JPH10115813A - 光変調装置 - Google Patents

光変調装置

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JPH10115813A
JPH10115813A JP27045996A JP27045996A JPH10115813A JP H10115813 A JPH10115813 A JP H10115813A JP 27045996 A JP27045996 A JP 27045996A JP 27045996 A JP27045996 A JP 27045996A JP H10115813 A JPH10115813 A JP H10115813A
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JP
Japan
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bias
optical modulator
signal
output
level
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Application number
JP27045996A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Masuda
宏 増田
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Anritsu Corp
Original Assignee
Anritsu Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Anritsu Corp filed Critical Anritsu Corp
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Publication of JPH10115813A publication Critical patent/JPH10115813A/ja
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0121—Operation of devices; Circuit arrangements, not otherwise provided for in this subclass
    • G02F1/0123—Circuits for the control or stabilisation of the bias voltage, e.g. automatic bias control [ABC] feedback loops

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光変調器の変調特性は、経年変化・温度変化
などの環境変化により変動する。変調特性の変動にかか
わらず、光変調器の動作を確実に、最適な動作点に、安
定して設定する。 【解決手段】 光変調器１は入力光を電気的な入力信号
により変調して出力光を得る。高調波検出器２はその出
力光を受けて入力信号の周波数の偶数次高調波、たとえ
ば２次高調波を選択的に検出する。バイアス手段３はそ
の２次高調波が最小になるところの光変調器１のバイア
ス点を見つけ、そのバイアス点を動作の中心として光変
調器１に設定する。光変調器１のバイアスが変動すると
出力光に含まれる入力信号の２次等の偶数次高調波が、
光変調特性の直線領域のほぼ中心で減少することを利用
してバイアスを設定し、光変調器１を安定に動作させる
ことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信システムに
おいて電気信号で変調された光信号を出力する光変調装
置に係り、特に、光変調器の非線形な変調特性を利用し
て変調歪の少ないバイアス点に光変調器の動作点を設定
して安定化する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、干渉形の光変調器例えばその代表
的なマッハツェンダ形光変調器は、その変調特性が、経
年変化，温度などの環境変化によりその動作点がドリフ
トすることが知られていた。その様子を図６および図７
により説明する。図６は、光変調器１が入力光λO を電
気的な入力信号ｆO で変調して出力光λM を出力する構
成を示す。変調器の動作点は、バイアスＶb に設定され
ている。図７は、光変調器１の変調特性を説明する図
で、変調特性Ａが温度変化等により変調特性Ｂに変動し
たとき、電気的な入力信号Ｃ（正弦波の場合）または入
力信号Ｆ（ＮＲＺ（ノンリターンゼロ）信号の場合）
は、それぞれ出力光の波形がＤからＥへ、または出力光
の波形がＧからＨへ変動し、歪みが出てくる。
【０００３】これを解決しようとした技術として、特開
平４−１１６６１８号（以下、引例１という）および特
開平３−２５１８１５号（以下、引例２という）があ
り、それぞれを図８および図９，図１０を用いて説明す
る。
【０００４】引例１は、高速デジタル伝送に用いられる
光変調器の動作点が変動すると、伝送信号であるデジタ
ル信号のマーク率も変動することを利用している。図８
において光変調器１０を主電気信号で変調し、光分岐手
段１７，光一電気変換手段１５および平滑化手段１６で
変調した後の電気信号の平均電力を求め、一方で変調前
の主電気信号のマーク率をマーク率検出回路１４で検出
し、その検出したマーク率に応じた定格信号と変調した
後の電気信号の平均電力とを差分増幅手段１３で比較し
て、入力電圧制御回路１２の出力で光変調器１０のバイ
アスを制御することにより、主電気信号のマーク率に応
じて一定のマーク率が得られるようにすることで、光変
調器１０の動作点の安定化を図る技術である。なお、図
８中、直流電圧印加回路１１は主電気信号に入力電圧制
御回路１２の電圧を加える回路である。
【０００５】引例２は、図９に構成を、図１０に光変調
器の特性を示す。図９に示すように可変利得アンプ２５
で低周波発振器２４からの低周波信号を電気的な入力信
号に重畳して、その出力によりマッハツェンダ変調器２
０で入力光を変調して出力光として出力する。次に、そ
の出力光の一部を光分岐回路２１で分岐して取り出し、
フォトダイオード２２で電気信号に変換して得た低周波
信号成分の位相と変調前の低周波信号の位相とをミキサ
２３で位相比較する。その比較結果で、マッハツェンダ
変調器２０の出力には低周波信号の基本波成分が含まれ
ないように（２次高調波成分があるように）差動アンプ
２６で制御することにより、動作点の安定化を図ってい
る。
【０００６】これは、図１０に示すように光変調器の特
性の最上部および最下部（極点）において非線形な特性
を有するため、この極点の非線形な特性部分に係る低周
波成分は２倍の周波数に変換されることを利用したもの
である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術には、次
のような問題点があった。
【０００８】引例１は、デジタル信号のマーク率は使用
状況により変動するため、光変調器に入力される電気的
な入力信号に含まれるデジタル信号のマーク率を予め知
っていなければならない。そのため、デジタル信号を発
生する装置と一体的に収納するか、または、デジタル信
号からマーク率を検出する装置を付属させなければ目的
が達成できないという不便さがあった。
【０００９】また、電気的な入力信号を正弦波とする場
合、目的達成が困難である。
【００１０】引例２は、常に低周波信号の２次高調波が
出力できるよう基本波信号を消すように動作するため、
図１０で示されるように低周波信号が光変調器の変調特
性の極点（非線形特性が最大となる点）に係るようにし
なければならない。つまり、光変調器に入力する電気的
な入力信号の大きさも前記変調特性の極点間の幅に合わ
せる必要があるので、電気的な入力信号の大きさに自由
度がなくなる。
【００１１】さらに、引例２は、位相検出を行っている
が、もともと、入力光半導体レーザ等は、電気的な入力
信号に比し揺らぎが大きいため、位相検出する際、その
揺らぎが雑音として検出されることがあり、結果として
光変調器へのバイアスの雑音となりかねない。
【００１２】本発明の目的は、光変調器の特性とそこか
ら出力される変調された出力光の変調歪みを利用して光
変調器の動作点を安定化する光変調装置を提供すること
である。
【００１３】すなわち、本発明は、光変調器の最適な動
作点の変動を判断するにあたり、伝送対象である電気信
号そのものの歪みを検出して、その歪みがなくなる動作
点に設定することにより、確実に安定な動作を得ようと
するものである。したがって、引例１におけるマーク
率、引例２における低周波信号の２次高調波のように、
他の手段または伝送信号以外の他の媒体を検出材料とす
ることなく、つまり、伝送しようとする信号以外の情報
に依存することによる制約を除き、簡素な構成とするこ
とができる
【００１４】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するた
め、本発明は、図７に示すように、光変調器の電気的な
入力信号対出力光の特性が線形領域の両端に非線形領域
を有する変調特性（以下、「Ｓ字特性」と称する）のも
つ非直線性を利用している。
【００１５】つまり、本発明は、図７の光変調器の変調
特性ＡのＳ字特性の中心に動作点を置いて、そこを中心
に電気的な入力信号で変調した場合、出力される出力光
はその動作点を境にほぼ対称に変調されるので、その出
力光から電気的な入力信号を復調して取り出してみる
と、電気的な入力信号の偶数次高調波が少ない（図７の
出力波形Ｄ，Ｇ）。反面、図７の変調器特性Ｂのよう
に、変調器の動作点がＳ字特性の中心からズレてくると
光変調器から出力される出力光の対称性が崩れ、復調し
て取り出した電気的な入力信号の偶数次高調波が多くな
る（図７の出力波形Ｅ，Ｈ）ことに着目したものであ
る。
【００１６】本発明は、光変調器の上記非直線性に着眼
し、次のような構成とした。
【００１７】本発明の請求項１に係る発明は、入力光
（λO ）を電気的な入力信号（ｆO ）により変調して出
力光（λM ）を出力するとともにバイアス（Ｖb ）によ
り動作の中心が設定される光変調器１と、前記光変調器
の出力光（λM ）を復調し前記電気的な入力信号の周波
数の偶数次高調波（２ＮｆO ）のいずれか（２Ｎi
ｆO）を選択しそのレベル（Ｖｈ）を検出して出力する
高調波検出器２と、前記バイアス（Ｖb ）を変化させて
前記高調波検出器が出力するレベル（Ｖｈ）が最小のレ
ベル（Ｖｈmin ）になる前記光変調器のバイアス点（Ｖ
bm）を動作の中心点として光変調器に設定するバイアス
手段３とを備えたことを特徴とするものである。
【００１８】本発明の請求項２に係る発明は、前記バイ
アス手段３は、前記光変調器のバイアス（Ｖb ）を所定
範囲可変するとともに、前記高調波検出器が出力するレ
ベル（Ｖｈ）が最小のレベル（Ｖｈmin ）になるバイア
ス点（Ｖbm）を検出してその後そのバイアス点（Ｖbm）
を動作の中心として前記光変調器に設定することを特徴
とするものである。
【００１９】本発明の請求項３に係る発明は、前記バイ
アス手段３は、前記光変調器のバイアス（Ｖb ）を所定
範囲可変にされた可変信号（ＶV ）を含むバイアス信号
（ＶS ）を前記光変調器に出力するバイアス信号生成手
段３２０，３５と、前記バイアス信号生成手段からのバ
イアス信号により前記光変調器のバイアス（Ｖb ）を所
定範囲可変しているとき、前記高調波検出器が出力する
レベル（Ｖｈ）が最小のレベル（Ｖｈmin ）になるバイ
アス点（Ｖbm）を検出してその後そのバイアス点
（Ｖbm）を動作の中心となるように前記バイアス信号生
成手段を制御するバイアス制御手段３２１，３４とを備
えたことを特徴とするものである。
【００２０】本発明の請求項４に係る発明は、前記バイ
アス信号生成手段３２０，３５は、前記光変調器のバイ
アス（Ｖb ）を前記所定範囲より狭い範囲で掃引する所
定周期の低周波信号（ＶV1）と直流信号（ＶDC）とを加
算したバイアス信号（ＶS ）を前記光変調器に設定する
とともに、前記バイアス制御手段３２１，３４は、前記
光変調器のバイアス（Ｖb ）が前記低周波信号で掃引さ
れて変化するのに対応して略Ｕ字状特性に変化する前記
高調波検出器の出力レベル（Ｖｈ）を受けて前記略Ｕ字
状特性をゼロを通過して正負の領域を変化する特性に変
換するデータ変換手段３４ａと、そのデータの変換手段
からの出力を直流に変換する平均化手段３４ｂと、前記
平均化手段の出力とゼロまたはゼロに近い値を有する基
準信号とを比較し前記平均化手段の出力が前記基準信号
の値と等しくなるように前記バイアス信号の直流信号を
制御する比較制御器３４ｃとを備えたことを特徴とする
ものである。
【００２１】本発明の請求項５に係る発明は、前記バイ
アス信号生成手段３２０，３５は前記低周波信号として
ゼロを通過する鋸歯状波（ＶK ）を出力し、前記データ
変換手段３４ａは、前記鋸歯状波（ＶK ）と前記高調波
検出器が出力するレベル（Ｖｈ）とを乗算する乗算器
（３４ａ）であることを特徴とするものである。
【００２２】本発明の請求項６に係る発明は、前記比較
制御器３４ｃは、前記平均化手段の出力が前記基準信号
の値となるように前記バイアス信号の直流信号を制御し
た後は、前記低周波信号（ＶV1）の出力を停止すること
を特徴とするものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１，図
２，図３，図４および図５に基づいて説明する。
【００２４】図１は本発明の実施例の構成を示すブロッ
ク図、図２は光変調器１の動作を表す変調特性を示す
図、図３は第２実施例の構成を示すブロック図、図４は
第３実施例の構成を示すバイアス手段のブロック図、図
５は第４実施例の構成を示すブロック図である。
【００２５】図１において光変調器１は、入力光（λ
O ）を電気的な入力信号（ｆO ）で変調して、出力光
（λM ）を出力する。光変調器１の動作の中心点はバイ
アス信号（ＶS ）によりバイアス（Ｖb ）に設定され
る。この光変調器１には、たとえばマッハツェンダ形変
調器が使われる。図２（ａ）にマッハツェンダ形変調器
の光変調特性を示す。
【００２６】高調波検出器２は、出力光（λM ）を光結
合器２ａで分波し、フォトダイオード（ＰＤ）などの復
調器２ｂで復調して電気的な信号に変換し、バンドパス
フィルタ２ｃおよびレベル検出器２ｄにより電気的な入
力信号（ｆO ）の偶数次高調波（２ＮｆO ）の何れか
（２Ｎi ｆ0)のレベル（Ｖd ）を検出する（この実施例
ではＮi ＝１とする）。
【００２７】バイアス手段３は、レベル検出器２が検出
するレベル（Ｖｈ）が最小のレベル（Ｖｈmin ）になる
光変調器１のバイアス（Ｖbm）をバイアス信号（ＶS ）
によって設定する。これにより、検出した偶数次高調波
（２Ｎi ｆO ）のレベル（Ｖｈ）が最小のレベル（Ｖｈ
min ）になる動作点が光変調器１に設定されるので光変
調器１は偶数次歪の最小の点で変調動作を行うことにな
る。
【００２８】結果として、光変調器１の動作点は、後述
する光変調器のＳ字特性のほぼセンタに維持される。
【００２９】高調波検出器２が出力する偶数次高周波の
一つである２次高調波が最小レベル（Ｖｈmin ）になる
点を見つけ、次に、その２次高調波が最小レベル（Ｖｈ
min）になる光変調器１の動作点を維持するように、光
変調器１のバイアスを制御するには、次のような態様が
ある。
【００３０】請求項２に係る発明では、バイアス手段３
が、まず、光変調器１のバイアスを所定範囲にわたり可
変することにより、高調波検出器２が出力する２次高調
波が最小レベル（Ｖｈmin ）になるバイアス点（Ｖbm）
を検出する。その後その最小レベル（Ｖｈmin ）になる
バイアス点（Ｖbm）を動作の中心として光変調器１に設
定する。バイアスを可変する所定範囲は、高調波検出器
２が出力する２次の高調波が最小レベル（Ｖｈmin ）に
なる点を検出し得る範囲とする。
【００３１】請求項３に係る発明では、バイアス手段３
がバイアス信号生成部３２０またはバイアス信号生成手
段３５（以下、単に「バイアス信号生成手段３２０，３
５」という）とバイアス制御部３２１またはバイアス制
御手段３４（以下、単に「バイアス制御手段３２１，３
４」という）とで構成される。バイアス信号生成手段３
２０，３５は、バイアス信号を光変調器１のバイアスを
所定範囲を可変するための信号を含むバイアス信号を光
変調器１に出力する。バイアス制御手段３２１，３４
は、バイアス信号により光変調器１のバイアスが所定範
囲可変されているときに高調波検出器２が出力する２次
高調波が最小レベル（Ｖｈmin ）になるバイアス点（Ｖ
bm）を検出して、その後バイアス点（Ｖbm）を動作の中
心となるようにバイアス信号生成手段３２０，３５を制
御する。
【００３２】請求項４に係る発明では、請求項３に係る
発明をより具体化したものである。
【００３３】つまり、バイアス手段３は、光変調器１の
バイアスを微小範囲掃引するための所定周期の低周波信
号（図２（ｄ））と直流信号とを加算したバイアス信号
（ＶS ）を光変調器１に設定する（図２（ｂ））。そう
すると、光変調器１のバイアスが低周波信号で掃引され
て変化すると、高調波検出器２の出力は、略Ｕ字状特性
（図２（ｃ））（バイアス信号の変化の累乗の絶対値に
比例）になる。
【００３４】そこで、バイアス制御手段３２１，３４
は、データ変換手段３４ａ，平均化手段３４ｂおよび比
較制御器３４ｃを備えて略Ｕ字状特性を略直線状特性
（図２（ｅ））にデータ変換してバイアスの制御を容易
にした。
【００３５】まず、データ変換手段３４ａが、高調波検
出器２の略Ｕ字状特性（図２（ｃ））を、ゼロを通過し
て正負の領域を変化する特性（略直線状の変化）（図２
（ｅ））に変換する。平均化手段３４ｂは、データ変換
手段３４ａからの出力を直流（図２（ｆ））に変換す
る。
【００３６】光変調器１のバイアス点が最適であれば、
平均化手段３４ｂの出力はほぼゼロとなり、それからズ
レれば正または負の値の直流となって現れる（図２
（ｆ））。
【００３７】次に、比較制御器３４ｃが、平均化手段３
４ｂの出力とゼロまたはゼロに近い値を有する基準信号
とを比較し、平均化手段３４ｂの出力が基準信号の値と
なるようにバイアス信号の直流信号を制御する。
【００３８】結果として、光変調器１のバイアス点がそ
の光変調器１の変調特性（Ｓ字特性）の直線領域に設定
される。
【００３９】請求項５に係る発明では、バイアス手段３
が出力するバイアス信号に含まれる低周波信号は、所定
周期を有しゼロを通過する鋸歯状波とし、データ変換手
段３４ａは、鋸歯状波と高調波検出器２の出力とを乗算
する乗算器３４ａとした。つまり、乗算器３４ａでゼロ
を通過する鋸歯状波（図２（ｄ））と略Ｕ字状特性の高
調波検出器２の出力（図２（ｃ））とを乗算することに
より、ゼロを通過する略直線状の特性（図２（ｅ））に
変換する、いわば座標変換した。
【００４０】請求項６に係る発明では、請求項４に係る
発明同様、比較制御器３４ｃが、平均化手段３４ｂの出
力と基準信号の値とが一致するようにバイアス信号の直
流信号を制御した後は、バイアス信号に鋸歯状波を含ま
ないようにした。
【００４１】
【実施例】本発明の第１実施例を図１および図２を用い
て説明する。
【００４２】図１は、本発明の第１実施例の構成を示す
ブロック図、図２（ａ）〜（ｆ）は本発明の動作を説明
するための光変調特性とバイアス信号との関係を表わす
図である。
【００４３】図１については、すでに説明されているの
でここでの説明は省略する。
【００４４】第１実施例の動作を図２（ａ），（ｂ）お
よび（ｃ）を参照して説明する。
【００４５】図２（ａ）は、光変調特性を表す図で、バ
イアス電圧（Ｖb ）によって変調特性が変化する様子を
示す。実線は、ある特定の状態における特性、点線およ
び一点鎖線は環境条件によりこの特性が変化する状態を
示している。この変調特性は、図７で説明したが、両端
が非線形でＳ字状の特性曲線となっており、これをＳ字
特性と称する。
【００４６】図２（ｂ）は、バイアス信号を表す図で周
期がＴで、出力電圧がＶb1を中心にＶb1＋Ｖ1 からＶb1
−Ｖ1 の間で鋸歯状波で掃引されている状態を示してい
る。
【００４７】図２（ｃ）は、高調波検出器２の出力レベ
ル、具体的にはレベル検出器２ｄの検出レベル（Ｖｈ）
がバイアス（Ｖb ）が変化することによってＵ字状に変
化する特性になっていることを示している。
【００４８】実線と点線および一点鎖線の関係は図２
（ａ）と同じである。
【００４９】光変調器１は、光源１ａからの入力光（λ
O ）と、電気的な入力信号（ｆO ）とを入力とし、変調
された出力光（λM ）を出力する、光変調器１の動作の
中心点は、図２（ａ）の実線で示される変調特性の中心
（Ｖb1）に設定されている。このとき、図２（ｃ）に示
されるレベル検出器２ｄの出力する２次高調波のレベル
（Ｖｈ）は最小のレベル（Ｖｈmin ）になっている。
【００５０】バイアス手段３は、レベル検出器２ｄが最
小のレベル（Ｖｈmin ）になったときの光変調器１のバ
イアス点（Ｖbm）を検知してバイアス信号（ＶS ）をそ
の値に設定する。このときのバイアス点（Ｖbm）はＶb1
である。
【００５１】この状態で、環境条件が変化して、光変調
器１の変調特性が図２（ａ）の実線から点線に変動した
場合、高調波検出器２の出力レベル（Ｖｈ）は図２
（ｃ）の点線のように変わっているので、出力レベル
（Ｖｈ）が最小レベル（Ｖｈmin ）を示すときのバイア
ス点（Ｖbm）がＶb2であることを検出して、この電圧Ｖ
b2を光変調器１のバイアス（Ｖb ）として設定する。こ
のバイアス（Ｖb ）の設定は、レベル検出器２ｄのレベ
ルをメータ３ａで読み取り、電圧設定器３ｂで設定する
ことができるほか、図１の３ｃに示すように差動増幅器
３ｃの一方にレベル検出器２ｄの出力するレベル（Ｖ
ｈ）を入力し、他方に基準電圧を入力し、その出力をバ
イアス信号（ＶS ）とする負帰還回路によりレベル検出
器２ｄの出力するレベル（Ｖｈ）が最小の値（Ｖｈ
min ）になるバイアス点（Ｖbm）にバイアス（Ｖb ）を
設定することができる。
【００５２】その他のバイアス設定については後述す
る。
【００５３】このようにして、光変調器１は、図２
（ｃ）の２次高調波歪みの最も小さいＵ字状特性の最下
点すなわち変調特性のＳ字状の特性の中央で動作するこ
とになる。電気的な入力信号（ｆO ）としては、図７に
示すように正弦波であってもパルス波であってもよい。
入力信号の持つ偶数次高調波が光変調器１で発生する偶
数次高調波と打ち消し合うような現像が生じない範囲で
適用できる。
【００５４】次に、第２実施例を図３および図２（ａ）
〜（ｆ）を用いて説明する。
【００５５】図３は、第２実施例の構成を示すブロック
図である。
【００５６】図３に基づいて第２実施例の構成を説明す
る。
【００５７】図３において、図１と同じ符号を付したも
のは同じ機能を持つものであるから説明を省略する。
【００５８】電気的な入力信号（ｆO ）としては、デー
タ発生装置１ｂの出力信号が用いられる。
【００５９】バイアス手段３は、Ａ／Ｄ変換器３１，Ｃ
ＰＵ装置３２およびＤ／Ａ変換器３３で構成される。Ａ
／Ｄ変換器３１は、高調波検出器２の出力するアナログ
出力をデジタル信号に変換するものであり、Ｄ／Ａ変換
器３３は、ＣＰＵ装置３２からのデジタル信号をアナロ
グ信号に変換するものである。
【００６０】ＣＰＵ装置３２は、バイアス信号生成部３
２０，バイアス制御部３２１および指示部３２２からな
る。バイアス制御部３２１は、最小点バイアス検出部３
２１ａおよびバイアス設定部３２１ｂからなる。これら
の機能を果たすために、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭおよび
論理素子からなるハードウェアおよびソフトウェア等で
構成される。
【００６１】次に、本発明の第２実施例の動作を説明す
る。
【００６２】指示部３２２は、温度計から温度情報また
は、タイマからの一定間隔の時間情報など外部からの校
正指示を受けて、各部に対して光変調器１のバイアスの
校正開始を指示する。
【００６３】バイアス信号生成部３２０は、図２（ｂ）
に示すバイアス信号を発生し、Ｄ／Ａ変換器３３を介し
て光変調器１のバイアス電圧をＶb1±Ｖ１間を時間Ｔで
変化する鋸歯状波を掃引させる。
【００６４】光変調器１は、図２（ａ）の実線の変調特
性で動作している場合、高調波検出器２の出力レベルが
図２（ｃ）の実線のように変化する。これが温度等の環
境条件が変わったため、図２（ａ）及び図２（ｃ）の点
線で示される動作を行っているものとする。
【００６５】最小点バイアス検出部３２１ａは、バイア
ス信号生成部３２０の出力を参照しながら、高調波検出
器２の出力レベルが最小のレベル（Ｖｈmin ）になる点
のバイアス電圧（Ｖbm）を検出する、この場合当初Ｖb1
であったバイアス電圧（Ｖbm）はＶb2である。
【００６６】なお、最小レベル（Ｖｈmin ）の点は、高
調波検出器２の出力を微分するか、または、前のポイン
トで取得したデータと次に取得したデータとの比較を次
々と行う等により検出することができる。
【００６７】高調波検出器２の出力レベルが最小レベル
（Ｖｈmin ）になる光変調器１のバイアス電圧（Ｖbm）
がＶb2であるとの情報を受けたバイアス設定部３２１ｂ
は、その情報をバイアス信号生成部３２０に送りバイア
ス信号（Ｖs ）としてＶb2を発生させ、光変調器１に設
定し、その電圧を保持するように制御する。電圧を保持
させるには、バイアス設定部３２１ｂでメモリ（図示せ
ず）で前記バイアス電圧がＶb2であるとの情報を保持す
ればよい。
【００６８】そして、バイアス電圧の変化を停止させ
る。
【００６９】その結果、光変調器１の動作点は変調特性
の直線領域の中心に設定される。
【００７０】なお、上記バイアス信号生成部３２０は、
バイアス（Ｖb ）を図２（ａ）のＶb1±Ｖ１間を変えて
いたが、その範囲は、最小点バイアス検出部３２１ａが
最小レベル（Ｖｈmin ）点を検出できる範囲に設定す
る。したがって、定温制御されている室内で使用される
場合は、その温度変動とそれに対する光変調器１の変調
特性の変動を考慮して、微少な範囲を掃引制御すれば目
的を達成できる。
【００７１】さらに、バイアス信号生成部３２０による
掃引電圧の変化が微少であり、光変調器１からの変調さ
れた光出力が受ける影響を無視できる場合は、バイアス
電圧を掃引しながら光変調器１の動作点を常時監視し校
正することができる。この場合は、指示部３２２による
校正の開始指令は不要である。
【００７２】また、常時監視して校正するのでなく、温
度変動があった場合、または、一定時間経過後など指示
があった場合に、一時的に光変調器１の動作点を校正す
るのであれば、光結合器２ａを、光スイッチに置き換
え、光変調器１の出力を校正時のみ高調波検出器２へ切
り換えればよい。
【００７３】次に、第３実施例を図４および図２（ａ）
〜（ｆ）を用いて説明する。
【００７４】図４は、第３実施例の構成を示すバイアス
手段３のブロック図である。図４は、図３の第２実施例
に比し、バイアス手段３が、ハード的に構成しやすくし
たものであるがこの機能はＣＰＵ装置で構成することも
可能である。
【００７５】バイアス手段３は、光変調器１のバイアス
を所定範囲可変するためのバイアス信号生成手段３５と
そのバイアス信号生成手段３５を制御するバイアス制御
手段３４とを備えている。いずれも、目的とするところ
は、図３のＣＰＵ装置３２内のバイアス信号生成部３２
０，バイアス制御部３２１と同じである。
【００７６】バイアス信号生成手段３５は、低周波発振
器３５ａが出力する図２（ｄ）に示す所定周期Ｔの掃引
電圧にバイアスの中心となるＤＣ電圧を加算した図２
（ｂ）を示すバイアス信号を光変調器１へ出力する。
【００７７】バイアス信号生成手段３５がバイアス信号
（Ｖs ）で図２（ａ）における光変調器１のバイアスを
Ｖb1±Ｖ１間にわたり掃引することによって、高調波検
出器２の出力レベルは、図２（ｃ）のようになる。
【００７８】つまり、高調波検出器２の出力レベルは、
図２（ｃ）に示す実線のようになっているが、温度変化
等で変調特性が変動すると変調歪の最小点になる点が変
化して、点線または一点鎖線の特性を示す。これら特性
は、最小点を中心に略Ｕ字状にレベルが変化する特性を
している。
【００７９】乗算器３４ａは、図２（ｃ）に示す高調波
検出器２の出力と低周波発振器３５が出力する低周波信
号とを乗算する。低周波発振器３５ａの出力は図２
（ｄ）に示すように、周期Ｔのほぼ中心でゼロ電圧を横
切る波形となっているので、乗算器３４ａの出力は、図
２（ｅ）に示すように周期Ｔのセンタをゼロとする基点
を通る略直線的な特性に変換される。
【００８０】平均化手段３４ｂは、乗算器３４ａから出
力されるレベルを時間平均する、低周波信号の掃引時間
Ｔよりも長い時間にわたり平均化するフィルタである。
言い換えれば、図２（ｅ）の波形を積分して図２（ｆ）
のように直流に変換するものである。
【００８１】このことにより、図２（ｅ）において、実
線は基点を境に上下ほぼ同じ面積を有するため、平均化
により図２（ｆ）の実線で示されるゼロレベルになり、
同様に、図２（ｅ）の点線または一点鎖線の各特性はそ
れぞれ図２（ｆ）の点線または一点鎖線で示される負ま
たは正の電圧となる。
【００８２】比較制御器３４ｃは、基準電圧としてゼロ
電圧を設定し、これと平均化手段３４ｂの出力とを比較
してその比較結果で前記バイアス信号生成手段３５の直
流信号を制御することにより、平均化手段３４ｂの出力
が常にゼロになるようにバイアス信号生成手段３５のバ
イアス信号を制御する。
【００８３】この結果、光変調器１の動作点は、図２
（ｃ）の実線で示されるＵ字状特性の最小点、すなわ
ち、光変調器１のＳ字特性のほぼ中心に設定される。
【００８４】なお、常時、光変調器１の動作点を監視し
校正する必要がなく、たとえば定期的な動作点の校正で
あれば、比較制御器３４ｃは、高調波検出器２の出力が
最小レベル（Ｖｈmin ）となったときにバイアス信号生
成手段３５が出力する直流信号の値を保持させるととも
に、低周波発振器３５ａの出力を停止させればよい。
【００８５】常時、光変調器１の動作点を監視し校正す
る場合は、低周波発振器３５ａの振幅±Ｖ１は図２
（ｃ）の高調波検出器２の出力に最小レベル（Ｖｈ
min ）の点が現れる程度に極力小さくして、本来のデー
タの伝送に影響を少なくすることが望まれる。低周波発
振器３５ａの出力する低周波信号の周期Ｔも、データ伝
送への影響を考慮して決定する。
【００８６】ここで、数値例を示す。光源１ａには、通
信用として波長１．３μｍ帯または１．５μｍ帯が使用
される。データ発生装置１ｂは、デジタル伝送としては
約５０ＭＨZ から約１０ＧＨZ のクロック周波数で使用
される。低周波発振器３５ａは数ＫＨZ 以下である。
【００８７】なお、この第３実施例では、高調波検出器
２が出力する略Ｕ字状特性をゼロを横切る略直線状デー
タに変換するデータ変換器として乗算器３４ａを使用し
たが、乗算器３４ａの代わりに微分器で略Ｕ状特性を微
分するようにしてもよい。一定方向から略Ｕ字状特性を
微分すれば、ほぼセンタでゼロを横切る略直線状の特性
に変換される。
【００８８】次に、第４実施例を図５を用いて説明す
る。
【００８９】図５は、第４実施例の構成を示すブロック
図である。
【００９０】第４実施例は、電気的な入力信号の周波数
ｆ0 が変化する場合でも、高調波検出器がバンドパスフ
ィルタの通過域の周波数を変化させることなく、その偶
数次高調波成分を検出することができるようにしたもの
である。
【００９１】高調波検出器２−１の周波数変換器２ｆ
は、データ発生装置１ｂが出力する電気的な入力信号の
周波数ｆ0 を入力として（２×ｆ0 ＋ｆif）の周波数を
有する信号を出力する。ミキサ２ｅは、復調器２ｂが復
調して得た電気的な入力信号および周波数変換器２ｆが
出力する信号（周波数：２×ｆ0 ＋ｆif）を入力とし
て、電気的な入力信号の２倍の周波数２×ｆ0 との差の
中間周波数ｆifの信号を出力する。バンドパスフィルタ
（ＢＰＦ）２ｃ−１は、中間周波数ｆifを通過させる。
Ｃ1 ，Ｃ2 およびＣ3 はコンデンサで、交流成分のみを
通過させるものである。
【００９２】その他の構成については、第２実施例およ
び第３実施例として図３および図４を参照して説明した
ので省略する。
【００９３】第４実施例の動作について説明する。
【００９４】高調波検出器２−１におけるミキサ２ｅ
は、復調器２ｂが復調して出力する電気的な入力信号の
周波数の高周波のうち第２次高調波成分と周波数変換器
２ｆの出力する周波数（２×ｆ0 ＋ｆif）の信号とを混
合し、バンドパスフィルタ２ｃ−１は、その出力信号か
ら周波数ｆifの信号成分を選択して出力する。周波数ｆ
ifの信号成分は、復調器２ｂが出力した周波数２×ｆ0
の信号成分を周波数ｆifに変換したものであるから電気
的な入力信号の周波数ｆ0 が変化しても常に周波数はｆ
ifとなる。その出力レベルはレベル検出器２ｄに出力さ
れ、復調器２ｂの出力レベルの増減はそのまま伝送され
ているのでレベル検出器２ｄが出力するレベルは、復調
器２ｂが出力した周波数２×ｆ0 の成分のレベルの増減
に比例している。
【００９５】このようにして得た高調波検出器２−１の
出力をバイアス手段３に入力して得たバイアス信号を光
変調器１に入力することで、電気的な入力信号の周波数
を変化させた場合においても、高調波検出器２−１のバ
ンドパスフィルタ２ｃ−１の通過域の周波数を変化させ
ないで、電気的な入力信号の第２次高調波成分の変化を
検出して、光変調器１を最適な動作点に設定することが
できる。
【００９６】図５においては、電気的な入力信号は、コ
ンデンサＣ1 で交流成分のみを取り出し、低周波発信器
３５ａはコンデンサＣ2 およびＣ3 で交流成分のみを出
力するようにした。バイアス信号に含まれる適流成分の
大きさは、ＤＣ入力または比較制御器３４ｃへ入力する
基準電圧の大きさで制御することができる。
【００９７】なお、データ発生装置１ｂの出力する信号
がクロック周波数ｆc のデジタル信号である場合は、周
波数変換器２ｆの出力する周波数はｆc ＋ｆifであれば
よい。
【００９８】その他の動作については、第２実施例およ
び第３実施例と同じなので説明を省略する。
【００９９】
【発明の効果】本発明は、光変調器１の電気的な入力信
号対出力光の特性がほぼ線形領域とその両端に非線形領
域を有する変調特性（Ｓ字特性）のもつ非直線性を利用
して、光変調器１の出力から電気的な入力信号の偶数次
の高調波を高調波検出器２で選択し、バイアス手段３で
その高調波レベルが最小になるところのバイアス点を検
出して、そのバイアス点を中心に動作するよう光変調器
１のバイアスを設定し、バイアス変動で歪んだ信号を検
出してその歪みが最小の点で光変調器１を動作させるこ
とにより、光変調器１を安定に動作させようとするスト
レートな思想であるから、歪みの少ない線形領域の動作
点に的確に設定できるとともに、他の信号，条件による
制約が少ない簡素な構成で目的が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の構成を示すブロック図であ
る。
【図２】本発明の各要部の特性および信号波形を示す図
である。
【図３】本発明の第２実施例の構成を示すブロック図で
ある。
【図４】本発明の第３実施例の構成を示すバイアス手段
のブロック図である。
【図５】本発明の第４実施例の構成を示すブロック図で
ある。
【図６】光変調器の入出力信号関係を示すブロック図で
ある。
【図７】図６における各特性および信号波形を示す図で
ある。
【図８】従来技術（引例１）の構成を示すブロック図で
ある。
【図９】従来技術（引例２）の構成を示すブロック図で
ある。
【図１０】従来技術（引例２）の入出力特性を示す図で
ある。
【符号の説明】
１ 光変調器 １ａ 光源 １ｂ データ発生装置 ２ 高調波検出器 ２ａ 光結合器 ２ｂ 復調器 ２ｃ バンドバスフィルタ ２ｄ レベル検出器 ３ バイアス手段 ３ａ メータ ３ｂ 電圧設定器 ３ｃ 差動増幅器 ３１ Ａ／Ｄ変換器 ３２ ＣＰＵ装置 ３３ Ｄ／Ａ変換器 ３４ バイアス制御手段 ３４ａ 乗算器（データ変換手段） ３４ｂ フィルタ（平均化手段） ３４ｃ 比較制御器 ３５ バイアス信号生成手段 ３５ａ 低周波発振器 ３２０ バイアス信号生成部 ３２１ バイアス制御部 ３２１ａ 最小点バイアス検出部 ３２１ｂ バイアス設定部 ３２２ 指示部

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力光（λO ）を電気的な入力信号（ｆ
    O ）により変調して出力光（λM ）を出力するとともに
    バイアス（Ｖb ）により動作の中心が設定される光変調
    器（１）と、前記光変調器の出力光（λM ）を復調し前
    記電気的な入力信号の周波数の偶数次高調波（２Ｎｆ
    O ）のいずれか（２Ｎi ｆO ）を選択しそのレベル（Ｖ
    ｈ）を検出して出力する高調波検出器（２）と、前記バ
    イアス（Ｖb ）を変化させて前記高調波検出器が出力す
    るレベル（Ｖｈ）が最小のレベル（Ｖｈmin ）になる前
    記光変調器のバイアス点（Ｖbm）を動作の中心点として
    光変調器に設定するバイアス手段（３）とを備えたこと
    を特徴とする光変調装置。
  2. 【請求項２】 前記バイアス手段（３）は、前記光変調
    器のバイアス（Ｖb）を所定範囲可変するとともに、前
    記高調波検出器が出力するレベル（Ｖｈ）が最小のレベ
    ル（Ｖｈmin ）になるバイアス点（Ｖbm）を検出してそ
    の後そのバイアス点（Ｖbm）を動作の中心として前記光
    変調器に設定することを特徴とする請求項１記載の光変
    調装置。
  3. 【請求項３】 前記バイアス手段（３）は、前記光変調
    器のバイアス（Ｖb）を所定範囲可変にされた可変信号
    （ＶV ）を含むバイアス信号（ＶS ）を前記光変調器に
    出力するバイアス信号生成手段（３２０，３５）と、前
    記バイアス信号生成手段からのバイアス信号により前記
    光変調器のバイアス（Ｖb ）を所定範囲可変していると
    き、前記高調波検出器が出力するレベル（Ｖｈ）が最小
    のレベル（Ｖｈmin ）になるバイアス点（Ｖbm）を検出
    してその後そのバイアス点（Ｖbm）を動作の中心となる
    ように前記バイアス信号生成手段を制御するバイアス制
    御手段（３２１，３４）とを備えたことを特徴とする請
    求項１記載の光変調装置。
  4. 【請求項４】 前記バイアス信号生成手段（３２０，３
    ５）は、前記光変調器のバイアス（Ｖb ）を前記所定範
    囲より狭い範囲で掃引する所定周期の低周波信号
    （ＶV1）と直流信号（ＶDC）とを加算したバイアス信号
    （ＶS ）を前記光変調器に設定するとともに、前記バイ
    アス制御手段（３２１，３４）は、前記光変調器のバイ
    アス（Ｖb ）が前記低周波信号で掃引されて変化するの
    に対応して略Ｕ字状特性に変化する前記高調波検出器の
    出力レベル（Ｖｈ）を受けて前記略Ｕ字状特性をゼロを
    通過して正負の領域を変化する特性に変換するデータ変
    換手段（３４ａ）と、そのデータの変換手段からの出力
    を直流に変換する平均化手段（３４ｂ）と、前記平均化
    手段の出力とゼロまたはゼロに近い値を有する基準信号
    とを比較し前記平均化手段の出力が前記基準信号の値と
    等しくなるように前記バイアス信号の直流信号を制御す
    る比較制御器（３４ｃ）とを備えたことを特徴とする請
    求項４記載の光変調装置。
  5. 【請求項５】 前記バイアス信号生成手段（３２０，３
    ５）は、前記低周波信号としてゼロを通過する鋸歯状波
    （Ｖk ）を出力し、前記データ変換手段（３４ａ）は、
    前記鋸歯状波（Ｖk ）と前記高調波検出器が出力するレ
    ベル（Ｖｈ）とを乗算する乗算器（３４ａ）であること
    を特徴とする請求項５記載の光変調装置。
  6. 【請求項６】 前記比較制御器（３４ｃ）は、前記平均
    化手段の出力が前記基準信号の値となるように前記バイ
    アス信号の直流信号を制御した後は、前記低周波信号
    （ＶV1）の出力を停止することを特徴とする請求項４ま
    たは５記載の光変調装置。
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