JPH10178397A - 光送信器 - Google Patents

光送信器

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JPH10178397A
JPH10178397A JP9049332A JP4933297A JPH10178397A JP H10178397 A JPH10178397 A JP H10178397A JP 9049332 A JP9049332 A JP 9049332A JP 4933297 A JP4933297 A JP 4933297A JP H10178397 A JPH10178397 A JP H10178397A
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茂樹 相澤
Hiroshi Miyao
浩 宮尾
Kazushige Yonenaga
一茂 米永
Noboru Takachio
昇 高知尾
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 MZ型外部変調器に動作点の変動があっても
安定した光信号を送出する。 【解決手段】 MZ型外部変調器12は、コンデンサ1
3を介して直流成分が除去された入力信号により、レー
ザ光源11から入力されるCW光を強度変調して出力す
る。低周波発振手段14は、所定の周波数の低周波信号
を発生する。加算手段15はバイアス電圧に低周波信号
を重畳してMZ型外部変調器12に印加する。光カプラ
18で分岐されたMZ型外部変調器12の出力光信号
(振幅変調光信号)は光電気変換手段19で電気信号に
変換され、直流成分除去手段20で直流成分が除去さ
れ、包絡線検波手段21で包絡線検波され、同期検波手
段22で低周波信号の位相を比較される。積分手段23
は、同期検波手段22の出力信号を積分し、MZ型外部
変調器12に印加するバイアス電圧を修正する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光変調手段として
MZ型外部変調器を用いた光送信器に関する。
【0002】
【従来の技術】図9は、従来の光送信器の構成を示す。
図において、光送信器は、レーザ光源61と、その出力
光(CW光)を変調するMZ型外部変調器62と、低周
波発振器63と、低周波発振器63の出力で入力信号を
振幅変調する振幅変調回路64と、振幅変調回路64の
出力からDC成分を除去してMZ型外部変調器62に印
加するコンデンサ65と、MZ型外部変調器62から出
力される光信号を分岐する光カプラ66と、その光信号
を電気信号に変換する光電変換器67と、光電変換器6
7の出力信号を低周波発振器63の出力で検波する同期
検波回路68と、その検波出力を積分する積分器69
と、積分器69の出力をMZ型外部変調器62のバイア
ス電圧として印加するバイアスT70および終端抵抗7
1とにより構成される。
【0003】この光送信器の動作について図10を参照
して説明する。MZ型外部変調器62には、低周波発振
器63の出力(周波数f0 )で振幅変調された入力信号
が印加される。ここで、入力信号に与える振幅変調は、
消光比を最大にできるような大きな振幅を前提としてい
る。いま、に示すようにバイアス電圧が動作点より高
い場合には、MZ型外部変調器62からで示される光
信号が出力される。この出力光信号の平均パワーは
周波数f0 で変動しており、その位相が変調信号とは逆
になっている。
【0004】一方、に示すようにバイアス電圧が動作
点より低い場合には、MZ型外部変調器62からで示
される光信号が出力される。この出力光信号の平均パ
ワーも周波数f0 で変動しているが、その位相は変調
信号と同位相である。したがって、MZ型外部変調器6
2の出力光信号の平均パワーの位相により、動作点に対
するバイアス電圧の相対位置を知ることができる。
【0005】出力光信号の平均パワーと変調信号との位
相は、光カプラ66で分岐された出力光信号を光電変換
器67で電気信号に変換し、その出力信号を変調信号を
用いて同期検波回路68で検波することにより検出する
ことができる。検波出力は、の場合には負、の場合
には正となる。この検波出力を積分器69で積分するこ
とにより、バイアス電圧を動作点に一致させることがで
きる。したがって、MZ型外部変調器62の動作点が変
動した場合でも、バイアス電圧を動作点に一致させ、安
定した光信号を送出させることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来構成で
は、MZ型外部変調器のバイアス電圧制御のために入力
信号を振幅変調する必要があり、広帯域の振幅変調回路
が必要とされる。しかし、入力信号の速度が上がるにつ
れてその帯域に対応する振幅変調回路の実現が困難とな
る。入力信号に対する振幅変調ができなければ、MZ型
外部変調器のバイアス電圧制御はできず、光送信器は安
定した光信号を送出することができなくなる。
【0007】本発明は、MZ型外部変調器に動作点の変
動があっても安定した光信号を送出することができる光
送信器を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】図1は、本発明の光送信
器の基本構成を示す(請求項1)。図において、レーザ
光源1から出力されるCW光はMZ型外部変調器12に
入力される。MZ型外部変調器12の一方の駆動入力に
はコンデンサ13を介して入力信号が印加され、他方の
駆動入力にはバイアスT16および終端抵抗17が接続
され、バイアス電圧がバイアスT16を介して印加され
る。このバイアス電圧には、加算手段15を介して低周
波発振手段14から出力される低周波信号が重畳され
る。
【0009】MZ型外部変調器12は、低周波信号によ
って振幅変調された光信号を出力する。この光信号は、
光カプラ18で分岐されて光電気変換手段19に入力さ
れ、電気信号に変換される。直流成分除去手段20は、
この電気信号から直流成分を除去して低周波信号による
振幅変調信号成分のみを出力する。包絡線検波手段21
は、直流成分除去手段20の出力信号を包絡線検波す
る。同期検波手段22は、包絡線検波手段21の出力信
号と低周波発振手段14から出力される低周波信号の位
相を比較する。積分手段23は、同期検波手段22の出
力信号を積分し、加算手段15を介してMZ型外部変調
器12に印加するバイアス電圧を修正する。なお、本構
成は、CW光に強度変調(RZ/NRZ)がかかる信号
を入力信号としている。
【0010】本発明の光送信器の動作原理について、図
2を参照して説明する。本光送信器の特徴は、入力信号
の帯域外の低周波信号(周波数f0 )をMZ型外部変調
器12のバイアス電圧に重畳して印加するところにあ
る。これにより、MZ型外部変調器12には、入力信号
と周波数f0 の低周波信号が足し算されて入力される。
【0011】いま、に示すようにバイアス電圧の直流
成分が動作点より高い場合には、MZ型外部変調器12
からで示される光信号が出力される。この出力光信号
の変調周波数はf0 であり、マーク時の包絡線の位
相が重畳信号とは逆になっている。なお、図1の構成に
は、バイアス電圧の直流成分を規定する部分は、本発明
の動作原理に直接関係がないので省略されている。以下
に示す実施形態の構成においても同様である。
【0012】一方、に示すようにバイアス電圧の直流
成分が動作点より低い場合には、MZ型外部変調器12
からで示される光信号が出力される。この出力光信号
の変調周波数もf0 であり、マーク時の包絡線の位
相が重畳信号と同位相になっている。したがって、MZ
型外部変調器12の出力光信号の包絡線の位相により、
動作点に対するバイアス電圧の相対位置を知ることがで
きる。
【0013】出力光信号の包絡線は、光カプラ18で分
岐された出力光信号を光電気変換手段19で検出し、直
流成分除去手段20でその出力信号から直流成分を除去
し、包絡線検波手段21でその出力信号を検波して得ら
れる。検波結果と重畳信号の位相は、同期検波手段22
で検波することにより検出することができる。検波出力
は、の場合には負、の場合には正となる。この検波
出力を積分手段23で積分することにより、バイアス電
圧を動作点に一致させることができる。したがって、M
Z型外部変調器12の動作点が変動した場合でも、バイ
アス電圧を動作点に一致させ、安定した光信号を送出さ
せることができる。
【0014】なお、包絡線検波手段21は、2乗回路ま
たは直線検波回路により実現することができる(請求項
2,3)。また、MZ型外部変調器12でCW光に位相
変調がかかる信号を入力信号とした場合には、図1の基
本構成から直流成分除去手段20および包絡線検波手段
21を取り除くことにより、強度変調がかかる信号を入
力信号とした場合と同様にバイアス電圧を動作点に一致
させることができる(請求項4)。
【0015】このように本発明の光送信器では、MZ型
外部変調器12のバイアス電圧に低周波信号を重畳し、
MZ型外部変調器12から出力される振幅変調光の包絡
線の情報を用いてバイアス電圧制御を行っているので、
加算手段15およびバイアスT16には広帯域性は要求
されない。また、加算手段15およびバイアスT16の
帯域は入力信号の速度とは無関係であるので、入力信号
の速度によらずバイアス電圧制御を行うことができ、光
送信器から安定した光信号を送出させることができる。
一方、光電気変換手段19および包絡線検波手段21は
主信号の帯域以下にすることができるので、安価な制御
系により安定した光信号を送出する光送信器を構成する
ことができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
(第1の実施形態−請求項1,2)図3は、本発明の光
送信器の第1の実施形態を示す。ここで、本実施形態の
各部と図1に示す基本構成との対応関係を示す。半導体
レーザ31とレーザ光源11、加算回路32と加算手段
15、積分回路33と積分手段23、低周波発振器34
と低周波発振手段14、光電変換器35と光電気変換手
段19、コンデンサ36と直流成分除去手段20、2乗
回路37と包絡線検波手段21、乗算回路38と同期検
波手段22がそれぞれ対応する。また、同一符号のもの
はそのまま対応する。
【0017】半導体レーザ31の出力光は、MZ型外部
変調器12に入力される。MZ型外部変調器12の一方
の駆動入力には、“0”と“π”に対応する2値の入力
信号がコンデンサ13を介して印加される。MZ型外部
変調器12の他方の駆動入力には、バイアスT16およ
び終端抵抗17が接続され、バイアス電圧がバイアスT
16を介して印加される。このバイアス電圧に、加算回
路32を介して低周波発振器34から出力される低周波
信号が重畳される。
【0018】その結果、MZ型外部変調器12は、入力
信号に低周波信号が重畳された信号によって駆動され、
振幅変調された光信号を出力する。この出力光信号E
(t) は、光の電界振幅をE0 、“0”と“π”に対応す
る2値をとる入力信号をs(t)、バイアス電圧の動作点か
らのずれをα、低周波信号の振幅をβおよび角周波数を
ωm 、光の角振動数をωC とすると、 E(t) =E0 sin(s(t)/2+α+βsinωmt)・exp(jωCt) …(1) と表される。
【0019】この出力光信号は光カプラ18で分岐さ
れ、光電変換器35で電気信号に変換される。光電変換
器35から出力される電流I(t) は、 I(t) ∝1−cos(s(t)+2α+2βsinωmt) =1−cos(s(t)) cos(2α+2βsinωmt) …(2) と表される。この電気信号の直流成分をコンデンサ36
で除去すると、 IAC=−cos(s(t)) cos(2α+2βsinωmt) …(3) となる。この交流成分を2乗回路37で2乗することに
より、電気信号の包絡線成分を検出することができる。
包絡線成分I2(t)は、 I2(t)∝ cos2(s(t)){1+cos(4α+4βsinωmt)} ≒1+cos(4α)−4βsin(4α)sinωmt …(4) と表される。ここでは、βは十分に小さいものと仮定し
ている。
【0020】重畳した低周波成分は、乗算回路38で包
絡線成分を低周波信号で同期検波することにより検出さ
れる。その検波出力の直流成分には、包絡線成分と低周
波信号の位相を示す電圧−4βsin(4α) が現れる。これ
は、最適動作点で零となり、最適動作点からのずれの方
向によりその符号が逆転する。また、最適動作点付近で
は、最適動作点からのずれ量に応じてその出力が大きく
なる。この検波出力を積分回路33で積分することによ
り、 dα/dt=−4βsin(4α) …(5) のようにバイアス電圧を修正し、MZ型外部変調器12
のバイアス電圧が最適動作点に一致するように制御する
ことができる。すなわち、MZ型外部変調器12の動作
点が変動した場合でも、バイアス電圧を最適動作点に一
致させ、安定した光信号を送出させることができる。
【0021】この制御系では、dα/dt=0において
安定となる。すなわち、α=0,±π/4,±π/2,
…で安定にあるので、MZ型外部変調器12の正負どち
らのチャーピングをかける場合にも安定点となる。ここ
で、光電変換器35および2乗回路37は、理想的には
変調信号の帯域と同じ帯域が必要である。しかし、実際
に伝送される信号はSDH信号等のフレーム構成をとっ
ており、データ部分はスクランブルがかけられているの
で、変調スペクトルの変動は小さいものと考えられる。
したがって、変調スペクトルの一部のみを取り出し、2
乗しても制御することは可能とあると考えられる。すな
わち、光電変換器35および2乗回路37の帯域は、変
調帯域よりも狭くすることが可能である。ただし、変調
帯域よりも狭い光電変換器35および2乗回路37を用
いた場合には、検出される電気信号の振幅が小さくなる
ので、あまり帯域を狭くするとS/N比が劣化するの
で、ある程度の帯域を確保する設計が必要である。例え
ば、10Gb/s の信号の制御には、 2.4Gb/s や 600Mb/
s 用の光電変換器等を用いることができる。これらの部
品は10Gb/s 用のものと比べてかなり安価である。従来
の構成では10Gb/s の振幅変調回路が必要となっていた
が、それに比べて同じ帯域の信号を対象とする場合で
も、本発明によるバイアス電圧の制御により安価な制御
系で対応することができる。
【0022】さらに、変調信号が10Gb/s 以上の伝送速
度になった場合、例えば40Gb/s と高速になった場合に
は、従来の構成では40Gb/s の振幅変調回路が必要とな
る。しかし、このような高速の振幅変調回路は実現が困
難であるとともに、実現できたとしても主信号への影響
は避けられなかった。本発明の構成では、加算回路32
およびバイアスT16により低周波信号の重畳を行い、
変調信号より狭い帯域の光電変換器35および2乗回路
37を用いることができるので、超高速伝送信号にも容
易に対応することができる。
【0023】(第2の実施形態−請求項1,2)図4
は、本発明の光送信器の第2の実施形態を示す。本実施
形態では、“−π”,“0”,“π”の3値をとるデュ
オバイナリ信号を送信するために、プッシュプルタイプ
のMZ型外部変調器41を用いる。デュオバイナリ信号
は、入力信号1とその逆相の入力信号2が、デュオバイ
ナリ変換器42−1,42−2と、デュオバイナリフィ
ルタ43−1,43−2を通過することにより生成され
る。生成された各デュオバイナリ信号は、コンデンサ1
3−1,13−2を介してMZ型外部変調器41の各一
方の駆動入力に印加される。その他の構成は第1の実施
形態と同様である。
【0024】本構成では、MZ型外部変調器41の出力
光信号E(t) は、s(t)を3値をとるデュオバイナリ信号
とすると、 (1)式と同じになる。また、光電変換器35
から出力される電流I(t) は、 (2)式と同じになる。そ
れ以降の構成も第1の実施形態と同じであるので、本実
施形態においてもバイアス電圧のオフセット(包絡線と
低周波信号の位相)に比例してバイアス電圧を修正して
いくことができる。
【0025】(第3の実施形態−請求項1,3)図5
は、本発明の光送信器の第3の実施形態を示す。本実施
形態の特徴は、第1の実施形態において包絡線検波手段
21として用いた2乗回路37に代えて、ダイオードを
用いた整流機能により振幅変調信号の包絡線を検出する
直線検波回路39を用いるところにある。
【0026】MZ型外部変調器12から出力される低周
波信号で振幅変調された光信号は、光電変換器35で
(2)式に示す電気信号に変換される。この波形を図6(a)
に示す。この電気信号の直流成分をコンデンサ36で
除去すると、 (3)式に示す交流成分のみが取り出され
る。この波形を図6(b) に示す。さらに、直線検波回路
39のダイオードで整流して正の電圧成分のみを取り出
すと、図6(c) に示す信号が得られ、振幅変調信号の包
絡線が検出される。また、直線検波回路39のコンデン
サで平滑化することにより、図6(d) に示す信号が得ら
れる。この信号は、 IAC(S(t)=π) =cos(2α+2βsinωmt) ≒−2βsin(2α) sinωmt …(6) と表される。ここでは、βは十分に小さいと仮定してい
る。
【0027】この包絡線の位相は、MZ型外部変調器1
2の動作点により符号が反転し、最適な動作点では包絡
線のωm 成分の振幅は0になる。したがって、直線検波
回路39の出力信号を低周波信号で同期検波すれば、動
作点のドリフトした方向が検出される。また、同期検波
出力の振幅により、動作点変動量を検出することができ
る。すなわち、乗算回路38の出力信号を用いてMZ型
外部変調器12のバイアス電圧を制御することが可能と
なる。
【0028】この制御系では、 (6)式に示すように安定
点はα=0,π/2,…となり、MZ型外部変調器12
の正負どちらか一方のチャーピングの最適動作点に安定
化される。なお、第1および第2の実施形態における2
乗回路37は、MZ型外部変調器12の入力信号の変調
速度に対応する比較的広帯域なものが必要であるが、直
線検波回路39に用いるダイオードは重畳した低周波信
号の帯域を有すればよく、制御系を安価に構成すること
ができる。
【0029】(第4の実施形態−請求項1,3)図7
は、本発明の光送信器の第4の実施形態を示す。本実施
形態では、“−π”,“0”,“π”の3値をとるデュ
オバイナリ信号を送信するために、プッシュプルタイプ
のMZ型外部変調器41を用いる。デュオバイナリ信号
は、入力信号1とその逆相の入力信号2が、デュオバイ
ナリ変換器42−1,42−2と、デュオバイナリフィ
ルタ43−1,43−2を通過することにより生成され
る。生成された各デュオバイナリ信号は、コンデンサ1
3−1,13−2を介してMZ型外部変調器41の各一
方の駆動入力に印加される。その他の構成は第3の実施
形態と同様である。
【0030】(第5の実施形態−請求項4)図8は、本
発明の光送信器の第5の実施形態を示す。本実施形態で
は、“−π”と“π”の2値をとるPSK信号を送信す
るために、プッシュプルタイプのMZ型外部変調器41
を用いる。入力信号1とその逆相の入力信号2は、コン
デンサ13−1,13−2を介してMZ型外部変調器4
1の各一方の駆動入力に印加される。その他の構成は、
第1の実施形態からコンデンサ36および2乗回路37
を取り除いたものと同様である。
【0031】本構成では、MZ型外部変調器41の出力
光信号E(t) は、s(t)を2値をとるPSK信号とする
と、 (1)式と同じになる。また、光電変換器35から出
力される電流I(t) は、 I(t) ∝1−cos(s(t))cos(2α+2βsinωmt) ≒1−cos(2α)+2βsin(2α)sinωmt …(7) と表される。この信号には、重畳した低周波信号の影響
が直接現れている。したがって、光電変換器35の出力
信号を同期検波することにより、重畳した低周波信号と
(7)式の低周波成分の位相が検出される。この検波出力
を積分回路33で積分することにより、重畳した低周波
信号と (7)式の低周波成分の位相に比例してバイアス電
圧を修正していくことができる。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光送信器
は、MZ型外部変調器に動作点の変動がある場合でも、
広帯域の振幅変調回路を必要とせず、容易に変調器制御
信号(低周波信号)を主信号に重畳することができる。
すなわち、入力信号の速度によらずにバイアス電圧制御
を行うことができ、光送信器から安定した光信号を送出
させることができる。
【0033】また、制御回路には主信号より狭い帯域の
光電気変換手段や包絡線検波手段を用いることができる
ので、従来の制御回路に比べてコスト低減を図ることが
できる。また、包絡線検波手段としてダイオードの整流
作用を利用する直線検波回路を用いる構成では、さらに
帯域の低い部品を使用することができるので、大幅に安
価な光送信器を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光送信器の基本構成を示すブロック
図。
【図2】本発明の光送信器の動作原理を説明する図。
【図3】本発明の光送信器の第1の実施形態を示すブロ
ック図。
【図4】本発明の光送信器の第2の実施形態を示すブロ
ック図。
【図5】本発明の光送信器の第3の実施形態を示すブロ
ック図。
【図6】第3の実施形態の動作を説明する図。
【図7】本発明の光送信器の第4の実施形態を示すブロ
ック図。
【図8】本発明の光送信器の第5の実施形態を示すブロ
ック図。
【図9】従来の光送信器の構成を示すブロック図。
【図10】従来の光送信器の動作原理を説明する図。
【符号の説明】
11 レーザ光源 12 MZ型外部変調器 13 コンデンサ 14 低周波発振手段 15 加算手段 16 バイアスT 17 終端抵抗 18 光カプラ 19 光電気変換手段 20 直流成分除去手段 21 包絡線検波手段 22 同期検波手段 23 積分手段 31 半導体レーザ 32 加算回路 33 積分回路 34 低周波発振器 35 光電変換器 36 コンデンサ 37 2乗回路 38 乗算回路 39 直線検波回路 41 MZ型外部変調器(プッシュプルタイプ) 42 デュオバイナリ変換器 43 デュオバイナリフィルタ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H04B 10/152 10/142 (72)発明者 高知尾 昇 東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日本 電信電話株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CW光を出力するレーザ光源と、 前記CW光を入力し、外部から入力される信号により前
    記CW光を強度変調して出力するマッハツェンダ型外部
    変調器(以下「MZ型外部変調器」という)とを備えた
    光送信器において、 所定の周波数の低周波信号を発生する低周波発振手段
    と、 前記低周波信号を前記MZ型外部変調器のバイアス電圧
    に重畳して印加する加算手段と、 前記MZ型外部変調器の出力光信号を電気信号に変換す
    る光電気変換手段と、 前記光電気変換手段の出力信号の直流成分を除去する直
    流成分除去手段と、 前記直流成分除去手段の出力信号を包絡線検波する包絡
    線検波手段と、 前記包絡線検波手段の出力信号と前記低周波信号の位相
    を比較する同期検波手段と、 前記同期検波手段の出力信号に比例して前記MZ型外部
    変調器に印加するバイアス電圧を修正する積分手段とを
    備えたことを特徴とする光送信器。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の光送信器において、 包絡線検波手段は、直流成分除去手段の出力信号を2乗
    して包絡線の周波数成分を検出する2乗回路であること
    を特徴とする光送信器。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の光送信器において、 包絡線検波手段は、直流成分除去手段の出力信号を整流
    して平滑化する直線検波回路であることを特徴とする光
    送信器。
  4. 【請求項4】 CW光を出力するレーザ光源と、 前記CW光を入力し、外部から入力される信号により前
    記CW光を位相変調して出力するMZ型外部変調器とを
    備えた光送信器において、 所定の周波数の低周波信号を発生する低周波発振手段
    と、 前記低周波信号を前記MZ型外部変調器のバイアス電圧
    に重畳して印加する加算手段と、 前記MZ型外部変調器の出力光信号を電気信号に変換す
    る光電気変換手段と、 前記光電気変換手段の出力信号と前記低周波信号の位相
    を比較する同期検波手段と、 前記同期検波手段の出力信号に比例して前記MZ型外部
    変調器に印加するバイアス電圧を修正する積分手段とを
    備えたことを特徴とする光送信器。
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