JP5789119B2

JP5789119B2 - 光出力モジュール

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Publication number: JP5789119B2
Application number: JP2011093451A
Authority: JP
Inventors: 早紀成澤; 明石　光央; 光央明石; 小暮　太一; 太一小暮; ▲高▼嶋　重弘; 重弘 ▲高▼嶋; 中川　裕史; 裕史中川; 浩二武口
Original assignee: 日本オクラロ株式会社
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2011-04-19
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2031-04-19
Also published as: JP2012227729A

Description

本発明は、光出力モジュールに関する。

インターネットの普及による近年の通信トラフィック増加に伴い、次世代の伝送速度である４０Ｇｂｉｔ／ｓでデータを伝送することの可能な装置の開発が進んでいる。これを受け、既存のＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）伝送システムにおいて、ＯＯＫ（Ｏｎ−ＯｆｆＫｅｙｉｎｇ）方式に代わる変調方式として、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）方式やＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase Shift Keying）方式等の位相変調方式が注目されている。

図３は、ＱＰＳＫ光信号又はＤＱＰＳＫ光信号を出力する光出力モジュール１００の基本構成を例示する図である。光モジュール１００は、光信号を発するレーザ１０２と、位相変調器１０４ａと、位相変調器１０４ｂと、直交用移相器１０６と、バイアス設定回路１０８と、を含む。位相変調器１０４ａ及び位相変調器１０４ｂは、ＤＱＰＳＫ方式又はＱＰＳＫ方式の位相変調を行う位相変調器である。

光出力モジュール１００では、レーザ１０２から発された光信号が２つに分岐され、一方の光信号（以下、第１の光信号と呼ぶ）が位相変調器１０４ａに入力され、他方の光信号（以下、第２の光信号）が位相変調器１０４ｂに入力される。位相変調器１０４ａは、自身に入力される変調信号に基づいて、第１の光信号を位相変調し、位相変調器１０４ｂは、自身に入力される変調信号に基づいて、第２の光信号を位相変調する。

位相変調が施された第２の光信号は直交用移相器１０６に入力され、直交用移相器１０６が、第２の光信号と第１の光信号との位相差をπ／２にするために、第２の光信号の位相をバイアス設定回路１０８から供給されるバイアス電圧に基づいてシフトする。そして、位相変調が施された第１の光信号と、位相変調と位相シフトとが施された第２の光信号と、の合波により生成される合成光信号が出力される。

このような光モジュール１００では、同じバイアス電圧を用いたとしても、第１の光信号と第２の光信号との位相差が周辺温度などの環境に応じて変化する。そこで、位相差がπ／２になるよう位相シフト量を調整するために、バイアス電圧を調整することが行われている（例えば、下記特許文献１）。

特開２００７−８２０９４号公報

図４は、合成光信号のパワーＰと直交用移相器１０６に供給される電圧との関係を例示する図である。縦軸がパワーＰを示し、横軸が直交用移相器１０６に供給される電圧を示している。なお、同図では、合成光信号のパワーＰを電圧として示している。また、直交移相器１０６に供給される電圧がＶ１又はＶ２であるときに、パワーＰが極小になり、直交移相器１０６に供給される電圧がＶ３又はＶ４であるときに、パワーＰが極大になっている。

以下、パワーＰが極小になる電圧Ｖ１及びＶ２を総称して、ロック電圧ＶＡと呼ぶ場合がある。また、パワーＰが極大になる電圧Ｖ３及びＶ４を総称して、誤ロック電圧ＶＢと呼ぶ場合がある。

位相差がπ／２になる場合、合成光信号のパワーＰが極小になることがわかっている。そのため、位相差をπ／２に収束させるためには、バイアス電圧をロック電圧ＶＡへと調整するようにするとよい。

そして、バイアス電圧をロック電圧ＶＡへと調整するためには、以下で説明する方法を採用することが考えられる。

すなわち、図５に示すように、バイアス設定回路１０８に低周波信号であるパイロット信号を供給することにより、バイアス電圧にパイロット信号を付加する。また、光出力モジュール１００に、合成光信号を受光するモニタフォトダイオード１１０（モニタＰＤ）と、検出器１１２と、制御回路１１４と、を備えさせる。検出器１１２は、モニタＰＤ１１０の出力信号に基づいて合成光信号のパワーＰを検出する。

また、制御回路１１４は、検出器１１２が検出したパワーＰに基づいて、パイロット信号の変化によるパワーＰの変化量ΔＰを検出する。図６に、変化量ΔＰを例示した。

また、制御回路１１４は、変化量ΔＰに基づいてバイアス電圧を補正し続ける。具体的には、制御回路１１４は、変化量ΔＰが小さくなるよう、変化量ΔＰに応じた量のバイアス電圧の増加又は減少を選択的に実行する。より詳しくは、制御回路１１４は、パイロット信号の電圧が最大となるときのパワーＰの値「Ｐ１」がパイロット信号の電圧が最小となるときのパワーＰの値「Ｐ２」以上である場合、変化量ΔＰに応じた量のバイアス電圧の増加を実行し、「Ｐ１」が「Ｐ２」未満である場合、変化量ΔＰに応じた量のバイアス電圧の減少を実行する。

図６に示すように、バイアス電圧がロック電圧ＶＡ付近の電圧である場合、変化量ΔＰはわずかしかないので、バイアス電圧の増加量（又は減少量）はわずかとなる。そのため、バイアス電圧は、ロック電圧ＶＡに徐々に近づいていき、バイアス電圧とロック電圧ＶＡとの差がある程度小さくなった後は、ロック電圧ＶＡの近辺で微少変化し続けることとなる。つまり、バイアス電圧がロック電圧ＶＡに収束することとなる。

ところで、初期のバイアス電圧が、パワーＰが極大となる誤ロック電圧ＶＢ付近の電圧に設定された場合を想定する。図６に示すように、バイアス電圧がロック電圧ＶＡ付近の電圧であるときだけでなく、バイアス電圧が誤ロック電圧ＶＢの付近の電圧であるときもまた変化量ΔＰはわずかである。そのため、この場合、比較的長い時間、バイアス電圧が誤ロック電圧ＶＢの近辺に留まり続けてしまい、バイアス電圧がロック電圧ＶＡに収束するまでにかかる時間、すなわち、位相差がπ／２に調整されるまでにかかる時間が長くなる可能性がある。また場合によってはバイアス電圧が誤ロック電圧ＶＢに収束してしまい、位相差をπ／２に調整することができなくなる可能性もある。

本発明の目的は、位相変調される第１の光信号と位相変調される第２の光信号との位相差が所期の位相差に調整されるまでの所要時間、が長くならないようにすることである。

上記目的を達成するために、本発明に係る光出力モジュールは、光源から出力される光信号に基づく第１の光信号を、第１の変調信号に基づいて位相変調する第１の位相変調手段と、前記光源から出力される前記光信号に基づく第２の光信号を、第２の変調信号に基づいて位相変調する第２の位相変調手段と、低周波信号であるパイロット信号を発生するパイロット信号発生手段と、バイアス信号に前記パイロット信号を付加した駆動信号に基づいて、前記第２の光信号の位相をシフトする移相手段と、前記第１の位相変調手段による位相変調が施された前記第１の光信号と、前記第２の位相変調手段による位相変調と前記移相手段による位相シフトとが施された前記第２の光信号と、を合波した光信号である合成光信号、のパワーを検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記パイロット信号による前記合成光信号のパワー変化、の変化量を検出する変化量検出手段と、前記変化量検出手段により検出される変化量が小さくなるように、前記変化量に応じた量の前記バイアス電圧の増加、又は、前記変化量に応じた量の前記バイアス電圧の減少、の選択的な実行を繰り返し行うバイアス電圧制御手段と、を含み、前記合成光信号を出力する光出力モジュールであって、前記バイアス電圧制御手段が、前記検出手段により検出されるパワーが前記所定パワー以上である間、前記変化量に応じた量の前記バイアス電圧の増加又は前記変化量に応じた量の前記バイアス電圧の減少、の選択的な実行を繰り返し行う代わりに、前記バイアス電圧の増加の実行と前記バイアス電圧の減少の実行とのうちの一方を繰り返し行うことを特徴とする。

本発明の実施形態に係る光出力モジュールの構成を例示する図である。本発明の他の実施形態に係る光出力モジュールの構成を例示する図である。光出力モジュールの基本構成を例示する図である。合成光信号のパワーと直交用移相器に供給される電圧との関係を例示する図である。光出力モジュールの構成を例示する図である。変化量ΔＰを例示する図である。

［実施形態１］
以下、本発明を実施するための好適な実施の形態（以下、実施形態１という）を、図面を参照しながら説明する。

図１は、実施形態１に係る光出力モジュール２の構成を例示する図である。同図に示すように、光出力モジュール２は、レーザ４（光源）を備える。レーザ４は、光信号を出力する。

また、光出力モジュール２は、位相変調器６ａ（第１の位相変調手段）と、位相変調器６ｂ（第２の位相変調手段）と、を備える。位相変調器６ａには、第１のデータに対応する第１の変調制御信号（不図示）が入力され、位相変調器６ｂには、第２のデータに対応する第２の変調制御信号（不図示）が入力される。

この光出力モジュール２では、レーザ４から出力される光信号が２つに分岐し、一方の光信号（以下、第１の光信号と記載する）が位相変調器６ａに入力され、他方の光信号（以下、第２の光信号と記載する）が位相変調器６ｂに入力される。位相変調器６ａは、第１の変調制御信号に基づいて第１の光信号を位相変調し、位相変調器６ｂは、第２の変調制御信号に基づいて第２の光信号を位相変調する。なお、位相変調器６ａ及び位相変調器６ｂが行う位相変調は、例えば、ＤＱＰＳＫ方式又はＱＰＳＫ方式の位相変調である。

また、光出力モジュール２は、バイロット信号発生器１２を備える。パイロット信号発生器１２は、一定振幅の低周波信号であるパイロット信号を発生する。

また、光出力モジュール２は、バイアス設定回路１０（バイアス電圧制御手段）を備える。バイアス設定回路１０は、バイアス電圧にパイロット信号を付加し、バイアス電圧にパイロット信号を付加した信号（以下、駆動信号と記載する）を生成する。

また、光出力モジュール２は、直交用移相器８を備える。直交用移相器８は、第１の光信号と第２の光信号との位相差がπ／２になるようにするために、駆動信号に従って、第２の光信号の位相をシフトする。

光出力モジュール２では、位相変調器６ａによる位相変調が施された第１の光信号と、位相変調器６ｂによる位相変調と直交用移相器８による位相シフトとが施された第２の光信号と、が合波され、合成光信号が生成される。光出力モジュール２は、この合成光信号を出力することとなる。

また、光出力モジュール２は、合成光信号を受光するモニタフォトダイオード１４（以下、モニタＰＤ１４）を備える。モニタＰＤ１４は、受光した合成光信号のパワーに応じた電流を出力する。

また、光出力モジュール２は、合成光信号のパワーＰを電圧信号として検出する検出器１６（検出手段）を備える。検出器１６は、モニタＰＤ１４から出力される電流に基づいて、合成光信号のパワーＰを検出し、パワーＰを示す電圧信号を繰り返し出力する。

また、光出力モジュール２は、制御回路１８を備えている。制御回路１８の意義については後述する。

図４は、合成光信号のパワーＰとバイアス電圧との関係を例示する図である。縦軸がパワーＰを示し、横軸がバイアス電圧を示している。図４に示すように、バイアス電圧がロック電圧ＶＡであるＶ１又はＶ２であるときに、パワーＰが極小になり、バイアス電圧が誤ロック電圧ＶＢであるＶ３又はＶ４であるときに、パワーＰが極大になる。また、図６に示すように、バイアス電圧がロック電圧ＶＡ付近にあるとき、バイロット信号の電圧変化によってパワーＰが変化する量（以下、変化量ΔＰと記載する）は微少量となり、バイアス電圧がロック電圧ＶＡ付近にないとき、変化量ΔＰは比較的大きくなる。

第１の光信号と第２の光信号との位相差がπ／２である場合、合成光信号のパワーＰが極小になることがわかっている。従って、バイアス電圧をロック電圧ＶＡへと調整すれば、第１の光信号と第２の光信号との位相差をπ／２に収束させることが可能になる。

バイアス電圧をロック電圧ＶＡに収束させるためには、バイアス電圧とロック電圧ＶＡとの差に応じた補正量でバイアス電圧を増加させたり減少させたりすることが考えられる。すなわち、バイアス電圧がロック電圧ＶＡ未満である場合、バイアス電圧とロック電圧ＶＡとの差が小さいほど少ない増加量でバイアス電圧を増加させ、バイアス電圧がロック電圧ＶＡ以上である場合、バイアス電圧とロック電圧ＶＡとの差が小さいほど少ない減少量でバイアス電圧を減少させることが考えられる。

上述のように、バイアス電圧がロック電圧ＶＡ付近にあるとき、すなわち、バイアス電圧とロック電圧ＶＡとの差が小さいとき、変化量ΔＰは小さい。従って、変化量ΔＰに応じた補正量でバイアス電圧を増加させたり減少させたりすれば、バイアス電圧とロック電圧ＶＡとの差に応じた補正量でバイアス電圧を増加させたり減少させたりすることが可能になり、結果として、バイアス電圧をロック電圧ＶＡに収束させることが可能になると考えられる。

そこで、この光出力モジュール２では、バイアス設定回路１０が、変化量ΔＰに応じた補正量のバイアス電圧の増加、又は、変化量ΔＰに応じた補正量のバイアス電圧の減少、の選択的な実行を繰り返し行うようになっている。すなわち、この光出力モジュール２では、パイロット信号の電圧が最大となるときのパワーＰの値「Ｐ１」（図６参照）がパイロット信号の電圧が最小となるときのパワーＰの値「Ｐ２」以上である場合、変化量ΔＰに応じた補正量分、バイアス電圧を増加させ、「Ｐ１」が「Ｐ２」未満である場合、変化量ΔＰに応じた補正量分、バイアス電圧を減少させるようになっている。

しかしながら、図６に示すように、バイアス電圧が誤ロック電圧ＶＢ付近にあるとき、例えば、パワーＰが２．４ボルト以上であるとき、バイアス電圧がロック電圧ＶＡ付近にあるときと同様に、変化量ΔＰは小さい。そのため、「変化量ΔＰに応じた補正量のバイアス電圧の増加、又は、変化量ΔＰに応じた補正量のバイアス電圧の減少、の選択的な実行」が常に行われるようにすると、例えば初期のバイアス電圧が誤ロック電圧ＶＢ付近の電圧である場合、バイアス電圧が誤ロック電圧ＶＢの近辺に比較的長時間留まり続ける場合がある。そのため、バイアス電圧がロック電圧ＶＡに収束するまでにかかる時間、すなわち、第１の光信号と第２の光信号との位相差がπ／２に調整されるまでにかかる時間が長くなる可能性がある。また場合によってはバイアス電圧が誤ロック電圧ＶＢの近辺にいつまでも留まり続け、位相差をπ／２に調整することができなくなる可能性もある。

そこで、この光出力モジュール２では、バイアス設定回路１０が、パワーＰが２．４ボルト以上である間は、「変化量ΔＰに応じた補正量のバイアス電圧の増加、又は、変化量ΔＰに応じた補正量のバイアス電圧の減少、の選択的な実行」を繰り返し行う代わりに、バイアス電圧の増加の実行を繰り返し行うようになっている。そのため、初期のバイアス電圧が誤ロック電圧ＶＢ付近の電圧ある場合に、バイアス電圧が誤ロック電圧ＶＢの近辺に長時間留まり続けるような事態の発生が抑制されるようになっている。

以下、バイアス設定回路１０を以上のように動作させるための制御回路１８の構成について説明する。

制御回路１８は、比較回路２０と、第１補正電圧出力回路２２と、変化量検出回路２４と、第２補正電圧出力回路２６と、を備える。

比較回路２０は、検出器１６がパワーＰを出力するたびに、パワーＰと予め定められた基準パワー（ここでは、２．４ボルト）とを比較し、比較結果を第１補正電圧出力回路２２及び変化量検出回路２４へと出力する。

変化量検出回路２４は、パワーＰが基準パワー未満である場合、すなわち、バイアス電圧が誤ロック電圧ＶＢ付近の電圧でない場合、変化量ΔＰを検出する。また、検出した変化量ΔＰを平滑化して第２補正電圧出力回路２６に渡す。そして、第２補正電圧出力回路２６が、変化量ΔＰに応じた電圧を有する第２補正信号を生成し、バイアス設定回路１０へと出力する。例えば、第２補正電圧出力回路２６は、変化量ΔＰにループ利得を乗算し、乗算結果に応じた電圧を有する上記第２補正信号を生成し、バイアス設定回路１０へと出力する。

一方、第１補正電圧出力回路は、パワーＰが基準パワー以上である場合、すなわち、バイアス電圧が誤ロック電圧ＶＢ付近の電圧である場合、予め設定された電圧を有する第１補正信号をバイアス設定回路１０へと出力する。

このように、パワーＰが基準パワー未満である場合、変化量Ｐに応じた電圧を有する第２補正信号がバイアス設定回路１０へと出力され、パワーＰが基準パワー以上である場合、予め定められた電圧を有する第１補正信号がバイアス設定回路１０へと出力される。

第１補正信号又は第２補正信号が入力されるたびに、バイアス設定回路１０は、バイアス電圧を補正する。具体的には、第２補正信号が入力された場合、バイアス設定回路１０は、現在のバイアス電圧への第２補正信号の加算、又は、現在のバイアス電圧からの第２補正信号の減算、を選択的に実行する。すなわち、バイアス設定回路１０は、「Ｐ１」（図６参照）が「Ｐ２」（図６参照）以上である場合、現在のバイアス電圧に第２補正信号を加算し、「Ｐ１」が「Ｐ２」未満である場合、現在のバイアス電圧から第２補正信号を減算する。一方、第１補正信号が入力された場合、バイアス設定回路１０は、現在のバイアス電圧に第１補正信号を加算する。第１補正信号の加算は、パワーＰが基準パワー未満になるまで実行され続ける。

ちなみに、以上では、第１補正信号がバイアス電圧に加算されるようになっているが、第１補正信号がバイアス電圧から減算されてもよい。

なお、本発明の実施形態は、以上で説明した実施形態１だけに限らない。

［実施形態２］
図２は、本発明の他の実施形態（以下、実施形態２と呼ぶ）に係る光出力モジュール２の構成を例示する図である。実施形態２では、バイアス設定回路１０は、パワーＰが基準パワー以上であるか否かに関わらず、「変化量ΔＰに応じた補正量のバイアス電圧の増加、又は、変化量ΔＰに応じた補正量のバイアス電圧の減少、の選択的な実行」を常に行い続ける。

但し、実施形態２では、バイアス電圧が誤ロック電圧ＶＢ付近の電圧であるときのバイアス電圧の補正量が小さくなりすぎないようにするために、パイロット信号発生回路１２が、パワーＰに応じてパイロット信号の振幅を変化させる。より詳しくは、パイロット信号発生器１２は、パワーＰが大きいほどパイロット信号の振幅を大きくする。こうすることにより、変化量ΔＰが小さくなりすぎてバイアス電圧の補正量が小さくなりすぎるようなことがないように図るとともに、バイアス電圧が誤ロック電圧ＶＢの近辺に長時間留まり続けるような事態の発生の抑止を図る。

以下、バイアス設定回路１０及びパイロット信号発生器１２を以上のように動作させるための制御回路１８の構成について説明する。

図２に示すように、実施形態２では、比較回路２０及び第１補正電圧発生回路２２が削除される代わりに、制御回路１８にバイロット信号振幅制御回路２８が備えられる。

また実施形態２では、変化量検出回路２４が、パワーＰが基準パワー以上であるか否かに関わらず、パワーＰが制御回路１８に入力されるたびに変化量ΔＰを検出し、検出した変化量ΔＰを平滑化して第２補正電圧出力回路２６に渡す。そのため、実施形態２では、常に、上記第２補正信号がバイアス設定回路１０へと出力されつづける。

また実施形態２では、パイロット信号振幅制御回路２８が、パワーＰが制御回路１８に入力されるたびに、パイロット信号の振幅を制御するための制御信号をパワーＰに基づいて生成し、パイロット信号発生器１２へと出力する。パイロット信号発生器１２は、制御信号に従って、パワーＰが大きいほどパイロット信号の振幅を大きくなるようにパイロット信号の振幅を更新することとなる。

２光出力モジュール、４レーザ、６ａ，６ｂ位相変調器、８直交用移相器、１０バイアス設定回路、１２パイロット信号発生器、１４モニタＰＤ、１６検出器、１８制御回路、２０比較回路、２２第１補正電圧出力回路、２４変化量検出回路、２６第２補正電圧出力回路、２８パイロット信号振幅制御回路。

Claims

光源から出力される光信号に基づく第１の光信号を、第１の変調信号に基づいて位相変調する第１の位相変調手段と、
前記光源から出力される前記光信号に基づく第２の光信号を、第２の変調信号に基づいて位相変調する第２の位相変調手段と、
低周波信号であるパイロット信号を発生するパイロット信号発生手段と、
バイアス信号に前記パイロット信号を付加した駆動信号に基づいて、前記第２の位相変調手段により位相変調された前記第２の光信号の位相をシフトする移相手段と、
前記第１の位相変調手段による位相変調が施された前記第１の光信号と、前記第２の位相変調手段による位相変調と前記移相手段による位相シフトとが施された前記第２の光信号と、を合波した光信号である合成光信号、のパワーを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記パイロット信号による前記合成光信号のパワー変化、の変化量を検出する変化量検出手段と、
前記変化量検出手段により検出される変化量が小さくなるように、前記変化量に応じた量の前記バイアス電圧の増加、又は、前記変化量に応じた量の前記バイアス電圧の減少、の選択的な実行を繰り返し行うバイアス電圧制御手段と、を含み、
前記合成光信号を出力する光出力モジュールであって、
前記バイアス電圧制御手段は、
前記検出手段により検出されるパワーが予め定められた基準パワー以上である間、前記変化量に応じた量の前記バイアス電圧の増加又は前記変化量に応じた量の前記バイアス電圧の減少の選択的な実行を繰り返し行う代わりに、前記バイアス電圧の増加の実行と前記バイアス電圧の減少の実行とのうちの一方を繰り返し行うこと、
を特徴とする光出力モジュール。