JPH02240627A - 光変調制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 光変調器により半導体レーザからなる光源からの光を変
調する光変調制御方式に関し、簡単な構成により光源と
光度Ｕｆｉ器とを切り分けてモニタすることを目的とし
、 半導体レーザからなる光源に、バイアス回路から一定の
バイアス電流を供給し、該光源からの光を、駆動回路か
らの変調駆動信号により制御される光変調器によって変
調する光変調制御方式に於いて、前記光源に低周波信号
を前記バイアス電流に重畳させて供給し、前記光変調器
からの変調光の一部を検出した検出信号中の低周波信号
成分と直流成分とを抽出するモニタ回路を設け１．該モ
ニタ回路に於いて、前記低周波信号成分と直流成分との
それぞれの基準値との差に基づいて、前記光源と前記光
変調器との特性をモニタするように構成した。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、光変調器により半導体レーザからなる光源か
らの光を変調する光変調制御方式に関するものである。

光通信システムに於ける光源として、半導体レーザ又は
発光ダイオードが用いられるが、高速伝送に於いては半
導体レーザが使用されている。この半導体レーザに、そ
の闇値近傍のバイアス電流を供給すると共に、変調信号
電流を重畳して供給する直接変調方式と、半導体レーザ
に一定のバイアス電流を供給して連続的に発振させ、そ
の出力光を光変調器に入射し、光変調器を変調信号によ
り制御する外部変調方式とがあり、数Ｇｂ／ｓ以上の高
速変調信号により変調する場合は、外部変調方式が用い
られる。このような外部変調方式に於ける光源としての
半導体レーザと、光変調器との特性を監視して、安定な
光通信を行わせることが要望されている。

〔従来の技術〕

従来例の直接変調方式に於いては、変調信号電流に従っ
て変調された半導体レーザの前方出力光を光ファイバに
入射して伝送し、後方出力光をホト・ダイオード等の光
電変換素子により電気信号に変換して、半導体レーザの
特性をモニタする構成が一般的である。この場合、前方
出力光と後方出力光との光パワーは同一ではないが一定
の関係があるから、後方出力光をモニタすることにより
、温度変動や経年変化等による半導体し・−ザの特性変
動を検出し、バイアス電流の制御等により、送信光パワ
ーを一定に維持することが可能となる。

又後方出力光のモニタにより送信光波形もモニタするこ
とが可能である。

しかし、数Ｇ　ｂ　／　ｓ以上の高速変調信号により直
接変調を行うと、チャーピングが生じることになり、そ
れによって、光フアイバ伝送中に於ける分散による波形
歪が大きくなり、伝送距離が制限されることになる。

これに対して、外部変調方式は、半導体レーザに一定の
バイアス電流を供給して連続的に発光させ、その出力光
を光変調器に入射し、光変調器に変調信号を加えること
により、変調光として送出するものである。従って、半
導体レーザは連続発光するものであるから、チャーピン
グの問題は生じないことになり、高速変調信号により変
調した場合も長距離伝送が可能となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来例の外部変調方式に於ける半導体レーザと光変調器
との特性変動をモニタする場合、半導体レーザの後方出
力光を検出してモニタするだけでは、光変調器の出力光
をモニタすることができないことになり、又光変調器の
出力光の一部を検出してモニタするだけでは、半導体レ
ーザの特性変動であるか、又は光変調器の特性変動であ
るかを切り分けることができないことになる。

又半導体レーザの後方出力を検出してモニタする手段と
、光変調器の出力光の一部を検出してモニタする手段と
を設けることも考えられるが、二重のモニタ手段を設け
ることから、構成が複雑となると共に高価となる欠点が
ある。

本発明は、簡単な構成により光源と光変調器とを切り分
けてモニタすることを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の光変調制御方式は、外部変調方式に於ける光源
の半導体レーザと光変調器との特性を、変調出力光を基
にモニタするものであり、第１図を参照して説明する。

半導体レーザからなる光Ｒ１に、バイアス回路２から一
定のバイアス電流を供給し、その光ｔＸ１からの光を、
駆動回路４からの変調駆動信号により制御される光変調
器３によって変調する光変調制御方式に於いて、光源ｌ
に低周波信号をバイアス電流に重畳させて供給し、光変
調器３からの変調光の一部を検出した検出信号中の低周
波信号成分と直流成分とを抽出するモニタ回路５を設け
、このモニタ回路５に於いて、低周波信号成分と直流成
分とのそれぞれの基準値との差に基づいて、光Ｒ１と光
変調器との特性をモニタするものである。

〔作用〕 駆動回路４に加える変調信号に比較して充分に低速の信
号である低周波信号の電流を、光源１の半導体レーザの
バイアス電流に重畳して供給することにより、光ａ１の
出力光は、低周波信号により変調されたものとなって、
光変調器３に入射される。光変調器３では、駆動回路４
からの変調駆動信号によって制御されて、光源１の出力
光の強度変調を行った変調光を出力することになる。

この変調光の一部を検出してモニタ回路５に加え、低周
波信号成分と直流成分とを抽出する。半導体レーザの特
性劣化の場合は、その出力光レベルが低下するから、低
周波信号成分を低下することになる。又光変調器３の特
性変化により、変調光のハイレヘル又はローレベルが変
化するから、直流成分がそれに対応して変化することに
なる。

従って、モニタ回路５に於いて、低周波信号成分と直流
成分とのそれぞれの基準値との差により、半導体レーザ
の特性変化であるか、又は光変調器の特性変化であるか
を識別することができる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明
する。

第２図は本発明の実施例のブロック回であり、１１は光
源としての半導体レーザ（ＬＤ）、１２はバイアス回路
、１３は半導体レーザ１１と別個の基板上、或いは同一
半導体基板上に形成された光変調器（ＭＯＤ）　、ｌ　
４は駆動回路、１５はモニタ回路、１６は低周波信号回
路、１７はバンドパスフィルタ、１８は比較器、１９は
ローパスフィルタ、２０は比較器、２１は制御回路であ
る。

半導体レーザ１１は、バイアス回路１２からのバイアス
電流Ｉ、。と、低周波信号回路１６からの周波数ｆ、（
変調信号周波数に対して充分に低い周波数を意味し、例
えば、変調信号周波数が１０ＧＨｚの場合に、それより
充分に低い数ＭＨｚ程度の周波数）の低周波信号電流と
が重畳されて供給され、出力光は低周波信号によって変
調されたものとなる。なお、半導体レーザＩＪに対して
、低周波信号回路１６をバイアス回路１２に並列的に接
続した場合を図示しているが、直列的に接続し、バイア
ス電流■、。に低周波信号電流を重畳させることもでき
る。

この半導体レーザ１１の出力光は光変調器１３に入射さ
れて変調信号により変調されるものであり、変調信号は
駆動回路１４に加えられて、光変調器１３の構成に対応
した極性及び振幅の変調駆動信号■、。が出力されて、
光変調器１３に加えられる。

光変調器１３は、半導体レーザ１１と別体とした場合は
、例えば、Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏｓ基板にＴｉを拡散して
導波路を形成し、その導波路に電圧を印加する構成等を
用いることができる。又半導体レーザ１１と同一半導体
基板上に形成した構成を用いることもできる。この光変
調器１３からの変調光は、図示を省略した光フアイバ伝
送路に送出され、又その一部は図示を省略したホトダイ
オード等により電気信号に変換されてモニタ回路１５に
加えられる。

モニタ回路１５は、低周波信号成分Ｐ、を抽出する中心
周波数ｆ、のバンドパスフィルタ１７と、直流成分ｐｏ
ｃを抽出するローパスフィルタ１９と、低周波信号成分
Ｐ、と基準値Ｐ、。とを比較する比較器１８と、直流成
分ｐｏｃと基準値Ｐ０゜。とを比較する比較器２０と、
制御回路２１とから構成されている。この制御回路２１
により、半導体レーザ１１と光変調器１３との何れの特
性が変化したかを判断して、バイアス回路１２又は駆動
回路１４を制御して、光変調器１３から出力される変調
光パワーを一定とするものである。

半導体レーザ１１は、例えば、第３図に示す特性を有す
るものであり、初期状態では実線の特性であったものが
、温度変化や経年変化により点線の特性となる。即ち、
闇値電流■いが増加して、ＩＬｈｏとなると共に傾斜が
緩（なり、バイアス電流Ｉ、。によりＰＬＩＩの光出力
が初期状態に於いて得られたとしても、特性劣化により
ＰＬＤＩ　に低下することになる。その場合は、バイア
ス電流をＴｂｌに増加することにより、元の光出力ＰＬ
Ｏとすることができる。

又光変調器１３は、例えば、半導体レーザ１１と同一半
導体基板上に形成されている場合に、第４図に示す特性
を有するものであり、初期状態では実線曲線ａであった
ものが、温度変化や経年変化により点線的ｖＡｂ、ｃに
変化することがある。

例えば、初期状態に於いて、変調駆動信号■、。により
光出力Ｐ０の変調光が出力される場合に、光変調器１３
の特性が実線曲線ａから点線曲線すに変化すると、光出
力がＰｌに上昇する。その場合、変調駆動信号をｖｙと
すれば元の光出力Ｐ。となる。又点線曲線Ｃに特性が変
化した場合は、光出力がＰ２に減少するから、変調駆動
信号をＶ６ｚとすることにより、元の光出力Ｐ０とする
ことができる。

前述のような半導体レーザ１１と光変調器１３との特性
変化を制御回路２１に於いて判断し、バイアス回路１２
と駆動回路１４とを制御して、安定化を図ることができ
る。

光変調器１３からの変調光が、第５図の（ａｌに示すよ
うに、ハイレベルＨとローレベルＬとの間の振幅を有す
る場合、直流成分はｐ　ｎｃｏに示すものとなる。又（
ｂｌに示すように、ハイレベルが低下した場合は、その
振幅が小さ（なるから、直流成分はＰＤｃ′のように低
下する。反対にｆｃ）に示すように、ローレベルが上昇
した場合は、振幅が小さくなるが、直流成分はｐ　Ｄｃ
＋１のように上昇する。

第６図は信号成分スペクトラム説明図であり、変調信号
成分はＳで示すように連続スペクトラムとなるが、低周
波信号成分はＰ、で示す輝線スペクトラムとなり、又直
流成分もＰＤｃで示す輝線スペクトラムとなる。

半導体レーザ１１の特性が劣化すると、第３図から判る
ように光出力が低下するから、第５図に於いては（ｂｌ
に示すようにハイレベルの低下となり、且つ低周波信号
成分のレベル低下となる。その場合は、比較器１８の出
力信号はΔＰ、〈０となり、又比較器２０の出力信号も
Δｐ、、＜ｏとなるから、制御回路２１は半導体レーザ
１１の特性劣化と判定し、バイアス回路１２からのバイ
アス電流ｒｂｏを増加するように制御する。

又低周波信号成分Ｐ、の変化がなくΔＰｓ＜０で、直流
成分が低下又は上昇した場合、光変調器１３の特性変化
と判定して、駆動回路１４から光変調Ｈ１３に加える変
調駆動信号■、。のレベルを制御するものである。

第７図は本発明の実施例の制御フローヂャートを示し、
低周波信号成分Ｐ、と直流成分ｐｏｃとを基に、比較器
１８．１９に於いて基準値との差を求める■９■。即ち
、ΔＰｓ　”　Ｐ　ｓ−Ｐ　ｓ。及び、ΔＰ　ｏｃ−Ｐ
　ＤＣＰ　Ｄｅｏを求める。そして、ΔＰ。

〈０の場合は、制御回路２１はバイアス回路１２を制御
して、ｐｏｃ＝ｐｏｃｏになるまでバイアス電流Ｉ、。

を上昇させる。このような制御に於いて、最大バイアス
電流Ｉ工□まで引き上げても、ｐｏｃ＜ｐａｃｅの場合
は、半導体レーザ（ＬＤ）劣化と判断してアラーム信号
を送出する■。

又ΔＰ、＝Ｑで且つΔＰＤｃ＞Ｏの場合、制御回路２１
は駆動回路１３を制御して、ＰＤＣ＝ＰＩＩＣＯとなる
まで、変調駆動信号■、。を低下させる。そして、■０
１、まで引き上げてもＰ　ｏｃ　＞　Ｐ　ｏｃｏの場合
は、光変調器（ＭＯＤ）の劣化と判断してアラーム信号
を送出する■。

又Δｐ、＝ｏで且つΔＰＤＣ＜Ｏの場合、制御回路２１
は駆動回路１３を制御して、ＰＤＣ＝ＰＩ）Ｃ０となる
まで、変調駆動信号■、。を上昇さぜる。そして、■工
、ｎまで引き下げてもＰＤＣ＜Ｐ。、。の場合は、光変
調器（ＭＯＤ）の劣化と判断してアラ−１、信号を送出
する■。

又ΔＰ、＝０で且つΔＰｏｃ−０の場合は、変調駆動信
号Ｖ、＝Ｖ、。とじ、且つバイアス電流ｆｂ＝Ｉｂ。と
する■。即ち、半導体レーザ１１と光変調器１３との特
性が変化していない状態に相当することになる。

前述の低周波信号を抽出する場合を考えると、第６図に
示すように、低周波信号Ｐ、に対して伝送信号による連
続スペクトルＳが雑音成分に相当するものとなる。この
伝送信号の符号をＮＲＺ符号とした場合、マーク率を■
）、１タイムスロツトをＴｏとすると、連続スペクトル
成分ΔＰ８は、ΔＰＨ＝ＴＯＰ　（Ｉ　　Ｐ）　　（（
ｓｉｎ　πｆ　Ｔｏ　）／（πｒ’ｒｏ））”　　　　
　　　　・−・（１）となる。マーク率Ｐ＝１／２の場
合に低周波領域では、（（ｓｉｎ　１ｔｆＴｏ　）　／
　（７ＣｆＴｏ　）　）　２’１となるから、 ΔＰ、＝Ｔ、／４　　　　　　　　　　　　−・・（２
）となる。バンドパスフィルタ１７の帯域幅をＢＷとす
ると、バンドパスフィルタ１７を通過した後のパワーＰ
ｓは、 ＰＨ＝ΔＰ８　・ＢＷ＝Ｔ、　　・Ｂ　Ｗ　／　４　　
−４３１となる。一方低周波信号のパワーＰ、は、変調
度をｍとすると、Ｐ、＝ｍとなる。従って、低周波信号
Ｐ、を検出する際のＳ／Ｎは、 Ｓ／Ｎ＝ｐｓ−／Ｐ　Ｈ＝ｍ／Ｔｏ　　’　ＢＷ／４と
なる。変調度ｍは、半導体レーザ１１のスペクトル線幅
を拡げないように、又光送信信号のアイ開口度を劣化さ
せないように充分小さくする必要がある。例えば、その
条件として、 （ａ）Ｓ／Ｎ　＞　２０　ｄ　Ｂ （ｂｌｍ＜１％ とすると、１タイムスロツトＴ０を１０Ｇｂ／ｓに相当
する１００ｐｓとした場合に、 Ｓ　／　Ｎ　＜　４　ｍ／　Ｔｏ　　・Ｂ　Ｗの条件か
ら、 Ｂ　ｗ＜　４　ｒｎ／　Ｔｏ　　・（Ｓ　／　Ｎ）＝４
Ｘ０．０１／１００ｐｓ・１００ ＝１００＝４（ となる。

例えば、Ｔｏ　＝１００ｐｓ　　（１０Ｇｂ／ｓ）、低
周波信号の周波数ｆ、＝ＩＭＨｚとすると、この低周波
信号を抽出する為のバンドパスフィルタ１７の帯域幅Ｂ
Ｗを５００ＫＨｚ程度にすることにより、前述の条件を
満足できることになり、モニタ回路１５を容易に実現で
きることになる。

前述の半導体レーザ１１と光変調器１３とを同一半導体
基板上に形成した構成の場合、光変調器１３の特性変動
を、変調駆動信号電流を用いて検出することができる。

即ち、その場合の光変調器１３は、光導電特性を僅か有
することになり、この光導電特性が温度変動や経年変化
に対応して変化するものであるから、駆動回路１４から
光変調器１３に加える変調駆動信号電流により、光変調
器１３をモニタすることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、半導体レーザからなる
光源１に、一定のバイアス電流に低周波信号を重畳させ
て供給して発光させ、その出力光を光変調器３に入射し
て変調するもので、その変調光の一部を検出した検出信
号をモニタ回路５に加え、モニタ回路５では、低周波信
号成分と直流成分とを抽出し、基準値との差に対応して
、光源１と光変調器３との特性をモニタするものであっ
て、光源１と光変調器３との何れの特性変化であるかを
容易に区別できるから、それに対応して安定化制御を行
うことができる。又モニタ回路５は低周波信号成分及び
直流成分を用いて処理するものであるから、回路構成を
容易に且つ安価に実現できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理説明図、第２図は本発明の実施例
のブロック図、第３図は半導体レーザの特性変化説明図
、第４図は光変調器の特性変化説明図、第５図は変調光
のレベル変化説明図、第６図は信号成分スペクトラム説
明図、第７図は本発明の実施例の制御フローチャートで
ある。 １は半導体レーザからなる光源、２はバイアス回路、３
は光変調器、４は駆動回路、５はモニタ回路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半導体レーザからなる光源（１）に、バイアス回路（２
   ）から一定のバイアス電流を供給し、該光源からの光を
   、駆動回路（４）からの変調駆動信号により制御される
   光変調器（３）によって変調する光変調制御方式に於い
   て、 前記光源（１）に低周波信号を前記バイアス電流に重畳
   させて供給し、 前記光変調器（３）からの変調光の一部を検出した検出
   信号中の低周波信号成分と直流成分とを抽出するモニタ
   回路（５）を設け、 該モニタ回路（５）に於いて、前記低周波信号成分と直
   流成分とのそれぞれの基準値との差に基づいて、前記光
   源（１）と前記光変調器（３）との特性をモニタする ことを特徴とする光変調制御方式。