JP5263414B2 - 光信号生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、光通信で伝送する光信号を生成する光信号生成装置に関するものである。

加入者系の光ネットワークの通信方式として、現在、商用化されているＴＤＭＡ(Time Division Multiple Access)の他に、ＷＤＭＡ(Wavelength Division Multiple Access)、ＯＣＤＭＡ(Optical Code Division Multiple Access)等が知られている。これら各種通信方式に基づく光通信では、伝送すべき情報データを光信号に変換するにあたり、光信号に対してＮＲＺ（Non Return to Zero）変調、或いはＲＺ（Return to Zero）変調を施すようにしている。

ここで、伝送すべき光信号における光パルス列中の隣接パルス同士の干渉を防ぐべく、ニオブ酸リチウム（Lithium Niobate）型の光強度変調器（以下、ＬＮ変調器と称する）を用いて、高周波数の光パルス列の周波数を分周することにより、低デューティ比の光パルス列に変換するようにした技術が提案されている（非特許文献１参照）。尚、ＬＮ変調器は、マッハツェンダ干渉計の片側アームにニオブ酸リチウムの結晶を挿入したものであり、このマッハツェンダ干渉計の入力側から分岐した光と、上記ニオブ酸リチウムの結晶を通過させた光と、を結合することにより光強度の変調を行うものである。ＬＮ変調器では、上記した高周波数の光パルス列をニオブ酸リチウムの結晶に入射させつつ、入力信号に基づく電圧をニオブ酸リチウムの結晶に印加することによりこの結晶を透過する光の位相を変化させる。この際、ニオブ酸リチウム結晶での位相変調量に応じて、ＬＮ変調器を通過する光の強度が変化する。よって、上述した如く入射された高周波数の光パルス列中において、例えば連続する光パルスのＮ個毎に（Ｎ−１）個の光パルスを消光状態、つまり不要とすることにより低デューティ比の光パルス列を生成することが可能となる。

しかしながら、ＬＮ変調器は、温度変化又は経年変化等の要因により、その入出力特性が変化するという動作点ドリフトが生じる。すなわち、入力信号のレベルに応じた透過率の変化を表す曲線が全体的に高レベル側、又は低レベル側にずれるのである。これにより、高周波数の光パルス列中において、分周に伴って不要となる光パルスに対する透過率が０にならなくなり、不要な光パルスが残留してしまうという問題が生じた。

そこで、このような動作点ドリフトを検知し、最適な動作点に補正すべく、入力信号の直流成分を調整すべきバイアス電圧制御を行うようにした光送信器が提案された（例えば、特許文献１参照）。この光送信器では、入力信号のビットレートに比して十分に低い周波数であり且つ主信号の振幅に比して十分に小さい振幅の正弦波を当該入力信号に重畳したものを光信号に変換しつつ、その光信号の一部に基づき上記正弦波の位相を検出し、検出した位相に基づきバイアス電圧を制御する。

ところが、かかるバイアス電圧制御によると、入力信号が所望の動作点でバイアスされた状態にある場合、上記した如き正弦波の重畳された入力信号の瞬時振幅により、ニオブ酸リチウム結晶の透過率の消光比、つまり最大透過率と最小透過率との比が、周期的に変化してしまう。よって、このＬＮ変調器を用いて光パルス列の周波数を分周すると、不要となる光パルスの除去を最も有効に実施し得る状態、つまり最大消光比となる状態が維持されない。従って、不要な光パルス列を含む光パルスが伝送されてしまい、その伝送品質を劣化させてしまうという問題があった。

X. Wang and N. Wada, "Inter-symbol interference and beat noise in flexible data-rate coherent OCDMA and the BER improvement by using optical thresholding," Opt. Express, vol. 13, no. 26, pp. 10469-10474, Dec. 26, 2005.

特許第２６４２４９９号

本願発明は、上記の如き問題を解決すべく為されたものであり、動作点ドリフトが生じても、不要な光パルスを抑圧させた伝送品質の高い光信号を生成することが可能な光信号生成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る光信号生成装置は、周波数ｆ_０にて点灯及び消灯を繰り返す光パルス列を分周することにより周波数ｆ_０／Ｍ（Ｍ：２以上の整数）の分周光パルス列を含む光信号を生成する光信号生成装置であって、前記分周光パルス列を、光パワースペクトル密度が最大となる中心周波数及び前記中心周波数から前記周波数ｆ_０の整数倍だけ離間した周波数からなる第１光成分と、前記第１光成分以外の第２光成分と、に分波する光分波手段と、前記第１光成分における光パワーを電気信号に変換して第１光パワー信号を得ると共に、前記第２光成分における光パワーを電気信号に変換して第２光パワー信号を得る光検出手段と、前記第１光パワー信号から前記第２光パワー信号を減算することにより不要光の大きさを表す不要光レベル信号を生成する減算手段と、基本バイアス電圧を生成するバイアス電圧源と、前記不要光レベル信号に対応したバイアス調整量を示すバイアス調整信号を前記基本バイアス電圧に加算することによりバイアス調整の施されたバイアス電圧を生成する加算手段と、前記周波数ｆ_０／Ｍの矩形波信号を生成する矩形波生成手段と、前記バイアス電圧を前記矩形波信号に重畳して得た変調信号に基づいて前記光パルス列を光強度変調したものを前記分周光パルス列として生成する光変調手段と、を有する。

また、本発明に係る光信号生成装置は、周波数ｆ_０にて点灯及び消灯を繰り返す光パルス列に対して情報データに基づく変調処理を施すことにより周波数ｆ_０／Ｍ（Ｍ：２以上の整数）の分周光パルス列を含む光信号を生成する光信号生成装置であって、前記分周光パルス列を、光パワースペクトル密度が最大となる中心周波数及び前記中心周波数から前記周波数ｆ_０の整数倍だけ離間した周波数からなる第１光成分と、前記第１光成分以外の第２光成分と、に分波する光分波手段と、前記第１光成分における光パワーを電気信号に変換して第１光パワー信号を得ると共に、前記第２光成分における光パワーを電気信号に変換して第２光パワー信号を得る光検出手段と、前記第１光パワー信号から前記第２光パワー信号を減算することにより不要光の大きさを表す不要光レベル信号を生成する減算手段と、基本バイアス電圧を生成するバイアス電圧源と、前記不要光レベル信号に対応したバイアス調整量を示すバイアス調整信号を前記基本バイアス電圧に加算することによりバイアス調整の施されたバイアス電圧を生成する加算手段と、前記情報データに基づいてリターンゼロ形式の矩形波信号を生成する矩形波生成手段と、前記バイアス電圧を前記矩形波信号に重畳して得た変調信号に基づいて前記光パルス列を光強度変調したものを前記分周光パルス列として生成する光変調手段と、を有する。

本発明においては、周波数ｆ_０／Ｍの矩形波信号にバイアス電圧を重畳して得た変調信号に基づいて、周波数ｆ_０で点灯及び消灯を繰り返す光パルス列を光強度変調することにより周波数ｆ_０／Ｍの分周光パルス列を生成するにあたり、以下の如くバイアス電圧を自動調整するようにしている。すなわち、先ず、生成された分周光パルス列を、光パワースペクトル密度が最大となる中心周波数及び中心周波数から周波数ｆ_０の整数倍だけ離間した周波数に対応した第１光成分と、この第１光成分以外の第２光成分と、に分波する。次に、第１光成分の光パワーから上記第２光成分の光パワーを減算することにより不要光の大きさを表す不要光レベル信号を生成し、この不要光レベル信号に基づいてバイアス電圧を調整するのである。

これにより、分周光パルス列に重畳している不要光を低下させるべきバイアス電圧調整が自動的に為されるので、光変調器に動作点ドリフトが生じていても、不要光を抑圧させた良好な分周光パルス列を得ることが可能となる。

本発明に係る光信号生成装置の構成を示すブロック図である。 パルス光源１０４及び光変調器１０５で生成される光信号ＬＰ及び分周光信号ＬＢＰの形態の一例を示す図である。 ファブリペローフィルタによる光分波動作を示す図である。 不要パルスに対する抑圧が十分に為されていない場合にパルス光源１０４及び光変調器１０５で生成される光信号ＬＰ及び分周光信号ＬＢＰの形態の一例を示す図である。 矩形波生成器１０３の内部構成の一例を示す図である。 図５に示す矩形波生成器１０３の内部動作を示すタイムチャートである。 矩形波生成器１０３の内部構成の変形例を示す図である。 図７に示す矩形波生成器１０３の内部動作を示すタイムチャートである。 本発明に係る光信号生成装置の他の構成を示すブロック図である。 図９に示される矩形波生成器１０３ａの内部構成を示す図である。 図１０に示す矩形波生成器１０３ａの内部動作を示すタイムチャートである。 矩形波生成器１０３ａによるＲＺ形式光情報パルス信号の光パワースペクトルを示す図である。

本発明に係る光信号生成装置は、周波数ｆ_０にて点灯及び消灯を繰り返す光パルス列（ＬＰ）を分周して得た周波数ｆ_０／Ｍの分周光パルス列（ＬＢＰ）を、光パワースペクトル密度が最大となる中心周波数（ｆｃ）及びこの中心周波数から周波数ｆ_０の整数倍だけ離間した周波数に対応した第１光成分（ＬＢＰ_１）と、この第１光成分以外の第２光成分（ＬＢＰ_２）と、に分波する（１０８）。次に、上記第１光成分の光パワーを示す第１光パワー信号（Ｖ１）、及び上記第２光成分の光パワーを示す第２光パワー信号（Ｖ２）を検出し（１０９、１１０）、この第１光パワー信号から第２光パワー信号を減算することにより不要光の大きさを表す不要光レベル信号（Ｖｅ）を生成する（１１１）。ここで、この不要光レベル信号に対応したバイアス調整量を示すバイアス調整信号（Ｖｂ）を、バイアス電圧源（１２５）にて生成された基本バイアス電圧（Ｖbfix）に加算することによりバイアス調整の施されたバイアス電圧（ＶＢ）を生成する（１２６）。そして、周波数ｆ_０／Ｍの矩形波信号（ＭＣ）を生成し（１０３）、この矩形波信号にバイアス電圧（ＶＢ）を重畳して得た変調信号に基づいて上記光パルス列（ＬＰ）を光強度変調することにより、上記した分周光パルス列（ＬＢＰ）を生成する（１０５）。

図１は、光通信シ ステムの送信機に設けられている光信号生成装置の構成を示すブロック図である。

図１において、発振器１０１は、周波数ｆ_０のクロック信号ＣＫを発生して、これを矩形波生成器１０３及びパルス光源１０４各々に供給する。

矩形波生成器１０３は、かかるクロック信号ＣＫに基づいて、デューティ比が１／Ｍ（Ｍは２以上の整数）であり且つ周波数（ｆ_０／Ｍ）を有する矩形波信号ＭＣを生成しこれを光変調器１０５に供給する。

パルス光源１０４は、周波数ｆ_０のク口ック信号ＣＫに同期して点灯及び消灯を繰り返す図２（ａ）に示す如き光パルス列からなる光信号ＬＰを発生して光変調器１０５に供給する。

光変調器１０５は、後述する加算器１２６から供給されたバイアス電圧ＶＢに基づく直流成分を上記矩形波信号ＭＣに重畳して得た変調信号に基づいて上記した光信号ＬＰを光強度変調することにより、かかる光信号ＬＰを図２（ｂ）に示す如くＭ分周（Ｍは２以上の整数）した分周光パルス列からなる分周光信号ＬＢＰを生成する。光変調器１０５は、かかる分周光信号ＬＢＰをタップ分岐器１０６に供給する。尚、光変調器１０５としては、前述した如きＬＮ（Lithium Niobate）変調器、或いは電界吸収型のＥＡ（Electro Absorption）変調器等が用いられる。

タップ分岐器１０６は、上記した分周光パルス列ＬＢＰを光変調器１０７及びバイアス調整部２００に夫々分岐させて供給する。光変調器１０７は、伝送させるべき情報データに基づいて、分周光信号ＬＢＰに光強度変調を施して得られた光パルス列を光情報パルス信号として、光通信ライン上に送出する。

バイアス調整部２００は、光分波器１０８、光検出器（１０９、１１０）、減算器（１１１、１１３）、加算器（１２３、１２６）、積分器１１２、定電圧源（１１４、１１８）、比較器１１５、ＴＦＦ（トグル型フリップフロップ）１１９、反転器１１６、選択器１１７及びアンプ１２２を有する。

バイアス調整部２００の光分波器１０８は、分周光信号ＬＢＰを、第１周波数帯域Ｓ１に対応した第１光成分ＬＢＰ_１と、第２周波数帯域Ｓ２に対応した第２光成分ＬＢＰ_２とに分波し、第１光成分ＬＢＰ_１を光検出器１０９に供給すると共に第２光成分ＬＢＰ_２を光検出器１１０に供給する。この際、第１周波数帯域Ｓ１とは、光変調器１０５の変調処理における搬送波周波数、つまり分周光信号ＬＢＰにおいて光パワースペクトル密度が最大となる中心周波数ｆｃと、このｆｃから周波数ｆ_０の整数倍だけ離間した周波数の各々と、を示すものである（後述する）。また、第２周波数帯域Ｓ２とは、全周波数帯域から上記第１周波数帯域Ｓ１を省いた周波数帯域である。尚、光分波器１０８は、例えば、図３に示す如き屈折率ｎを有する透過性の板状誘電体ＰＴからなるファブリペローフィルタであり、この板状誘電体ＰＴの一方の面Ｐ１（入射面）に対して入射角θ’をもって分周光信号ＬＢＰが入射される。入射された分周光信号ＬＢＰは、図３に示す如く、板状誘電体ＰＴ内においてその一方の面Ｐ１及び他方の面Ｐ２の各々で反射することにより鋸歯状に進行する。この際、板状誘電体ＰＴの他方の面Ｐ２から放出された部分透過光の各々を重ね合わせたものが上記第１周波数帯域Ｓ１に対応した第１光成分ＬＢＰ_１として光検出器１０９の光検出面（図示せぬ）に導出される。また、板状誘電体ＰＴの一方の面Ｐ１（入射面）から放出された部分反射光の各々を重ね合わせたものが上記第２周波数帯域Ｓ２に対応した第２光成分ＬＢＰ_２として光検出器１１０光検出面（図示せぬ）に導出される。

すなわち、光分波器１０８は、光変調器１０５から送出された分周光信号ＬＢＰを、上記中心周波数ｆｃを含み、このｆｃから周波数ｆ_０の整数倍だけ離間した周波数の第１光成分（ＬＢＰ_１）と、それ以外の周波数帯域の第２光成分（ＬＢＰ_２）と、に分ける。

光検出器１０９は、上記第１光成分ＬＢＰ_１を、その光パワーの平均値に対応したレベルの電気信号に変換し、これを第１平均光パワー信号Ｖ１として減算器１１１に供給する。光検出器１１０は、上記第２光成分ＬＢＰ_２を、その光パワーの平均値に対応したレベルの電気信号に変換し、これを第２平均光パワー信号Ｖ２として減算器１１１に供給する。

減算器１１１は、第１平均光パワー信号Ｖ１と第２平均光パワー信号Ｖ２との差分を求め、その差分値を、不要な光パルス周波数成分の大きさを表す不要光レベル信号Ｖｅとして積分器１１２に供給する。積分器１１２は、例えば、抵抗、コンデンサ、コイル等の受動回路素子から構成され、上記不要光レベル信号Ｖｅを積分して得られた不要光レベル信号ＡＶｅを減算器１１３に供給する。

定電圧源１１４は、上記不要光レベル信号Ｖｅとして取り得る最小の直流電圧値を生成し、これを最小電圧Ｖeminとして減算器１１３に供給する。減算器１１３は、上記不要光レベル信号ＡＶｅから最小電圧Ｖeminを減算したものを不要光レベル信号ΔＶeとし、これを極性反転処理部ＰＲの比較器１１５、反転器１１６及び選択器１１７に供給する。尚、極性反転処理部ＰＲは、これら比較器１１５、反転器１１６及び選択器１１７の他に、定電圧源１１８、及びトグル型フリップフロップ１１９（以下、ＴＦＦ１１９と称する）を含む。

極性反転処理部ＰＲの定電圧源１１８は、後述するが如き不要光レベル信号ΔＶeの極性を反転させるか否かを判定する為の直流の閾値電圧Ｖemaxを生成し、これを比較器１１５に供給する。比較器１１５は、不要光レベル信号ΔＶeと閾値電圧Ｖemaxとを大小比較し、不要光レベル信号ΔＶeが閾値電圧Ｖemaxより大となる場合には論理レベル１、それ以外の場合には論理レベル０を有する極性反転トリガ信号ＰＴをＴＦＦ１１９に供給する。反転器１１６は、不要光レベル信号ΔＶeの極性を反転させた反転不要光レベル信号ΔＶeＶを生成しこれを選択器１１７に供給する。ＴＦＦ１１９は、論理レベル０及び１の内の一方を有する選択信号ＳＥＬを生成しこれを選択器１１７に供給する。尚、ＴＦＦ１１９は、極性反転トリガ信号ＰＴが論理レベル０から論理レベル１の状態に遷移する度に、上記選択信号ＳＥＬの論理レベルを反転させる。選択器１１７は、選択信号ＳＥＬが論理レベル０である場合には不要光レベル信号ΔＶe及び反転不要光レベル信号ΔＶeＶの内のΔＶeを選択しこれをアンプ１２２に供給する一方、選択信号ＳＥＬが論理レベル１である場合には反転不要光レベル信号ΔＶeＶを選択してこれをアンプ１２２に供給する。

かかる構成により、極性反転処理部ＰＲは、不要光レベル信号ΔＶｅが所定の閾値電圧Ｖemax閾値よりも低い状態から高い状態に推移する度に、不要光レベル信号ΔＶeの極性を反転させたものをアンプ１２２に供給する。

アンプ１２２は、選択器１１７から供給された不要光レベル信号ΔＶe又は反転不要光レベル信号ΔＶeＶのレベルを定数倍したものを不要光レベル信号ＶｅＡとして加算器１２３に供給する。

加算器１２３は、不要光レベル信号ＶｅＡに、前回の加算結果として得られたバイアス調整信号Ｖｂを加算して得られた加算結果を新たなバイアス調整信号Ｖｂとして加算器１２６に供給する。すなわち、加算器１２３は、不要光レベル信号ＶｅＡを累算して行き、その累算毎の累算結果をバイアス調整信号Ｖｂとして、加算器１２６に供給するのである。よって、不要光レベル信号ＶｅＡが正極性である場合には、バイアス調整信号Ｖｂは、その累算処理が為される度にＶｅＡの分ずつ増加する。一方、不要光レベル信号ＶｅＡが負極性である場合には、バイアス調整信号Ｖｂは、その累算が為される度にＶｅＡの分ずつ低下して行く。

バイアス電圧源１２５は、光変調器１０５における直流成分を調整する為の直流の基本バイアス電圧Ｖbfixを生成し、これを加算器１２６に供給する。

加算器１２６は、基本バイアス電圧Ｖbfixにバイアス調整信号Ｖｂを加算して得られたバイアス電圧ＶＢを光変調器１０５に供給する。

このように、バイアス調整部２００は、バイアス電圧源１２５によって生成された基本バイアス電圧Ｖbfixに対して、バイアス調整信号Ｖｂを加算することにより、そのバイアス電圧の値を調整したものをバイアス電圧ＶＢとして光変調器１０５に供給する。

以下に、バイアス調整部２００の動作について説明する。

光変調器１０５によって図２（ａ）に示す如き光信号ＬＰをＭ分周するにあたり、不要パルスの抑圧が正しく為されている場合、つまり不要パルスの抑圧が十分になされている場合には、図２（ｂ）に示す如く、Ｍ分周された分周光信号ＬＢＰ中の隣接光パルス間には、不要パルスの重畳が為されない。この際、図２（ｃ）の光スペクトルに示されるように、中心周波数ｆｃでの線スペクトルをピークとして、ｆ_０／Ｍの周波数間隔で線スペクトルが現れる。それら線スペクトルの大きさ（光パワースペクトル密度）は、光パルスの形状に依存しつつ、周波数に対して釣鐘型の曲線を包絡線とするような変化を有する。

一方、光変調器１０５において不要パルスの抑圧が十分に為されていない場合には、図４（ａ）に示す如き光信号ＬＰをＭ分周すると、図４（ｂ）に示す如く、分周光信号ＬＢＰ中の隣接パルス間に不要パルスＱＰが重畳されてしまう。この場合、図４（ｃ）の光スペクトルに示されるように、中心周波数ｆｃを含み、このｆｃから周波数ｆ_０の整数倍だけ離間した周波数（ｆｃ±ｎ・ｆ_０）と（ｎは０を含む正の整数）で光パワースペクトル密度が大きくなり、それ以外の周波数では光パワースペクトル密度が小さくなる。すなわち、不要パルスの抑圧が不十分である場合には、図２（ｃ）に示す如き不要パルスの抑圧が十分に為されている場合に比して、周波数（ｆｃ±ｎ・ｆ_０）での光パワーが増加する一方、それ以外の周波数では光パワーが低下する。よって、かかる周波数（ｆｃ±ｎ・ｆ_０）での光パワーと、それ以外の周波数での光パワーとの差分が、不要パルスに対する抑圧度合を示すものとなる。

そこで、バイアス調整部２００では、光変調器１０５から送出された分周光信号ＬＢＰを、先ず、光分波器１０８によって、上記周波数（ｆｃ±ｎ・ｆ_０）帯域に対応した第１光成分ＬＢＰ_１と、それ以外の周波数帯域に対応した第２光成分ＬＢＰ_２とに分波する。次に、周波数（ｆｃ±ｎ・ｆ_０）帯域に対応した第１光成分ＬＢＰ_１における第１の平均光パワー（Ｖ１）を光検出器１０９によって検出すると共に、それ以外の周波数帯域に対応した第２光成分ＬＢＰ_２における第２の平均光パワー（Ｖ２）を光検出器１１０によって検出する。そして、減算器１１１にて、上記第１の平均光パワー（Ｖ１）から第２の平均光パワー（Ｖ２）を減算することにより、不要光パルスのレベルに対応した不要光レベル信号Ｖｅを生成する。積分器１１２は、かかる不要光レベル信号Ｖｅに対して積分処理を施すことにより、不要光レベル信号Ｖｅ中に含まれる高調波成分、つまり周波数（ｆ_０／Ｍ）の整数倍の周波数成分を抑制させた不要光レベル信号ＡＶｅを生成する。

この際、不要光レベル信号ＡＶｅは、その値が大なるほど、分周光信号ＬＢＰに重畳している不要成分が大であり、光変調器１０５での不要パルスに対する抑圧度が小さい。そこで、バイアス調整部２００では、先ず、減算器１１３によって、不要光レベル信号ＡＶｅから、この不要光レベル信号ＡＶｅとして取り得る最小値、つまり不要パルスに対する抑圧度が最大となるときの不要光レベル信号ＡＶｅの値（最小電圧Ｖemin）を減算することにより、不要光レベル信号ΔＶｅを生成する。尚、上記した最小電圧Ｖeminは、光変調器１０５に印加するバイアス電圧ＶＢと、このバイアス電圧ＶＢの印加に応じて減算器１１１から送出される不要光レベル信号Ｖｅとの対応関係から予め測定しておいたものであり、バイアス調整部２００では、定電圧源１１４によってこれを生成するようにしている。そして、バイアス調整部２００では、不要光レベル信号ΔＶｅの分ずつその値が増加又は減少して行くバイアス調整信号Ｖｂを加算器１２３で生成し、これを基本バイアス電圧Ｖbfixに加算することにより、不要パルスに対する抑圧度を高めるべきバイアス調整を施したバイアス電圧ＶＢを生成して光変調器１０５に供給するのである。

以下に、かかるバイアス電圧ＶＢによるバイアス電圧の推移形態について説明する。

先ず、減算器１１１から送出される不要光レベル信号Ｖｅが最小電圧Ｖeminとなるときのバイアス電圧ＶＢの電圧値を電圧Ｖｂｏｐｔとする。この際、不要光レベル信号ΔＶｅが微小となる区間内では、この不要光レベル信号ΔＶｅは、実質的に、
｜Ｖｂ＋Ｖbfix−Ｖbopt｜
なる演算によって得られる演算結果に比例した値を有する。

これは、ＶｂにＶｂｆｉｘを加算した加算結果がＶｂｏｐｔと等しい時にはΔＶｅは０となり、その加算結果がＶｂｏｐｔ以外の値になる場合にもΔＶｅは正極性を維持するからである。

ここで、比例定数をαとすると、不要光レベル信号ΔＶｅは、
ΔＶｅ＝α｜Ｖｂ＋Ｖbfix−Ｖbopt｜
と表される。

微小時間Δｔの経過後、加算器１２３から送出されるバイアス調整信号Ｖｂ（ｔ＋Δｔ）は、ΔＶｅを積分器１１２によって積分し且つアンプ１２２によって定数倍（以下、比例定数β：βは０以外）したものと、その直前に得られたバイアス調整信号Ｖｂ（ｔ）との和であるので、
Ｖｂ(t+Δt)＝Ｖｂ(t)＋(β／Ｔ)∫(Ｖｅ)dt≒Ｖｂ(t）＋(β／Ｔ)ＶｅΔｔ
Ｔ：積分器１１２の積分時間
となる。

この際、上記数式からΔＶｅを消去し、Δt→０の極限値を求めると、
dVb／dt＝(αβ／Ｔ)|Ｖｂ＋Ｖbfix−Ｖbopt｜
となる。

かかる数式において、Ｖｂの初期値をＶb0とすると、時点ｔでのバイアス調整信号Ｖｂの値は、以下の条件１〜３毎にその値が変化する。

［条件１]：Ｖｂが(Ｖbopt−Ｖbfix)と一致している場合には、
Ｖｂ(t)＝Ｖb0
となる。

［条件２]：Ｖｂが（Ｖbopt−Ｖbfix）より大なる場合には、
Ｖｂ(t)＝(Ｖb0−Ｖbopt＋Ｖbfix)exp[αβｔ／Ｔ]＋Ｖbopt−Ｖbfix
となる。この際、比例定数βが０より大なる場合(条件Ａ)には、Ｖｂ(t)は初期値Ｖb0からどの値にも漸近せずに単調増加し、ΔＶｅも同様にどの値にも漸近せずに単調増加する。一方、比例定数βが０より小なる場合(条件Ｂ)には、Ｖｂ(t)は初期値Ｖb0から単調減少し、(Ｖbopt−Ｖbfix)に漸近し、ΔＶｅはゼロに漸近する。

［条件３]：Ｖｂが(Ｖbopt−Ｖbfix)より小なる場合には、
Ｖｂ(t)＝(Ｖb0−Ｖbopt＋Ｖbfix)exp[−αβｔ／Ｔ]＋Ｖbopt−Ｖbfix
となる。この際、比例定数βが０より大なる場合(条件Ａ)には、Ｖｂ(t)は初期値Ｖb0から単調増加し、(Ｖbopt−Ｖbfix)に漸近し、ΔＶｅはゼロに漸近する。一方、比例定数βが０より小なる場合(条件Ｂ)には、Ｖｂ(t)は初期値Ｖb0からどの値にも漸近せずに単調減少し、ΔＶｅはどの値にも漸近せずに単調増加する。

このように、不要光レベル信号ΔＶｅが微小レベル範囲内に収まる区間内では、初期値Ｖb0及び比例定数βが上記した条件２且つ条件Ａを満たす場合、又は条件３且つ条件Ｂを満たす場合に、バイアス調整信号Ｖｂが単調増加或いは単調減少する。一方、不要光レベル信号ΔＶｅが上記した微小レベル範囲を超えるまでバイアス電圧ＶＢが変化してしまうと、ΔＶｅは（Ｖb＋Ｖbfix）に対して余弦関数的に変化し、その余弦関数の次の極小値（ΔＶｅ＝０）にΔＶｅが収束するように、バイアス電圧ＶＢが収束する。しかし、光変調器１０５の動作点ドリフトが繰り返されると、バイアス電圧ＶＢが単調増加或いは単調減少する可能性が高くなり、このバイアス電圧ＶＢが光変調器１０５の耐圧を超えてしまう虞が生じる。そこで、バイアス調整部２００の極性反転処理部ＰＲでは、不要光レベル信号ΔＶｅが所定の閾値電圧Ｖemax閾値よりも低い状態から高い状態に推移する度に、このΔＶｅの極性を反転させるようにしている。これにより、バイアス調整信号Ｖｂの単調増加（単調減少）が阻止されるので、バイアス電圧ＶＢを光変調器１０５の耐圧内に収束させることが可能となる。

以上の如く、バイアス調整部２００は、先ず、光変調器１０５から送出された分周光信号ＬＢＰを、光変調器１０５の中心周波数ｆｃから周波数ｆ_０（分周前の周波数）の整数倍だけ離間した周波数（ｆｃ±ｎ・ｆ_０）帯域に対応した第１光成分（ＬＢＰ_１）と、それ以外の周波数帯域に対応した第２光成分（ＬＢＰ_２）と、に分波する。次に、この第１光成分における平均光パワーと、それ以外の周波数帯域に対応した第２光成分における平均光パワー（Ｖ２）との差分を、不要パルスのレベルに対応した不要光レベル信号（Ｖｅ、ＡＶｅ、ΔＶｅ、ＶｅＡ）として生成する。そして、バイアス調整部２００は、かかる不要光レベル信号を最小値（Ｖemin）とすべき制御、つまり不要光に対する抑圧度を最大とすべき負帰還制御を施すことにより、バイアス電圧を調整をするのである。

かかるバイアス電圧調整によれば、光変調器１０５で光パルス列の分周を実施するにあたり、この光変調器１０５に動作点ドリフトが生じても、その動作点ドリフトに伴う不要光のレベルを最小とすべきバイアス電圧調整が為される。よって、光変調器の入出力特性で決まる最大の消光比をもって不要光を抑圧することが可能となる。

従って、本発明によれば、伝送用の光情報信号に生じる干渉光が最小になってこの光情報パルス信号の品質が向上するので、伝送距離の拡大、或いは多元接続によるチャネル数増加を図ることが可能になる。また、光変調器に供給すべきバイアス電圧が自動調整されるので、光送信機に対するメンテナンスが容易化される。

尚、図１に示す矩形波生成器１０３として、図５に示す如き内部構成を有するものを採用することにより、装置の小型化、及び低消費電力化を図ることが可能となる。

図５において、分周器４０１は、発振器１から供給された図６（ａ）に示す如き周波数ｆ_０のクロック信号ＣＫを１／（２・Ｍ）に分周して、図６（ｂ）に示す如き周波数（ｆ_０／（２・Ｍ）の分周クロック信号ＣＫＶを生成し、これを移相器４０３及び排他的論理和回路４０４に供給する。

移相器４０３は、分周クロック信号ＣＫＶを図６（ｃ）に示す如く遅延時間（１／ｆ_０）だけ遅延させた遅延分周クロック信号ＣＫＶＤを生成し、これを排他的論理和回路４０４に供給する。

排他的論理和回路４０４は、分周クロック信号ＣＫＶ及び遅延分周クロック信号ＣＫＶＤが互いに異なる論理レベルを有する区間では論理レベル１、両者が同一論理レベルを有する区間では論理レベル０となる信号を、上記した矩形波信号ＭＣとして生成する。よって、かかる排他的論理和回路４０４の動作によれば、図６（ｄ）に示すように、デューティ比が１／Ｍであり且つ周波数（ｆ_０／Ｍ）を有する矩形波信号ＭＣが生成される。

このように、矩形波生成器１０３として図５に示す如き内部構成を有するものを採用すれば、多段のシフトレジスタ、フリップフ口ップ等を用いてデューティ比が１／Ｍ（Ｍは２以上の整数）の矩形波信号ＭＣを生成する場合に比して、装置の小型化、低消費電カ化が図られるようになる。

尚、矩形波生成器１０３としては、図５に示す如き内部構成に代えて図７に示す如き内部構成を有するものを採用しても良い。

図７において、分周器７０１は、発振器１から供給された図８（ａ）に示す如き周波数ｆ_０のクロック信号ＣＫを１／（２・Ｍ）に分周して、図８（ｂ）に示す如き周波数（ｆ_０／（２・Ｍ）の分周クロック信号ＣＫＶ１、及びこの分周クロック信号ＣＫＶ１の論理レベルを反転させた図８（ｃ）に示す如き分周クロック信号ＣＫＶ２を夫々生成する。分周器７０１は、上記した分周クロック信号ＣＫＶ１を排他的論理和回路７０４に供給すると共に、上記した分周クロック信号ＣＫＶ２を移相器７０３に供給する。

移相器７０３は、かかる分周クロック信号ＣＫＶ２を図８（ｄ）に示す如く遅延時間（１／ｆ_０）だけ遅延させた遅延分周クロック信号ＣＫＶＤを生成し、これを排他的論理和回路７０４に供給する。

排他的論理和回路７０４は、分周クロック信号ＣＫＶ１及び遅延分周クロック信号ＣＫＶＤが互いに異なる論理レベルを有する区間では論理レベル１、両者が同一論理レベルを有する区間では論理レベル０となる信号を、上記した矩形波信号ＭＣとして生成する。

よって、排他的論理和回路７０４の動作によれば、図８（ｅ）に示すように、デューティ比が１／Ｍであり且つ周波数（ｆ_０／Ｍ）を有する矩形波信号ＭＣが生成される。尚、図８（ｅ）に示す如き矩形波信号ＭＣの位相は、図６（ｄ）に示されるものに対して反転しているが、排他的論理和回路７０４に代えて否定排他的論理和回路を採用すれば、図６（ｄ）に示されるものと同一の矩形波信号ＭＣを生成することができる。

また、図１に示す光信号生成装置では、光変調器１０５から送出された分周光信号ＬＢＰを、光変調器１０７にて、送信すべき情報データに基づき光強度変調することにより光情報パルス信号を生成するようにしているが、光変調器１０７を用いずに光変調器１０５だけで情報データに基づく光情報パルス信号を生成させるようにしても良い。

図９は、かかる点に鑑みて為された光信号生成装置の他の一例を示すブロック図である。

尚、図９に示す構成では、図１に示される光変調器１０７を省き、矩形波生成器１０３に代えて矩形波生成器１０３ａを採用した点、並びにタップ分岐器１０６が、光変調器１０５から供給された分周光信号ＬＢＰを光情報パルス信号として直接出力するようにした点を除く他の構成は、図１に示されるものと同一である。

図１０は、伝送すべき情報データをリターンゼロ形式、いわゆるＲＺ(Return to Zero)形式の光情報パルス信号に変調する場合に採用される矩形波生成器１０３ａの内部構成を示すブロック図である。

尚、図１０に示す内部構成では、図４に示す構成に、論理積回路５０６を追加した点を除く他の構成は図４に示すものと同一である。

論理積回路５０６は、送信すべき情報データを示す２値（論理レベル１又は０）のデータ信号と、排他的論理和回路４０４から送出された矩形波信号との論理積を求め、その論理積結果を矩形波信号ＭＣとして光変調器１０５に供給する。尚、データ信号のビットレートは、図１１（ａ）に示す如くｆ_０／Ｍである。また、この矩形波信号は図１１（ｂ）に示すように、周波数（ｆ_０／Ｍ）であり且つデューティ比が１／Ｍである。論理積回路５０６は、図１１（ｃ）に示すように、図１１（ａ）に示すデータ信号と、図１１（ｂ）に示す矩形波信号とが共に論理レベル１にある場合には論理レベル１、それ以外の場合には論理レベル０の矩形波信号ＭＣを生成して光変調器１０５に供給する。この際、光変調器１０５は、かかる矩形波信号ＭＣに応じて生成した分周光信号ＬＢＰを、送信すべき情報データがリターンゼロ形式、いわゆるＲＺ(Return to Zero)形式で変調された光情報信号とし、これをタップ分岐器１０６を介して光通信ライン上に送出する。

図１２（ａ）は、矩形波生成器１０３ａとして図１０に示す如き内部構成を有するものを採用した場合におけるＲＺ形式光情報信号の光パワースペクトルを示す図である。

ＲＺ形式光情報パルス信号の光パワースペクトルは、周波数間隔（ｆ_０／Ｍ）毎の線スペクトルと、連続スペクトル（破線にて示す）の和となる。この際、光変調器１０５で生成される光パルス列の不要部分、つまり周波数ｆ_０の光パルス列中で周波数（ｆ_０／Ｍ）以外の光パルスに対する抑圧が不十分な場合、図１２（ｂ）に示すように、中心周波数ｆｃを含む周波数間隔ｆoの線スペクトルの強度が相対的に大きくなり、その他の線スペクトルおよび連続スペクトルの強度が相対的に小さくなる。この傾向は、図１に示す構成を採用した場合と同様であるので、図９に示す構成においても図１に示す構成と同様に、不要パルスの抑圧比を最大にすることができる。

よって、図９に示す構成によれば、光パルス列を分周する為の光変調器と、情報データに基づく光変調を施す為の光変調器と、を１体化することができるので、図１に示す構成に比して装置サイズを縮小化することが可能となる。

尚、図７に示す矩形波生成器１０３に対しても、図１０に示す構成と同様に排他的論理和回路４０４の出力に論理積回路５０６を設けることにより、分周光信号ＬＢＰの形態でＲＺ形式の光情報パルス信号を生成することが可能となる。

１０３ 矩形波生成器
１０４ パルス光源
１０５ 光変調器
１０８ 光分波器
１０９、１１０ 光検出器
１１１ 減算器
１２５ バイアス電圧源
１２６ 加算器
２００ バイアス電圧調整部

Claims (8)

1. 周波数ｆ_０にて点灯及び消灯を繰り返す光パルス列を分周することにより周波数ｆ_０／Ｍ（Ｍ：２以上の整数）の分周光パルス列を含む光信号を生成する光信号生成装置であって、
   前記分周光パルス列を、光パワースペクトル密度が最大となる中心周波数及び前記中心周波数から前記周波数ｆ_０の整数倍だけ離間した周波数からなる第１光成分と、前記第１光成分以外の第２光成分と、に分波する光分波手段と、
   前記第１光成分における光パワーを電気信号に変換して第１光パワー信号を得ると共に、前記第２光成分における光パワーを電気信号に変換して第２光パワー信号を得る光検出手段と、
   前記第１光パワー信号から前記第２光パワー信号を減算することにより不要光の大きさを表す不要光レベル信号を生成する減算手段と、
   基本バイアス電圧を生成するバイアス電圧源と、
   前記不要光レベル信号に対応したバイアス調整量を示すバイアス調整信号を前記基本バイアス電圧に加算することによりバイアス調整の施されたバイアス電圧を生成する加算手段と、
   前記周波数ｆ_０／Ｍの矩形波信号を生成する矩形波生成手段と、
   前記バイアス電圧を前記矩形波信号に重畳して得た変調信号に基づいて前記光パルス列を光強度変調したものを前記分周光パルス列として生成する光変調手段と、を有することを特徴とする光信号生成装置。
2. 前記矩形波生成手段は、前記周波数ｆ_０のクロック信号を分周して周波数ｆ_０／（２Ｍ）の分周クロック信号を生成する分周手段と、
   前期分周クロック信号を（１／ｆ_０）だけ遅延させた遅延分周クロック信号を生成する移相手段と、
   前記分周クロック信号と前記遅延分周クロック信号との排他的論理和を求め当該排他的論理和の結果を前記矩形波信号として得る排他的論理和回路と、を含むことを特徴とする請求項１に記載の光信号生成装置。
3. 前記不要光レベル信号として取り得る最小値を前記不要光レベル信号から減算した減算結果を第１不要光レベル信号として得る手段と、
   前記第１不要光レベル信号が所定閾値より低い状態から高い状態に遷移する度に前記第１不要光レベル信号の極性を反転させた信号を第２不要光レベル信号として得る手段と、
   前記第２不要光レベル信号のレベルを累算したものを前記バイアス調整信号として得る手段と、を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の光信号生成装置。
4. 前記光変調手段は、ニオブ酸リチウム型又は電界吸収型の光変調器であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の光信号生成装置。
5. 周波数ｆ_０にて点灯及び消灯を繰り返す光パルス列に対して情報データに基づく変調処理を施すことにより周波数ｆ_０／Ｍ（Ｍ：２以上の整数）の分周光パルス列を含む光信号を生成する光信号生成装置であって、
   前記分周光パルス列を、光パワースペクトル密度が最大となる中心周波数及び前記中心周波数から前記周波数ｆ_０の整数倍だけ離間した周波数からなる第１光成分と、前記第１光成分以外の第２光成分と、に分波する光分波手段と、
   前記第１光成分における光パワーを電気信号に変換して第１光パワー信号を得ると共に、前記第２光成分における光パワーを電気信号に変換して第２光パワー信号を得る光検出手段と、
   前記第１光パワー信号から前記第２光パワー信号を減算することにより不要光の大きさを表す不要光レベル信号を生成する減算手段と、
   基本バイアス電圧を生成するバイアス電圧源と、
   前記不要光レベル信号に対応したバイアス調整量を示すバイアス調整信号を前記基本バイアス電圧に加算することによりバイアス調整の施されたバイアス電圧を生成する加算手段と、
   前記情報データに基づいてリターンゼロ形式の矩形波信号を生成する矩形波生成手段と、
   前記バイアス電圧を前記矩形波信号に重畳して得た変調信号に基づいて前記光パルス列を光強度変調したものを前記分周光パルス列として生成する光変調手段と、を有することを特徴とする光信号生成装置。
6. 前記矩形波生成手段は、前記周波数ｆ_０のクロック信号を分周して周波数ｆ_０／（２Ｍ）の分周クロック信号を生成する分周手段と、
   前期分周クロック信号を（１／ｆ_０）だけ遅延させた遅延分周クロック信号を生成する移相手段と、
   前記分周クロック信号と前記遅延分周クロック信号との排他的論理和を求める排他的論理和回路と、
   前記情報データを担うビットレートｆ_０／Ｍの２値のデータ信号と前記排他的論理和の結果との論理積を求め当該論理積の結果を前記矩形波信号として生成する論理積回路と、を含むことを特徴とする請求項５に記載の光信号生成装置。
7. 前記不要光レベル信号として取り得る最小値を前記不要光レベル信号から減算した減算結果を第１不要光レベル信号として得る手段と、
   前記第１不要光レベル信号が所定閾値より低い状態から高い状態に遷移する度に前記第１不要光レベル信号の極性を反転させた信号を第２不要光レベル信号として得る手段と、
   前記第２不要光レベル信号のレベルを累算したものを前記バイアス調整信号として得る手段と、を含むことを特徴とする請求項５又は６記載の光信号生成装置。
8. 前記光変調手段は、ニオブ酸リチウム型又は電界吸収型の光変調器であることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１に記載の光信号生成装置。

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