JPH03251815A - 光送信器、光変調器の制御回路および光変調方法 - 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］ 光通信システムに使用される電気−光変換回路から出力
される光信号の安定化をはかる外部変調器の制御方式に
関し、 入力信号に依存せずに、動作点ドリフトに伴う出力光信
号の消光比の劣化を防止できることを目的とし、 光源と、入力信号に応じた駆動電圧を発生する駆動回路
と、駆動電圧に応じて光源の出射光を変調し、入力信号
を光信号に変換する外部変調器とを備えた電気−光変換
回路において、所定の低周波信号を出力する低周波発振
器と、この低周波信号で入力信号に振幅変調をかけて駆
動回路に送出する低周波重畳手段と、外部変調器から出
力される光信号に含まれる低周波信号の周波数成分を検
出し、低周波発振器が出力する低周波信号の位相と比較
して動作点ドリフト方向を検出する低周波信号検出手段
と、動作点ドリフト方向に応じて、外部変調器の動作点
をドリフト方向と同方向に制御する制御信号を駆動回路
に送出する制御手段とを備えて構成される。

（産業上の利用分野〕 本発明は、光通信システムに使用される電気光変換回路
から出力される光信号の安定化をはかる外部変調器の制
御方式に関する。

〔従来の技術〕

従来、光通信システムの電気−光変換回路には、半導体
レーザに流れる電流をデータ信号により変調する直接変
調方式が採用されていた。しかし、直接変調方式では、
伝送速度が速くなるに応じて出力される光信号の波長変
動（チャーピング）の影響が大きくなるので、光フアイ
バー内の波長分散により長距離伝送が困難となってきた
。

そこで、原理的にチャーピングを生じないマツハツエン
ダ型外部変調器（以下、ｒＭＺ変調変調器−う。）その
他の外部変調器を用いた電気−光変換回路が検討されて
いる。一方、このような外部変調器を用いた構成では、
光通信システムの長期安定動作を達成するために、温度
変動および経時変化に対して出力される光信号の安定化
が必要になっている。

第７図は、外部変調器を用いた電気−光変換回路の基本
構成を示す図である。

図において、外部変調器７１では、駆動回路７３を介し
て与えられる入力信号に応じて、半導体レーザ７５の出
射光を変調し、光信号として出力する。

従来、このような電気−光変換回路において、温度変動
に伴う外部変調器の動作点のずれを補償する方法として
、入力信号の一方の論理レベルに低周波信号を重畳して
変調器を駆動し、出力される光信号から検出される低周
波信号の位相により動作点を制御する方法が提案されて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、ＭＺ変調器は、印加される直流電圧、温度変
化、および経時変化により、その入出力特性に変化（動
作点ドリフト）を生じる。

第８図は、ＭＺ変調器の入出力特性を示す図である。

図において、■は動作点ドリフトを生じる前の特性を示
し、■は動作点ドリフトを生じた場合の特性を示す。な
お、ＭＺ変調器の入出力特性は、図に示すように駆動電
圧に対して周期性を有する。

したがって、入力信号の各論理値に対応して出力光電力
の上下の各尖頭値が得られる駆動電圧■。、■１を用い
ることにより、効率的な２値変調を行うことができる。

このようなＭＺ変調器から出力される光信号は、動作点
ドリフトの発生時に駆動電圧■。、Ｖｌが一定であると
、上述の周期性により消光比が劣化する。したがって、
動作点ドリフトが発生した時にそのドリフト量をｄＶと
すると、駆動電圧■。、■、をそれぞれ■。＋ｄＶおよ
びＶ、±ｄＶとして動作点ドリフトを補償する必要があ
る。

しかし、入力信号の一方の論理レベルに低周波信号を重
畳する従来の動作点ドリフトの補償方法では、入力信号
のマーク率の変化、立ち上がり時間あるいは立ち下がり
時間の増大により、最適動作点を保持する制御が困難で
あった。

本発明は、入力信号に依存せずに、動作点ドリフトに伴
う出力光信号の消光比の劣化を防止できる外部変調器の
制御方式を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１図は、本発明の原理ブロック図である。

図において、駆動回路１２は、入力信号に応した駆動電
圧を発生する。

外部変調器１３は、駆動電圧に応じて光源１１の出射光
を変調し、入力信号を光信号に変換する。

低周波発振器１４は、所定の低周波信号を出力する。

低周波重畳手段１５は、この低周波信号で入力信号に振
幅変調をかけて駆動回路１２に送出する。

低周波信号検出手段１６は、外部変調器１３から出力さ
れる光信号に含まれる低周波信号の周波数成分を検出し
、低周波発振器１４が出力する低周波信号の位相と比較
して動作点ドリフト方向を検出する。

制御手段１７は、動作点ドリフト方向に応じて、外部変
調器１３の動作点をドリフト方向と同方向に制御する制
御信号を駆動回路１２に送出する。

〔作　用］ 本発明では、低周波重畳手段１５が低周波発振器１４か
ら与えられる低周波信号で振幅変調した入力信号を駆動
回路１２を介して外部変調器１３に与え、外部変調器１
３がこの信号で光源１１の出射光を変調した光信号を出
力する。

低周波信号検出手段１６は、このようにして光信号に重
畳された低周波信号の周波数成分を検出し、低周波発振
器１４が出力する低周波信号の位相と比較し、その位相
差から外部変調器１３の動作点ドリフトの方向を検出す
る。

ここで検出された位相差は、外部変調器１３に動作点ド
リフトがない場合には、低周波信号が入力信号の各論理
値に対応して逆相で変調され、その周波数成分が出力さ
れる光信号に含まれないので「０」となる。また、この
ような位相の差が「０」となる状態は、入力信号の波形
に左右されずに発生する。

一方、動作点ドリフトが生じた場合には、低周波信号が
入力信号の各論理値に対応して同相で変調され、その周
波数成分が出力される光信号に含まれる。また、求めら
れる位相の差は動作点ドリフトの方向に応じて１８０°
異なる値となる。

したがって、制御手段１７が動作点ドリフトの方向と同
方向に動作点を制御する制御信号を駆動回路１２に送出
することにより、外部変調器１３から出力される光信号
を安定化させることができる。

［実施例］ 以下、図面に基づいて本発明の実施例について詳細に説
明する。

第２図は、本発明の一実施例を示す図である。

図において、光源である半導体レーザ２１は、出射光を
外部変調器として用いられるＭＺ変調器２２に与える。

一方、入力信号の低周波重畳手段として用いられる可変
利得アンプ２３には、入力信号および低周波発振器２４
が出力する所定周波数（−ｆ。）の低周波信号が入力さ
れ、入力信号をこの低周波信号で振幅変調して出力する
。この出力信号は、所定の信号レベルを得る駆動アンプ
２５、さらにコンデンサ２６を介してＭＺ変調器２２の
一方の変調入力端子に入力される。また、ＭＺ変調器２
２の他方の変調入力端子には、直列接続されたバイアス
ティ２７および終端抵抗器２８が接続される。なお、駆
動アンプ２５、コンデンサ２６、バイアスティ２７およ
び終端抵抗器２８は、ＭＺ変調器２２の駆動回路に相当
する。

ＭＺ変調器２２は、この駆動回路から与えられる信号に
より半導体レーザ２１の出射光を変調し、光信号に変換
して出力する。

この光信号は、光分岐回路２９によりその一部が分岐し
て取り出される。この分岐された光信号は、光−電気変
換を行うフォトダイオード３０に入力され、その出力に
得られる電気信号はｆ。の周波数成分を選択増幅する帯
域増幅器３１を介してミキサ３２の一方の入力端子に入
力される。また、ミキサ３２の他方の入力端子には低周
波発振器２４が出力する低周波信号が入力される。ミキ
サ３２は、これらの信号の位相を比較し、その位相差に
応じた信号を出力する。なお、分岐回路２９、フォトダ
イオード３０、帯域増幅器３１およびミキサ３２は、低
周波信号検出手段に相当する。

この低周波信号検出手段の出力信号は、所定周波数以下
の信号を通過させる低域通過フィルタ３３を介して差動
アンプ３４の一方の入力端子に入力される。また、差動
アンプ３４の他方の入力端子は、回路アースに接続され
る。差動アンプ３４の出力は、バイアスティ２７に接続
される。

第３図は、外部変調器の出力光信号の波形を示す図であ
る。

第４図は、正方向の動作点ドリフト発生時における出力
光信号の波形を示す図である。

第５図は、負方向の動作点ドリフト発生時における出力
光信号の波形を示す図である。

以下、第２図〜第５図を参照して、ＭＺ変調器２２の動
作点ドリフトに応した動作点の制御動作について説明す
る。

ＭＺ変調器２２で光信号に変換される入力信号の波形は
、第３図（ａ）に示されるように、入力信号に低周波信
号が重畳されたものである。このような入力信号で、第
３図ら）に示す入出力特性を有するＭＺ変調器２２を駆
動すると、第３図（Ｃ）に示すように周波数２ｒ、の信
号で振幅変調された出力光信号が得られる。

動作点ドリフトがない状態では、入力信号の各論理レベ
ルに対応した駆動電圧■。、ＶｌがＭＺ変調器２２の入
出力特性上でそれぞれ上下の尖頭値間（半周期）に設定
されているために、入力信号に重畳された低周波信号は
、入力信号の「Ｏ」レベルおよび「１」レベルで互いに
逆相で変調される。したがって、帯域増幅器３１の出力
には、ｆｏの周波数成分が検出されない。

しかし、動作点ドリフトが生じると、第４図および第５
図に示すように、入力信号に重畳された低周波信号が入
力信号の「０」レベルおよび「１」レベルにおいて同相
で変調される。出力される光信号の平均電力はこのよう
な同相変調に伴って周波数ｆ０で変動し、その周波数成
分子０の位相はＭＺ変調器２２の動作点ドリフトの方向
に応して、１８０°異なった値となる。したがって、ミ
キサ３２の出力には、その周波数成分子。と低周波発振
器２４が出力する低周波信号との位相差に応じた信号が
得られる。

差動アンプ３４は、このような動作点ドリフトに応した
信号により、出力光信号に周波数成分子０が含まれない
ように駆動電圧を制御し、動作点ドリフトを補正した最
適の動作点を保持する。

なお、本実施例では、バイアスティを介して駆動電圧を
供給しているが、低周波で変調された入力信号の包路線
が上下対称であり、かつ駆動アンプ２５の直流出力電圧
が調整できれば、コンデンサ２６およびバイアスティ２
７を除いてもよい。

また、ミキサ３２に代えてアナログ乗算用のＩＣを用い
てもよい。

以下に、このような動作点ドリフトに応じた動作点制御
の動作原理を定量的に説明する。

入力信号の各論理値に対応した入力信号の振幅（＝　１
ｖｏ−シロ）をνπとし、出力光信号の電力をそのピー
ク値で正規化した値をＰとし、駆動電圧を■πで正規化
した値を■とすると、ＭＺ変調器２２の入出力特性は、 Ｐ（Ｖ）　＝　（１−ｃｏｓ（ｘ　（Ｖ−Ｖｄ）））／
２の式で与えられる。なお、Ｖｄは、■πで正規化され
た動作点ドリフト電圧である。

ところで、振幅が■πの入力信号に相当する入力信号に
対して周波数ｆ０（＝ω。／２π）の低周波信号により
変調度ｍで振幅変調を行うと、入力信号の論理レベル「
０」およびｒｌ、に対応する駆動電圧■。、■１は、 ν。＝ｍｓｉｎ（ω。ｔ） Ｖ、＝　１−ｍｓｉｎ（ωｏｔ） の各式で与えられる。また、ｍが十分小さい場合におい
て、これらの各論理レベルに対応した出力光信号の電力
Ｐ。、Ｐｌは、 Ｐ　ｏ　””　Ｐ　（ν。） ”１（１−ｃｏｓ（πＶｄ） πｍ５ｉｎ（ωｏｔ）ｓｉｎ（πＶｄ））／２Ｐ＋＝Ｐ
（Ｖ＋） ＃（１＋ｃｏｓ（ｚＶｄ） ｔｔ　ｍ５ｉｎ（ωｏｔ）ｓｉｎ（πＶｄ））／２の各
近位式で与えられる。さらに、入力信号の立ち上がり時
間および立ち下がり時間における出力光信号の平均電力
Ｐ２は、 −１／２−ｃｏｓ（πＶｏ）ｓｉｎ（πＶｄ）バπ（１
２Ｖｏ））＃１／２　　（（１＋２ｍ５ｉｎ（ωｏｔ）
）／ｚ）ｓｉｎ（πＶｄ）の近似式で与えられる。

第６図は、アイパターンにおける入力信号の各論理値の
出現確率を示す図である。

図において、Ｍは入力信号のマーク率を示し、ｒは入力
信号のビットレートｆｂと入力信号の立ち上がり時間お
よび立ち下がり時間（−ｒ　（１／ｆｂ））の関係を示
す定数である。

したがって、このような出現確率を用いて、入力信号に
重畳される低周波信号の周期（−ｉ／ｒｏ）より十分短
い時間で平均した出力光信号の電力Ｐａｖは、 Ｐ−−一（ｒ（Ｉ　　Ｍ）２＋（１ｒ）（Ｉ　　Ｍ）Ｐ
ａ＋　（ｒＭ２＋　（１−ｒ）Ｍ）Ｐ、　＋２ｒ（１−
Ｍ）ＭＰ２ミＫｏＰｏ　＋に＋Ｐ＋　十ＫｚＰｚ の式で与えられる。なお、ＫＯ，Ｋ、およびに２は、そ
れぞれ上式中に示される比例定数である。

したがって、出力光信号の電力Ｐｍｖに含まれる低周波
信号の周波数ｆ０の成分Ｐは、 Ｐ　＝　−（（（ｒ（１−Ｍ）２＋（１−ｒ）（１−Ｍ
）＋（ｒＭ”＋（１−ｒ）Ｍ））（ｚ／２）＋２ｒ（１
−Ｍ）Ｍ（π／２）　ｌ Ｘｍ５ｉｎ（ｚＶｄ）　５ｉｎ（ωａｔ）の式で与えら
れる。したがって、周波数ｆ。の成分Ｐは、動作点ドリ
フトの方向（Ｖｄの極性）によってその位相が１８０°
異なる。また、この周波数成分Ｐを基準周波数５ｉｎ（
ω。ｔ）と乗算すると、動作点ドリフトの方向に応じた
正負の直流成分を検出することができる。すなわち、こ
の直流成分を「０」とする制御を行うことによって、動
作点を最適に保持することができる。

なお、周波数成分Ｐが常に「０」となるのは動作点ドリ
フトＶｄが「０」の場合だけであるので、入力信号の波
形に応じて変動するパラメータＭおよびｒに依存せずに
動作点を最適に制御できる。

〔発明の効果〕

上述したように、本発明によれば、入力信号に依存せず
に、外部変調器の動作点ドリフトに対応して最適動作点
を保持することができる。

したがって、外部変調器から出力される光信号が安定化
されてその消光比の劣化が防止され、外部変調器を実用
システムに導入することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック図、 第２図は本発明の一実施例を示す図、 第３図は外部変調器の出力光信号の波形を示す図、 第４図は正方向の動作点ドリフト発生時における出力光
信号の波形を示す図、 第５図は負方向の動作点ドリフト発生時における出力光
信号の波形を示す図、 第６図はアイパターンにおける入力信号の各論理値の出
現確率を示す図、 第７図は外部変調器を用いた電気−光変換回路の基本構
成を示す図、 第８図はＭＺ変調器の入出力特性を示す図である。 図において、 １は光源、 ２は駆動回路、 ３は外部変調器、 ４は低周波発振器、 ５は低周波重畳手段、 ６は低周波信号検出手段、 ７は制御手段、 １．７５は半導体レーザ、 ２はマツハツエンダ型外部変調器（ＭＺ変調器）、３は
可変利得アンプ、 ４は低周波発振器、 ５は駆動アンプ、 ６はコンデンサ、 ７はバイアスティ、 ２８は終端抵抗、 ２９は光分岐回路、 ３０はフォトダイオード、 ３１は帯域増幅器、 ３２はミキサ、 ３３は高域遮断フィルタ、 ３４は差動アンプ、 ７１は外部変調器、 ７３は駆動回路である。 本発明の一実施例を示す図 第　　２　　図 本発明の原理ブロック図 第　　１ （５）入力信号 外部変調器の出力光信号の波形を示す間第　　３　　図 出力光電力 正方向の動作点ドリフト発生時における出力光信号の波
形を示す図第 図 第 図 アイパターンにおける入力信号の各論理値を示す図第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光源（１１）と、 入力信号に応じた駆動電圧を発生する駆動回路（１２）
   と、 前記駆動電圧に応じて前記光源（１１）の出射光を変調
   し、前記入力信号を光信号に変換する外部変調器（１３
   ）と を備えた電気−光変換回路において、 所定の低周波信号を出力する低周波発振器（１４）と、 この低周波信号で前記入力信号に振幅変調をかけて前記
   駆動回路（１２）に送出する低周波重畳手段（１５）と
   、 前記外部変調器（１３）から出力される光信号に含まれ
   る前記低周波信号の周波数成分を検出し、前記低周波発
   振器（１４）が出力する低周波信号の位相と比較して動
   作点ドリフト方向を検出する低周波信号検出手段（１６
   ）と、 前記動作点ドリフト方向に応じて、前記外部変調器（１
   ３）の動作点をドリフト方向と同方向に制御する制御信
   号を前記駆動回路（１２）に送出する制御手段（１７）
   と を備えたことを特徴とする外部変調器の制御方式。