JP5646673B2 - 光パケット信号生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、短いデータ長を基本単位として時間的に細かく分割された光パケットデータ信号を生成する光パケット信号生成装置において、強度変調された光パケットデータ信号を生成するために用いる光強度変調器の動作点を正しく制御して波形の正しい光パケットデータ信号を生成する光パケット信号生成装置に関する。

光通信ネットワークにおいて光データ信号を生成するために光の強度変調を行う光素子として、マッハツェンダ干渉計型の光素子が利用されている。特に、ＬＮ（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ）を材料とするマッハツェンダ干渉計型の光強度変調器は、１０Ｇｂｉｔ／ｓ〜４０Ｇｂｉｔ／ｓを超える極めて高速なビットレートでの光強度変調を行う光素子として、広く利用されている。

ここで対象とするマッハツェンダ干渉計型の光素子は、入力された光を透過して出力する光透過率が外部制御電圧によって変化される、図５（ａ）に示すような、電圧制御型の光強度変調器１１である。光強度変調器１１の制御電圧に対する出力光の透過率特性は、図５（ｂ）に示すような、周期的に変化するトランスファー特性である。制御電圧は、通常、ＤＣバイアス電圧とＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）入力信号電圧にわけて光強度変調器１１に与えられ、ＤＣバイアス電圧とＲＦ入力信号電圧が重畳された結果として、光強度変調器１１の最終的な動作点が与えられる。

すなわち、光強度変調器１１の動作点は、ＤＣバイアス電圧によって定められた動作点から、ＲＦ入力信号電圧の分だけシフトされた点となる。ＤＣバイアス電圧とＲＦ入力信号電圧、各々に対する半波長電圧は、通常、異なる場合が多いが、図５（ｂ）では、簡単のため、ＤＣバイアス電圧とＲＦ入力信号電圧に対する半波長電圧が同じ値（Ｖπ）であるとし、従って、横軸を制御電圧（ＤＣバイアス電圧＋ＲＦ入力信号電圧）と表示している。

‘１’と ‘０’から成るデジタル信号を生成するために、ＲＦ入力信号電圧の振幅を半波長電圧（Ｖπ）とし、出力‘１’に対応する最大透過率の動作点（ＭＡＸ）と、出力‘０’に対応する最小透過率の動作点（ＭＩＮ）の２点間を、ＲＦ入力信号電圧の印加によって遷移させる動作とする。このとき、光強度変調器１１の動作点の制御を、例えば、以下のように行う。

ＲＦ入力信号電圧をＤＣ結合で与える場合には、ＤＣバイアス電圧を、例えば、ＭＩＮからＭＡＸに至る中間点（ＱＵＡＤ＋）を与える電圧（ＤＣバイアス点２）に設定し、ＲＦ入力信号電圧＝−Ｖπ／２の時にＭＩＮの動作点となって出力‘０’を出力し、ＲＦ入力信号電圧＝＋Ｖπ／２の時にＭＡＸの動作点となって出力‘１’を出力するように制御する。すなわち、±Ｖπ／２の電圧値のＲＦ入力信号を与える。
あるいは、ＤＣバイアス電圧を、最小透過率点（ＭＩＮ）を与える電圧（ＤＣバイアス点１）に設定し、ＲＦ入力信号電圧＝０の時にＭＩＮの動作点となって出力‘０’を出力し、ＲＦ入力信号電圧＝＋Ｖπの時にＭＡＸの動作点となって出力‘１’を出力するように制御してもよい。この場合には、０および＋Ｖπの電圧値のＲＦ入力信号を与えることになる。
あるいは、もしも、扱うデータの様式が、途切れの無い連続データ（ストリームデータ）であって、データのマーク率（‘１’ビットと ‘０’ビットの個数の比率）が５０％の場合には、ＤＣバイアス電圧を、ＭＩＮからＭＡＸに至る中間点（ＱＵＡＤ＋）を与える電圧（ＤＣバイアス点２）に設定し、振幅ＶπのＲＦ入力信号電圧をＡＣ結合で与えることもできる。マーク率５０％のストリームデータは、ＤＣバランスレベルが、‘１’レベルと‘０’レベルのちょうど中間のレベルとなるため、ＡＣ結合によってＲＦ入力信号電圧を与えれば、ＱＵＡＤ＋を中心として、高電圧側と低電圧側に対称に駆動されるため、ＭＡＸとＭＩＮの２点で動作する正しい動作が得られる。

このように、ＤＣバイアス電圧とＲＦ入力信号電圧が正しく制御されておれば、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）光の入力されたマッハツェンダ干渉計型光強度変調器１１に対して、‘０’と‘１’のデジタル電気信号（ＲＦ入力信号）を入力することによって、ＣＷ光に強度変調を施し、入力された‘０’と‘１’に対応して、強度‘０’と強度‘１’の、正しい出力光信号を生成することができる。

しかしながら、電圧制御マッハツェンダ干渉計型の光強度変調器１１においては、特にＬＮをベースとする光素子において、温度ドリフトや自発的ドリフトによって、動作点が、時々刻々と、ゆっくりとではあるが、意図しない変化を示すことが知られており、このため、‘０’と‘１’の各々に対応する、あらかじめ定めた固定電圧の制御電圧（ＤＣバイアス電圧＋ＲＦ入力信号電圧）を印加する動作方法にあっては、透過率（動作点）が意図せずに変化してしまい、安定した出力波形が得られない問題があった。例えば、上記の例では、光強度変調器１１の動作がなされるうちに、出力が‘０’と‘１’の中間状態を取ってしまう、あるいは、‘０’と‘１’が反転してしまう、という問題があった。

このドリフトの問題を解決するために、マッハツェンダ干渉計型光強度変調器の動作点をリアルタイムにモニタし制御する方法が提案され、実用化されている。例えば、入出力光の強度比をモニタしてフィードバックする方法や、近年では、Ｄｉｔｈｅｒベースの方法がよく利用されている（非特許文献１および非特許文献２参照）。Ｄｉｔｈｅｒベースの方法とは、ＤＣバイアス電圧に低周波（〜数キロヘルツ）のＤｉｔｈｅｒトーンを与え、出力光信号をタップして（分岐して）取り出したモニタ光の高調波成分を検出することによって、光強度変調器１１の最低透過率のバイアス点（ＭＩＮ）あるいは最大透過率のバイアス点（ＭＡＸ）あるいはそれらの中間のバイアス点（ＱＵＡＤ＋またはＱＵＡＤ−）に、ＤＣバイアス電圧をフィードバック制御する方法である（図５）。
これら動作点のモニタ方法および制御方法は、光強度変調器１１が扱うデータの様式が、途切れの無い連続データ（ストリームデータ）であって、かつ、データのマーク率があらかじめ定められた固定値（例えば５０％）である場合において、すなわち、ＤＣバランスレベルが一定である、マーク率が一定のストリームデータに対して、大変有効であった。

J. Lightwave Technol., vol. 28, no. 11, pp. 1703-1706, June 2010. Proceedings of the 2011 IEEE MWP, pp. 218-221, 2011.

しかしながら、光カプラ１２で出力光信号をタップ（分岐）した光、つまり、出力光信号そのものを、光強度変調器１１のＤＣバイアス電圧の制御用のモニタ信号として利用する、従来の光強度変調器１１の動作点のモニタ方法および制御方法は、扱うデータの様式が、ストリームデータではなく、短いデータ長を基本単位として時間的に細かく分割された光パケットデータである場合には、適用できない場合が多い。光パケットデータには、パケットとパケットの間に無信号の時間帯（パケット間ギャップ時間）が存在するため、光強度変調器１１から出力された光パケット信号そのものをタップしてモニタ信号として用いると、多くの場合、光強度変調器１１の動作点を正確にモニタすることができない、という問題がある。特に、トラフィックロードが不定の場合、すなわち、パケットとパケット間ギャップ時間の長さの比率が、あらかじめ定められた一定値ではなく、不定値となる場合には、適用できない、という問題がある。

この問題が生じる原因は、パケットデータを扱う場合には、たとえパケット内のデータにおけるマーク率が一定値（例えば５０％）であっても、パケットとパケット間ギャップ時間の長さの比率が不定値であるために、制御の時定数と同程度に長い時間（Ｄｉｔｈｅｒベースの方法の場合では、Ｄｉｔｈｅｒトーンの周波数である数キロヘルツの逆数である数１００マイクロ秒程度の時間）に渡って時間平均した、生成すべき信号のＤＣバランスレベルが一定値とならずに、変動することにある。

例えば、ＤＣバイアス電圧をＤＣバイアス点２（ＱＵＡＤ＋）に設定し、±Ｖπ／２の電圧値のＲＦ入力信号電圧をＤＣ結合で与える制御方法の場合を考える。
生成すべきビットは、ＲＦ入力信号電圧＝−Ｖπ／２の時に‘０’であり、ＲＦ入力信号電圧＝＋Ｖπ／２の時に‘１’である。極端な例として、パケット間ギャップ時間の比率が非常に小さくトラフィックロードが９９％であり、各光パケットにおけるデータのマーク率が５０％に固定された出力光パケット列を生成するケースを考えると、このときの動作条件は、マーク率５０％のストリームデータを生成するケースとほとんど同じ条件であるので、図５に挙げた従来のＤＣバイアス電圧の制御方法によって、ほとんど正しい動作点に制御することができる。

しかしながら、このときに、トラフィックロードが例えば９９％から１％まで減少すると、９９％以上のほとんどの時間帯におけるデータビットは‘０’となるから、９９％以上のほとんどの時間帯において、ＲＦ入力信号電圧は−Ｖπ／２で変調器の動作点は最小透過率点（ＭＩＮ）となる。この結果、バイアスコントローラ１３は、その瞬間における変調器のＤＣバイアス電圧が、ＱＵＡＤ＋の動作点を与えるＤＣバイアス点２ではなく、ＭＩＮの動作点を与えるＤＣバイアス点１にあると誤判定し、あるべきＤＣバイアス点２（ＱＵＡＤ＋）に向けて、即ち高電圧側に向けて、誤って修正してしまう。この誤ったフィードバック制御によって、実際に印加されるＤＣバイアス電圧は、ＭＡＸ近傍点を与える値（ＤＣバイアス点３）にまで高められてしまう。この結果、パケットデータの無い９９％の時間帯に入力されて−Ｖπ／２のＲＦ入力信号電圧を与えられる、９９％のＣＷ光に対して、ＱＵＡＤ＋の動作点となり、パケットデータの無いはずの時間帯において、ＭＩＮとＭＡＸの中間のＱＵＡＤ＋の動作点に対応する大きな透過率で光が出力されてしまう誤動作となってしまう。

以上に挙げた例では、ＱＵＡＤ＋の動作点を与えるＤＣバイアス点２に向けて制御する例を挙げて説明したが、ＭＩＮやＭＡＸの動作点に向けて制御する場合であっても、トラフィックロードやマーク率の変動がある場合には、従来の方法では正しい制御を行うことはできない。

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、電圧制御型の光強度変調器を用いて、短いデータ長を基本単位として時間的に細かく分割された光パケットデータを生成する光パケット信号生成装置を構成する場合において、光強度変調器が意図しない動作点のドリフトに伴う不安定性を有する場合にあっても、光強度変調器の動作点を正しくモニタすることによって光強度変調器のＤＣバイアス電圧を正しくフィードバック制御し、動作点を安定化させて、正しい出力光パケット信号を安定的に出力する光パケット信号生成装置を提供することにある。
特に、生成する光パケット列のトラフィックロード（パケットとパケット間ギャップ時間の各々の合計の比率）や、パケット内のデータのマーク率が変動する場合においても、正しい出力光パケット信号を安定的に出力する光パケット信号生成装置を提供することにある。

第１の発明の光パケット信号生成装置は、ビットパタンに強度変調された光パケット信号を生成する光強度変調器を用いた光パケット信号生成装置であって、
前記光強度変調器に入力されて強度変調される、前記光パケット信号の元となる光を発生する波長可変光源を有し、
前記波長可変光源は、前記生成する光パケット信号と光パケット信号の間に存在する光パケット信号を生成しない時間帯において、前記生成する光パケット信号と異なる波長の光をモニタ光として発生するものであり、
該モニタ光は前記光強度変調器に入力される、前記光強度変調器の動作点をモニタするためのモニタ光であり、
前記光強度変調器から出力される前記モニタ光をモニタ信号として用いて、前記光強度変調器の動作点をモニタし安定化することを特徴とする。

また、第２の発明の光パケット信号生成装置は、第１の発明の光パケット信号生成装置において、
前記光強度変調器から出力される前記モニタ光と前記光パケット信号から、波長選択的に前記モニタ光を抽出して取り出すモニタ光抽出手段を有することを特徴とする。

また、第３の発明の光パケット信号生成装置は、第２の発明の光パケット信号生成装置において、
前記モニタ光抽出手段は、ＷＤＭカプラであることを特徴とする。

また、第４の発明の光パケット信号生成装置は、第１〜第３の発明の何れか１つの光パケット信号生成装置において、
前記光強度変調器は、印加電圧によって出力光強度が変化される電圧制御型の光強度変調器であり、
光パケット信号のビットパタンを定義するビットパタン信号と、生成する光パケットの波長を定義するパケット波長指定信号の、２つの信号を発生するパケットビットパタン信号発生器と、
前記光強度変調器から出力される前記モニタ光に基づいて、前記光強度変調器に印加するＤＣバイアス電圧をフィードバック制御するバイアスコントローラと、
前記波長可変光源の波長を制御する波長コントローラとを有し、
前記パケット波長指定信号は、前記光パケット信号を生成しない時間帯において、前記生成する光パケット信号と異なる波長を指定し、
前記波長コントローラは、前記パケット波長指定信号に基づいて、前記波長可変光源の波長を制御することを特徴とする。

また、第５の発明の光パケット信号生成装置は、第４の発明の光パケット信号生成装置において、
前記ビットパタン信号は、ＤＣ結合のＲＦ入力電圧信号として前記光強度変調器に入力されることを特徴とする。

また、第６の発明の光パケット信号生成装置は、第５の発明の光パケット信号生成装置において、
前記バイアスコントローラは、前記モニタ光の強度が最小となるように前記ＤＣバイアス電圧をフィードバック制御することを特徴とする。

本発明は、温度ドリフトや自発的ドリフトによって、動作点が、時々刻々と、ゆっくりとではあるが、意図しない変化を示す光強度変調器、例えば、電圧制御型のＬＮマッハツェンダ干渉計型光強度変調器のように外部印加電圧が一定であっても動作点（変調器の光透過率）が変化してしまう光強度変調器を用いて、短いデータ長を基本単位として時間的に細かく分割された光パケットデータを生成する光パケット信号生成装置を構成する場合において、光強度変調器の動作点を正しくモニタすることによって光強度変調器のＤＣバイアス電圧を正しくフィードバック制御し、動作点を安定化させて、正しい出力光パケット信号を安定的に出力する光パケット信号生成装置を提供することができる。
特に、本発明は、生成する光パケット列のトラフィックロードや、パケットデータのマーク率に依存することなく、動作点を安定的にモニタしてフィードバック制御し、正しい出力光パケット信号を安定的に出力する光パケット信号生成装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係る光パケット信号生成装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る光パケット信号生成装置における波形例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光パケット信号生成装置の構成を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光パケット信号生成装置における波形例を示す図である。 従来の方法によって動作点がモニタされ制御されたマッハツェンダ干渉計型光強度変調器を示す図である。

以下、本発明の実施形態例を図面に基づいて詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１に、本発明の第１の形態に係る光パケット信号生成装置２０の構成を示す。
図１に示すように、本実施形態の光パケット信号生成装置２０は、所望のビットパタンに強度変調された出力光パケット信号を生成するために、ＬＮマッハツェンダ干渉計型光強度変調器２１と、この光強度変調器２１に入力するＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）光を発生するＣＷ光源２２と、パケットビットパタン信号発生器２３と、モニタ光用光源２４（モニタ光生成手段）と、バイアスコントローラ２５と、ＷＤＭ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）カプラ２６（モニタ光挿入手段）と、ＷＤＭカプラ２７（モニタ光抽出手段）を備えている。
本光パケット信号生成装置２０は、光強度変調器２１として１０Ｇｂｉｔ／ｓ対応の素子を用い、５０ｎｓ〜１μｓのパケット長を有する１０Ｇｂｉｔ／ｓ非同期可変長光パケット信号を生成するものである。

パケットビットパタン信号発生器２３は、生成する光パケット信号のビットパタンを定義するビットパタン信号と、生成する光パケットの包絡波形を表すパケット包絡信号の、２つの信号を発生する。
ここで、ビットパタン信号は、本装置２０が生成する光パケット信号の内部における‘０’と‘１’から成るデータビット列を指定すると共に、光パケット信号と光パケット信号の間に存在する光パケット信号を生成しない時間帯（パケット間ギャップ時間）における出力データビット‘０’を指定する。
また、パケット包絡信号は、本装置２０が生成する光パケット信号が持続する時間中において出力される一定レベルの信号であり、光パケット信号と光パケット信号の間のパケット間ギャップ時間においては出力されない、光パケットの包絡波形を表す矩形状の信号である。換言すると、本装置２０が生成する各光パケット信号の出力タイミングとパケット長を表す信号である。

光強度変調器２１は、光入力ポート２１ａと光出力ポート２１ｂとＤＣバイアス電圧入力ポート２１ｃとＲＦ入力信号電圧入力ポート２１ｄを備え、光入力ポート２１ａから入力されるＣＷ光を、ＲＦ入力信号電圧入力ポート２１ｄから入力されるビットパタン信号に従って、強度変調することによって、所望のビットパタンの出力光パケット信号を、光出力ポート２１ｂから出力する。ビットパタン信号は、ＲＦ入力信号電圧としてＤＣ結合で光強度変調器２１に供給される。

光強度変調器２１は、制御電圧に対して、図５（ｂ）に示すような、周期的に変化する出力光の透過率特性（トランスファー特性）を示す。制御電圧は、ＤＣバイアス電圧とＲＦ入力信号電圧にわけて与えられ、ＤＣバイアス電圧とＲＦ入力信号電圧が重畳された結果として、光強度変調器２１の最終的な動作点が与えられる。すなわち、光強度変調器２１の動作点は、ＤＣバイアス電圧によって定められた動作点から、ＲＦ入力信号電圧の分だけシフトされた点となる。ＤＣバイアス電圧とＲＦ入力信号電圧、各々に対する半波長電圧は、通常、異なる場合が多いが、図５（ｂ）では、簡単のため、ＤＣバイアス電圧とＲＦ入力信号電圧に対する半波長電圧が同じ値（Ｖπ）であるとし、従って、横軸を制御電圧（ＤＣバイアス電圧＋ＲＦ入力信号電圧）と表示している。

‘１’と ‘０’から成るデジタル信号を生成するために、ＲＦ入力信号電圧の振幅を半波長電圧（Ｖπ）とし、出力‘１’に対応する最大透過率の動作点（ＭＡＸ）と、出力‘０’に対応する最小透過率の動作点（ＭＩＮ）の２点間を、ＲＦ入力信号電圧の印加によって遷移させる動作とする。このとき、光強度変調器２１の動作点の制御を、以下のように行う。

ＤＣバイアス電圧を、最小透過率点（ＭＩＮ）を与える電圧（ＤＣバイアス点１）に設定し、ＲＦ入力信号電圧＝０の時にＭＩＮの動作点となって出力‘０’を出力し、ＲＦ入力信号電圧＝＋Ｖπの時にＭＡＸの動作点となって出力‘１’を出力するように制御する。この制御を実現するために、ＲＦ入力信号電圧をＤＣ結合で与え、その電圧値を、０および＋Ｖπとする。

バイアスコントローラ２５は、ＬＮの温度ドリフトや自発的ドリフトに起因してゆっくりとではあるが意図しない変化を示す光強度変調器２１の動作点を、フィードバック制御して、光強度変調器２１を安定的にＭＩＮおよびＭＡＸの２点間で動作させるための装置である。このために、本光パケット信号生成装置２０は、出力光をタップ（分岐）する光カプラ２７を備えており、タップされた出力光はモニタ光としてバイアスコントローラ２５に供給される。バイアスコントローラ２５は、モニタ光をモニタ信号として処理することによって、光強度変調器２１のＤＣバイアス電圧を、設定電圧、すなわち、最小透過率点（ＭＩＮ）を与える電圧（ＤＣバイアス点１）にフィードバック制御する。

ここまでに述べた構成、すなわち、上記のモニタ光用光源２４を用いることなく、ＣＷ光源２２と、パケットビットパタン信号発生器２３と、ＬＮ光強度変調器２１と、バイアスコントローラ２５と、出力光をタップする部品として通常の光カプラを用いる構成は、図５（ａ）に示すストリーム信号の発生に適した従来の構成と同一である。

本発明では、光パケット信号の安定的な生成を可能とするために、特に、生成する光パケット列のトラフィックロード（パケットとパケット間ギャップ時間の各々の合計の比率）や、パケット内のデータのマーク率が変動する場合においても、バイアスコントローラによって安定的にフィードバック制御された光パケット信号生成装置２０を提供するために、上記のモニタ光用光源２４を以下のように適用する。

すなわち、光強度変調器２１の動作点をモニタするためのモニタ光を生成するモニタ光用光源２４と、その生成するモニタ光を光強度変調器２１に挿入して入力するための光カプラ２６を備える。ここで、モニタ光用光源２４は、生成する光パケット信号の波長と異なる波長（λｍ）のモニタ光を生成するものとし、モニタ光を光強度変調器２１に挿入して入力するための光カプラ２６としてＷＤＭカプラを用いている。ＷＤＭカプラ２６は、ＣＷ光源２２の発する波長λｍ以外の波長の光を損失無く透過して光強度変調器２１に入力すると共に、モニタ光用光源２４の発する波長λｍのモニタ光を損失無く挿入して光強度変調器２１に入力する。

また、光強度変調器２１から出力されるモニタ光と出力光パケット信号から、モニタ光のみを抽出して取り出すために、モニタ光抽出手段として、従来例において用いた光カプラの代わりに、モニタ光を波長選択的に抽出するＷＤＭカプラ２７を用いている。

このとき、モニタ光用光源２４は、パケットビットパタン信号発生器２３の生成するパケット包絡信号を元として、そのパケット包絡信号の反転信号の波形に変調することによって、本装置２０が生成する光パケット信号と光パケット信号の間に存在する、光パケット信号を生成しない時間帯（パケット間ギャップ時間）にのみモニタ光を発生することを特徴とする。

この結果、モニタ光の入力中は、常に、データビットが‘０’（ＲＦ入力信号電圧＝０）であり、あるべき動作点は、ＤＣバイアス電圧が与えるＭＩＮ点となる。従って、バイアスコントローラ２５の設定を、ＭＩＮ点を目標とする設定、すなわち、入力されるモニタ光の強度を最小とするＤＣバイアス電圧にフィードバック制御する指定としておけば、光パケット列のトラフィックロードやパケット内のデータのマーク率に影響されることなく、安定的にＤＣバイアス電圧をＭＩＮ点にフィードバック制御することができる。
換言すると、モニタ光が入力するパケット間ギャップの時間帯においては、光強度変調器２１のあるべき動作点は、常に、ＭＩＮ点で一定であるため、この時間帯に入力されるモニタ光を用いて、ＭＩＮ点を目標とするフィードバック制御を実行すれば、生成する光パケット信号のパケット長やビットパタンに依存することなく、従って、ＲＦ入力信号のビットパタンに影響されることなく、あるべき動作点を実現するＤＣバイアス電圧に正しくフィードバック制御することができる。

このようにＤＣバイアス電圧が正しくフィードバック制御された結果、あるべき動作、すなわち、ＭＩＮ点とＭＡＸ点の２点間を遷移する正しい動作が実現され、ビットパタン信号が指定した通りの‘０’と‘１’から成る出力光パケット信号が正しく生成される。光強度変調器２１の入力側で挿入されたモニタ光は、光強度変調器２１の出力側に配置された前記モニタ光抽出用のＷＤＭカプラ２７によって、波長選択的にバイアスコントローラ２５側へ抽出されるため、モニタ光を含まない出力光パケット信号のみを得ることができる。

以上に説明した本実施形態の光パケット信号生成装置２０による正常動作の様子を、図２に示した各点における波形例を用いて、例を挙げて説明する。図２の（１）〜（４）は図１の（１）〜（４）に対応している。

（２）は、パケットビットパタン信号発生器２３の出力するビットパタン信号の波形であり、ここでは、３つの非同期可変長光パケット（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を生成する、‘０’と‘１’から成るビットパタン波形を示している。
（１）は、モニタ光用光源２４が発生し、光強度変調器２１に入力されるモニタ光の波形である。パケットビットパタン信号発生器２３の出力するパケット包絡信号を元として、そのパケット包絡信号の反転信号の波形に変調することによって、光パケット信号を生成しないパケット間ギャップの時間帯にのみモニタ光を発生している。すなわち、生成する光パケットＰ１またはＰ２またはＰ３の存在する時間帯において、モニタ光の強度はゼロであり、生成する光パケットの存在しない時間帯において、一定強度のモニタ光が発生されている。
（３）は、バイアスコントローラ２５への入力光波形であり、光強度変調器２１から出力されるモニタ光と出力光パケット信号から、ＷＤＭカプラ２７により波長λｍのモニタ光のみが波長選択的に抽出されてバイアスコントローラ２５に入力されている。

このとき、（１）と（２）に示されるように、外部モニタ光の入力される時間帯におけるビットパタンは常に‘０’であり、ＲＦ入力信号電圧は常に０であるため、ＲＦ入力信号電圧によって変調されることなく、ＤＣバイアス電圧のみによって決定される一定の光透過率にて、モニタ光は光強度変調器２１から出力され、バイアスコントローラ２５に入力される。従って、バイアスコントローラ２５が、ＭＩＮ点を目標とする動作、すなわち、入力されるモニタ光の強度を最小とするＤＣバイアス電圧にフィードバック制御する動作を実行することによって、ＲＦ入力信号電圧に影響されることなく、光強度変調器２１のＤＣバイアス電圧を、正しく、ＭＩＮ点を与える電圧（ＤＣバイアス点１）にフィードバック制御することができる。

このフィードバック制御において、パケット内のビットパタンを定義するＲＦ入力信号パタンは一切無関係であるため、ＤＣバイアス電圧を正常値とするためのＤＣバイアス電圧のフィードバック制御が安定的に実行される。（３）には、最小化制御されたモニタ光の波形が示されている。このフィードバック制御の結果、ＤＣバイアス電圧は、ＭＩＮ点を与える正しいＤＣバイアス点１に維持されるため、ＲＦ入力信号電圧＝０の時にＭＩＮの動作点となって出力‘０’を出力し、ＲＦ入力信号電圧＝＋Ｖπの時にＭＡＸの動作点となって出力‘１’を出力する、（４）に示されるような正しい波形を有する出力光パケット信号を得ることができる。

このとき、ＲＦ入力信号電圧をＤＣ結合で与えているため、パケット内のデータのマーク率に依存することなく、（４）に示す正しい波形を得ることができる。

また、トラフィックロードの如何にかかわらず、パケット間ギャップ時間は必ず存在するため、パケット間ギャップ時間帯を利用してその時間帯にのみモニタ光を導入する本発明は、トラフィックロードがダイナミックに変動する場合においても有効である。生成される光パケットと光パケットの間のパケット間ギャップの時間帯において挿入されるモニタ光は、間欠的にではあるが、常に、繰り返して挿入され続けるため、本モニタ光を用いたフィードバック制御は、トラフィックロードが変動する場合においても有効に機能し続け、その結果、（４）に示す正しい波形を有する出力光パケット信号を生成し続けることができる。

以上に説明したように、本実施形態では、光強度変調器のドリフトに起因する意図しない動作点の変化を有する場合においても、安定的にフィードバック制御されて正常に動作する光パケット信号生成装置２０を提供することができる。

＜第２の実施形態＞
図３に、本発明の第２の実施形態に係る光パケット信号生成装置３０の構成を示す。
光パケットの転送経路を光パケット毎に切り替える光パケットスイッチネットワークの構成要素として、波長によって経路を決定する波長ルーティング型の光スイッチが有用である。例えば、ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）をスイッチとして用いて構成した波長ルーティング型の光スイッチは、ノンブロッキング型の光スイッチとして広く利用されている。
この波長ルーティング型の光スイッチを構成するためには、光スイッチに入力される波長可変光パケット信号を生成するための、波長可変光パケット信号生成装置が必要である。具体的には、高速波長可変光源の後段にデータ変調用の光強度変調器を配置した構成において、光パケット毎に波長の異なる光パケットを時間的にシリアルに生成する波長可変光パケット信号生成装置が必要である。
本第２の実施形態は、光強度変調器のドリフトに起因する意図しない動作点の変化に関わらず、安定的に動作する波長可変光パケット信号生成装置３０を提供するものである。

図３に示すように、所望のビットパタンに強度変調された出力光パケット信号を生成するために、本実施形態の光パケット信号生成装置３０は、第１の実施形態と同様に、ＬＮマッハツェンダ干渉計型光強度変調器３１と、パケットビットパタン信号発生器３２と、バイアスコントローラ３３と、波長コントローラ３４と、高速波長可変光源３５と、ＷＤＭカプラ３６（モニタ光抽出手段）を備えている。

光強度変調器３１に入力する光を発生する光源として、ここでは、第１の形態における単一波長のＣＷ光源とは異なり、ＣＷ光の発生源ではあるが、高速に波長を切り替えることの可能な高速波長可変光源３５を備えている。また、本光源３５が発生する光の波長を制御する波長コントローラ３４を合わせて有している。
本光パケット信号生成装置３０は、光強度変調器３１として１０Ｇｂｉｔ／ｓ対応の素子を用い、５０ｎｓ〜１μｓのパケット長を有する１０Ｇｂｉｔ／ｓ非同期可変長・波長可変光パケット信号を生成するものである。

パケットビットパタン信号発生器３２は、生成する光パケット信号のビットパタンを定義するビットパタン信号と、生成する光パケット信号の波長を指定するパケット波長指定信号の、２つの信号を発生する。

ここで、ビットパタン信号は、本装置３０が生成する光パケット信号の内部における‘０’と‘１’から成るデータビット列を指定すると共に、光パケット信号と光パケット信号の間に存在する光パケット信号を生成しない時間帯（パケット間ギャップ時間）における出力データビット‘０’を指定する、第１の実施形態におけるビットパタン信号と同様の信号である。

また、パケット波長指定信号は、本装置３０が生成する各光パケット信号の波長を指定する信号であり、生成する各光パケット信号が持続する時間中において、該光パケット信号の波長を指定する信号として出力されると共に、生成する光パケット信号と光パケット信号の間のパケット間ギャップ時間においては、パケット間ギャップ時間に固有の波長（λｇ）を指定する信号として出力されることを特徴としている。
このパケット波長指定信号に基づいて、波長コントローラ３４により高速波長可変光源３５が制御される結果、高速波長可変光源３５は、生成する各光パケット信号の波長λｐを有し、かつ、該光パケットと同じ持続時間を有する一定強度レベルのＣＷ光（指定された波長を有する矩形状の光）と、パケット間ギャップ時間において発生する、パケット間ギャップ時間に固有の波長（λｇ）を有するＣＷ光（パケット間ギャップ時間に固有の波長を有する矩形状の光）を、交互に発生する。
このとき、生成する光パケット信号の波長λｐは、複数存在するλｇ以外の波長の候補の中から任意に選択されて良いが、パケット間ギャップ時間に固有の波長は、前記光パケット信号の波長となりえる波長とは異なる、ただ一つの固有の波長（λｇ）であることを特徴とする。

第１の実施形態と同様に、光強度変調器３１は、光入力ポート３１ａと光出力ポート３１ｂとＤＣバイアス電圧入力ポート３１ｃとＲＦ入力信号電圧入力ポート３１ｄを備え、光入力ポート３１ａから入力される光を、ＲＦ入力信号電圧入力ポート３１ｄから入力されるビットパタン信号に従って、強度変調することによって、所望のビットパタンの出力光パケット信号を、光出力ポート３１ｂから出力する。ビットパタン信号は、ＲＦ入力信号電圧としてＤＣ結合で光強度変調器３１に供給される。

第１の実施形態と同様に、光強度変調器３１は、制御電圧に対して、図５（ｂ）に示すような、周期的に変化する出力光の透過率特性（トランスファー特性）を示す。制御電圧は、ＤＣバイアス電圧とＲＦ入力信号電圧にわけて与えられ、ＤＣバイアス電圧とＲＦ入力信号電圧が重畳された結果として、光強度変調器３１の最終的な動作点が与えられる。すなわち、光強度変調器３１の動作点は、ＤＣバイアス電圧によって定められた動作点から、ＲＦ入力信号電圧の分だけシフトされた点となる。ＤＣバイアス電圧とＲＦ入力信号電圧、各々に対する半波長電圧は、通常、異なる場合が多いが、図５（ｂ）では、簡単のため、ＤＣバイアス電圧とＲＦ入力信号電圧に対する半波長電圧が同じ値（Ｖπ）であるとし、従って、横軸を制御電圧（ＤＣバイアス電圧＋ＲＦ入力信号電圧）と表示している。

第１の実施形態と同様に、‘１’と ‘０’から成るデジタル信号を生成するために、ＲＦ入力信号電圧の振幅を半波長電圧（Ｖπ）とし、出力‘１’に対応する最大透過率の動作点（ＭＡＸ）と、出力‘０’に対応する最小透過率の動作点（ＭＩＮ）の２点間を、ＲＦ入力信号電圧の印加によって遷移させる動作とする。このとき、光強度変調器３１の動作点の制御を、以下のように行う。

ＤＣバイアス電圧を、最小透過率点（ＭＩＮ）を与える電圧（ＤＣバイアス点１）に設定し、ＲＦ入力信号電圧＝０の時にＭＩＮの動作点となって出力‘０’を出力し、ＲＦ入力信号電圧＝＋Ｖπの時にＭＡＸの動作点となって出力‘１’を出力するように制御する。この制御を実現するために、ＲＦ入力信号電圧をＤＣ結合で与え、その電圧値を、０および＋Ｖπとする。

第１の実施形態と同様に、バイアスコントローラ３３は、ＬＮの温度ドリフトや自発的ドリフトに起因してゆっくりとではあるが意図しない変化を示す光強度変調器３１の動作点を、フィードバック制御して、光強度変調器３１を安定的にＭＩＮおよびＭＡＸの２点間で動作させるための装置である。このために、本光パケット信号生成装置３０は、出力光をタップする光カプラ３６を備えており、タップされた出力光はモニタ光としてバイアスコントローラ３３に供給される。バイアスコントローラ３３は、モニタ光をモニタ信号として処理することによって、光強度変調器３１のＤＣバイアス電圧を、設定電圧、すなわち、最小透過率点（ＭＩＮ）を与える電圧（ＤＣバイアス点１）にフィードバック制御する。

そして、本実施形態では、光パケット信号の安定的な生成を可能とするために、特に、生成する光パケット列のトラフィックロード（パケットとパケット間ギャップ時間の各々の合計の比率）や、パケット内のデータのマーク率が変動する場合においても、バイアスコントローラ３３によって安定的にフィードバック制御された光パケット信号生成装置３０を提供するために、高速波長可変光源３５を以下のように制御する。

すなわち、先に述べたように、高速波長可変光源３５は、生成する各光パケット信号のビットパタンを表すビットパタン信号にタイミングを合わせて、該生成する光パケット信号の波長を有する矩形状の光を発生すると共に、光パケット信号を生成しないパケット間ギャップ時間にタイミングを合わせて、パケット間ギャップ時間に固有の波長（λｇ）を有する矩形状の光を発生する。
このとき、前記パケット間ギャップ時間に固有の波長（λｇ）を有する光を、光強度変調器３１の動作点のモニタ光として用いることを特徴とする。
更に、光強度変調器３１から出力される波長λｇのモニタ光と波長λｇ以外の出力光パケット信号から、波長λｇのモニタ光のみを抽出して取り出すために、モニタ光抽出手段として、モニタ光を波長選択的に抽出するＷＤＭカプラ３６を用いることを特徴とする。

この結果、第１の実施形態と同様に、モニタ光の入力中は、常に、データビットが‘０’（ＲＦ入力信号電圧＝０）であり、あるべき動作点は、ＤＣバイアス電圧が与えるＭＩＮ点となる。従って、バイアスコントローラ３３の設定を、ＭＩＮ点を目標とする設定、すなわち、入力されるモニタ光の強度を最小とするＤＣバイアス電圧にフィードバック制御する指定としておけば、光パケット列のトラフィックロードやパケット内のデータのマーク率に影響されることなく、安定的にＤＣバイアス電圧をＭＩＮ点にフィードバック制御することができる。
換言すると、モニタ光が入力するパケット間ギャップの時間帯においては、光強度変調器３１のあるべき動作点は、常に、ＭＩＮ点で一定であるため、この時間帯に入力されるモニタ光を用いて、ＭＩＮ点を目標とするフィードバック制御を実行すれば、生成する光パケット信号のパケット長やビットパタンに依存することなく、従って、ＲＦ入力信号のビットパタンに影響されることなく、あるべき動作点を実現するＤＣバイアス電圧に正しくフィードバック制御することができる。

このようにＤＣバイアス電圧が正しくフィードバック制御された結果、あるべき動作、すなわち、ＭＩＮ点とＭＡＸ点の２点間を遷移する正しい動作が実現され、ビットパタン信号の指定した通りの‘０’と‘１’から成る出力光パケット信号が、指定された波長にて、正しく生成される。パケット間ギャップ時間に固有の波長（λｇ）を有するモニタ光は、光強度変調器３１の出力側に配置された前記モニタ光抽出用のＷＤＭカプラ３６によって、波長選択的にバイアスコントローラ３３側へ抽出されるため、モニタ光を含まない出力光パケット信号のみを得ることができる。

以上に説明した本実施形態の光パケット信号生成装置３０による正常動作の様子を、図４に示した各点における波形例を用いて、例を挙げて説明する。図４の（１）〜（４）は図３の（１）〜（４）に対応している。

（２）は、パケットビットパタン信号発生器３２の出力する、‘０’と‘１’から成るビットパタン信号の波形であり、ここでは、３つの非同期可変長・可変波長光パケット（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を生成するビットパタン波形を示している。これらのビットパタン波形に同期して、各光パケットの波長を指定するパケット波長指定信号が生成され、波長コントローラ３４に供給されている（パケット波長指定信号は図示していない）。ここでは、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の各光パケットに対して、各々、λ１、λ２、λ３の波長を指定するパケット波長指定信号が供給される。
（１）は、このパケット波長指定信号によって制御された高速波長可変光源３５の出力する光の波形である。光パケット（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）を生成する時間帯にタイミングを合わせて、各々の光パケットの指定波長（λ１、λ２、λ３）を有する矩形状の光が発生され、光パケットを生成しないパケット間ギャップの時間帯において、パケット間ギャップ時間に固有の波長（λｇ）を有する矩形状の光が発生されている。
（３）は、バイアスコントローラ３３への入力光波形であり、光強度変調器３１から出力されるモニタ光（波長：λｇ）と出力光パケット信号（波長：λ１、λ２、λ３）から、ＷＤＭカプラ３６により波長λｇのモニタ光のみが波長選択的に抽出されてバイアスコントローラ３３に入力されている。

このとき、（１）と（２）に示されるように、波長λｇのモニタ光の入力される時間帯におけるビットパタンは常に‘０’であり、ＲＦ入力信号電圧は常に‘０’であるため、ＲＦ入力信号電圧によって変調されることなく、ＤＣバイアス電圧のみによって決定される一定の光透過率にて、モニタ光は光強度変調器３１から出力され、バイアスコントローラ３３に入力される。従って、第１の実施形態と同様に、バイアスコントローラ３３が、ＭＩＮ点を目標とする動作、すなわち、入力されるモニタ光の強度を最小とするＤＣバイアス電圧にフィードバック制御する動作を実行することによって、ＲＦ入力信号電圧に影響されることなく、光強度変調器３１のＤＣバイアス電圧を、正しく、ＭＩＮ点を与える電圧（ＤＣバイアス点１）にフィードバック制御することができる。

このフィードバック制御において、パケット内のビットパタンを定義するＲＦ入力信号パタンは一切無関係であるため、ＤＣバイアス電圧を正常値とするためのＤＣバイアス電圧のフィードバック制御が安定的に実行される。（３）には、第１の実施形態と同様に、最小化制御されたモニタ光の波形が示されている。このフィードバック制御の結果、ＤＣバイアス電圧は、ＭＩＮ点を与える正しいＤＣバイアス点１に維持されるため、ＲＦ入力信号電圧＝０の時にＭＩＮの動作点となって出力‘０’を出力し、ＲＦ入力信号電圧＝＋Ｖπの時にＭＡＸの動作点となって出力‘１’を出力する、（４）に示されるような正しい波形を有する、可変波長出力光パケット信号を得ることができる。

第１の実施形態と同様に、このとき、ＲＦ入力信号電圧をＤＣ結合で与えているため、パケット内のデータのマーク率に依存することなく、（４）に示す正しい波形を得ることができる。
また、第１の形態と同様に、トラフィックロードの如何にかかわらず、正しい波形を有する出力光パケット信号を生成することができる。

以上に説明したように、本実施形態では、光強度変調器のドリフトに起因する意図しない動作点の変化を有する場合においても、安定的にフィードバック制御されて正常に動作する波長可変光パケット信号生成装置３０を提供することができる。

本発明は、短いデータ長を基本単位として時間的に細かく分割された光パケットデータ信号を生成する光パケット信号生成装置に関するものであり、強度変調された光パケットデータ信号を生成するために用いる光強度変調器の動作点を正しく制御して波形の正しい光パケットデータ信号を生成することができる光パケット信号生成装置を提供する場合に適用して有用なものである。

２０ 光パケット信号生成装置
２１ 光強度変調器
２１ａ 光入力ポート
２１ｂ 光出力ポート
２１ｃ ＤＣバイアス電圧入力ポート
２１ｄ ＲＦ入力信号電圧入力ポート
２２ ＣＷ光源
２３ パケットビットパタン信号発生器
２４ モニタ光用光源
２５ バイアスコントローラ
２６，２７ ＷＤＭカプラ
３０ 光パケット信号生成装置
３１ 光強度変調器
３１ａ 光入力ポート
３１ｂ 光出力ポート
３１ｃ ＤＣバイアス電圧入力ポート
３１ｄ ＲＦ入力信号電圧入力ポート
３２ パケットビットパタン信号発生器
３３ バイアスコントローラ
３４ 波長コントローラ
３５ 高速波長可変光源
３６ ＷＤＭカプラ

Claims (6)

1. ビットパタンに強度変調された光パケット信号を生成する光強度変調器を用いた光パケット信号生成装置であって、
   前記光強度変調器に入力されて強度変調される、前記光パケット信号の元となる光を発生する波長可変光源を有し、
   前記波長可変光源は、前記生成する光パケット信号と光パケット信号の間に存在する光パケット信号を生成しない時間帯において、前記生成する光パケット信号と異なる波長の光をモニタ光として発生するものであり、
   該モニタ光は前記光強度変調器に入力される、前記光強度変調器の動作点をモニタするためのモニタ光であり、
   前記光強度変調器から出力される前記モニタ光をモニタ信号として用いて、前記光強度変調器の動作点をモニタし安定化することを特徴とする光パケット信号生成装置。
2. 請求項１に記載の光パケット信号生成装置において、
   前記光強度変調器から出力される前記モニタ光と前記光パケット信号から、波長選択的に前記モニタ光を抽出して取り出すモニタ光抽出手段を有することを特徴とする光パケット信号生成装置。
3. 請求項２に記載の光パケット信号生成装置において、
   前記モニタ光抽出手段は、ＷＤＭカプラであることを特徴とする光パケット信号生成装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の光パケット信号生成装置において、
   前記光強度変調器は、印加電圧によって出力光強度が変化される電圧制御型の光強度変調器であり、
   光パケット信号のビットパタンを定義するビットパタン信号と、生成する光パケットの波長を定義するパケット波長指定信号の、２つの信号を発生するパケットビットパタン信号発生器と、
   前記光強度変調器から出力される前記モニタ光に基づいて、前記光強度変調器に印加するＤＣバイアス電圧をフィードバック制御するバイアスコントローラと、
   前記波長可変光源の波長を制御する波長コントローラとを有し、
   前記パケット波長指定信号は、前記光パケット信号を生成しない時間帯において、前記生成する光パケット信号と異なる波長を指定し、
   前記波長コントローラは、前記パケット波長指定信号に基づいて、前記波長可変光源の波長を制御することを特徴とする光パケット信号生成装置。
5. 請求項４に記載の光パケット信号生成装置において、
   前記ビットパタン信号は、ＤＣ結合のＲＦ入力電圧信号として前記光強度変調器に入力されることを特徴とする光パケット信号生成装置。
6. 請求項５に記載の光パケット信号生成装置において、
   前記バイアスコントローラは、前記モニタ光の強度が最小となるように前記ＤＣバイアス電圧をフィードバック制御することを特徴とする光パケット信号生成装置。

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