JP5505102B2 - 光送信装置、光受信装置、およびそれらを含む光通信システム - Google Patents
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Description
本発明の他の目的は、光送信装置全体として、位相シフト部、位相変調器、および強度変調器における位相シフトやDCドリフトなどを適切に制御できる構成を提供することである。
図1は、本発明の実施形態に係る光通信システムの構成を示す図である。図1に示す光通信システム1000は、光送信装置1010、光受信装置1020、およびそれらの間を接続する伝送路光ファイバ1030を備える。光送信装置1010は、データ生成部1011および変調器1012を備える。データ生成部1011は、送信すべきデータを生成する。変調器1012は、データ生成部1011が生成するデータを利用して変調光信号を生成する。なお、変調方式は、特に限定されるものではないが、例えば、DQPSKである。光受信装置1020は、伝送路光ファイバ1030を介して伝送される光信号を復調してデータを再生する。伝送路光ファイバ1030上には、光アンプまたは光中継器が設けられていてもよい。
<第1の実施形態>
図4は、本発明の実施形態に係るRZ−DQPSK変調方式を用いた光送信装置の全体構成を示す概略ブロック図である。図4において、RZ−DQPSK光変調送信装置は、入力信号とクロック信号発生部120からのクロック信号を受けMZ(Mach-Zehnder)変調器200に対し駆動信号を生成する駆動信号発生部110と、駆動信号発生部110およびRZ強度変調器300にクロック信号を供給するクロック信号発生部120と、CW(Continuous Wave)光を生成するCW光源115と、光導波路上で分岐された一方の入力光を他方の入力光に対し適正な位相差となるよう位相差を付与する位相シフト部220と、複数の変調電極を第1のアーム及び第2のアームに備え該電極にDQPSK用にプリコードされたデータ信号DATA1、DATA2を入力するための端子を有するMZ変調器200と、MZ変調器200の出力をRZパルス化するためのRZ強度変調器300とを備えて構成される。なお、MZ変調器200は、各アームのドリフトを補償するためのバイアス信号を受けるバイアス入力部230、240を有する。また、RZ強度変調器300は、ドリフトを補償するためのバイアス信号を受けるバイアス入力部330を有する。なお、駆動信号発生部110の構成および動作については、例えば、特表2004−516743号公報等に記載されている。
なお、移相器2は、低周波で動作するため、相対的な位相差量を適正な固定値として有するものであってもよい。
(1)f0 成分の電気スペクトルを顕著に検出される。
(2)f0 成分のパワーが最大になる。
(3)2f0 成分のパワーが最小になる。
なお、位相シフト部12により与えられる位相シフト量が「π/2」よりも小さいとき(図6では、45°)と、その位相シフト量が「π/2」よりも大きいとき(図6では、135°)とでは、2f0 成分信号の位相が互いに反転している。
第1の実施形態の光送信装置は、データ変調部20の前段に位相シフト部12が設けられている。これに対して、第2の実施形態の光送信装置は、データ変調部40の後段に位相シフト部13が設けられている。データ変調部40の後段に位相シフト部13を配置することにより、第1の実施形態と比べて、図6〜図8に示したf0 成分および2f0 成分の振幅が大きくなる。よって、第2の実施形態では、第1の実施形態に比べてf0 成分および2f0 成分検出が容易であり、位相シフト量の制御の精度が向上する。
第3の実施形態の光送信装置では、データ変調を行うMZ変調器において光信号に低周波信号が重畳される。この構成においても、f0 成分および2f0 成分について図6〜図8に示した特性が得られる。なお、以下の説明では、2f0 成分を利用してフィードバック制御を行う構成を示すが、第3の実施形態においても、f0 成分を利用してフィードバック制御を行ってもよいし、f0 成分および2f0 成分の双方を利用してフィードバック制御を行ってもよい。
第4の実施形態の光送信装置の構成は、基本的には、第3の実施形態の光送信装置と同じである。ただし、第4の実施形態の光送信装置の構成においては、MZ変調器(データ変調部)の後段に位相シフト部13が設けられている。なお、第4の実施形態を示す図18および図19においては、図5に示す駆動信号発生部110およびクロック信号発生部120は省略されている。
なお、第4の実施形態においても、f0 成分を利用してフィードバック制御を行ってもよいし、f0 成分および2f0 成分の双方を利用してフィードバック制御を行ってもよい。
第5の実施形態の光送信装置においては、光信号に低周波信号を重畳するための電極がデータ変調部の前段に配置されており、さらにその電極の前段に位相シフト部が配置されている。なお、第5の実施形態を示す図20においては、図5に示す駆動信号発生部110およびクロック信号発生部120は省略されている。
なお、第5の実施形態においても、f0 成分を利用してフィードバック制御を行ってもよいし、f0 成分および2f0 成分の双方を利用してフィードバック制御を行ってもよい。
第6の実施形態の光送信装置においては、光信号に低周波信号を重畳するための電極がデータ変調部の前段に配置されており、また、データ変調部の後段に位相シフト部が配置されている。なお、第6の実施形態を示す図21においては、図5に示す駆動信号発生部110およびクロック信号発生部120は省略されている。
なお、第6の実施形態においても、f0 成分を利用してフィードバック制御を行ってもよいし、f0 成分および2f0 成分の双方を利用してフィードバック制御を行ってもよい。
第1〜第6の実施形態の光送信装置においては、1組の光信号の一方に低周波信号が重畳され、他方の光信号にはその低周波信号の位相を所定値だけシフトさせた信号が重畳される。これに対して第7および第8の実施形態の光送信装置においては、1組の光信号の一方のみに低周波信号が重畳される。低周波信号は、図22に示す例では、位相シフト部12のバイアス入力端子を介して与えられるが、低周波信号を重畳するために設けられる電極を介して与えられてもよいし、データ信号DATA1またはデータ信号DATA2に重畳されてもよいし、データ変調部の一方のアームのバイアス端子を介して与えられてもよい。なお、1組の光信号の一方のみに低周波信号が重畳される構成であっても、f0 成分および2fo 成分について図6〜図8に示す特性が得られることについて、シミュレーションにより確認している。
なお、第7の実施形態においても、f0 成分を利用してフィードバック制御を行ってもよいし、f0 成分および2f0 成分の双方を利用してフィードバック制御を行ってもよい。
第8の実施形態の光送信装置の構成は、基本的には、第7の実施形態の光送信装置と同じである。ただし、第8の光送信装置においては、データ変調部40の後段に位相シフト部13が設けられ、また、低周波信号を重畳するための電極が必要な場合にはその電極はデータ変調部40の後段に配置される。
なお、第8の実施形態においても、f0 成分を利用してフィードバック制御を行ってもよいし、f0 成分および2f0 成分の双方を利用してフィードバック制御を行ってもよい。
上述した第1〜第8の実施形態の光送信装置は、光信号に低周波信号を重畳した状態で変調器出力パワーまたは送信装置出力パワーの変動成分をモニタし、位相シフト部の位相シフト量を適正値(例えば、π/2の奇数倍)になるように制御する構成である。これに対して第9の実施形態に係る光送信装置では、低周波信号を重畳することなく、二乗検波機能を備えたRF(Radio Frequency)パワーモニタで変調器出力パワーまたは送信装置出力パワーの変動成分をモニタし位相シフト部の位相を適正値(例えば、π/2の奇数倍)になるように制御するものである。
第1〜第9の実施形態は、位相シフト部の位相シフト量のみを適正値に保持するための制御を行う構成である。これに対して第10の実施形態では、光送信装置全体として動作の安定化を図る構成を示す。
図27に示す方式では、制御信号(1)〜(4)に対して同じ周波数の低周波信号が重畳される。そして、制御信号(1)〜(4)について時分割でバイアス制御および低周波信号のモニタが行われる。ここで、低周波信号を生成する信号生成器は、切替制御部62に内蔵されており、切替スイッチ63を介して順番に位相シフト部制御部70、2Vπ対応ABC制御部81、82、Vπ対応ABC制御部90に与えられる。
図28に示す方式では、制御信号(1)〜(4)に対して互いに異なる周波数の低周波信号が重畳される。そして、制御信号(1)〜(4)についてバイアス制御および低周波信号のモニタが同時に行われる。すなわち、図28に示すように、制御信号(1)〜制御信号(4)に対して、それぞれ、周波数f0 〜周波数f3 の低周波信号が重畳される。ここで、この方式においては、一括制御部64が位相シフト部制御部70、2Vπ対応ABC制御部81、82、Vπ対応ABC制御部90を制御する。また、周波数f0 〜周波数f3 の低周波信号を生成する信号生成器は、例えば、一括制御部64に内蔵されている。
第11の実施形態では、第10の実施形態と同様に、光送信装置全体として動作の安定化を図る構成を示す。ただし、第11の実施形態は、DMPSK変調(M=2n )の中のDBPSK変調(すなわち、n=1)を採用した光送信装置である。
なお、図31では分岐点1、2から分岐した光信号がそれぞれ2Vπ対応ABC制御部150、140に導かれる構成であるが、図30に示すように分岐点2から分岐した光信号が2Vπ対応ABC制御部150、140の双方に導かれるようにしてもよい。
DQPSK変調においては、上述したように、1組の光信号間に「π/2」の位相差を与える位相シフト部が必要である。そして、位相シフト部による位相シフト量を調整するために、その位相シフト部に与えるバイアス電圧がフィードバック制御される。ここで、フィードバック制御に使用するパラメータをモニタする回路の小型化/低コスト化を図るためには、安価な低速フォトダイオードを利用して変調光信号の時間平均光パワーをモニタする構成が望ましい。ところが、DQPSK変調では、上記位相差が「π/2」からずれたとしても、平均光パワーの変化は小さく、DCドリフトの検出および調整が容易ではない。
そこで、下記の第12および第13の実施形態において、位相シフト部のDCドリフトに対して出力光信号の平均光パワーの変化を大きくするための構成を示す。
DQPSK変調においては、図2を参照しながら説明したように、各シンボルは、2ビットのデータ(DATA1、DATA2)から構成されている。そして、データDATA1は「0」または「π」が割り当てられる。また、データDATA2は「π/2」または「3π/2」が割り当てられる。よって、各シンボル(00、10、11、01)は、それぞれ「π/4」「3π/4」「5π/4」「7π/4」により表される。
なお、減衰1〜4を得るための減衰素子は、電気信号を搬送するための金属パターンであってもよい。この場合、減衰量は、金属パターンの幅あるいは長さを変えることにより調整可能である。
なお、遅延1〜4を得るための遅延素子は、電気信号を搬送するための金属パターンであってもよい。この場合、遅延量は、金属パターンの長さを変えることにより調整可能である。
変調光信号の平均光パワーPave は、第12の実施形態において説明したように、上記(1)式により表される。しかし、上記(1)式は、データ信号のマーク率が均等であることを前提としている。すなわち、上記(1)式は、4種類のシンボル値(00、10、11、01)が等しい頻度で発生することを前提としている。
データDATA1に対応する信号点A、B、およびデータDATA2に対応する信号点C、Dは、位相平面上では下記のように表される。
データ信号(入力信号列)は、スクランブラ251によって、そのマーク率が均等化される。これにより、各シンボル(00、10、11、01)の出現確率は、概ね均等に制御される。なお、データ信号のマーク率を均等化する技術は、公知の技術である。
第1〜第8の実施形態の光送信装置装においては、上述したように、光信号に低周波信号を重畳し、変調器の出力光に含まれるf0 成分および/または2f0 成分をモニタすることにより、位相シフト部12、13の移相量が調整される(位相調整ABC)。また、位相変調器のDCドリフトの制御(2×Vπ対応ABC)およびRZ変調器のDCドリフトの制御(Vπ対応ABC)も行われる。これらの制御を図43にまとめて示す。
なお、「Vc −Vpresent」および「Vpresent−Va 」は、低周波信号の振幅よりも大きくてもよいし、低周波信号の振幅よりも小さくてもよいし、低周波信号の振幅と同じであってもよい。また、ステップS9における変化量は、一定であってもよいし、同期検波値Pa と同期検波値Pc との差分に応じて決定されてもよい。
次に、本発明に係わる光受信装置について説明する。
<DQPSK受信装置>
図53は、本発明の実施形態の光受信装置の構成を示す図である。この光受信装置は、DQPSK変調された光信号を受信して復調する。ここで、光信号により伝送されるデータの速度は、例えば、43Gbpsであり、シンボルレートは21.5Gである。
図54は、第1の実施形態の光受信装置の構成を示す図である。第1の実施形態の光受信装置は、二乗回路311、フィルタ312、モニタ部313、位相制御回路314を備える。なお、第1の経路および第2の経路に設けられる構成は、基本的に同じなので、以下では第2の経路については省略する。
図60は、第2の実施形態の光受信装置の構成を示す図である。第2の実施形態の光受信装置は、低周波信号を利用して位相シフト量を調整する構成である。
図62は、第3の実施形態の光受信装置の構成を示す図である。第3の実施形態の光受信装置は、受信信号についての統計処理を利用して位相シフト量を調整する。
図64は、DPSK変調信号を受信する光受信装置の構成を示す図である。図64において、入力される光信号は、干渉計341に導かれる。干渉計341は、例えば、マッハツェンダ型遅延干渉計であり、第1のアームおよび第2のアームを備える。ここで、干渉計341の第2のアームは、光信号に対して1ビット遅延を与える。なお、第2のアームにおける遅延時間は、第1のアームを介して光信号が伝搬される時間と第2のアームを介して光信号が伝搬される時間との差分であり、バイアス電圧により制御される。
図66は、第4の実施形態の光受信装置の構成を示す図である。図66において、二乗回路351は、受光回路342から出力される差動受信信号を互いに掛け合わせることにより二乗信号を生成する。なお、二乗回路351は、基本的に、第1の実施形態の二乗回路311と同じである。モニタ部352は、二乗信号を積分することにより、その平均値を得る。遅延量制御回路353は、モニタ部352により得られた平均値に応じて、干渉計341の第2のアームの遅延時間を制御する。遅延時間は、例えば、第2のアームに与えるバイアス電圧により制御される。
図71は、第5の実施形態の光受信装置の構成を示す図である。図71において、低周波発振器361、低周波重畳回路362、掛け算回路363、検出部364の動作は、基本的に、第2の実施形態と同じである。すなわち、干渉計341の第2のアームに低周波信号f0 が与えられ、検出部364は、f0 成分及び/又は2f0 成分を検出する。そして、遅延量制御回路365は、検出部364の検出結果に応じて、干渉計341の第2のアームの遅延時間を制御する。
図73は、第6の実施形態の光受信装置の構成を示す図である。図54等に示す構成では、TIA305の出力信号が二乗回路311に導かれる。これに対して、第6の実施形態においては、受光回路302の後段にTIA305aおよびTIA305bが接続されている。ここで、受光回路302の出力電流は、所定の比率で分岐され、TIA305aおよびTIA305bに与えられる。そして、TIA305aの出力信号は、主信号として再生回路303へ送られる。一方、TIA305bの出力信号は、モニタ信号として二乗回路311に送られる。なお、遅延干渉計301の位相シフト部の移相量を制御する方法は、図54に示す構成と同じである。
図74は、受光回路の出力電流の波形を示す図である。なお、図74(a)および図74(b)は、図54に示す受光回路302を構成する1組の受光器PD1およびPD2の出力電流波形のシミュレーション結果を示している。
図77は、第8の実施形態の光受信装置の構成を示す図である。第8の実施形態の光受信装置の基本構成は、図60に示す第2の実施形態と同じである。ただし、第8の実施形態においては、負荷抵抗R1または負荷抵抗R2の両端電圧を利用してフィードバック制御が行われる。すなわち、f0 成分を利用する場合には、負荷抵抗R1または負荷抵抗R2の両端電圧の二乗信号をモニタし、その二乗信号に含まれているf0 成分が最小になるように位相シフト量が調整される。また、2f0 成分を利用する場合には、負荷抵抗R1または負荷抵抗R2の両端電圧の二乗信号をモニタし、その二乗信号に含まれている2f0 成分が最大になるように位相シフト量が調整される。
図79は、第9の実施形態の光受信装置の構成を示す図である。第9の実施形態の光受信装置の基本構成は、図54に示す第1の実施形態と同じである。ただし、第9の実施形態の光受信装置においては、第1の実施形態の二乗回路311、フィルタ312、モニタ部313、位相制御回路314の代わりに、リミッタアンプ381、モニタ部382、位相制御部383を備える。
位相シフト部の位相シフト量(光送信装置においては「π/2」、光受信装置においては「π/4」)は、例えば、光導波路の屈折率を変化させることにより調整される。この場合、光導波路の屈折率は、例えば、光導波路の近傍に薄膜ヒーター等を配置して光導波路の温度を変化させること、あるいは圧電素子などを配置して適切な電圧を印加して光導波路に応力を加えこと、または電圧を印加して電気光学効果(ポッケルス効果)を誘発することにより調整される。
(付記1)
データ信号に対応する変調光信号を送信する光送信装置であって、
入力光を分岐することにより得られる第1の光信号および第2の光信号が光導波路上で予め決められた位相差を有するように上記第1および第2の光信号の少なくとも一方の位相を制御する位相シフト部と、
上記光導波路上で上記データ信号を利用して上記第1および第2の光信号を変調するデータ変調部と、
所定の位相差を有する第1および第2の低周波信号をそれぞれ上記第1および第2の光信号に重畳する重畳手段と、
上記データ変調部により変調された第1および第2の光信号を結合することにより得られる変調光信号に重畳されている上記低周波信号または上記低周波信号の高調波信号についてパワー最大値、パワー最小値、位相の少なくとも1つをモニタするモニタ手段と、
上記モニタ手段の出力に基づいて上記位相シフト部を制御する位相差制御手段、
を有する光送信装置。
(付記2)
データ信号に対応する変調光信号を送信する光送信装置であって、
入力光を分岐することにより得られる第1の光信号および第2の光信号が光導波路上で予め決められた位相差を有するように上記第1および第2の光信号の少なくとも一方の位相を制御する位相シフト部と、
上記光導波路上で上記データ信号を利用して上記第1および第2の光信号を変調するデータ変調部と、
低周波信号を上記第1の光信号または第2の光信号の一方に重畳する重畳手段と、
上記データ変調部により変調された第1および第2の光信号を結合することにより得られる変調光信号に重畳されている上記低周波信号または上記低周波信号の高調波信号についてパワー最大値、パワー最小値、位相の少なくとも1つをモニタするモニタ手段と、
上記モニタ手段の出力に基づいて上記位相シフト部を制御する位相差制御手段、
を有する光送信装置。
(付記3)
位相変調器と、該位相変調器を駆動する駆動信号発生部を備える光送信装置において、
前記位相変調器は、光導波路上で分岐された一方の入力光を他方の入力光に対し適正な位相差となるよう位相差を付与する位相シフト部と、分岐した光導波路上にあって入力光の位相変調を行うデータ変調部と、低周波信号の重畳を行う電極とを有し、
適正な位相差の低周波信号を生成し分岐した前記光導波路上で前記電極に前記低周波信号の重畳を可能にする低周波重畳手段と、
分岐した前記光導波路を結合した後に重畳された前記低周波信号または前記低周波信号の高調波信号についてパワー最大値、パワー最小値および位相の少なくとも1つをモニタするモニタ手段と、
該モニタ手段からの出力に基づいて適正な位相差となるよう前記位相シフト部を制御する位相差制御手段
を備えたことを特徴とする光送信装置。
(付記4)
前記位相シフト部を前記データ変調部の前段又は後段に配置したことを特徴とする付記3に記載の光送信装置。
(付記5)
前記モニタ手段は、光受光器から低周波信号の2倍の周波数信号を抽出し同期検波する同期検波手段又は光受光器から低周波信号と同じ周波数信号を抽出しピークパワーを検出するピークパワー検出手段からなる付記3に記載の光送信装置。
(付記6)
前記モニタ手段は、前記同期検波手段及び前記ピークパワー検出手段を備えてなる付記5に記載の光送信装置。
(付記7)
位相変調器と、該位相変調器を駆動する駆動信号発生部を備える光送信装置において、
前記位相変調器は、光導波路上で分岐された一方の入力光を他方の入力光に対し適正な位相差となるよう位相差を付与する位相シフト部と、分岐した光導波路上にあってデータ入力部を有するデータ変調部と、前記位相シフト部が置かれた光導波路と異なる光導波路にあって低周波信号の重畳を行う電極とを有し、
適正な位相差の低周波信号を生成し前記電極と前記位相シフト部のバイアス入力端に前記低周波信号を重畳する低周波重畳手段と、
分岐した前記光導波路を結合した後に重畳された前記低周波信号または前記低周波信号の高調波信号についてパワー最大値、パワー最小値および位相の少なくとも1つをモニタするモニタ手段と、
該モニタ手段からの出力に基づいて適正な位相差となるよう前記位相シフト部を制御する位相差制御手段
を備えたことを特徴とする光送信装置。
(付記8)
前記位相シフト部を前記データ変調部の前段又は後段に配置したことを特徴とする付記7に記載の光送信装置。
(付記9)
位相変調器と、該位相変調器を駆動する駆動信号発生部を備える光送信装置において、
前記位相変調器は、光導波路上で分岐された一方の入力光を他方の入力光に対し適正な位相差となるよう位相差を付与する位相シフト部と、分岐した光導波路上にあってデータ入力部を有するデータ変調部とを有し、
適正な位相差の低周波信号を生成し前記データ変調部の前記データ入力部に前記低周波信号を重畳する低周波重畳手段と、
分岐した前記光導波路を結合した後に重畳された前記低周波信号または前記低周波信号の高調波信号についてパワー最大値、パワー最小値および位相の少なくとも1つをモニタするモニタ手段と、
該モニタ手段からの出力に基づいて適正な位相差となるよう前記位相シフト部を制御する位相差制御手段
を備えたことを特徴とする光送信装置。
(付記10)
位相変調器と、該位相変調器を駆動する駆動信号発生部を備える光送信装置において、
前記位相変調器は、光導波路上で分岐された一方の入力光を他方の入力光に対し適正な位相差となるよう位相差を付与する位相シフト部と、分岐した光導波路上にあってデータ入力部とバイアス入力部を有するデータ変調部とを有し、
適正な位相差の低周波信号を生成し前記バイアス入力部に前記低周波信号を重畳する低周波重畳手段と、
分岐した前記光導波路を結合した後に重畳された前記低周波信号または前記低周波信号の高調波信号についてパワー最大値、パワー最小値および位相の少なくとも1つをモニタするモニタ手段と、
該モニタ手段からの出力に基づいて適正な位相差となるよう前記位相シフト部を制御する位相差制御手段
を備えたことを特徴とする光送信装置。
(付記11)
前記位相シフト部を前記データ変調部の前段又は後段に配置したことを特徴とする付記9または10に記載の光送信装置。
(付記12)
前記モニタ手段は、光受光器から低周波信号の2倍の周波数を抽出し同期検波する同期検波手段からなる付記9または10に記載の光送信装置。
(付記13)
位相変調器と、該位相変調器を駆動する駆動信号発生部を備える光送信装置において、
前記位相変調器は、光導波路上で分岐された一方の入力光を他方の入力光に対し適正な位相差となるよう位相差を付与する位相シフト部と、分岐した光導波路上にあってデータ入力部を有するデータ変調部と、該データ変調部の前段にあって低周波信号の重畳を行う電極とを有し、
適正な位相差の低周波信号を生成し前記電極に前記低周波信号を重畳する低周波重畳手段と、
分岐した前記光導波路を結合した後に重畳された前記低周波信号または前記低周波信号の高調波信号についてパワー最大値、パワー最小値および位相の少なくとも1つをモニタするモニタ手段と、
該モニタ手段からの出力に基づいて適正な位相差となるよう前記位相シフト部を制御する位相差制御手段
を備えたことを特徴とする光送信装置。
(付記14)
前記位相シフト部を前記電極の前段又は前記データ変調部の後段に配置したことを特徴とする付記13に記載の光送信装置。
(付記15)
前記モニタ手段は、光受光器から低周波信号の2倍の周波数を抽出し同期検波する同期検波手段又は光受光器から低周波信号と同じ周波数を抽出しピークパワーを検出するピークパワー検出手段からなる付記13に記載の光送信装置。
(付記16)
前記低周波重畳手段は移相器を含み、該移相器は発振された低周波信号をnπ/2(但し、nは自然数で0及び4の倍数を除く)に近づくよう移相することを特徴とする付記3〜15のいずれか1つの付記に記載の光送信装置。
(付記17)
位相変調器と、該位相変調器を駆動する駆動信号発生部を備える光送信装置において、
前記位相変調器は、光導波路上で分岐された一方の入力光を他方の入力光に対し適正な位相差となるよう位相差を付与する位相シフト部と、分岐した光導波路上にあってデータ入力部を有するデータ変調部と、該データ変調部の前段又は後段にあって低周波信号の重畳を行う電極とを有し、
低周波信号を生成し前記位相シフト部のバイアス入力端又は前記位相シフト部が置かれた光導波路と同じ光導波路に置かれた前記電極、または前記位相シフト部が置かれた光導波路と異なる光導波路に置かれた前記電極に前記低周波信号を重畳する低周波重畳手段と、
分岐した前記光導波路を結合した後に重畳された前記低周波信号または前記低周波信号の高調波信号についてパワー最大値、パワー最小値および位相の少なくとも1つをモニタするモニタ手段と、
該モニタ手段からの出力に基づいて適正な位相差となるよう前記位相シフト部を制御する位相差制御手段
を備えたことを特徴とする光送信装置。
(付記18)
位相変調器と、該位相変調器を駆動する駆動信号発生部を備える光送信装置において、
前記位相変調器は、光導波路上で分岐された一方の入力光を他方の入力光に対し適正な位相差となるよう位相差を付与する位相シフト部と、分岐した光導波路上にあってデータ入力部を有するデータ変調部とを有し、
分岐した前記光導波路を結合した後に分岐して光信号を電気信号に変換する光受光器と、
前記光受光器からの電気信号を二乗検波しピークパワー変動をモニタする高速パワーモニタと、
該高速パワーモニタのモニタ出力に基づいて前記位相シフト部を制御する位相差制御手段
を備えたことを特徴とする光送信装置。
(付記19)
位相変調器と、該位相変調器を駆動する駆動信号発生部と、前記位相変調器からの光出力信号を受ける強度変調器を備える光送信装置において、
前記位相変調器は、光導波路上で分岐された一方の入力光を他方の入力光に対し適正な位相差となるよう位相差を付与する位相シフト部と、分岐した光導波路上にあってデータ入力部を有するデータ変調部と、該データ変調部の後段にあって低周波信号の重畳を行う電極とを有し、
分岐した前記光導波路を結合した後に分岐して重畳された低周波信号を抽出し前記低周波信号の周波数のパワー最大値、前記低周波信号の周波数の2倍の周波数のパワー最小値、前記低周波信号の周波数の2倍の周波数の位相のいずれかをモニタするモニタ手段と、
前記電極に適正な位相差の低周波信号を重畳し、前記モニタ手段からの出力に基づいて適正な位相差となるよう前記位相シフト部をバイアス制御する位相シフト部制御手段と、
前記データ変調部の各アームに低周波信号を重畳し前記モニタ手段からの出力に基づいて前記データ変調部をバイアス制御する第1および第2の自動バイアス制御手段と、
前記強度変調器に低周波信号を重畳し前記モニタ手段からの出力に基づいて前記強度変調器をバイアス制御する第3の自動バイアス制御手段と、
前記モニタ手段におけるモニタ並びに前記位相シフト部制御手段、前記第1〜第3の自動バイアス制御手段における制御を時分割で行わせるために切替スイッチを有する切替制御手段
を備えたことを特徴とする光送信装置。
(付記20)
位相変調器と、該位相変調器を駆動する駆動信号発生部と、前記位相変調器からの光出力信号を受ける強度変調器を備える光送信装置において、
前記位相変調器は、光導波路上で分岐された一方の入力光を他方の入力光に対し適正な位相差となるよう位相差を付与する位相シフト部と、分岐した光導波路上にあってデータ入力部を有するデータ変調部と、該データ変調部の後段にあって低周波信号の重畳を行う電極とを有し、
分岐した前記光導波路を結合した後に重畳された前記低周波信号または前記低周波信号の高調波信号についてパワー最大値、パワー最小値および位相の少なくとも1つをモニタするモニタ手段と、
前記電極に適正な位相差の第1の低周波信号を重畳し、前記モニタ手段からの出力に基づいて適正な位相差となるよう前記位相シフト部をバイアス制御する位相シフト部制御手段と、
前記データ変調部の各アームに第2及び第3の低周波信号を重畳し前記モニタ手段からの出力に基づいて前記データ変調部をバイアス制御する第1および第2の自動バイアス制御手段と、
前記強度変調器に第4の低周波信号を重畳し前記モニタ手段からの出力に基づいて前記強度変調器をバイアス制御する第3の自動バイアス制御手段と、
前記モニタ手段におけるモニタ並びに前記位相シフト部制御手段、前記第1〜第3の自動バイアス制御手段における制御を同時に行わせる一括制御手段
を備えたことを特徴とする光送信装置。
(付記21)
データ信号を入力し位相変調を行う位相変調器と、該位相変調器からの光出力信号を受け強度変調を行う強度変調器と、前記位相変調器及び前記強度変調器を駆動する駆動信号発生部を備える光送信装置において、
分岐した前記光導波路を結合した後に重畳された前記低周波信号または前記低周波信号の高調波信号についてパワー最大値、パワー最小値および位相の少なくとも1つをモニタするモニタ手段と、
前記位相変調器及び前記強度変調器に低周波信号を重畳し、前記モニタ手段からの出力に基づいて前記位相変調器及び前記強度変調器をバイアス制御する自動バイアス制御手段と、
前記モニタ手段におけるモニタ及び前記自動バイアス制御手段におけるバイアス制御を時分割で行わせる制御手段
を備えたことを特徴とする光送信装置。
(付記22)
データ信号を入力し位相変調を行う位相変調器と、該位相変調器からの光出力信号を受け強度変調を行う強度変調器と、前記位相変調器及び前記強度変調器を駆動する駆動信号発生部を備える光送信装置において、
分岐した前記光導波路を合波した後に分岐して重畳された第1の低周波信号を抽出し前記第1の低周波信号の周波数をモニタし、位相、パワーの各パラメータに着目してモニタする第1のモニタ手段と、
前記位相変調器に第1の低周波信号を重畳し、前記第1のモニタ手段からの出力に基づいて前記位相変調器をバイアス制御する第1の自動バイアス制御手段と、
前記強度変調器の出力側から分岐し重畳された第2の低周波信号を抽出し前記第2の低周波信号の周波数をモニタし、位相、パワーの各パラメータに着目してモニタする第2のモニタ手段と、
前記強度変調器に第2の低周波信号を重畳し、前記第2のモニタ手段からの出力に基づいて前記強度変調器をバイアス制御する第2の自動バイアス制御手段
を備えたことを特徴とする光送信装置。
(付記23)
データ信号に対応する変調光信号を送信する光送信装置であって、
入力光を分岐することにより得られる第1の光信号および第2の光信号が光導波路上で予め決められた位相差を有するように上記第1および第2の光信号の少なくとも一方の位相を制御する位相シフト部と、
上記光導波路上で上記データ信号を利用して上記第1および第2の光信号を位相変調するデータ変調部と、
上記データ変調部により変調された第1および第2の光信号を結合することにより得られる変調光信号の平均光パワーをモニタするモニタ手段と、
上記モニタ手段の出力に基づいて上記位相シフト部を制御する位相差制御手段、を有し、
上記データ変調部は、上記データ信号に従って決まる位相に所定の位相を加える位相付加手段を有する
ことを特徴とする光送信装置。
(付記24)
上記データ変調部は、マッハツェンダ変調器であり、
上記位相付加手段は、上記マッハツェンダ変調器の一方の導波路に電圧を与えるための電極をそのマッハツェンダ変調器の出力側の結合導波路まで形成することにより実現される
ことを特徴とする付記23に記載の光送信装置。
(付記25)
上記データ変調部は、マッハツェンダ変調器であり、
上記位相付加手段は、上記マッハツェンダ変調器に与えられる1組のデータ信号の振幅を互いに異ならせる減衰手段である
ことを特徴とする付記23に記載の光送信装置。
(付記26)
上記データ変調部は、マッハツェンダ変調器であり、
上記位相付加手段は、上記マッハツェンダ変調器に与えられる1組のデータ信号のタイミングを互いに異ならせる遅延手段である
ことを特徴とする付記23に記載の光送信装置。
(付記27)
データ信号に対応する変調光信号を送信する光送信装置であって、
上記データ信号のマーク率を調整するマーク率調整手段と、
入力光を分岐することにより得られる第1の光信号および第2の光信号が光導波路上で予め決められた位相差を有するように上記第1および第2の光信号の少なくとも一方の位相を制御する位相シフト部と、
上記光導波路上で上記マーク率が調整されたデータ信号を利用して上記第1および第2の光信号を位相変調するデータ変調部と、
上記データ変調部により変調された第1および第2の光信号を結合することにより得られる変調光信号の平均光パワーをモニタするモニタ手段と、
上記モニタ手段の出力に基づいて上記位相シフト部を制御する位相差制御手段、
を有する光送信装置。
(付記28)
データ信号に対応する変調光信号を送信する光送信装置であって、
入力光を分岐することにより得られる第1の光信号および第2の光信号が光導波路上で予め決められた位相差を有するように上記第1および第2の光信号の少なくとも一方の位相を制御する位相シフト部と、
上記光導波路上で上記データ信号を利用して上記第1および第2の光信号を変調するデータ変調部と、
上記位相シフト部の移相量を調整するためのバイアス電圧を生成するバイアス生成部と、
上記バイアス電圧に低周波信号を重畳する低周波重畳手段と、
上記データ変調部により変調された第1および第2の光信号を結合することにより得られる変調光信号に重畳されている上記低周波信号の周波数成分を検出する検出手段と、
第1のバイアス電圧が生成されたときの上記検出手段による検出値と第2のバイアス電圧が生成されたときの上記検出手段による検出値との比較結果に基づいて、上記バイアス生成部が生成するバイアス電圧を制御する制御手段、
を有する光送信装置。
(付記29)
位相変調光信号を受信して復調する光受信装置であって、
入力光の第1の分岐光をシンボル時間だけ遅延させる第1のアームおよび上記入力光の第2の分岐光の位相を所定量だけシフトさせる第2のアームを備える干渉計と、
上記干渉計から出力される光信号を電気信号に変換する受光回路と、
上記電気信号の二乗信号または絶対値信号を生成する演算回路と、
上記演算回路に接続され、シンボル周波数の整数倍の周波数を除く連続した周波数成分の少なくとも一部を透過させるフィルタと、
上記フィルタから出力される信号に基づいて上記第2のアームの位相シフト量を制御する制御手段、
を有する光受信装置。
(付記30)
上記受光回路は、上記干渉計から出力される光信号に対応する電流を生成する受光器、およびその受光器が生成する電流を電圧信号に変換する変換器を備え、
上記演算回路は、上記変換器から出力される電気信号の二乗信号または絶対値信号を生成する
ことを特徴とする付記29に記載の光受信装置。
(付記31)
上記受光回路は、上記干渉計から出力される光信号に対応する電流を生成する受光器、その受光器が生成する電流の第1の部分を電圧信号に変換する第1の変換器、およびその受光器が生成する電流の第2の部分を電圧信号に変換する第2の変換器を備え、
上記第1の変換器の出力信号からデータが再生され、
上記演算回路は、上記第2の変換器から出力される電気信号の二乗信号または絶対値信号を生成する
ことを特徴とする付記29に記載の光受信装置。
(付記32)
上記受光回路は、上記干渉計から出力される光信号に対応する電流を生成する受光器、およびその受光器に接続される負荷抵抗を備え、
上記演算回路は、上記負荷抵抗の両端電圧として得られる電気信号の二乗信号または絶対値信号を生成する
ことを特徴とする付記29に記載の光受信装置。
(付記33)
上記受光回路は、上記干渉計から出力される1組の光信号に対応する電流を生成する1組の受光器、およびその1組の受光器にそれぞれ接続される1組の負荷抵抗を備え、
上記演算回路は、上記1組の負荷抵抗のうちの一方の両端電圧として得られる電気信号の二乗信号または絶対値信号を生成する
ことを特徴とする付記29に記載の光受信装置。
(付記34)
位相変調光信号を受信して復調する光受信装置であって、
入力光の第1の分岐光をシンボル時間だけ遅延させる第1のアームおよび上記入力光の第2の分岐光の位相を所定量だけシフトさせる第2のアームを備える干渉計と、
上記第2のアームに低周波信号を与える低周波信号生成部と、
上記干渉計から出力される光信号を電気信号に変換する受光回路と、
上記電気信号から抽出される上記低周波信号または上記低周波信号の高調波信号のパワーまたは位相の少なくとも一方に基づいて上記第2のアームの位相シフト量を制御する制御手段、
を有する光受信装置。
(付記35)
位相変調光信号を受信して復調する光受信装置であって、
入力光の第1の分岐光をシンボル時間だけ遅延させる第1のアームおよび上記入力光の第2の分岐光の位相を所定量だけシフトさせる第2のアームを備える干渉計と、
上記干渉計から出力される光信号を電気信号に変換する受光回路と、
シンボル周期またはその整数倍の周期で上記電気信号をサンプリングするサンプリング手段と、
上記サンプリング手段により得られるサンプリング値の分布に基づいて上記第2のアームの位相シフト量を制御する制御手段、
を有する光受信装置。
(付記36)
位相変調光信号を受信して復調する光受信装置であって、
入力光の第1の分岐光をシンボル時間だけ遅延させる第1のアームおよび上記入力光の第2の分岐光の位相を所定量だけシフトさせる第2のアームを備える干渉計と、
上記干渉計から出力される光信号を電気信号に変換する受光回路と、
上記電気信号の振幅が閾値レベルを超えるときはその電気信号の振幅を制限するリミッタ回路と、
上記リミッタ回路の出力信号の平均パワーに応じて上記第2のアームの位相シフト量を制御する制御手段、
を有する光受信装置。
(付記37)
上記リミッタ回路は、入力信号の振幅が閾値レベル以下であるときは線形増幅を行い、入力信号の振幅がその閾値レベルを超えると利得が飽和する増幅器であり、
上記増幅器の閾値レベルは、上記位相シフト量が最適値に調整されたときの上記受光回路の出力信号の振幅と一致または略一致する
ことを特徴とする付記36に記載の光受信装置。
(付記38)
位相変調光信号を受信して復調する光受信装置であって、
入力光の第1の分岐光を伝搬する第1のアームおよび上記入力光の第2の分岐光を1ビット遅延させる第2のアームを備える干渉計と、
上記干渉計から出力される光信号を電気信号に変換する受光回路と、
上記電気信号の二乗信号または絶対値信号を生成する演算回路と、
上記演算回路の出力に基づいて上記第2のアームの遅延時間を制御する制御手段、
を有する光受信装置。
(付記39)
位相変調光信号を受信して復調する光受信装置であって、
入力光の第1の分岐光を伝搬する第1のアームおよび上記入力光の第2の分岐光を1ビット遅延させる第2のアームを備える干渉計と、
上記第2のアームに低周波信号を与える低周波信号生成部と、
上記干渉計から出力される光信号を電気信号に変換する受光回路と、
上記電気信号から抽出される上記低周波信号または上記低周波信号の高調波信号のパワーに基づいて上記第2のアームの遅延時間を制御する制御手段、
を有する光受信装置。
(付記40)
付記1〜28のいずれか1つの付記に記載の光送信装置と、
上記光送信装置から送信される光信号を受信する光受信装置、
を有する光通信システム。
(付記41)
光送信装置と、
上記光送信装置から送信される光信号を受信する付記29〜37のいずれか1つの付記に記載の光受信装置、
を有する光通信システム。
2 移相器
3 低速受光器
4 帯域通過フィルタ
5 位相比較器
6 逓倍器
7 帯域通過フィルタ
8 ピークパワー検出器
9 制御装置(CONT)
11 半導体レーザ(LD)
12、13 位相シフト部
14 加算器
20、40 データ変調部
21、41 第1のアーム
22、42 第2のアーム
23、43 第1の電極
24、44 第2の電極
26、46 MZ型変調器
31 強度変調器
201、202 電極
211、212 減衰素子
221、222 遅延素子
281 バイアス生成部
282 ロックインアンプ
283 バイアス制御部
301(301a、301b)、341 干渉計
302(302a、302b)、342 受光回路
305(305a、305b) トランスインピーダンスアンプ(TIA)
311、351 二乗回路
312 フィルタ
313、352 モニタ部
314、326、333 位相制御回路
315、354 絶対値回路
321、361 低周波発信器
325、364 検出部
331 高速サンプリング回路
332 サンプリング信号処理回路
353、365 遅延量制御回路
381 リミッタアンプ
1000 光通信システム
1010 光送信装置
1020 光受信装置
Claims (8)
- 位相変調器と、該位相変調器を駆動する駆動信号発生部を備える光送信装置において、
前記位相変調器は、光導波路上で分岐された一方の入力光を他方の入力光に対し予め決められた位相差となるよう位相差を付与する位相シフト部と、分岐した光導波路上にあってデータ入力部を有するデータ変調部とを有し、
分岐した前記光導波路を結合した後に分岐して光信号を電気信号に変換する光受光器と、
前記光受光器からの電気信号を二乗検波しピークパワー変動をモニタする高速パワーモニタと、
該高速パワーモニタのモニタ出力に基づいて、前記ピークパワーを最小化するように、前記位相シフト部を制御する位相差制御手段
を備えたことを特徴とする光送信装置。 - 位相変調器と、該位相変調器を駆動する駆動信号発生部と、前記位相変調器からの光出力信号を受ける強度変調器を備える光送信装置において、
前記位相変調器は、光導波路上で分岐された一方の入力光を他方の入力光に対し予め決められた位相差となるよう位相差を付与する位相シフト部と、分岐した光導波路上にあってデータ入力部を有するデータ変調部と、該データ変調部の後段にあって低周波信号の重畳を行う電極とを有し、
分岐した前記光導波路を結合した後に分岐して重畳された低周波信号を抽出し前記低周波信号の周波数のパワー最大値、前記低周波信号の周波数の2倍の周波数のパワー最小値、前記低周波信号の周波数の2倍の周波数の位相のいずれかをモニタするモニタ手段と、
前記電極に低周波信号を重畳し、前記モニタ手段からの出力に基づいて、前記位相差が得られるよう前記位相シフト部をバイアス制御する位相シフト部制御手段と、
前記データ変調部の各アームに低周波信号を重畳し前記モニタ手段からの出力に基づいて前記データ変調部をバイアス制御する第1および第2の自動バイアス制御手段と、
前記強度変調器に低周波信号を重畳し前記モニタ手段からの出力に基づいて前記強度変調器をバイアス制御する第3の自動バイアス制御手段と、
前記モニタ手段におけるモニタ並びに前記位相シフト部制御手段、前記第1〜第3の自動バイアス制御手段における制御を時分割で行わせるために切替スイッチを有する切替制御手段
を備えたことを特徴とする光送信装置。 - データ信号に対応する変調光信号を送信する光送信装置であって、
入力光を分岐することにより得られる第1の光信号および第2の光信号が光導波路上で互いに反転した位相を有するように上記第1および第2の光信号の少なくとも一方の位相を制御する位相シフト部と、
上記光導波路上で上記データ信号を利用して上記第1および第2の光信号を位相変調するデータ変調部と、
上記データ変調部により変調された第1および第2の光信号を結合することにより得られる変調光信号の平均光パワーをモニタするモニタ手段と、
上記モニタ手段の出力が最小となるように上記位相シフト部を制御する位相差制御手段、を有し、
上記データ変調部は、上記データ信号に従って決まる位相に所定の位相を加える位相付加手段を有する
ことを特徴とする光送信装置。 - データ信号に対応する変調光信号を送信する光送信装置であって、
入力光を分岐することにより得られる第1の光信号および第2の光信号が光導波路上で予め決められた位相差を有するように上記第1および第2の光信号の少なくとも一方の位相を制御する位相シフト部と、
上記光導波路上で上記データ信号を利用して上記第1および第2の光信号を変調するデータ変調部と、
上記位相シフト部の移相量を調整するための、第1のバイアス電圧と第2のバイアス電圧を含むバイアス電圧を生成するバイアス生成部と、
上記バイアス電圧に低周波信号を重畳する低周波重畳手段と、
上記データ変調部により変調された第1および第2の光信号を結合することにより得られる変調光信号に重畳されている上記低周波信号の周波数成分を検出する検出手段と、
上記第1のバイアス電圧が生成されたときの上記検出手段による検出値と上記第2のバイアス電圧が生成されたときの上記検出手段による検出値とを比較し、上記2つの検出値の大小関係に従って上記バイアス生成部が生成すべきバイアス電圧を大きくすべきか小さくすべきかを判定すると共に、上記2つの検出値の差分が所定の閾値よりも小さければ現在のバイアス電圧を保持するように上記バイアス生成部を制御する制御手段、
を有する光送信装置。 - 上記データ変調部は、マッハツェンダ変調器であり、
上記位相付加手段は、上記マッハツェンダ変調器の一方の導波路に電圧を与えるための電極をそのマッハツェンダ変調器の出力側の結合導波路まで形成することにより実現される
ことを特徴とする請求項3に記載の光送信装置。 - 上記データ変調部は、マッハツェンダ変調器であり、
上記位相付加手段は、上記マッハツェンダ変調器に与えられる1組のデータ信号の振幅を互いに異ならせる減衰手段である
ことを特徴とする請求項3に記載の光送信装置。 - 上記データ変調部は、マッハツェンダ変調器であり、
上記位相付加手段は、上記マッハツェンダ変調器に与えられる1組のデータ信号のタイミングを互いに異ならせる遅延手段である
ことを特徴とする請求項3に記載の光送信装置。 - 位相変調器と、該位相変調器を駆動する駆動信号発生部と、前記位相変調器からの光出力信号を受ける強度変調器を備える光送信装置において、
前記位相変調器は、光導波路上で分岐された一方の入力光を他方の入力光に対し予め決められた位相差となるよう位相差を付与する位相シフト部と、分岐した光導波路上にあってデータ入力部を有するデータ変調部と、該データ変調部の後段にあって低周波信号の重畳を行う電極とを有し、
分岐した前記光導波路を結合した後に分岐して重畳された低周波信号を抽出し前記低周波信号の周波数のパワー最大値、前記低周波信号の周波数の2倍の周波数のパワー最小値、前記低周波信号の周波数の2倍の周波数の位相のいずれかをモニタするモニタ手段と、
前記電極に低周波信号を重畳し、前記モニタ手段からの出力に基づいて、前記位相差が得られるよう前記位相シフト部をバイアス制御する位相シフト部制御手段と、
前記データ変調部の各アームに低周波信号を重畳し前記モニタ手段からの出力に基づいて前記データ変調部をバイアス制御する第1および第2の自動バイアス制御手段と、
前記強度変調器に低周波信号を重畳し前記モニタ手段からの出力に基づいて前記強度変調器をバイアス制御する第3の自動バイアス制御手段と、
前記モニタ手段におけるモニタ並びに前記位相シフト部制御手段、前記第1〜第3の自動バイアス制御手段における制御を周波数分割多重方式で同時に行わせる一括制御手段
を備えたことを特徴とする光送信装置。
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