JPH0474030A - コヒーレント光送信装置の周波数安定化方法およびコヒーレント光送信装置 - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、光フアイバ通信の分野、特にコヒーレント
光通信用送信装置の波長制御方法に関する。

（従来の技術） 光フアイバ通信装置は、高速変調特性や長距離伝送特性
に優れ、次世代の通信装置として、急速な普及と技術改
良がなされている。この光フアイバ通信装置の中でも特
に光周波数変調や光位相変調を用い、受信側でヘテロダ
イン検波を行うコヒーレント光通信装置は、高受信感度
と、高密度周波数分割多重が可能であり、長距離通信と
ともに超大容量通信を実現できる装置として注目されて
いる。

（発明が解決しようとする課題） コノコヒーレント光通信装置においては、光源としては
単一波長で発振する分布帰還形の半導体レーザ（ＤＦＢ
−ＬＤ）が一般に使われている。このし〜ザは注入電流
を変化させると、活性層の温度変動や注入キャリアの変
動にともなう屈折率変化によって発振周波数が変化する
が、コヒーレント光通信ではこの性質を利用して、微小
な変調信号を半導体レーザに加えて周波数変調あるいは
位相変調をかけている。この場合の周波数変調効率はお
よそ２００ＭＨｚ／ｍＡである。

一方コヒーレント光通信においては、信号光と局部発振
光との波長差の安定度を数ＭＨｚ以内に保つ必要がある
。これはマイクロ波通信と同様に安定な復調動作を得る
ために、センタ周波数ノ一定な中間周波信号を得るため
である。通常、光源の周波数を安定化させるために、半
導体レーザの周囲温度と平均印加電流を高度に安定させ
ている。

また、絶対周波数を安定にするために、周波数基準を用
いての周波数安定化をおこなっている例もある。周波数
基準としてはガスの吸収線が使われることが多い。これ
は例えば、信号光をアンモニアガスのセルに通した時、
吸収線の周波数域で信号光の透過率が大きく変化する現
象を利用するもので、比較的容易に吸収のピークに周波
数を安定化することができる。

ところで、通常のディジタル通信においては、論理（１
１１１の出現確率（マーク率）は必ずしも一定ではなく
、論理“１０９”が相対的に多い場合や、或は論理゛１
″が連続して出現する場合などが生じ得る。この様な場
合、送信側光源において、印加信号の平均電流が偏るた
めに信号光の中心波長が変移し、従って中間周波信号の
センタ周波数が変移する恐れがある。しかし従来がらの
コヒーレント光通信用光送信装置では、マーク率の変化
によらず信号光の中心波長を一定に保つような制御はな
されておらず、またその様な制御方法も報告されていな
い。

絶対波長の安定化系を用いている場合でも、マーク率が
変化するとスペクトル形状が変わるために、中心周波数
が偏移してしまう。

本発明の目的は、この様な欠点を排除して、マーク率の
変化によらず信号光の中心波長を一定に保つことができ
るコヒーレント光通信用光送信装置の周波数安定化方法
並びにこれに用いるコヒーレント光送信装置を提供する
ことにある。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、ディジタル光信号を送出する光半導体
素子の発振周波数を安定化する方法において、ディジタ
ル変調信号のマーク率に応じた制御電流を前記光半導体
素子に印加することを特徴とするコヒーレント光送信装
置の周波数安定化方法、及びディジタル光信号を送出す
る光半導体素子と、その光半導体素子にディジタル変調
信号を供給する信号源と、前記光半導体素子にバイアス
電流を供給するバイアス電流源と、前記ディジタル変調
信号のマーク率を検出するマーク率検出器とを含み、該
マーク率検出器の出力を前記光半導体素子に印加するこ
とを特徴とするコヒーレント光送信装置が得られる。

また、本発明によれば、ディジタル光信号を送出する光
半導体素子の発振周波を検出し、基準値からのずれを誤
差信号として前記光半導体素子の制御信号に帰還するコ
ヒーレント光送信装置の周波数安定を方法において、デ
ィジタル信号のマーク率変動に応じた信号を前記光半導
体素子の制御信号に帰還することを特徴とするコヒーレ
ント光送信装置の周波数安定化方法、ならびに、ディジ
タル光信号を送出する光半導体素子と、その光半導体素
子にディジタル変調信号を供給する信号源と、前記光半
導体素子の出力光周波数を検出する光周波数弁別器と、
前記光弁別器の誤差出力に応じて前記光半導体素子の光
周波数を制御する周波数制御回路と、前記ディジタル変
調信号のマーク率を検出するマーク率検出器とを含み、
該マーク率検出器の出力を前記周波数制御回路に帰還す
ることを特徴とするコヒーレント光送信装置が得られる
。

（作用） 本発明は、半導体レーザに印加されるディジタル信号の
マーク率に応じて、バイアス電流を制御しマーク率の変
化分を補償するものである。例えば論理１，０に対応し
た電流振幅が１０ｍＡの時マーク率１／２であれば平均
の印加信号電流は５ｍＡになるが、これがもし瞬時的に
１７４になれば、２．５ｍＡに減少する。本発明はこの
変動した２、５ｍＡ分を補償するため、半導体レーザ光
源の印加電流を２．５ｍＡ増加させている。

また、本発明は、半導体レーザに印加されるディジタル
信号のマーク率に応じて、周波数安定化回路の制御出力
を補償し、マーク率の変化分を補償するものである。例
えば、周波数偏移変調（ＦＳＫ）信号で、論理１，０に
対応した周波数偏移量が２ＧＨｚで、マーク率が１／２
の時に光周波数弁別器からの誤差出力が零になるよう設
定されている場合、マーク率がもし瞬時的に１／４にな
れば、周波数弁別回路からは０．５ＧＨｚの周波数偏移
に相当する誤差出力が出されることになる。本発明はこ
の誤った誤差出力分をマーク率検出器の出力で補償する
ものである。

（実施例） 第１図は本発明によって得られるコヒーレント光通信用
送信装置の第１の実施例を示すブロック図、第２図は第
１の実施例内のマーク率検出器５の構成を示すブロック
図である。

恒温槽４中で温度安定化された分布帰還型の半導体レー
ザ１はパルス駆動回路２および直流バイアス電流源３に
よって駆動されている。パルス駆動回路２は送信信号１
１を受けると２．４Ｇｂ／ｓのパルス信号電流６を出力
し、半導体レーザ１を周波数変調する。パルスの波高値
８．８ｍＡ、バイアス電流７は６５ｍＡで論理の１，０
に対応して周波数偏移量２ＧＨｚの１．５５．ｚｍ光を
出力する。この半導体レーザ１は制御精度０．０５度の
ＰＩＤ温度制御回路とペルチェ素子、ならびに印加バイ
アス電流の安定化によって中心波長が安定化されており
、その波長安定度は約５０ＭＨｚである。

マーク率検出器５は送信信号の内輪環１１１＋１の出現
割合を検出するもので、マーク率に比例した制御出力８
を出す。この制御出力８はバイアス電流７に加算されて
半導体レーザ１に印加される。制御出力８は送信信号１
１のマーク率変動に伴う平均信号電流の変動を補償する
もので、マーク率１／２の基準として、変動に応じた量
の電流をバイアス電流量で補充する。即ちパルス信号電
流６の平均値は４．４ｍＡであるが、マーク率がもし１
／４に減少した場合、平均信号電流の低減分２．２ｍＡ
をバイアス電流分として補充する。逆にマーク率が３／
４に増大したときは平均信号電流の増加分２．２ｍＡを
バイアス電流７から削減する。このように制御した結果
、信号光２０のセンタ波長の変化はマーク率の変化にか
かわらず、１０ＭＨｚ以内に抑えることができた。この
変動量は、受信回路において、受信感度劣化を０．３ｄ
Ｂ以下に抑えるに十分な値である。

マーク率の変動を検出するマーク率検出器５は第２図に
示す様にダイオードコンデンサを組み合せた全波整流器
１３と半波整流器１２から構成されるもので、全波整流
器１３が信号電力を、半波整流器１２が論理１または０
の電力を検出する様になっている。これら半波整流器１
２と全波整流器１３の出力は低域濾波器１４、割り算器
１５に入力されて、マーク率が求められる。マーク率検
出器５の出力は適正な割合でバイアス電流７に重畳され
ることにより、マーク率によらず中心波長の安定な送信
出力を得ることができる。

第３図は本発明の第２の実施例を示すブロック図である
。第２の実施例は、第１の実施例に比ベマーク率検出器
５の出力を帰還する場所が異なっている。即ちマーク率
検出器５の出力をディジタル変調信号６に重畳するよう
にして半導体レーザｌに印加している。これはマーク率
検出出力をどの程度周波数応答で半導体レーザ１に帰還
するかで選択したものである。通常の直流バイアス電流
７は、安定な直流電流を印加するために、コンデンサー
１０やインダクタ９を用いて電気的な応答を例えばＩＫ
Ｈｚ程度に制限している。従ってマーク率変動速度が数
ＫＨｚのオーダであった場合、制御出力８をバイアス電
流に重畳するのでは変動に追随できない場合が有り得る
。第２の実施例はこのような点を考慮したものであり、
制御出力８を応答速度が速いパルス信号電流６に重畳す
ることにより高速化を実現した。第２の実施例では制御
出力８の応答速度は約５０ｋＨｚに設定したが、このた
めより微細なマーク率変動に対しても制御が可能になり
、中心周波数変動２ＭＨｚ以内に、受信感度劣化を０．
１ｄＢに抑えることができた。

以上の実施例の外にも本発明においてはいくつかの変形
例をあげることができる。半導体レーザ１としてはＤＦ
Ｂ−ＬＤの例を示したが、それ以外の種類の物でも単一
波長で動作するものであれば良い。

またマーク率検出器５については整流器を用いた例を示
したが、それ以外のものでも良いことは当然である。ま
たマーク率検出器５の出力をバイアス電流や信号電流に
重畳する例を示したが、バイアス電流や信号電流とは別
個に半導体レーザに直接印加してもよい。この場合、多
電極型の半導体レーザであれば、複数の電極の中のひと
つを選んでも良い事になる。またマーク率検出器の出力
を直流バイアス電流源３やパルス駆動回路２に人力して
、それらの出力を制御する構成でも良い。

第４図は本発明によって得られるコヒーレント光通信用
送信装置の第３の実施例を示すブロック図、第５図は光
周波数弁別回路の構成図である。第３の実施例は以下の
意思外は第１の実施例と同様であるため、説明は省略す
る。半導体レーザ１の出力信号光２０の一部はハーフミ
ラ−２１で分岐されて、光周波数弁別回路４０に導かれ
、絶対周波数からの偏移量が測定される。

光周波数弁別回路４０は、高度に周囲温度が安定化され
た方解石板２２と偏光プリズム２３とで構成されており
、１．５５００１□ｍを中心周波数として誤差出力２８
が得られるように設定されている。誤差出力２８は、演
算回路４９を介して直流バイアス電流源３に帰還されて
おり、半導体レーザ１の周波数安定化がなされている。

絶対周波数の安定度としては約２０ＭＨｚが得られてい
る。

マーク率検出器５は送信信号１１の内輪理ｔＴｐの出現
割合を検出するもので、マーク率に比例した制御出力８
を出す。この制御出力８は演算回路４９に入力されて前
述の誤差出力２８に加算され、送信信号１１のマーク率
変動に伴う光周波数弁別回路４ｏの変動を補償する。こ
のように制御した結果、信号光２０のセンタ周波数の変
化はマーク率の変化にががわらず１０ＭＨｚ以内に抑え
ることができた。この変動量は、受信回路において、受
信感度劣化を０．１ｄＢ以下に抑えるに十分な値である
。

第５図（ａ）に示した光周波数弁別回路４ｏの動作原理
については、特願平１−２２６８６３号明細書に詳しい
ので詳細な説明は省略するが、方解石板２２の常光軸に
４５度の角度で入射した直線偏波の信号光２ｏが、常光
と異常光の伝搬速度差によって偏波面を回転させる現象
を利用したものである。この常光と異常光り伝搬速度差
には波長依存性があるため、信号光の中心周波数が設定
値よりずれると、偏光プリズム２３で偏波分離される光
量のバランスが１＝１からずれて差動検出回路２９がら
誤差出力２８を生じる。差動検出回路２９は光検出器２
４、減算回路２５、足し算回路２６、割算回路２７がら
構成されており、規格化された誤差出力２８を得ること
ができる。誤差出力２８の光周波数特性を第５図（ｂ）
に示す。

マーク率の変動を検出するマーク率検出器５は第２図に
示す様にダイオードやコンデンサを用いた全波整流器１
３と半波整流器１２がら構成されるもので、各整流器の
駆動回路であるバッファ回路１６に接続された全波整流
器１３が信号電力を、半波整流器１２が論理１または０
の電力を検出するようになっている。これら半波整流器
１２と全波整流器１３の出力は低域濾波器１４、割り算
器１５に入力されて、マーク率が求められる。

以上の実施例の外にも本発明においてはいくつかの変形
例をあげることが出来る。半導体レーザ１としてはＤＦ
Ｂ−ＬＤの例を示したが、それ以外の種類の物でも単一
波長で動作するものであれば良い。

光周波数弁別器については、本実施例に示した以外にも
ファプリーペローエタロンやマツハツエンダ干渉系を利
用したものなどいくつがが報告されているが、その何れ
であっても適用が可能である。

またマーク率検出器については整流器を用いた例を示し
たが、それ以外のものでも良いことは当然である。また
マーク率検出器の出力を演算回路に人力する例を示した
が、直流バイアス電流源３の電流制御端子に直接印加す
る等の変形も可能である。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、マーク率の変化
によらず信号光の中心波長を一定に保つ事ができるコヒ
ーレント光通信用光信号部をえることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例をしめずブロック図、
第２図は第１の実施例内の光検出器出力の例を示す図、
第３図は第２の実施例を示すブロック図、第４図は、本
発明の第３の実施例をしめずフロック図、第５図（ａ）
は第３の実施例内の光周波数弁別器の例を示す図、第５
図（ｂ）はその誤差出力の光周波数特性図である。 図において、１０１．半導体レーザ、２・・・パルス駆
動回路、３・・・バイアス電流源、４・、・恒温槽、５
６８．マーク率検出器、６・・・パルス信号電流、７・
・・バイアス電流、８・・・制御出力、９・、・インダ
クタ、１０・・・コンデンサ、１１・８．送信信号、１
２・・・半波整流器、１３・・・全波整流器、１４・・
・低域濾波器、１５・・・割り算器、２０・・・信号光
、２１・・・ハーフミラ−１２２・・・方解石板、２３
・・・偏光プリスム、２８・１．誤差出力、４０．１．
光周波数弁別回路、４９・・・演算回路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）ディジタル光信号を送出する光半導体素子の発振周
   波数を安定化する方法において、ディジタル変調信号の
   マーク率変動に応じた制御電流を前記光半導体素子に印
   加することを特徴とするコヒーレント光通信装置の周波
   数安定化方法。 ２）ディジタル光信号を送出する光半導体素子と、その
   光半導体素子にディジタル変調信号を供給する信号源と
   、前記光半導体素子にバイアス電流を供給するバイアス
   電流源と、前記ディジタル変調信号のマーク率を検出す
   るマーク率検出器とを含み、該マーク率検出器の出力を
   前記光半導体素子に印加することを特徴とするコヒーレ
   ント光通信装置。 ３）マーク率検出器の出力をバイアス電流に重畳して光
   半導体素子に印加することを特徴とする前記第２項記載
   のコヒーレント光通信装置。 ４）マーク率検出器の出力をディジタル変調電流に重畳
   して光半導体素子に印加することを特徴とする前記第２
   項記載のコヒーレント光通信装置。 ５）ディジタル光信号を送出する光半導体素子の発振周
   波数を検出し、基準値からのずれを誤差信号として前記
   光半導体素子の制御信号に帰還するコヒーレント光通信
   装置の周波数安定化方法において、ディジタル信号のマ
   ーク率変動に応じた信号を前記光半導体素子の制御信号
   に帰還することを特徴とするコヒーレント光通信装置の
   周波数安定化方法。 ６）ディジタル光信号を送出する光半導体素子と、その
   光半導体素子にディジタル変調信号を供給する信号源と
   、前記光半導体素子の出力光周波数を検出する光周波数
   弁別器と、前記光周波数弁別器の誤差出力に応じて前記
   光半導体素子の光周波数を制御する周波数制御回路と、
   前記ディジタル変調信号のマーク率を検出するマーク率
   検出器とを含み、該マーク率検出器の出力を前記周波数
   制御回路に帰還することを特徴とするコヒーレント光送
   信装置。