JP5687586B2 - マルチフォーマットの光送信装置 - Google Patents

Description

本発明は、光通信システムに用いられるマルチフォーマットの光送信装置に関する。

近年の光通信システムの大容量化・長距離化に伴い、高感度化や多値化が容易で、かつ、光スペクトルの有効活用や長距離伝送特性にも優れる、位相変調を利用したシステムが広く普及し始めている。

これまでにもＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：二位相変位変調）方式やＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ：四位相変位変調）方式が実用化されている。また、多値の強度変調信号を直交位相変調することで、位相情報と振幅情報を組み合わせたＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：直交位相変位変調）方式も活発に研究されている。

一般的なＱＰＳＫ光発生の過程を、図６ａ、図６ｂ、図６ｃ、図６ｄを用いて説明する。図６ａに示すように、ＱＰＳＫ方式に用いる光送信装置は、光源１と第１の位相変調部２ａと第２の位相変調部２ｂとπ／２位相シフト部３とから成るＱＰＳＫ位相変調器１００と、受光素子４と、第１の制御回路５ａと、第２の制御回路５ｂと、第１の変調器ドライバ７ａと、第２の変調器ドライバ７ｂとを備える。ちなみに、第１の位相変調部２ａと第２の位相変調部２ｂは光位相に依存する透過特性を有する。

まず、光源１より出力された光信号が分岐され、第１の位相変調部２ａと第２の位相変調部２ｂに入力される。第１の位相変調部２ａに入力された光信号は第１のデータ信号によって、第２の位相変調部２ｂに入力された光信号は第２のデータ信号によって、それぞれ光位相変調がかけられる。

図６ｂ、図６ｃは、それぞれ第１、第２のＢＰＳＫ位相変調光を説明するグラフである。左下図は、位相変調部を駆動するドライバ出力（変調器ドライバを通過したデータ信号）波形と時間の関係を示したグラフ、左上図は、位相変調部の印加電圧と透過率の関係を示したグラフ、右上図は、左下図のドライバ出力波形と左上図の位相変調部の透過率の関係のときに、位相変調器から出力される光信号の強度と時間の関係を示したグラフ、右下図は信号空間ダイヤグラム（データ信号を２次元の複素平面で表現した図）を示している。これらのグラフのように、第１、第２各々のデータ信号の電圧のピーク値を、位相変調部の透過率最大点のうち近接する２つの点の電圧値と一致させることで、データ信号の‘０’と‘１’に対応して相対光位相が‘０’と‘π’となる２つのＢＰＳＫ光が発生する。

さらに、図６ｃに示すように、π／２位相シフト部３でこれらＢＰＳＫ光の相対位相がπ／２（直交）になるようにしてから２つの光を合波する。

図６ｄは、第１、第２の位相変調光を合波したＱＰＳＫ位相変調光を説明するグラフである。上図は、信号空間ダイヤグラム、下図は、ＱＰＳＫ光位相変調器から出力される光信号の強度と時間の関係を示しているが、これらのグラフのように、前述の合波により光信号の位相状態がπ／４、３π／４、５π／４、７π／４の４値をもつＱＰＳＫ光が生成される。

最近では、図６ａの光送信装置を並列にして、共通の光源を分離して得られる直交偏波光を各々に入力する偏波多重のＱＰＳＫ方式も盛んに研究されている。

このようにＱＰＳＫ方式では、１パルス当たり４相、即ち２ビットの情報を付与できることから、ＢＰＳＫ方式と比較すると、１／２の信号帯域で同じ情報を伝送することが可能である。一方、ＢＰＳＫ方式では、１パルス当たり２相、即ち１ビットの情報しか付与できないが、パルス間の位相差がＱＰＳＫ方式より大きいことから、ＱＰＳＫ方式に比べ、雑音耐力に優れ、高感度な伝送特性が得られる。

こうした特徴の違いから、実際のシステム設計では、伝送距離や伝送容量に応じて伝送方式が使い分けられており、方式に応じて変調器などの光学部品や高速回路なども専用のものが使われている。

ＱＰＳＫ光を正確に生成するためには、２つのＢＰＳＫ光を安定して生成することが重要である。図７（ａ）（ｂ）（ｃ）は、従来の光送信装置のドライバ出力と位相変調部の透過特性及び位相変調部から出力される光信号強度のアイダイヤグラム（信号波形の遷移を多数サンプリングして重ね合わせたグラフ）の関係を示したものであり、それぞれ、左下図は、位相変調部を駆動するドライバ出力波形と時間の関係を示したグラフ、左上図は、位相変調部の印加電圧と透過率の関係を示したグラフ、右上図は、左下図のドライバ出力波形と左上図の位相変調部の透過率の関係のときに、位相変調部から出力される光信号の強度と時間の関係を示したグラフである。図７（ａ）が最適の状態であり、前述の通り、ドライバ出力のピーク値が、２つの近接する透過率最大点の電圧値と一致した状態である。これは、ドライバ出力振幅が、位相変調部の半波長電圧Ｖπの２倍の電圧であり、且つ、その中点の電圧が透過率最小点（以下、ｎｕｌｌ点と記載）の電圧にあるのと等価である。この最適状態の位相変調部の印加電圧を、動作最適点又は単に動作点と呼称する。

この状態では、位相遷移が起きる瞬間にｎｕｌｌ点を通過することで起きる消光状態領域以外は、透過率最大光が出力されるので、位相変調部から出力される光信号のアイダイヤグラムは、図７（ａ）に示すように殆どの時間領域で透過率最大値をとる。

しかし位相変調部には、透過率が時間と共に電圧方向に変動するＤＣドリフトが存在することが知られている。位相変調部の駆動状態を一旦最適に設定しても、このＤＣドリフトによって時間とともに最適点からずれることとなる。

透過率のＤＣドリフトによって生じるアイダイヤグラムの変化の様子を図７（ｂ）と（ｃ）に示す。ＤＣドリフトと共に出力レベルが低下し、ＤＣドリフト量がＶπになると、位相遷移点のみで光出力が現れ、それ以外の殆どの時間領域では消光状態となる。こうした経時変動を抑制するため、図６ａに示すような、受光素子４と第１の制御回路５ａと第２の制御回路５ｂからなる制御ループによって、ドライバ出力中点の電圧が常にｎｕｌｌ点の電圧に一致するよう制御されるのが一般的である。ちなみに、受光素子４と第１の制御回路５ａと第２の制御回路５ｂからなる制御ループをＡＢＣ（Ａｕｔｏ Ｂｉａｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ：自動バイアス制御）回路と呼称することもある。

制御ループの動作について簡単に説明すると、まず、ＱＰＳＫ光を分岐して得られるモニタ光を受光素子４によって光電変換する。変換後の電気信号は分岐され、第１の制御回路５ａと第２の制御回路５ｂにそれぞれ入力される。第１の制御回路５ａと第２の制御回路５ｂは、交互に、位相変調部から出力される光信号の平均強度が最大となるように、第１の位相変調部２ａと第２の位相変調部２ｂのＤＣバイアスを制御するというものである。

図８は、ｎｕｌｌ点の電圧とドライバ出力中点の電圧との差（ΔＶ＝ｎｕｌｌ点電圧−中点電圧）に対する位相変調部から出力される光信号の平均強度との関係である。ＤＣドリフトによって位相変調部の出力は最大透過光レベルから低下するため、位相変調部から出力される光信号の平均強度もＤＣドリフトと共に低下するが、前述のように制御ループがＤＣバイアスを制御することによって、位相変調部から出力される光信号の平均強度は最大となる。

特許第３６７９３２０号公報

光通信装置のコストにおいて光部品の占める割合は依然大きく、伝送方式に応じて専用の構成部品を使い分ける方法を踏襲するのでは量産効果によるコストダウンが期待できない。これに対し、共通の部品で複数の伝送方式に対応できれば、量産効果によるコストダウンが期待できる。

図６ａからも明らかなように、ＱＰＳＫ光を発生させるに当たり、ＱＰＳＫ光位相変調器１００には、ＢＰＳＫ光を作製する位相変調部が２つ用いられているので、このうちの一方だけを使用することができれば、同じ位相変調器でＱＰＳＫ方式とＢＰＳＫ方式の両方に対応できるはずである。

しかし、従来技術に係るＱＰＳＫ光送信装置では、仮に片方の位相変調部にのみデータ信号を入力してＢＰＳＫ光送信装置として用いようとした場合、次のような課題が顕在化する。

データ信号を入力しない位相変調部の制御ループは、データ信号入力の有無に関わらず常に位相変調部の透過率が最大になるよう電圧によって制御してしまう。このため、この透過率最大光が干渉光として、もう一方の位相変調部で生成されたＢＰＳＫ光と合波され、受信装置側での受信感度を劣化させてしまう。

また、データ信号を入力しない位相変調部の制御ループの機能を停止してｎｕｌｌ点に調整したとしても、ＤＣドリフトによって透過光が洩れ出すことになる。このように、ＱＰＳＫ光送信装置に従来から具備される機能を停止させるだけではＢＰＳＫ光送信装置として用いることができない。

本発明は、光送信装置に新たな機構を設けることにより、前述の問題を解決する装置を提供することを目的とする。尚、電気通信において異なる位相変調方式を組み合わせるという先行例がある（特許文献１参照）が、本発明はそれを光通信で行う場合の具体的な制御装置に関する。

上記課題を解決する第１の発明に係る光送信装置は、
外部からの切り替え信号によって、複数のデータフォーマットから、ＱＰＳＫ方式の場合は出力形態を２並列に、ＢＰＳＫ方式の場合は出力形態を直列にするように、任意のフォーマットのデータ信号を選択して出力する機能を有するフレーマと、
光信号の出力を分岐して得られる２つの光信号のそれぞれに、前記データ信号に基づき第１位相変調部及び第２位相変調部によって光位相変調をかけ、当該第１位相変調部及び当該第２位相変調部から出力された２つの前記光信号に所定の相対光位相差を与えた後、合波する構成の光位相変調器と、
前記光位相変調器から出力された前記光信号を分岐して得られるモニタ光信号を光電変換する受光素子と、
前記受光素子からの出力に対し、外部からの切り替え信号によって、ＱＰＳＫ方式の場合は非反転し、ＢＰＳＫ方式の場合は反転する反転回路と、
前記反転回路の出力に基づき前記第１位相変調部の動作点を制御する第１制御回路と、
前記受光素子の出力に基づき前記第２位相変調部の動作点を制御する第２制御回路とを備え、
ＢＰＳＫ方式の場合、前記第１位相変調部への前記データ信号が、確実に遮断され、中点電圧で固定される状態とすることで、
前記光位相変調器の動作点を変更し、前記データフォーマットに最適な前記光位相変調器の動作点制御を実現する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る光送信装置は、
外部からの切り替え信号によって、複数のデータフォーマットから、ＱＰＳＫ方式の場合は出力形態を２並列に、ＢＰＳＫ方式の場合は出力形態を直列にするように、任意のフォーマットのデータ信号を選択して出力する機能を有するフレーマと、
光信号の出力を分岐して得られる２つの光信号のそれぞれに、前記データ信号に基づき第１位相変調部及び第２位相変調部によって光位相変調をかけ、当該第１位相変調部及び当該第２位相変調部から出力された２つの前記光信号に所定の相対光位相差を与えた後、合波する構成の光位相変調器と、
前記光位相変調器から出力された前記光信号を分岐して得られるモニタ光信号を光電変換する受光素子と、
前記受光素子の出力を低周波信号で検波することで微小変調信号を検出する第１同期検波回路及び第２同期検波回路と、
前記第１同期検波回路の出力に対し、外部からの切り替え信号によって、ＱＰＳＫ方式の場合は非反転し、ＢＰＳＫ方式の場合は反転する第１反転回路と、
前記第２同期検波回路の出力に対し、外部からの切り替え信号によって、ＱＰＳＫ方式の場合は非反転し、ＢＰＳＫ方式の場合も非反転する第２反転回路と、
前記第１反転回路の出力に基づき前記第１位相変調部を制御する第１制御回路と、
前記第２反転回路の出力に基づき前記第２位相変調部を制御する第２制御回路と、
前記第１制御回路の出力に前記データ信号と比べて低速な前記低周波信号を加算して前記第１位相変調部に帰還することにより、前記第１位相変調部から出力される前記光信号に前記微小変調をかける第１経路と、
前記第２制御回路の出力に前記データ信号と比べて低速な前記低周波信号を加算して前記第２位相変調部に帰還することにより、前記第２位相変調部から出力される前記光信号に前記微小変調をかける第２経路とを備え、
ＢＰＳＫ方式の場合、前記第１位相変調部への前記データ信号が、確実に遮断され、中点電圧で固定される状態とすることで、
前記光位相変調器の動作点を変更し、前記データフォーマットに最適な前記光位相変調器の動作点制御を実現する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る光送信装置は、
外部からの切り替え信号によって、複数のデータフォーマットから、ＱＰＳＫ方式の場合は出力形態を２並列に、ＢＰＳＫ方式の場合は出力形態を直列にするように、任意のフォーマットのデータ信号を選択して出力する機能を有するフレーマと、
光信号の出力を分岐して得られる２つの光信号のそれぞれに、前記データ信号に基づき第１位相変調部及び第２位相変調部によって光位相変調をかけ、当該第１位相変調部及び当該第２位相変調部から出力された２つの前記光信号に所定の相対光位相差を与えた後、合波する構成の光位相変調器と、
前記光位相変調器から出力された前記光信号を分岐して得られるモニタ光信号を光電変換する受光素子と、
前記受光素子からの出力に対し、外部からの切り替え信号によって、ＱＰＳＫ方式の場合は非反転し、ＢＰＳＫ方式の場合は反転する反転回路と、
前記反転回路の出力に基づき前記第１位相変調部の動作点を制御する第１制御回路と、
前記受光素子の出力に基づき前記第２位相変調部の動作点を制御する第２制御回路と、
前記フレーマの出力部と前記第１位相変調部とを接続する電気経路に設けられ、外部からの切り替え信号によって、ＱＰＳＫ方式の場合は前記第１位相変調部への前記データ信号の遮断を無効に、ＢＰＳＫ方式の場合は当該遮断を有効にする、シャットダウン機能を備えることで、
前記光位相変調器の動作点を変更し、前記データフォーマットに最適な前記光位相変調器の動作点制御を実現する
ことを特徴とする。
また、上記課題を解決する第４の発明に係る光送信装置は、
外部からの切り替え信号によって、複数のデータフォーマットから、ＱＰＳＫ方式の場合は出力形態を２並列に、ＢＰＳＫ方式の場合は出力形態を直列にするように、任意のフォーマットのデータ信号を選択して出力する機能を有するフレーマと、
光信号の出力を分岐して得られる２つの光信号のそれぞれに、前記データ信号に基づき第１位相変調部及び第２位相変調部によって光位相変調をかけ、当該第１位相変調部及び当該第２位相変調部から出力された２つの前記光信号に所定の相対光位相差を与えた後、合波する構成の光位相変調器と、
前記光位相変調器から出力された前記光信号を分岐して得られるモニタ光信号を光電変換する受光素子と、
前記受光素子の出力を低周波信号で検波することで微小変調信号を検出する第１同期検波回路及び第２同期検波回路と、
前記第１同期検波回路の出力に対し、外部からの切り替え信号によって、ＱＰＳＫ方式の場合は非反転し、ＢＰＳＫ方式の場合は反転する第１反転回路と、
前記第２同期検波回路の出力に対し、外部からの切り替え信号によって、ＱＰＳＫ方式の場合は非反転し、ＢＰＳＫ方式の場合も非反転する第２反転回路と、
前記第１反転回路の出力に基づき前記第１位相変調部を制御する第１制御回路と、
前記第２反転回路の出力に基づき前記第２位相変調部を制御する第２制御回路と、
前記第１制御回路の出力に前記データ信号と比べて低速な前記低周波信号を加算して前記第１位相変調部に帰還することにより、前記第１位相変調部から出力される前記光信号に前記微小変調をかける第１経路と、
前記第２制御回路の出力に前記データ信号と比べて低速な前記低周波信号を加算して前記第２位相変調部に帰還することにより、前記第２位相変調部から出力される前記光信号に前記微小変調をかける第２経路と、
前記フレーマの出力部と前記第１位相変調部とを接続する電気経路に設けられ、外部からの切り替え信号によって、ＱＰＳＫ方式の場合は前記第１位相変調部への前記データ信号の遮断を無効に、ＢＰＳＫ方式の場合は当該遮断を有効にする、第１シャットダウン機能と、
前記フレーマの出力部と前記第２位相変調部とを接続する電気経路に設けられ、外部からの切り替え信号によって、ＱＰＳＫ方式の場合は前記第２位相変調部への前記データ信号の遮断を無効に、ＢＰＳＫ方式の場合も当該遮断を無効にする、第２シャットダウン機能とを備えることで、
前記光位相変調器の動作点を変更し、前記データフォーマットに最適な前記光位相変調器の動作点制御を実現する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る光送信装置は、
上記第２又は４の発明に係る光送信装置において、
前記第１制御回路の出力側及び前記第２制御回路の出力側にそれぞれ配置され、前記低周波信号に比べ低速な制御用クロックにより、交互に通過状態と保持状態とが切り替わり、一方が通過状態である期間は、もう一方は通過状態から保持状態に切り替わるタイミングでの制御値を保持する、２つの保持回路を備えることで、
前記低周波信号を発生する低周波発振回路を単一とする
ことを特徴とする。

上記第１の発明に係る光送信装置によれば、位相変調器の動作点を変更し、データフォーマットに最適な光位相変調器の動作点制御を実現することができる。

上記第２の発明に係る光送信装置によれば、さらに、同期検波回路を備えることで、よりデータフォーマットに最適な光位相変調器の動作点制御を実現することができる。

上記第３，４の発明に係る光送信装置によれば、さらに、シャットダウン機能によって光位相変調器へのデータ信号を遮断することで、よりデータフォーマットに最適な光位相変調器の動作点制御を実現することができる。

上記第５の発明に係る光送信装置によれば、さらに、制御ループの出力に加算される低周波信号を発生する低周波発振回路を単一とすることができる。

本発明の実施例１に係る光送信装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１に係る光送信装置のドライバ出力と位相変調部の透過特性及び位相変調部から出力される光信号強度の関係を示したものであり、（ａ）は最適な状態、（ｂ）はｎｕｌｌ点がドライバ出力の中点電圧よりも低い状態、（ｃ）はｎｕｌｌ点がドライバ出力の中点電圧よりも高い状態を示したグラフである。（ａ）（ｂ）（ｃ）共に、左下図は、位相変調部を駆動するドライバ出力波形と時間の関係を示したグラフ、左上図は、位相変調部の印加電圧と透過率の関係を示したグラフ、右上図は、左下図のドライバ出力波形と左上図の位相変調部の透過率の関係のときに、位相変調部から出力される光信号の平均強度と時間の関係を示したグラフである。 本発明の実施例２に係る光送信装置の構成を示すブロック図である。 反転回路の設定による動作点の変更を説明したものであり、（ａ）は非反転設定時、（ｂ）は反転設定時のグラフである。（ａ）（ｂ）共に、上図は、位相変調器から出力される光信号の平均強度と、ドライバ出力の中点電圧とｎｕｌｌ点の電圧の差との関係を示したグラフ、下図は、同期検波出力波形と、ドライバ出力の中点電圧とｎｕｌｌ点の電圧の差との関係を示したグラフである。 本発明の実施例３に係る光送信装置の構成を示すブロック図である。 従来の光送信装置の構成を示すブロック図である。 第１の位相変調部から出力される第１のＢＰＳＫ位相変調光を説明するグラフである。左下図は、位相変調部を駆動するドライバ出力波形と時間の関係を示したグラフ、左上図は、位相変調部の印加電圧と透過率の関係を示したグラフ、右上図は、左下図のドライバ出力波形と左上図の位相変調部の透過率の関係のときに、位相変調器から出力される光信号の強度と時間の関係を示したグラフ、右下図は信号空間ダイヤグラムを示している。 第２の位相変調部から出力された後にπ／２シフト部を通過する第２のＢＰＳＫ位相変調光を説明するグラフである。左下図は、位相変調部を駆動するドライバ出力波形と時間の関係を示したグラフ、左上図は、位相変調部の印加電圧と透過率の関係を示したグラフ、右上図は、左下図のドライバ出力波形と左上図の位相変調部の透過率の関係のときに、位相変調部から出力される光信号の強度と時間の関係を示したグラフ、右下図は信号空間ダイヤグラムを示している。 第１、第２の位相変調光を合波したＱＰＳＫ位相変調光を説明するグラフである。上図は、信号空間ダイヤグラム、下図は、ＱＰＳＫ光位相変調器から出力される光信号の強度と時間の関係を示している。 従来の光送信装置のドライバ出力と位相変調部の透過特性及び位相変調部から出力される光信号強度の関係を示したものであり、（ａ）は最適な状態、（ｂ）はｎｕｌｌ点がドライバ出力の中点電圧よりも低い状態、（ｃ）はｎｕｌｌ点がドライバ出力の最大点と最小点に一致した状態を示したグラフである。（ａ）（ｂ）（ｃ）共に、左下図は、位相変調部を駆動するドライバ出力波形と時間の関係を示したグラフ、左上図は、位相変調部の印加電圧と透過率の関係を示したグラフ、右上図は、左下図のドライバ出力波形と左上図の位相変調部の透過率の関係のときに、位相変調部から出力される光信号の強度と時間の関係を示したグラフである。 ドライバ出力中点と位相変調部の透過ｎｕｌｌ点との差による位相変調部から出力される光信号の平均強度の変化を示すグラフである。

以下、本発明に係る光送信装置を、実施例により図面を用いて説明する。

本発明の実施例１に係る光送信装置は図１に示すように、従来技術と同様、光源１１と第１の位相変調器１２ａと第２の位相変調器１２ｂとπ／２シフト器１３とから成るＱＰＳＫ光位相変調器２００と、受光素子１４と、第１の制御回路１５ａと、第２の制御回路１５ｂと、第１の変調器ドライバ１７ａと、第２の変調器ドライバ１７ｂとを備える（光源１１は図６における光源１と同一である。他も同様である）。

まず、光源１１からの光信号が２つに分岐されて第１の位相変調部１２ａと第２の位相変調部１２ｂに入力されるようになっており、第１の位相変調部１２ａには第１のデータ信号が、第２の位相変調部１２ｂには第２のデータ信号が加わることにより、各光信号に光位相変調がかけられる。その後、第１の位相変調部１２ａから出力された光信号はπ／２位相シフト部１３において位相がπ／２シフトされ、第２の位相変調部１２ｂから出力された光信号と合波されて、ＱＰＳＫ光が生成される。当該ＱＰＳＫ光を分岐して得られるモニタ光は受光素子１４によって光電変換される。変換後の電気信号は分岐され、第１の制御回路１５ａと第２の制御回路１５ｂに入力される。第１の制御回路１５ａと第２の制御回路１５ｂは、交互に、光信号出力の平均強度が最大となるように、第１の位相変調部１２ａと第２の位相変調部１２ｂのＤＣバイアスを制御する。ここまでは従来技術と同様である。

ここで、本発明の実施例１に係る光送信装置は、第１の位相変調部１２ａと第２の位相変調部１２ｂに入力されるデータ信号の出力形態を、２並列か直列かに切り替えられる機能を持つフレーマ１６を備える。フレーマ１６は複数のデータフォーマットから任意のフォーマットのデータ信号を選択して出力する機能を有する。また、第１の変調器ドライバ１７ａと第１の位相変調部１２ａの間にはシャットダウン部１８が設けられている。

さらに、受光素子１４と第１の制御回路１５ａの間に反転回路１９を設ける。すると、第１の制御回路１５ａに入力される電気信号は、当該回路１５ａの前に反転回路１９に入力されることになる。

本装置をＱＰＳＫ方式に用いる場合、外部からの切り替え信号によってフレーマ１６出力形態を２並列に、シャットダウン部１８を無効に、そして反転回路１９を非反転に設定する。この設定により、従来技術と変わらず、２つの制御回路は、位相変調部から出力される光信号の平均強度が最大となるよう、第１の位相変調部１２ａと第２の位相変調部１２ｂのＤＣバイアスを交互に制御することができる。

次に、本装置をＢＰＳＫ方式に用いる場合は、切り替え信号によってフレーマ１６出力形態を直列に（第１のデータ信号出力が無出力）、シャットダウン部１８を有効に、反転回路１９を反転設定にする。この設定により、直列信号（第２のデータ信号）が入力される第２の位相変調部１２ｂについては通常の光信号出力の平均強度が最大となる制御を行う。

一方このとき、ドライバ出力の無い第１の位相変調部１２ａは、光電変換後の電気信号が反転された信号を基にＤＣバイアス制御がなされる。図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本装置のドライバ出力と位相変調部の透過特性及び位相変調部から出力される光信号強度の関係を示したものであり、それぞれ、左下図は、位相変調部を駆動するドライバ出力波形と時間の関係を示したグラフ、左上図は、位相変調部の印加電圧と透過率の関係を示したグラフ、右上図は、左下図のドライバ出力波形と左上図の位相変調部の透過率の関係のときに、位相変調部から出力される光信号の平均強度と時間の関係を示したグラフである。ドライバ出力の電圧が中点電圧に固定されているため、位相変調部から出力される光信号の平均強度も一定となる。当該強度は、前述のように、通常はドライバ出力が透過最大点に一致すれば最大に、ｎｕｌｌ点に一致すれば最小になるが、今は反転回路１９が反転設定となっているため、第１の制御回路１５ａに伝えられる情報は反転情報となる。すなわち、ドライバ出力が透過率最大点の電圧に一致している場合はｎｕｌｌ点として、ｎｕｌｌ点に一致している場合は透過率最大点として伝えられる。これにより、第１の位相変調部１２ａのＤＣバイアスはｎｕｌｌ点の電圧に制御される。

つまり、シャットダウン機能によって一方のデータ信号を遮断し、当該データ信号を送信する配線が接続されている位相変調部の、制御ループの反転回路を反転設定として、当該位相変調部の透過率を最小点に固定させ、残る一方のデータ信号によって生成された光出力信号の振幅調整を行うということである。

このようにして、ドライバ出力の無い第１の位相変調部１２ａからの光信号出力を消光させることが出来る結果、ＢＰＳＫ方式に適用しても光の干渉などによる特性劣化が生じない。

本発明の実施例１に係る装置は、光源１１から第１の位相変調部１２ａ、第２の位相変調部１２ｂへ出力された光信号が、データ信号と同期したクロックでパルス変調された光パルス信号でも同様の効果が得られる。

また、本装置をＢＰＳＫ方式に用いる場合に、フレーマ１６からのデータ信号が確実に遮断され、且つ、ドライバ出力も中点で固定されるのであれば、シャットダウン部１８は省略できる。

尚、本発明の実施例１に係る装置では、図１に示すようにπ／２位相シフト部１３が接続されている側の位相変調部を第１の位相変調部１２ａとし、当該位相変調部１２ａ側の回路にシャットダウン部１８と反転回路１９が接続されているが、当然、シャットダウン部１８と反転回路１９を第２の位相変調部１２ｂ側の回路に接続することも可能である。但し、その場合はπ／２位相シフト部１３が接続されている側の位相変調部でＢＰＳＫ光を生成することになる。

ちなみに、本発明の実施例１に係る装置では、単体のＱＰＳＫ光位相変調器２００について述べたが、光源１１からの光を偏波分離し各々の分岐光に２つのＱＰＳＫ光位相変調器２００を接続する偏波多重ＱＰＳＫ方式にも適用が可能である。

本発明の実施例２に係る光送信装置は、実施例１に係る装置に同期検波の動作を付与したものである。

本装置は図３に示すように、実施例１に係る装置と同様、光源２１と第１の位相変調部２２ａと第２の位相変調部２２ｂとπ／２シフト器２３とから成るＱＰＳＫ光位相変調器３００と、受光素子２４と、第１の制御回路２５ａと、第２の制御回路２５ｂと、第１の変調器ドライバ２７ａと、第２の変調器ドライバ２７ｂと、フレーマ２６とを備える（光源２１は図１における光源１１と同一である。他も同様である）。

実施例１に係る装置との装置構成の差分は、本装置には、データ信号より十分低速な低周波信号を発信する第１の低周波発振回路３１ａと、同じく第２の低周波発振回路３１ｂが具備され、各々の出力が、第１の制御回路２５ａと第２の制御回路２５ｂの出力に加算されて第１の位相変調部２２ａと第２の位相変調部２２ｂにそれぞれ印加されていること、また、受光素子２４出力を各々の低周波信号で同期検波する第１の同期検波回路３０ａと第２の同期検波回路３０ｂが具備されていること、そして、第１の変調器ドライバ２７ａと第１の位相変調部２２ａの間と、第２の変調器ドライバ２７ｂと第２の位相変調部２２ｂの間に、それぞれ第１のシャットダウン部２８ａ、第２のシャットダウン部２８ｂが具備されていること、さらに、第１の反転回路２９ａと第２の反転回路２９ｂを備え、第１の反転回路２９ａは第１の同期検波回路３０ａと第１の制御回路２５ａの間に、第２の反転回路２９ｂは第２の同期検波回路３０ｂと第２の制御回路２５ｂの間にそれぞれ配置されていることである。

ドライバ出力の中点電圧とｎｕｌｌ点の電圧との差ΔＶと同期検波出力特性の関係を図４（ａ）（ｂ）に示す。それぞれ上図は位相変調部から出力される光信号の平均強度と、ドライバ出力の中点電圧とｎｕｌｌ点の電圧の差との関係を示したグラフであるが、この図からもわかるように、動作最適点であるΔＶ＝０では位相変調部から出力される光信号の平均強度は最大となり、同期検波出力が正から負に右下がりの反転をする（図４（ａ）下図）。従来技術では、第１の制御回路２５ａと第２の制御回路２５ｂはこの右肩下がりの零点を目標として制御を行う。

しかし、この同期検波特性を第１の反転回路２９ａと第２の反転回路２９ｂによって反転させると、第１の制御回路２５ａと第２の制御回路２５ｂはやはり右肩下がりの零点を目標として制御を行うが、これによって固定するのは位相変調部から出力される光信号の平均強度の最大点ではなく、最小点である（図４（ｂ）下図）。

以上のことから、本装置をＱＰＳＫ方式に用いる場合は、外部からの切り替え信号によってフレーマ２６出力形態を２並列に、第１のシャットダウン部２８ａと第２のシャットダウン部２８ｂを無効に、そして第１の反転回路２９ａと第２の反転回路２９ｂを非反転に設定すれば、第１の制御回路２５ａと第２の制御回路２５ｂは、位相変調部からの光信号出力の平均強度が最大、すなわちＤＣバイアスが最適となるよう、第１の位相変調部２２ａと第２の位相変調部２２ｂのＤＣバイアスを交互に制御する。

そして、本装置をＢＰＳＫ方式に用いる場合は、切り替え信号によってフレーマ１６出力を直列に（第１のデータ信号が無出力）、第１のシャットダウン部２８ａを有効に、第１の反転回路２９ａを反転設定にする。この設定では、第１の位相変調部２２ａは図４（ｂ）下図に示した通りｎｕｌｌ点に制御される。

このようにして、ドライバ出力の無い位相変調部から出力される光信号を消光させることが出来る結果、ＢＰＳＫ方式に適用しても光の干渉などによる特性劣化が生じない。

ちなみに、本発明の実施例２に係る装置では、単体のＱＰＳＫ光位相変調器３００について述べたが、光源２１からの光を偏波分離し各々の分岐光に２つのＱＰＳＫ光位相変調器３００を接続する偏波多重ＱＰＳＫ方式にも適用が可能である。

本発明の実施例３に係る光送信装置は図５に示すように、実施例２に係る装置と同様、光源４１と第１の位相変調部４２ａと第２の位相変調部４２ｂとπ／２シフト器４３とから成るＱＰＳＫ光位相変調器４００と、受光素子４４と、第１の制御回路４５ａと、第２の制御回路４５ｂと、第１の変調器ドライバ４７ａと、第２の変調器ドライバ４７ｂと、フレーマ４６と、第１のシャットダウン部４８ａと、第２のシャットダウン部４８ｂと、第１の反転回路４９ａと、第２の反転回路４９ｂとを備える（光源４１は、図３における光源２１と同一である。他も同様である）。

実施例２に係る装置との差分は、データ信号より十分低速な低周波信号を発信する低周波発振回路５１と同期検波回路５０がそれぞれ１つだけである点と、第１の制御回路４５ａと第２の制御回路４５ｂの出力部に第１の保持回路５３ａと第２の保持回路５３ｂを配置し、低周波信号に比べ低速な周波数制御用クロック５２によって交番的に制御信号の通過と保持を行う点である。

また、前述の実施例１又は実施例２に係る装置と同様に、ＱＰＳＫ方式かＢＰＳＫ方式かに応じて、切り替え信号によってシャットダウン機能と反転回路の設定を行う。

その後、第１の位相変調部４２ａのＤＣバイアスを制御する場合は第１の保持回路５３ａを通過にし、第２の保持回路５３ｂは保持状態に、そして第２の位相変調部４２ｂのＤＣバイアスを制御する場合は第２の保持回路５３ｂを通過にし、第１の保持回路５３ａは保持状態にすることを交番的に繰り返す。すなわち、反転設定の制御ループと非反転設定の制御ループを交互に動作させ、一方が動作している期間は、もう一方の制御ループは制御が切り替わるタイミングでの制御値を保持する。

これにより、本発明の実施例３に係る光送信装置は、単一の低周波発振回路５１のみでＱＰＳＫ方式とＢＰＳＫ方式のどちらの制御にも対応することが可能である。

ちなみに、本発明の実施例３に係る装置では、単体のＱＰＳＫ光位相変調器４００について述べたが、光源４１からの光を偏波分離し各々の分岐光に２つのＱＰＳＫ光位相変調器４００を接続する偏波多重ＱＰＳＫ方式にも適用が可能である。

本発明は、光通信システムに用いられるマルチフォーマットの光送信装置として好適である。

１，１１，２１，４１ 光源
２ａ，１２ａ，２２ａ，４２ａ 第１の位相変調部
２ｂ，１２ｂ，２２ｂ，４２ｂ 第２の位相変調部
３，１３，２３，４３ π／２位相シフト部
４，１４，２４，４４ 受光素子
５ａ，１５ａ，２５ａ，４５ａ 第１の制御回路
５ｂ，１５ｂ，２５ｂ，４５ｂ 第２の制御回路
１６，２６，４６ フレーマ
７ａ，１７ａ，２７ａ，４７ａ 第１の変調器ドライバ
７ｂ，１７ｂ，２７ｂ，４７ｂ 第２の変調器ドライバ
１８ シャットダウン部
２８ａ，４８ａ 第１のシャットダウン部
２８ｂ，４８ｂ 第２のシャットダウン部
１９ 反転回路
２９ａ，４９ａ 第１の反転回路
２９ｂ，４９ｂ 第２の反転回路
３０ａ 第１の同期検波回路
３０ｂ 第２の同期検波回路
３１ａ 第１の低周波信号発振回路
３１ｂ 第２の低周波信号発振回路
５０ 同期検波回路
５１ 低周波信号発生器
５２ 制御用クロック
５３ａ 第１の保持回路
５３ｂ 第２の保持回路
１００，２００，３００，４００ ＱＰＳＫ光位相変調器

Claims (5)

1. 外部からの切り替え信号によって、複数のデータフォーマットから、ＱＰＳＫ方式の場合は出力形態を２並列に、ＢＰＳＫ方式の場合は出力形態を直列にするように、任意のフォーマットのデータ信号を選択して出力する機能を有するフレーマと、
   光信号の出力を分岐して得られる２つの光信号のそれぞれに、前記データ信号に基づき第１位相変調部及び第２位相変調部によって光位相変調をかけ、当該第１位相変調部及び当該第２位相変調部から出力された２つの前記光信号に所定の相対光位相差を与えた後、合波する構成の光位相変調器と、
   前記光位相変調器から出力された前記光信号を分岐して得られるモニタ光信号を光電変換する受光素子と、
   前記受光素子からの出力に対し、外部からの切り替え信号によって、ＱＰＳＫ方式の場合は非反転し、ＢＰＳＫ方式の場合は反転する反転回路と、
   前記反転回路の出力に基づき前記第１位相変調部の動作点を制御する第１制御回路と、
   前記受光素子の出力に基づき前記第２位相変調部の動作点を制御する第２制御回路とを備え、
   ＢＰＳＫ方式の場合、前記第１位相変調部への前記データ信号が、確実に遮断され、中点電圧で固定される状態とすることで、
   前記光位相変調器の動作点を変更し、前記データフォーマットに最適な前記光位相変調器の動作点制御を実現する
   ことを特徴とする光送信装置。
2. 外部からの切り替え信号によって、複数のデータフォーマットから、ＱＰＳＫ方式の場合は出力形態を２並列に、ＢＰＳＫ方式の場合は出力形態を直列にするように、任意のフォーマットのデータ信号を選択して出力する機能を有するフレーマと、
   光信号の出力を分岐して得られる２つの光信号のそれぞれに、前記データ信号に基づき第１位相変調部及び第２位相変調部によって光位相変調をかけ、当該第１位相変調部及び当該第２位相変調部から出力された２つの前記光信号に所定の相対光位相差を与えた後、合波する構成の光位相変調器と、
   前記光位相変調器から出力された前記光信号を分岐して得られるモニタ光信号を光電変換する受光素子と、
   前記受光素子の出力を低周波信号で検波することで微小変調信号を検出する第１同期検波回路及び第２同期検波回路と、
   前記第１同期検波回路の出力に対し、外部からの切り替え信号によって、ＱＰＳＫ方式の場合は非反転し、ＢＰＳＫ方式の場合は反転する第１反転回路と、
   前記第２同期検波回路の出力に対し、外部からの切り替え信号によって、ＱＰＳＫ方式の場合は非反転し、ＢＰＳＫ方式の場合も非反転する第２反転回路と、
   前記第１反転回路の出力に基づき前記第１位相変調部を制御する第１制御回路と、
   前記第２反転回路の出力に基づき前記第２位相変調部を制御する第２制御回路と、
   前記第１制御回路の出力に前記データ信号と比べて低速な前記低周波信号を加算して前記第１位相変調部に帰還することにより、前記第１位相変調部から出力される前記光信号に前記微小変調をかける第１経路と、
   前記第２制御回路の出力に前記データ信号と比べて低速な前記低周波信号を加算して前記第２位相変調部に帰還することにより、前記第２位相変調部から出力される前記光信号に前記微小変調をかける第２経路とを備え、
   ＢＰＳＫ方式の場合、前記第１位相変調部への前記データ信号が、確実に遮断され、中点電圧で固定される状態とすることで、
   前記光位相変調器の動作点を変更し、前記データフォーマットに最適な前記光位相変調器の動作点制御を実現する
   ことを特徴とする光送信装置。
3. 外部からの切り替え信号によって、複数のデータフォーマットから、ＱＰＳＫ方式の場合は出力形態を２並列に、ＢＰＳＫ方式の場合は出力形態を直列にするように、任意のフォーマットのデータ信号を選択して出力する機能を有するフレーマと、
   光信号の出力を分岐して得られる２つの光信号のそれぞれに、前記データ信号に基づき第１位相変調部及び第２位相変調部によって光位相変調をかけ、当該第１位相変調部及び当該第２位相変調部から出力された２つの前記光信号に所定の相対光位相差を与えた後、合波する構成の光位相変調器と、
   前記光位相変調器から出力された前記光信号を分岐して得られるモニタ光信号を光電変換する受光素子と、
   前記受光素子からの出力に対し、外部からの切り替え信号によって、ＱＰＳＫ方式の場合は非反転し、ＢＰＳＫ方式の場合は反転する反転回路と、
   前記反転回路の出力に基づき前記第１位相変調部の動作点を制御する第１制御回路と、
   前記受光素子の出力に基づき前記第２位相変調部の動作点を制御する第２制御回路と、
   前記フレーマの出力部と前記第１位相変調部とを接続する電気経路に設けられ、外部からの切り替え信号によって、ＱＰＳＫ方式の場合は前記第１位相変調部への前記データ信号の遮断を無効に、ＢＰＳＫ方式の場合は当該遮断を有効にする、シャットダウン機能を備えることで、
   前記光位相変調器の動作点を変更し、前記データフォーマットに最適な前記光位相変調器の動作点制御を実現する
   ことを特徴とする光送信装置。
4. 外部からの切り替え信号によって、複数のデータフォーマットから、ＱＰＳＫ方式の場合は出力形態を２並列に、ＢＰＳＫ方式の場合は出力形態を直列にするように、任意のフォーマットのデータ信号を選択して出力する機能を有するフレーマと、
   光信号の出力を分岐して得られる２つの光信号のそれぞれに、前記データ信号に基づき第１位相変調部及び第２位相変調部によって光位相変調をかけ、当該第１位相変調部及び当該第２位相変調部から出力された２つの前記光信号に所定の相対光位相差を与えた後、合波する構成の光位相変調器と、
   前記光位相変調器から出力された前記光信号を分岐して得られるモニタ光信号を光電変換する受光素子と、
   前記受光素子の出力を低周波信号で検波することで微小変調信号を検出する第１同期検波回路及び第２同期検波回路と、
   前記第１同期検波回路の出力に対し、外部からの切り替え信号によって、ＱＰＳＫ方式の場合は非反転し、ＢＰＳＫ方式の場合は反転する第１反転回路と、
   前記第２同期検波回路の出力に対し、外部からの切り替え信号によって、ＱＰＳＫ方式の場合は非反転し、ＢＰＳＫ方式の場合も非反転する第２反転回路と、
   前記第１反転回路の出力に基づき前記第１位相変調部を制御する第１制御回路と、
   前記第２反転回路の出力に基づき前記第２位相変調部を制御する第２制御回路と、
   前記第１制御回路の出力に前記データ信号と比べて低速な前記低周波信号を加算して前記第１位相変調部に帰還することにより、前記第１位相変調部から出力される前記光信号に前記微小変調をかける第１経路と、
   前記第２制御回路の出力に前記データ信号と比べて低速な前記低周波信号を加算して前記第２位相変調部に帰還することにより、前記第２位相変調部から出力される前記光信号に前記微小変調をかける第２経路と、
   前記フレーマの出力部と前記第１位相変調部とを接続する電気経路に設けられ、外部からの切り替え信号によって、ＱＰＳＫ方式の場合は前記第１位相変調部への前記データ信号の遮断を無効に、ＢＰＳＫ方式の場合は当該遮断を有効にする、第１シャットダウン機能と、
   前記フレーマの出力部と前記第２位相変調部とを接続する電気経路に設けられ、外部からの切り替え信号によって、ＱＰＳＫ方式の場合は前記第２位相変調部への前記データ信号の遮断を無効に、ＢＰＳＫ方式の場合も当該遮断を無効にする、第２シャットダウン機能とを備えることで、
   前記光位相変調器の動作点を変更し、前記データフォーマットに最適な前記光位相変調器の動作点制御を実現する
   ことを特徴とする光送信装置。
5. 前記第１制御回路の出力側及び前記第２制御回路の出力側にそれぞれ配置され、前記低周波信号に比べ低速な制御用クロックにより、交互に通過状態と保持状態とが切り替わり、一方が通過状態である期間は、もう一方は通過状態から保持状態に切り替わるタイミングでの制御値を保持する、２つの保持回路を備えることで、
   前記低周波信号を発生する低周波発振回路を単一とする
   ことを特徴とする請求項２又は４に記載の光送信装置。

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