度変調器に印加するクロック電圧印加手段と、該検知手段の検知結果に基づき、該直流バイアス電圧を制御するバイアス調整手段とを有することを特徴とする。

本発明における「略１／２」や「略２倍」の意味は、正確な１／２や２を掛けた値で制御するだけでなく、本発明の目的を達成できる範囲において、１／２や２の数値からある程度のズレを許容することができることを意味している。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光強度変調器のバイアス制御装置において、該マッハツェンダー型光導波路の入口導波路から逆向きに出射する光波を、該マッハツェンダー型光導波路へ該入口導波路から入射される光波の光路上から分離するための分離手段と、該分離された分離光を該検知手段で検知することを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の光強度変調器のバイアス制御装置において、該検知手段は、該マッハツェンダー型光導波路の入口側のＹ分岐点から放出される放射光を検知することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の光強度変調器のバイアス制御装置において、該光強度変調器は、キャリア抑圧ＲＺ変調方式に用いられる光強度変調器であることを特徴とする。

請求項１に係る発明により、マッハツェンダー型光導波路を有する光強度変調器と、該光強度変調器に印加する直流バイアス電圧を制御する直流バイアス制御手段とを有する光強度変調器のバイアス制御装置において、該マッハツェンダー型光導波路の出口側から出射又は放出される光波の一部を、該マッハツェンダー型光導波路の出口導波路に再入射する再入射手段と、該マッハツェンダー型光導波路の入口側から出射又は放出される光波を検知する検知手段と、周波数が該光強度変調器を駆動する伝送信号の符号速度の略１／２で、振幅が該光強度変調器の半波長電圧の略２倍となるクロック電圧を、該直流バイアス電圧と合わせて該光強度変調器に印加するクロック電圧印加手段と、該検知手段の検知結果に基づき、該直流バイアス電圧を制御するバイアス調整手段とを有するため、スペクトラムアナライザなどの高価な部品を使用せず、光強度変調器のバイアス点の状態を容易に判断することが可能となる。

しかも、再入射手段は、マッハツェンダー型光導波路の合波点から放出される放射光を、該マッハツェンダー型光導波路の出口導波路から出射する出射光の光路上で該出射光の伝搬方向とは逆方向に導入する放射光導入手段を有するため、信号光である光強度変調器からの出射光を利用することが無いため、信号光の損失劣化が発生しない。しかも、光カプラーなどの出射光の一部を抽出するための光学系も不要となり、装置全体の構造をより簡素化することも可能となる。

請求項２に係る発明により、マッハツェンダー型光導波路の入口導波路から逆向きに出射する光波を、該マッハツェンダー型光導波路へ該入口導波路から入射される光波の光路上から分離するための分離手段と、該分離された分離光を該検知手段で検知するため、入口導波路から入射する光波と逆向きに出射する光波とを効果的に分離でき、バイアス制御に必要な逆向きの光波のみをより正確に検出することが可能となる。また、逆向きの光波が、光強度変調器を含む光路上を逆走し、半導体レーザー光源に再入射してレーザー発振を不安定化するなど、他の光学システムに多様な影響を与えることを防止することもできる。

請求項３に係る発明により、検知手段は、マッハツェンダー型光導波路の入口側のＹ分岐点から放出される放射光を検知するため、光強度変調器を逆向きに出射する光波の一部を、容易に抽出することが可能となる。しかも、サーキュレータなどの光波の一部を抽出するための光学系も不要となり、装置全体の構造をより簡素化することも可能となる。

請求項４に係る発明により、光強度変調器は、キャリア抑圧ＲＺ変調方式に用いられる光強度変調器であるため、変調光の信号劣化が少なく、バイアス点の制御をより正確に行うことが可能であり、キャリア抑圧ＲＺ変調方式に適した光強度変調器のバイアス制御を実現することが可能となる。

以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。
本発明は、図１乃至４に示すように、マッハツェンダー型光導波路５を有する光強度変調器４と、該光強度変調器に印加する直流バイアス電圧を制御する直流バイアス制御手段２３とを有する光強度変調器のバイアス制御装置において、該マッハツェンダー型光導波路の出口側から出射又は放出される光波の一部を、該マッハツェンダー型光導波路の出口導波路に再入射する再入射手段と、該マッハツェンダー型光導波路の入口側から出射又は放出される光波を検知する検知手段２４と、周波数が該光強度変調器を駆動する伝送信号の符号速度の略１／２で、振幅が該光強度変調器の半波長電圧の略２倍となるクロック電圧を、該直流バイアス電圧と合わせて該光強度変調器に印加するクロック電圧印加手段と、該検知手段の検知結果に基づき、該直流バイアス電圧を制御するバイアス調整手段とを有することを特徴とする。

図１に示す参考例１においては、再入射手段は、マッハツェンダー型光導波路の出口導波路から出射する出射光ｂの光路上（７，９）に設けられた反射手段８であるため、極めて簡便に再入射手段を構成することが可能となる。また、必要に応じて、反射手段８の反射率と透過率を調整することで、信号光の光量低下を抑制しながら、バイアス制御に必要な検出光の光量を確保するよう調整することも可能となる。

図１において、符号１，３は入射光を光強度変調器に導く光ファイバーなどの光導波路、符号６はマッハツェンダー型光導波路に直流バイアスを印加する際に使用される電極、符号７，９は光強度変調器から出射する光波を導く光ファイバーなどの光導波路、符号２は光強度変調器を逆向きに進行する光波を分離するための分離手段であるサーキュレータを示す。また、矢印ａ〜ｄは光波（又は光波の一部）の進行方向を示す。

さらに、符号２０は、光強度変調器に印加される伝送信号の符号速度の略１／２で発振するクロック信号発生器、符号２１はクロック信号の電圧振幅を光強度変調器４の半波長電圧（特に、制御対象であるマッハツェンダー型光導波路５における半波長電圧）の略２倍とするための増幅器、符号２２は、バイアス制御装置２３から出力される直流バイアス電圧にクロック信号電圧を加える合成手段である。

本発明の光強度変調器のバイアス制御装置の動作について説明する。
図１に示すように、光導波路１から入射した光波は、矢印ａの方向に進み、光導波路３を経て、光強度変調器４のマッハツェンダー型光導波路５に入射する。入射した光波は光強度変調器に印加される変調信号（伝送信号）に応じて強度変調を受ける。なお、光強度変調器には、後述のクロック信号電圧を加えたバイアス電圧が印加されているが、矢印ｃ方向に進む光波は、このクロック信号電圧の影響を受けることがない。

光強度変調器４から出射した光波は、光導波路７を経て、ハーフミラーなどの反射手段８に至る。反射手段８では、光波の大部分は透過し、矢印ｂのように光導波路９に入射する。反射手段８で反射された光波の一部は、矢印ｃのように、矢印ｂとは逆方向に進み、光強度変調器４に再入射する。

光強度変調器４を逆方向に進む光波は、クロック信号発生器２０と増幅器２１とにより得られるクロック信号電圧の影響は受けず、バイアス制御装置２３から出力される直流バイアス電圧の影響を受けて、光強度変調器の入口側から出射する。

光強度変調器４を出射した光波は、サーキュレータなどの分離手段２により、逆走する光波のみを矢印ｄの方向に分離し、光導波路１０に偏向させる。光導波路１から出射した光波は、受光素子などの光検出手段２４に入射し、光強度が検出される。

光検出手段２４から検出信号は、バイアス制御手段２３に入射され、バイアス制御手段が光強度変調器に印加するバイアス電圧を制御する。

バイアス制御方法としては、例えば、バイアス制御手段２３から出力するバイアス電圧を連続的又は段階的に変化させ、光検出手段２４で検出する値が、最低値又は最大値を取るようにバイアス電圧を設定する。特に、ＣＳ−ＲＺ変調方式の場合には、光検出手段２４の検出値が最低値となるように設定される。また、バイアス制御手段においては、光検出手段からの検出値を、予め設定された値と比較し、検出値が設定値と一致するようバイアス電圧を制御することも可能である。

図２に示される参考例２では、再入射手段として他の例を開示している。
具体的には、光強度変調器の出口側の光導波路７から出射する出射光の一部を分岐するため、光カプラーなどの分岐手段３２を利用している。

分岐手段３２を通過し、大部分の光波は、矢印ｇの方向に進み、信号光として光導波路９に入射する。また、一部の光波は、矢印ｈの方向に分岐し、光導波路３３を経て、サーキュレータなどの分岐光導入手段３０に至る。分岐光は矢印ｉ方向に進み、光強度変調器４に再入射する。なお、光強度変調器の入口側から出射する光波の取扱いやバイアス制御方法については、参考例１と同様であるため、説明は省略する。

図３に示される実施例１では、光強度変調器から出射される信号光の代わりに、マッハツェンダー型光導波路５の合波点から放出される放射光ｋを利用する。

マッハツェンダー型光導波路５から出射した光波は、光導波路４０に入射し、出射側の光導波路７に設けられたサーキュレータなどの放射光導入手段３０に至る。放射光導入手段で放射光は、矢印ｌ方向に進み、光導波路７を逆方向に進み、光強度変調器４に再入射する。このように、実施例１では、信号光である光強度変調器４からの出射光を利用することが無いため、信号光の損失劣化が発生しない。しかも、光カプラーなどの出射光の一部を抽出するための光学系も不要となり、装置全体の構造をより簡素化することも可能となる。

また、光強度変調器４から放射される放射光は、図３のように変調器４からは離れた位置にある光ファイバーなどの光学手段に、レンズ等を用いて入射させても良いが、変調器４を構成する基板に光ファイバーを直接接続することも可能である。

図４に示される実施例２は、マッハツェンダー型光導波路５の入口側のＹ分岐点から放出される放射光ｅを利用する。

図１では、再入射手段として、参考例１に示す反射手段８を利用しているが、これに限らず、参考例２又は実施例１に示されるような再入射手段を用いることも可能である。

放射光ｅは、光検出手段２４に入射し、検出手段から出力される信号は、参考例１で説明したように、バイアス制御手段２３に入力され、バイアス制御に利用される。ただし、光導波路１を逆方向に進行する光波と、放射光ｅとは光強度が逆の関係となるため、ＣＳ−ＲＺ変調方式のバイアス制御を行う場合には、放射光ｅの光強度が最大値となるように、バイアス電圧を制御する。

以上説明したように、本発明によれば、変調光の信号劣化が少なく、バイアス点の制御を正確に行うことが可能であり、しかも、装置全体のコストを抑制した光強度変調器のバイアス制御装置を提供することが可能となる。

本発明に係る光強度変調器のバイアス制御装置の参考例１を示す概略図である。 本発明に係る光強度変調器のバイアス制御装置の参考例２を示す概略図である。 本発明に係る光強度変調器のバイアス制御装置の実施例１を示す概略図である。 本発明に係る光強度変調器のバイアス制御装置の実施例２を示す概略図である。

１，３，７，９，１０，３１，３３，４０ 光導波路（光ファイバー）
２，３０ サーキュレータ
４ 光強度変調器
５ マッハツェンダー型光導波路
６ 制御電極
８ 反射手段（ハーフミラー）
２０ クロック信号発生器
２１ 増幅器
２２ 電圧加算手段
２３ バイアス制御手段
２４ 光検出手段
３２ 光分離手段（光カプラー）

Claims (4)

1. マッハツェンダー型光導波路を有する光強度変調器と、該光強度変調器に印加する直流バイアス電圧を制御する直流バイアス制御手段とを有する光強度変調器のバイアス制御装置において、
   該マッハツェンダー型光導波路の出口側から放出される光波の一部を、該マッハツェンダー型光導波路の出口導波路に再入射する再入射手段であり、該再入射手段は、該マッハツェンダー型光導波路の合波点から放出される放射光を、該マッハツェンダー型光導波路の出口導波路から出射する出射光の光路上で該出射光の伝搬方向とは逆方向に導入する放射光導入手段を有し、
   該マッハツェンダー型光導波路の入口側から出射又は放出される光波を検知する検知手段と、
   周波数が該光強度変調器を駆動する伝送信号の符号速度の略１／２で、振幅が該光強度変調器の半波長電圧の略２倍となるクロック電圧を、該直流バイアス電圧と合わせて該光強度変調器に印加するクロック電圧印加手段と、
   該検知手段の検知結果に基づき、該直流バイアス電圧を制御するバイアス調整手段とを有することを特徴とする光強度変調器のバイアス制御装置。
2. 請求項１に記載の光強度変調器のバイアス制御装置において、該マッハツェンダー型光導波路の入口導波路から逆向きに出射する光波を、該マッハツェンダー型光導波路へ該入口導波路から入射される光波の光路上から分離するための分離手段と、該分離された分離光を該検知手段で検知することを特徴とする光強度変調器のバイアス制御装置。
3. 請求項１に記載の光強度変調器のバイアス制御装置において、該検知手段は、該マッハツェンダー型光導波路の入口側のＹ分岐点から放出される放射光を検知することを特徴とする光強度変調器のバイアス制御装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の光強度変調器のバイアス制御装置において、該光強度変調器は、キャリア抑圧ＲＺ変調方式に用いられる光強度変調器であることを特徴とする光強度変調器のバイアス制御装置。

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