JPH04116618A

JPH04116618A - 光変調装置

Info

Publication number: JPH04116618A
Application number: JP2238066A
Authority: JP
Inventors: Tomoyoshi Kataoka; 智由片岡; Kazuo Hagimoto; 萩本　和男; Yutaka Miyamoto; 裕宮本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-09-07
Filing date: 1990-09-07
Publication date: 1992-04-17
Anticipated expiration: 2014-03-08
Also published as: JP2866901B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、高速デジタル光伝送系において、信号光の変
調に用いられる光変調装置に利用する。

本発明は、特に、光変調器の動作点制御方式に関する。

〔従来の技術〕

従来の干渉型の光変調器の入出力特性例を第８図に示す
。この特性は温度変化や経年変化等により発生するＤＣ
ドリフトのた給に変動する。図では入出力特性が右にシ
フトしている。特性変動後に変動前と同じ動作点で変調
器を駆動すると、入出力特性のピークとボトムで動作し
ないため、消光比の劣化やアイ開口における劣化などの
特性劣化を引き起こす。これを避けるためには、変調器
の特性変動に合わせて動作点を制御する必要がある。

従来、光変調器に加える電気変調信号に低周波を重畳し
て、光を変調しその変調光の低周波成分の絶対値と位相
の変化から、特性変動を感知して制御する低周波重畳方
式がある。第９図によりこれを説明する。第９図のよう
に低周波信号ｆ、で振幅変調を行ってやる。動作点が変
動した場合出力光のｆ、成分の位相が１８０°異なるた
め、変調信号の位相と比較することで動作点の変動方向
を知ることができる。　（桑田他、「マツハツエンダ型
光変調器用自動バイアス制御回路の検討、・、“９０電
子情報通信学会春季全国大会分冊４、Ｂ−９７６参照）
。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、この低周波重畳方式では信号光に本来変調すべ
き信号の他に変動制御用としてさらに変調をかけること
になり、信号光の劣化（波形歪み）をきたす恐れがある
欠点がある。

本発明の目的は、前記の欠点を除去することにより、主
信号光に波形歪を与えることなく、変調器の特性変化に
よる主信号光の特性の劣化を保証するために動作点を制
御することができる光変調装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、入力信号光を電気的な入力信号により変調し
て出力信号光を得る光変調器と、この光変調器の動作点
の制御を行うバイアス制御手段とを備えた光変調装置に
おいて、前記バイアス制御手段は、前記出力信号光を一
部取り出す光分岐手段と、この光分岐手段からの出力信
号光を電気信号に変換する光−電気変換手段と、この光
−電気変換手段の出力を入力とし前記電気信号の平均電
力に比例する第一の信号を出力する平均電力出力手段と
、前記入力信号のマーク率に比例する第二の信号を出力
するマーク率検出手段と、前記第一の信号と前記第二の
信号とを比較しその結果に応じて前記光変調器の動作点
を制御する制御信号を出力する制御信号生成手段とを含
むことを特徴とする。

また、本発明は、前記光変調器は、電気信号と信号光と
が同一方向に入射される進行波型の光変調器であり、前
記信号光とは反対方向から前記光変調器に対して制御信
号光を入射する制御光入射手段を含み、前記光分岐手段
は、前記光変調器によって変調された前記制御信号光を
取り出す手段であることを特徴とする。

〔作用〕

本発明の一つは、変調器の特性が有限の帯域を持つこと
に起因した平均光パワの動作点変動への依存性を利用し
た方式であり、さらに他の一つは、積極的に変調器の帯
域を狭くするようにして、平均光パワの動作点変動によ
る変化を大きくしようとする方式である。

本発明の作用を第６図（ａ）および（ｂ）を用いて説明
する。

干渉型光変調器において、変調帯域が無限大の理想的な
変調器に第６図（ａ）に示すような完全な矩形の電圧波
が印加される場合を考える。このとき、光変調器の光出
力を印加される電圧Ｖの関数としてＳ　（Ｖ）と表すと
、平均光出力パワＳ□は、Ｓ、ｖ＝０．５Ｓ（Ｖ、）＋
０，５Ｓ（Ｖｏ）　　　　（１）Ｖｌ　：マーク時の印
加電圧Ｖｏ　ニスペース時の印加電圧マーク率１／２の場合と表される。ここで、Ｓ　（Ｖ）　＝ｃｏｓ２（Ｖ　／　２　）、Ｖ、−Ｖｏ
　＝π という条件で変調器を用いていたと仮定する。経年変化
などでＳ　（Ｖ）からＳ　（Ｖ＋ΔＶ）と変動したとき
平均光出力パワＳ　ａ　Ｖ　Ｉ　は、ＳａＶ、＝０．５
Ｓ（Ｖ、＋△Ｖ）　＋０．５３　（Ｖｏ＋ΔＶ）−〇、
５Ｓ（Ｖ、＋△Ｖ）＋０．５Ｓ（Ｖ、＋ΔＶ＋π）−〇
、５と変わらない。

次に、より現実的な系として有限な帯域を持つ系を考え
る。変調器に第６図（ｂ）に示す電圧波が印加されると
考える。系の状態を印加電圧により次の二つに区別する
。（１）Ｖ＋　、Ｖｏである状態、（２）ｖ１→ｖｏＳ
ｖｏ−＋Ｖ１と変化する状態、（４）テアル確率ヲＸ、
　（２）テある確率を（１−Ｘ）とすると平均光出力パ
ワＳ　ａｙは、Ｓ、ｖ＝　Ｘ　（０，５Ｓ　（Ｖ、）　−ｔ−０，５Ｓ
　（ＶＯ）　）＋（１−ｘ）ｆ、ｖ′５（Ｖ）ｄＶ（２
）である。

Ｓ　（Ｖ）がＳ　（Ｖ＋△Ｖ）　１：変ｌしたとき１１
項は変わらないが、第２項の積分値は積分区間がπであ
るため変化する。このことにより、（１−Ｘ）がＯとな
らない帯域が有限な現実的な変調器に、立ち上がり、立
ち下がり時間がＯでない電圧パルスを印加することで光
を変調する場合、平均光出力パワの変動を識別すること
で電圧−光出力特性の変動をとらえることができる。

従って、変調された光信号を光−電気変換手段で電気信
号に変換して、さらに平均化して、その値を動作点が最
適動作点であると仮定したときに予想される値と比較し
て、その差が最小となるように動作点を変えることで常
に動作点を最適な値にすることができる。

電圧−光出力特性の変化率にたいして平均光出力の変化
率を大きくとるためには（（２）式で（１−Ｘ）を大き
くするようにすればよい。つまり変調器の帯域を狭くす
ればよい。本発明の他の一つはこのための工夫である。

電気信号線路と光導波路が平行に配置されるような高速
光伝送用進行波型光変調器において、電気信号の進行方
向と反対の方向から入射された制御用の連続光は電気信
号により変調光となるが、光の進行方向と電気信号の進
行方向が逆であるため、帯域は光の進行方向と電気の進
行方向が同じ場合に比べて狭い。

第７図（ａ）および（ｂ）は実際に光を順方向（電気信
号と同じ方向）から入射した場合と、逆方向（電気信号
とは反対の方向）から入射した場合の動作点を変えたと
き出力する平均光パワをグラフにした実験結果である。

電気信号は１０Ｇｂ／ｓ、　ＮＲ７（ＮｏｎＲｅｔ−ｕ
ｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）信号、変調器の帯域は信号の変
調に十分な帯域（ただし順方向の場合）を持っている。

実験の結果たしかに、動作点の変動を平均光パワを測定
することで認識できることと、光の進行方向と電気信号
の進行方向が逆にすると進行方向が同じ場合に比べて平
均光パワの変動が大きいことが確Ｓ忍できた。

〔実施例〕以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。

第１図は本発明の第一実施例を示すブロック構成図で、
本発明の第一の基本構成を示す。

本実−実施例は、光源からの入力信号光１に主電気信号
３により変調を行い出力信号光２を出力する光変調器１
０と、この光変調器１０の動作点の制御を行うバイアス
制御手段とを備えた光変調装置において、本発明の特徴とするところの、前記バイアス制御手段は
、少なくともボート■からボート■までの三つの入出力
端子を持ち、ボート■からの入力はボート■および■に
出力される光分岐手段（１）２１と、人力が光分岐手段
（１）２１のボート■に接続され分岐された出力信号光
２の一部を電気信号に変換する光−電気変換手段１５と
、光−電気変換手段１５からの電気信号を入力とし十分
に長い単位時間に対する入力信号の平均電力に比例する
第一の信号として平均電力信号４を出力する平均電力出
力手段としての平滑化手段１６と、光変調器１０に変調
を行うことを目的とした主信号である主電気信号３のマ
ーク率に対応する第二の信号として定格信号５を出力す
るマーク率検出手段としてのマーク率検出回路１４と、
平均電力信号４と定格信号５とを比較しその結果に応じ
て光変調器１０の動作点を制御する制御信号６を出力す
る制御信号生成手段としての、平均電力信号４と定格信
号５との差分に比例した信号を増幅出力する差分増幅手
段１３、この差分増幅手段１３の出力を入力とし入力の
値が常に一定になるように出力電圧を変動する入力電圧
制御回路１２、およびこの入力電圧制御回路１２の出力
を一つの入力として主電気信号３をもう一つの入力とし
て２人力の加算値に比例する制御信号６を出力する直流
電圧印加回路１１とを含んでいる。

第２図は、本発明の第二実施例を示すブロック構成図で
、第１図に示した本発明の第一構成の具体的な構成例を
示す。

本第二実施例は、第１図の第一実施例において、光分岐
手段２１として光分岐カップラ（１）２１ａを、光−電
気変換手段１５としてｐｌｎ形のホトダイオード（Ｆ　
Ｄ）、　１５ａを、平滑化手段１６として低域通過ろ波
器を含む平滑化回路１６ａを、差分増幅手段１３として
差動増幅器１３ａを、入力電圧制御回路１２および直流
電圧印加回路１１として直流レベル制御回路１１ａをそ
れぞれ設け、さらに定格信号発生回路１４ａをマーク率
検出回路１４とは別に設けたものである。

また、１７は終端抵抗および２０はアイソレータである
。

なお、ここでｐｌｎ形のホトダイオード１５ａはホトダ
イオードの代わりにアバランシェ形のホトダイオードで
もよく、光分岐カップラ（１）２１　ａの代わりにハー
フミラ−を用いてもよい。

次に、本第二実施例の動作について説明する。

光分岐カップラ（１）２１ａは、光変調器ｌＯからの出
力信号光２の一部をその分岐率に応じて分岐しホトダイ
オード１５ａに入力する。ホトダイオード１５ａは人力
された信号光を電気信号に変換し平滑化回路１６ａに人
力する。平滑化回路１６ａは人力された電気信号を平滑
化して低周波電圧としての平均電力信号４を出力する。

一方、マーク率検出回路１４は人力された主電気信号３
のマーク率を検出し出力する。そして定格信号発生回路
１４ａはマーク率検出回路１４で検出されたマーク率に
比例した定格信号５を生成出力する。

差動増幅器１３ａは、平均電力信号４と定格信号５との
差電圧を増幅して制御電圧７を直流レベル制御回路１１
ａに人力する。

直流レベル制御回路１１ａは、制御電圧７と主電気信号
３とを入力して、制御電圧７が常に一定値となるように
制御信号６を生成し、光変調器１０の動作点を制御する
。

従って、本第二実施例によれば、前記（２）式により、
光変調器１０の動作点を常に最適に保つことができる。

第３図は本発明の第三実施例を示すブロック構成図で、
本発明の第二の基本構成を示す。

本第三実施例は、第１図の第一実施例において、さらに
、本発明の特徴とするところの、光変調器１０を電気信
号と信号光とが同一方向に入射される進行波型の光変調
器１０ａに代え、前記信号光とは反対方向から光変調器
１０ａに対して制御信号光８を入射する制御光入射手段
としての光分岐手段（２）３２を含み、光分岐手段（１
）２１の代わりに、光変調器１０ａによって変調された
制御信号光８ａを取り出すように光変調器１０ａの前に
配置された光分岐手段（１）３１を含むことにある。

そして、光分岐手段（１）３１は四つのポートを有し、
ポート■からの人力はポート■およびポート■に出力さ
れ、ポート■に出力されず、ポート■からの人力が少な
くともポート■には出力し、ポート■には出力されない
。そして、ポート■には入力信号光が入射され、ポート
■からは変調された制御信号光８ａが取り出され光−電
気変換手段１５に入力され、ポート■は光変調器１０ａ
の入力に接続される。また、光分岐手段（２）３２は少
なくとも三つのポートを有し、ポート■からの入力はポ
ート■に出力され、ポート■からの入力はポート■に出
力されポート■には出力されない。そして、ポート■は
光変調器１０ａの出力に接続され、ポート■からは出力
信号光２が出力され、ポート■は光分岐手段（１）３１
のポート■に接続される。

第４図は本発明の第四実施例を示すブロック構成図で、
第３図の本発明の第二の構成の具体的構成例（１）を示
す。

本第四実施例は、第３図の第三実施例において、光分岐
手段（１）３１として光分岐カップラ（１）３１ａを、
光分岐手段（２）３２として光分岐カップラ（２）３２
　ａを、光−電気変換手段１５としてｐｌｎ形のホトダ
イオード（ＰＤ）１５ａを、平滑化手段１６として低域
通過ろ波器を含む平滑化回路１６ａを、差分増幅手段１
３として差動増幅器１３ａを、入力電圧制御回路１２お
よび直流電圧印加回路１１として直流レベル制御回路１
１ａをそれぞれ設け、さらに制御信号光を入力するため
のアイソレータ４１および制御用光源４２を設けたもの
である。また、１７は終端抵抗および２０はアイソレー
タである。そして、アイソレータ４１は光分岐カップラ
（２）３２　ａのポート■に接続される。

なお、ここでｐｌｎ形のホトダイオード１５ａはアバラ
ンシェ形のホトダイオードでもよく、光分岐カフブラ３
１ａおよび３２ａの代わりにハーフミラ−を用いてもよ
い。また、制御用光源４２としてはレーザダイオードま
たは発光ダイオードが用いられる。

次に、本第四実施例の動作について説明する。

光分岐カップラ（２）３２　ａは、制御用光源４２から
の制御信号光をアイソレータ４１を介してそのポート■
から取り入れ光変調器１０ａに出力信号光２とは反対方
向にそのポート２に入力する。この光変調器１０ａに入
力された制御信号光は光変調器１０ａで変調を受けその
ポート■から出力される。

そして、この変調を受けた制御信号光は、光分岐カップ
ラ（１）３１ａによりそのポートのから取り出されホト
ダイオード１５ａ　に入力される。

後は、前述の第二実施例の場合と同様にして、この変調
を受けた制御信号光の平均出力パワに応じて光変調器１
０ａの動作点を制御する。

従って、本第四実施例によれば、前述の式（１）により
、さらに第７図ら〕に示したように、動歪よく光変調器
の動作点を最適に制御することができる。

第５図は本発明の第五実施例を示すブロック構成図で、
本発明の第３図に示す第二の構成の具体的構成例（２）
を示す。

本第五実施例は、第４図の第四実施例におし、）で、特
別に制御用光源４２を用いないで、アイソレータ４１の
入力を先導波管で光分岐カップラ（１）３１ａのポート
■に接続し、入力信号光１の一部分を分岐して制御信号
光としたものである。

従って、その動作および効果は第四実施例と同様である
とともに、特別に制御用光源を必要としない利点がある
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明を用いることで干渉型の変
調器の入出力特性の変動による消光比の劣化、およびア
イ開口における劣化などの特性劣化が、動作点を常に最
適な状態に制御することで防止できる効果がある。また
従来の制御法と異なり信号光には波形歪みなどの影響を
与えることがない。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の第一実施例を示すブロック構成図。第２図は本発明の第二実施例を示すブロック構成図。第３図は本発明の第三実施例を示すブロック構成図。第４図は本発明の第四実施例を示すブロック構成図。第５図は本発明の第五実施例を示すブロック構成図。第６図（ａ）および（′ｂ）は本発明の詳細な説明図。第７図（ａ）およびら）は動作点の変動と平均光パワの
関係を示す図。第８図は従来例の入出力特性図。第９図は従来の低周波重畳方式の入出力特性図。１・・・入力信号光、２・・・出力信号光、３・・・主
電気信号、４・・・平均電力信号、５・・・定格信号、
６・・・制御信号、７・・・制御電圧、８．８ａ・・・
制御信号光、１０．１０ａ・・・光変調器、１１・・・
直流電圧印加回路、ｌｌａ・・・直流レベル制御回路、
１２・・・入力電圧制御回路、１３・・・差分増幅手段
、１３ａ・・・差動増幅器、１４・・・マーク率検出回
路、１４ａ・・・定格信号発生回路、１５・・・光電気
変換手段、１５ａ・・・ホトダイオード（Ｐ　Ｄ）、１
６・・・平滑化手段、１６ａ・・・平滑化回路、１７・
・・終端抵抗、２０．４１・・・アイソレータ、２１．
３１・・・光分岐手段（１）、２１ａ　、　３１ａ・・
・光分岐カップラ（１）、３２・・・光分岐手段（２）
、３２ａ・・・光分岐カンブラ（２）、４２・・・制御
用光源。

Claims

【特許請求の範囲】１、入力信号光を電気的な入力信号により変調して出力
信号光を得る光変調器と、この光変調器の動作点の制御を行うバイアス制御手段とを備えた光変調装置において、前記バイアス制御手段は、前記出力信号光を一部取り出す光分岐手段と、この光分
岐手段からの出力信号光を電気信号に変換する光−電気
変換手段と、この光−電気変換手段の出力を入力とし前記電気信号の
平均電力に比例する第一の信号を出力する平均電力出力
手段と、前記入力信号のマーク率に比例する第二の信号を出力す
るマーク率検出手段と、前記第一の信号と前記第二の信号とを比較しその結果に
応じて前記光変調器の動作点を制御する制御信号を出力
する制御信号生成手段とを含むことを特徴とする光変調装置。２、請求項１に記載の光変調装置において、前記光変調
器は、電気信号と信号光とが同一方向に入射される進行
波型の光変調器であり、前記信号光とは反対方向から前
記光変調器に対して制御信号光を入射する制御光入射手
段を含み、前記光分岐手段は、前記光変調器によって変
調された前記制御信号光を取り出す手段であることを特
徴とする光変調装置。