JP6449586B2 - 変調器のバイアス制御回路、変調器のバイアス制御方法、および光変調装置 - Google Patents

Description

本発明は、変調器のバイアス制御回路、変調器のバイアス制御方法、および光変調装置に関し、特に変調信号に応じて光変調して出力する変調器のバイアス制御に関する。

光変調装置では、光変調器のＤＣ(Direct Current)ドリフトや温度ドリフトの現象が知られている。ドリフトの影響が小さくなるよう光変調器の動作点を制御する目的で、光変調器の光出力をモニタして、光変調器へ印加するバイアス電圧をフィードバック制御することが行われている。

特許文献１は、アナログ信号を光パルス位置変調信号に変換するシステムに関するものである。特許文献１には、アナログ信号を受信し、このアナログ信号を周波数変調された信号に変換し、周波数変調された信号によって連続波光源の発生する光を変調して光パルス位置変調された信号を生成することが、提案されている。

特許文献２では、パルス位置変調におけるオン／オフ位置を反転させた反転パルス位置変調処理を通信データシーケンスに対して施して、反転パルス位置変調信号を適用した光通信を行うことが提案されている。

特許文献３は、パルス位置変調を行う光変調回路および光変調方法に関するものである。特許文献３では、搬送波の波長が互いに異なる第１〜第４の波長の連続光である第１〜第４の単一波長信号をそれぞれ生成している。さらに特許文献３では、ｎビットの情報に一対一に対応して、第１〜第２ｎの単一波長信号のいずれかを入力光信号として選択して、選択された入力光信号を出力している。さらに特許文献３では、光変調器が、入力光信号から搬送波の波長が第１〜第２ｎの波長のいずれかである光パルスを一定の時間間隔で並べた光パルス信号を生成している。さらに特許文献３では、遅延部が、搬送波の波長が第１〜第２ｎの波長の光パルスのそれぞれに異なる遅延時間の遅延を与えて、パルス位置変調信号を得ている。

特開２００１−３２０３３３号公報 特開２００４−７２３６５号公報 特開２００７−１６６２６８号公報

しかしながら、背景技術の変調器では、変調器に入力されるマーク率が50%から離れるとバイアス制御の精度が悪化していた。

これまでの光信号の伝送では、マーク率がほぼ50%になることが保障された伝送方式であったが、パルス位置変調(PPM: Pulse Position Modulation)方式などでは、光信号のマーク率が50%より離れる。光信号のマーク率が50%より離れるため、背景技術のバイアス制御方式を用いたのでは、精度が劣化するという課題があった。

本発明の目的は、変調器に入力される波形のマーク率によらず精度の良いバイアス制御を可能とする、変調器のバイアス制御回路、変調器のバイアス制御方法、および光変調装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明に係る変調器のバイアス制御回路は、パルス状信号を変調信号に応じて光変調して出力する変調器のバイアス制御回路であって、
上記パルス状信号にＣＷ(Continuous Wave)光を多重化して上記変調器に入力する多重化手段と、
上記変調器の出力から上記ＣＷ光に対応する成分を抽出し、抽出された上記ＣＷ光に対応する成分に応じて上記変調器へのバイアス電圧を制御するバイアス制御手段と、を有する。

本発明に係る変調器のバイアス制御方法は、パルス状信号を変調信号に応じて光変調して出力する変調器のバイアス制御方法であって、
上記パルス状信号にＣＷ(Continuous Wave)光を多重化して上記変調器に入力し、
上記変調器の出力から上記ＣＷ光に対応する成分を抽出し、抽出された上記ＣＷ光に対応する成分に応じて上記変調器へのバイアス電圧を制御する。

本発明に係る光変調装置は、パルス状信号を出力する光源と、上記光源の出力にＣＷ(Continuous Wave)光を多重化して出力する多重化手段と、上記多重化手段の出力を変調信号に応じて光変調して出力する変調器と、上記変調器の出力から上記ＣＷ光に対応する成分を抽出し、抽出したパルス状信号に基づいて上記変調器へのバイアス電圧を制御するバイアス制御回路と、を有する。

本発明によれば、変調器に入力される波形のマーク率によらず精度の良いバイアス制御を可能となる。

本発明の一実施形態による光変調装置、変調器のバイアス制御回路、変調器のバイアス制御方法を説明するためのブロック図である。 図１の光変調装置の動作を説明するための波形図である。

本発明の好ましい実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による光変調装置、変調器のバイアス制御回路、変調器のバイアス制御方法を説明するためのブロック図である。図２は、図１の光変調装置の動作を説明するための波形図である。

（実施形態の構成）
本実施形態による光変調装置は、光信号源１と、レーザーダイオード２と、マルチプレクサ３と、変調器４と、デマルチプレクサ５と、フォトディテクタ６と、ＢＩＡＳ制御回路７と、変調信号源８と、加算器９と、信号タイミング発生源１０とを、備える。

本実施形態の変調器のバイアス制御回路は、パルス状信号を入力される変調信号に応じて光変調して出力する変調器のバイアス制御回路である。本実施形態のバイアス制御回路は、上記パルス状信号にＣＷ(Continuous Wave)光を多重化して上記変調器に入力する多重化手段の一例として、マルチプレクサ３を有する。さらに本実施形態のバイアス制御回路は、上記変調器の出力から上記ＣＷ光に対応する成分を抽出し、抽出された上記ＣＷ光に対応する成分に応じて上記変調器へのバイアス電圧を制御するバイアス制御手段を有する。

本実施形態のバイアス制御回路のバイアス制御手段は、上記変調器の出力から、上記ＣＷ光に対応する成分を抽出すると共に、上記変調信号に応じた光変調信号を抽出するデマルチプレクサ５を含む。本実施形態のバイアス制御回路のバイアス制御手段は、フォトディテクタ６と、ＢＩＡＳ制御回路７とを、含む。

光信号源１は、入力されるタイミング信号に同期して、パルス状信号を出力する。

レーザーダイオード２は、一定レベルのＣＷ（Continuous Wave）光を出力する。以下、ＬＤ２と呼ぶ。

マルチプレクサ３は、光発信源１が出力するパルス状信号に、ＬＤ２が出力するＣＷ光を多重化して出力する。以下、ＭＵＸ３と呼ぶ。ＭＵＸ３の多重方法として、波長分割多重(WDM: Wavelength Division Multiplex)がある。本実施形態ではＭＵＸ３の多重方法としてWDMを用いる。ＭＵＸ３の多重方法としてWDMを用いた場合、ＬＤ２のＣＷ光の波長は、光信号源１の光信号出力とは異なる波長とする。

変調器４は、入力される変調信号に応じて光変調して出力する光変調器である。入力されるバイアス信号で光変調の動作点が制御される。

デマルチプレクサ５は、変調器４の出力から、ＣＷ光に対応する成分を抽出すると共に、変調信号に応じた光変調信号を抽出する。抽出された変調信号に応じた光変調信号は、本実施形態の光変調装置の光出力となる。

フォトディテクタ６は、デマルチプレクサ５で抽出されたパルス状信号を光電変換して電気信号に変換する。以下、ＰＤ６と呼ぶ。

ＢＩＡＳ制御回路７は、ＰＤ６の出力レベルに応じて、バイアス電圧を生成し、生成したバイアス電圧を変調器４に供給し、バイアス電圧を制御する。

変調信号源８は、光変調すべき電気信号を出力する。

信号タイミング発生源１０は、光信号源１に同期信号を出力する。

加算器９は、信号タイミング発生源１０からの同期信号を、変調信号源８の出力に加算して、変調器４に変調信号として出力する。光変調器４の変調信号は、信号タイミング発生源１０からの同期信号と、変調信号源８から出力される変調信号とを合わせたものである。変調信号源８から出力される変調信号は、デューティ比率50%のＣＬＫ状の信号である。

（実施形態の動作）
次に、本実施形態の光変調装置およびバイアス制御回路の動作、変調器のバイアス制御方法を、図２を参照して説明する。信号タイミング発生源１０が出力するパルス信号に同期して、光信号源１はパルス状信号を出力する。ＬＤ２は一定レベルのＣＷ光を出力する。信号タイミング発生源１０が出力するパルス状信号と、ＬＤ２が出力するＣＷ光とがＭＵＸ３に入力されて、波長多重される。こうして、図２のＭＵＸ３出力に示される光信号が合成される。さらに、ＭＵＸ３出力は変調器４に入力される。

図２の変調信号源８が出力するパルス状信号と、信号タイミング発生源１０が出力するパルス状信号とが、加算器９で加算されて、図２の変調器４変調信号入力が生成される。変調器４変調信号入力は、変調信号として変調器４に入力される。

変調器４の出力は、ＤＭＵＸ５で光信号出力と、ＰＤ６入力とに分離される。変調器４の出力は、所望の光信号とＣＷ光が合わさったものとなっているため、ＣＷ光の波長をＤＭＵＸ５にて取り出す。

ＰＤ６は、ＤＭＵＸ５が抽出したパルス状光信号を電気信号に変換して、ＢＩＡＳ制御回路７に出力する。ＢＩＡＳ制御回路７は、変調器４にバイアス電圧を出力する。ＢＩＡＳ制御回路７は、変調器４に最適なバイアス値になるようバイアス電圧を制御する。

図２では、変調器４出力、光信号出力となるＤＭＵＸ５出力１、ＰＤ６入力となるＤＭＵＸ５出力２、およびＢＩＡＳ制御回路７入力を、変調器４のドリフト影響無の場合と、ドリフト影響有の場合を重ねて示している。

変調器４出力、ＤＭＵＸ５出力１、ＤＭＵＸ５出力２、およびＢＩＡＳ制御回路７入力の点線が、ドリフト影響無の場合を示す。変調器４出力、ＤＭＵＸ５出力１、ＤＭＵＸ５出力２、およびＢＩＡＳ制御回路７入力の実線が、ドリフト影響有の場合の一例を示す。

ドリフト影響無の場合、図２の光信号出力となるＤＭＵＸ５出力１は、波高値が各パルス状信号間で同一である。これに対し、ドリフト影響有の場合、図２に示すようにＤＭＵＸ５出力１の波高値がばらついている。

ドリフト影響無の場合、図２のＰＤ６入力となるＤＭＵＸ５出力２もまた、波高値が各パルス状信号間で同一である。これに対し、ドリフト影響有の場合、図２に示すようにＤＭＵＸ５出力２の波高値に変動が生じている。

ドリフト影響無の場合、図２のＢＩＡＳ制御回路７入力もまた、波高値が各パルス状信号間で同一である。これに対し、ドリフト影響有の場合、ＤＭＵＸ５出力２の波高値の変動に伴って、図２のＢＩＡＳ制御回路７入力の波高値に変動が生じている。

（実施形態の効果）
本実施形態のバイアス制御回路およびバイアス制御方法によれば、ＬＤ２が出力するＣＷ光をパイロット信号としてモニタすることにより、変調器４へ印加するバイアス電圧をフィードバック制御している。これにより、変調器４にドリフト影響無の場合にも、ドリフト影響有の場合にも、パイロット信号を高精度に抽出し、これを基にしてバイアス電圧のフィードバック制御を高精度に行うことができる。

さらに、変調器に入力される波形のマーク率によらず、精度の良いバイアス制御が可能になる。このようなバイアス制御回路およびバイアス制御方法を適用することにより、動作が安定した光変調装置を提供できる。

本発明の本実施形態は、マーク率が50%より離れた状態になる伝送方式、例えばPPM方式のような伝送方式での利用が考えられる。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲に含まれることはいうまでもない。

上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）パルス状信号を変調信号に応じて光変調して出力する変調器のバイアス制御回路であって、
前記パルス状信号にＣＷ(Continuous Wave)光を多重化して前記変調器に入力する多重化手段と、
前記変調器の出力から前記ＣＷ光に対応する成分を抽出し、抽出された前記ＣＷ光に対応する成分に応じて前記変調器へのバイアス電圧を制御するバイアス制御手段と、を有する変調器のバイアス制御回路。
（付記２）バイアス制御手段は、前記変調器の出力から、前記ＣＷ光に対応する成分を抽出すると共に、前記変調信号に応じた光変調信号を抽出するデマルチプレクサを含む、付記１に記載の変調器のバイアス制御回路。
（付記３）前記変調信号を出力する変調信号源と、前記パルス状信号のタイミングを指示する信号タイミング発生源と、をさらに有する、付記１又は付記２に記載の変調器のバイアス制御回路。
（付記４）信号タイミング発生源の出力が、前記変調信号源の出力に加算されて、前記変調器への前記変調信号となる、付記３に記載の変調器のバイアス制御回路。
（付記５）前記抽出されたパルス状信号は、前記バイアス電圧を制御するパイロット信号である、付記１乃至付記４のいずれか一つに記載の変調器のバイアス制御方法。
（付記６）パルス状信号を変調信号に応じて光変調して出力する変調器のバイアス制御方法であって、
前記パルス状信号にＣＷ(Continuous Wave)光を多重化して前記変調器に入力し、
前記変調器の出力から前記ＣＷ光に対応する成分を抽出し、抽出された前記ＣＷ光に対応する成分に応じて前記変調器へのバイアス電圧を制御する、変調器のバイアス制御方法。
（付記７）前記変調器の出力から、前記ＣＷ光に対応する成分を抽出すると共に、前記変調信号に応じた光変調信号を抽出する、付記６に記載の変調器のバイアス制御方法。
（付記８）前記パルス状信号に同期した信号が加算されて、前記変調器への前記変調信号となる、付記６又は付記７に記載の変調器のバイアス制御方法。
（付記９）前記抽出されたパルス状信号は、前記バイアス電圧を制御するパイロット信号である、付記６乃至付記８のいずれか一つに記載の変調器のバイアス制御方法。
（付記１０）パルス状信号を出力する光源と、前記パルス状信号にＣＷ(Continuous Wave)光を多重化して出力する多重化手段と、前記多重化手段の出力を変調信号に応じて光変調して出力する変調器と、前記変調器の出力から前記ＣＷ光に対応する成分を抽出し、抽出したパルス状信号に基づいて前記変調器へのバイアス電圧を制御するバイアス制御回路と、を有する光変調装置。
（付記１１）前記変調器の出力から、前記ＣＷ光に対応する成分を抽出すると共に、前記変調信号に応じた光変調信号を抽出する、デマルチプレクサを有する、付記１０に記載の光変調装置。
（付記１２）前記変調信号を出力する変調信号源と、パルス状信号のタイミングを指示する信号タイミング発生源と、をさらに有する、付記１０又は付記１１に記載の光変調装置。
（付記１３）信号タイミング発生源の出力が、変調信号源の出力に加算されて、前記変調器への前記変調信号となる、付記１２に記載の光変調装置。
（付記１４）前記抽出されたパルス状信号は、前記バイアス電圧を制御するパイロット信号である、付記１０乃至付記１３のいずれか一つに記載の光変調装置。

１ 光発信源
２ ＬＤ
３ ＭＵＸ
４ 変調器
５ ＤＭＵＸ
６ ＰＤ
７ ＢＩＡＳ制御回路
８ 変調信号源
９ 加算器
１０ 信号タイミング発生源

Claims (7)

1. パルス状信号を変調信号に応じて光変調して出力する変調器のバイアス制御回路であって、
   光変調すべき電気信号を出力する変調信号源と、
   前記パルス状信号のタイミングを指示する信号タイミング発生源と、
   前記信号タイミング発生源の出力を前記変調信号源の出力に加算し、前記変調器へ前記変調信号として出力する加算器と、
   前記パルス状信号にＣＷ(Continuous Wave)光を多重化して前記変調器に入力する多重化手段と、
   前記パルス状信号に前記ＣＷ光を多重化したことによって前記変調器の出力に現れる、前記ＣＷ光に対応する波形を前記変調器の出力から抽出し、抽出された前記ＣＷ光に対応する波形の包絡線の変化の度合いに応じて前記変調器へのバイアス電圧を制御するバイアス制御手段と、を有する変調器のバイアス制御回路。
2. バイアス制御手段は、前記変調器の出力から、前記ＣＷ光に対応する成分を抽出すると共に、前記変調信号に応じた光変調信号を抽出するデマルチプレクサを含む、請求項１に記載の変調器のバイアス制御回路。
3. 前記抽出されたパルス状信号は、前記バイアス電圧を制御するパイロット信号である、請求項１又は請求項２に記載の変調器のバイアス制御回路。
4. パルス状信号を変調信号に応じて光変調して出力する変調器のバイアス制御方法であって、
   前記変調器は、光変調すべき電気信号を出力する変調信号源と、前記パルス状信号のタイミングを指示する信号タイミング発生源と、前記信号タイミング発生源の出力を前記変調信号源の出力に加算し、前記変調器へ前記変調信号として出力する加算器と、を含み、
   前記パルス状信号にＣＷ(Continuous Wave)光を多重化して前記変調器に入力し、
   前記パルス状信号に前記ＣＷ光を多重化したことによって前記変調器の出力に現れる、前記ＣＷ光に対応する波形を前記変調器の出力から抽出し、抽出された前記ＣＷ光に対応する波形の包絡線の変化の度合いに応じて前記変調器へのバイアス電圧を制御する、変調器のバイアス制御方法。
5. 前記変調器の出力から、前記ＣＷ光に対応する成分を抽出すると共に、前記変調信号に応じた光変調信号を抽出する、請求項４に記載の変調器のバイアス制御方法。
6. 前記抽出されたパルス状信号は、前記バイアス電圧を制御するパイロット信号である、請求項４又は請求項５に記載の変調器のバイアス制御方法。
7. 光変調すべき電気信号を出力する変調信号源と、パルス状信号を出力する光源と、前記パルス状信号のタイミングを指示する信号タイミング発生源と、前記信号タイミング発生源の出力を前記変調信号源の出力に加算し、前記変調器へ変調信号として出力する加算器と、前記光源の出力にＣＷ(Continuous Wave)光を多重化して出力する多重化手段と、前記多重化手段の出力を前記変調信号に応じて光変調して出力する変調器と、前記パルス状信号に前記ＣＷ光を多重化したことによって前記変調器の出力に現れる、前記ＣＷ光に対応する波形を前記変調器の出力から抽出し、抽出された前記ＣＷ光に対応する波形の包絡線の変化の度合いに基づいて前記変調器へのバイアス電圧を制御するバイアス制御回路と、を有する光変調装置。

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