JP5757422B2 - 光送信機、及び、光変調器の制御方法 - Google Patents
光送信機、及び、光変調器の制御方法 Download PDFInfo
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Description
一方、マッハツェンダ型光変調器を変調する方式として、2値のデータ信号を3値の入力信号に変換し、3値の入力信号をマッハツェンダ型光変調器に印加して光を変調する光デュオバイナリ方式が知られている。
光デュオバイナリ方式では、一般に、バイアス制御によってバイアス電圧を設定しようとする最適なバイアス点を、マッハツェンダ型光変調器が有する周期的な入出力特性において、出力光電力が最小となるボトム点か、又は、出力光電力が最大となる頂点に設定する。
すなわち本発明は、駆動電圧に対する出力光電力の関係である入出力特性が周期的に変化する特性を有し、印加された3値の入力信号とバイアス電圧に応じて光を変調し光信号として出力する光変調器と、前記バイアス電圧に第1低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第1低周波信号と同じ周波成分と前記第1低周波信号の第1位相差に基づいて、前記バイアス電圧を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第1位相差がゼロであった場合、前記入力信号に第2低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第2低周波信号と同じ周波成分と前記第2低周波信号の第2位相差に基づいて、前記バイアス電圧が最適なバイアス点にあるかを判定し、前記バイアス点が最適なバイアス点にないと判定したとき、前記バイアス電圧にオフセット電圧を加える光送信機を第1の態様とする。
図1は、光送信機10の基本構成を概略的に示したブロック図である。
光送信機10は、光源となるレーザダイオード14と、変調器ドライバ16と、マッハツェンダ型光変調器(光変調器)(以下、「MZ型光変調器」と表記する)12と、光分岐回路22とを備えている。
MCU30は、低周波信号発生器40、乗算器42、LPF(Low Pass Filter)44、反転増幅器46、バイアス制御回路48、スイッチ50、逓倍器(倍率μ)52,逓倍器(倍率ν)54、及び加算器56を備える。なお、これらの構成要素は、実際にハードウェアとしてMCU30内に集積されたものでもよいし、ソフトウェア処理によりその機能が実現されたものであってもよい。
低周波信号発生器40は、変調器ドライバに入力される入力信号Esよりも低周波(例えば、1kHz程度)の低周波信号sを発生する。発生した低周波信号sは、スイッチ50と乗算器42へ出力される。
反転増幅器46は、周波数成分cを論理反転(×−1)し、制御入力値fとしてバイアス制御回路48へ出力する。
スイッチ50の出力先が出口(1)の場合、低周波信号sは逓倍器52を経由して、加算器56に入力される。加算器56は、バイアス制御回路48と接続しており、バイアス制御回路48が出力したバイアス電圧VBに低周波信号sを重畳して、DAC36へ出力する。なお、スイッチ50から低周波信号sが出力されていない場合は、バイアス制御回路48が出力したバイアス電圧VBをそのままDAC36へ出力する。バイアス電圧VBは、DAC36でアナログ化され、バイアス電圧増幅器18で増幅されたのち、MZ型光変調器12に印加される。
以下、判別量dの導出過程について説明する。
導出過程を単純化するため、周期T(=1/f0)の低周波信号s(t)を以下の式(0)で定義する。
(0)s(t)=+1:ただし0≦t<T/2のとき
s(t)= 0:ただしt=T/2のとき
s(t)=−1:ただしT/2<t≦Tのとき
(1)
V±1(t)=VB±(VM+νs(t))
V0 (t)=VB
(2)
P(t)={PMZ(V+1(t))+2PMZ(V0(t))+PMZ(V−1(t))}/4
={1−cos(πVB)cos2(π(VM+νs(t))/2)}/2
(3)
d(VB)=−c(VB)=−1/T∫0 TP(t)s(t)dt
=−1/4・cos(πVB)sin(πVM)sin(πν)
図3は、判別量dを用いてバイアス電圧VBが最適なバイアス点にあるかを判定できる原理を示した図である。このうち、図3(A)は、MZ型光変調器12の一般的な入出力特性(駆動電圧Vに対する出力光電力PMZの関係)を表している。また、図3(B)は、バイアス電圧VBに対する制御誤差eの変化を表し、図3(C)は、バイアス電圧VBに対する判別量dの変化を表している。
図3中(A),(B)の相対関係から、入出力特性上のバイアス点V(=バイアス電圧VB)と制御誤差eとの相対関係が明らかとなる。
すなわち、制御誤差eがゼロとなる点は、入出力特性が最小となるボトム点(図3(A)のB点)と、入出力特性が最大となる頂点(図3(A)のT点)であることが分かる。最適なバイアス点をボトム点(B点)に設定していたとすると、先行技術の問題点として述べたように、制御誤差eがゼロである場合、バイアス電圧VBが正しい位置(B点)にあるのか、間違った位置(T点)にあるのかを判定ができない。
これに対し、図3中(A),(C)の相対関係に着目すると、バイアス電圧VBを正しい位置(B点)で制御している場合は判別量dが正の値となり、間違った位置(T点)で制御している場合は判別量dが負の値になる。これは、判別量dの正負符号からバイアス電圧VBが最適なバイアス点にあるか否かを判定できることを意味している。
以下、MCUが実行する制御フローを説明する。
図4は、MCU30が実行する制御のフローチャートである。
制御誤差eがゼロ(「≒0」)である場合(S14:Yes)、MCU30は、入力信号VMに低周波信号sを重畳する(S16)。
図5は、上述した制御フローの典型的な適用事例を示した図である。図5(A)は、制御を開始したときに、バイアス電圧VBによるバイアス点が最適なバイアス点(B点)から180°位相がずれていた事例を示し、図5(B)は、バイアス電圧VBに電圧「Vπ」が加えられて、バイアス点が最適なバイアス点に移動した事例を示している。
12 MZ型光変調器
14 レーザダイオード
16 変調器ドライバ
18 バイアス電圧増幅器
22 光分岐回路
24 フォトダイオード
30 MCU
40 低周波信号発生器
48 バイアス制御回路
50 スイッチ
Claims (10)
- 駆動電圧に対する出力光電力の関係である入出力特性が周期的に変化する特性を有し、印加された3値の入力信号とバイアス電圧に応じて光を変調し光信号として出力する光変調器と、
前記バイアス電圧に第1低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第1低周波信号と同じ周波成分と前記第1低周波信号の第1位相差に基づいて、前記バイアス電圧を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第1位相差がゼロであった場合、前記入力信号に第2低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第2低周波信号と同じ周波成分と前記第2低周波信号の第2位相差に基づいて、前記バイアス電圧が前記バイアス電圧を設定しようとする最適なバイアス点にあるかを判定し、前記バイアス電圧が最適なバイアス点にないと判定したとき、前記バイアス電圧に所定の電圧を加える
光送信機。 - 前記制御手段は、前記所定の電圧として前記光変調器の半周期の駆動電圧幅に相当する電圧を、前記バイアス電圧に加える
請求項1に記載の光送信機。 - 前記制御手段は、前記第2低周波信号として前記第1低周波信号を用いる
請求項1又は2に記載の光送信機。 - 前記制御手段は、
前記第1低周波信号の重畳先を、前記バイアス電圧又は前記入力信号の間で切り替える動作を行う、
請求項3に記載の光送信機。 - 前記光変調器は、マッハツェンダ型光変調器である
請求項1から4いずれかに記載の光送信機。 - 3値の入力信号を光変調器に印加して光を変調する変調方式を用いる光変調器の制御方法であって、
前記光変調器は、駆動電圧に対する出力光電力の関係である入出力特性が周期的に変化する特性を有し、
前記バイアス電圧に第1低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第1低周波信号と同じ周波成分と前記第1低周波信号の第1位相差に基づいて、前記バイアス電圧を制御し、
前記第1位相差がゼロであった場合、前記入力信号に第2低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第2低周波信号と同じ周波成分と前記第2低周波信号との第2位相差に基づいて、前記バイアス電圧が前記バイアス電圧を設定しようとする最適なバイアス点にあるかを判定し、前記バイアス点が最適なバイアス点にないと判定したとき、前記バイアス電圧に所定の電圧を加える
光変調器の制御方法。 - 前記所定の電圧として前記光変調器の半周期の駆動電圧幅に相当する電圧を、前記バイアス電圧に加える
請求項6に記載の光変調器の制御方法。 - 前記第2低周波信号として前記第1低周波信号を用いる
請求項6又は7に記載の光送信機。 - 前記第1低周波信号の重畳先を、前記バイアス電圧又は前記入力信号の間で切り替える
請求項8に記載の光送信機。 - 前記光変調器は、マッハツェンダ型光変調器である
請求項6から9いずれかに記載の光送信機。
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