JPWO2007116475A1 - 差動4位相偏移変調器およびその位相シフト量制御方法 - Google Patents
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Abstract
Description
この図17に示すDQPSK変調器100は、例えば光伝送システムにおいて光信号を送信する光送信器にそなえられ、データ信号をDQPSK変調方式により光信号に変調するものであって、送信データ処理部101,アンプ102−1,102−2,CW(Continuous Wave)光源103,π/2移相器104および2つのマッハツェンダ型位相変調器105−1,105−2をそなえるとともに、π/2の位相差が与えられた位相変調器105−1,105−2からの位相変調信号を干渉させるMZM干渉計106をそなえて構成される。
ところで、π/2移相器104においても、電極を通じて印加する電圧によって、入力される信号光についての位相シフトを行なうものであるが、π/2移相器104において印加する電圧(バイアス電圧)と光信号の移相量とは、図18に示すAのように、一対一の対応関係を有している。このため、図17に示すπ/2移相器104においては、位相変調器105−2からの光信号がπ/2だけずれるような一定電圧V1が供給されるようになっている。
このため、4値のシンボル間についてもπ/2の位相差を有さず、各シンボル間でのピークパワーも変動するため(図19のD参照)、信号品質の劣化を招く要因となる。
以下の特許文献2においては、2光子吸収検出素子や高速線形なフォトダイオードを用いてモニタされた光信号からパイロット信号を用いた同期検波を行なって、π/2からの位相ずれに起因するDC成分がなくなるようにπ/2移相器104でのバイアス電圧をフィードバック制御することで、上述の位相差を適正な値に安定化する技術について記載されている。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、差動4位相偏移変調器において、応答速度がビットレートよりも十分低い安価な素子を適用しながら、差動4位相偏移変調光をなす合波された2つの差動位相偏移変調光成分が、適正な位相差となるような位相シフト量のフィードバック制御を実現することを目的とする。
さらに、該第1変調器は、前記第1駆動信号を出力する第1駆動信号出力部とともに、該第1駆動信号出力部からの前記第1駆動信号を印加することにより、前記入力光について差動位相偏移変調を行なう第1位相変調部をそなえ、該第2変調器は、前記第2駆動信号を出力する第2駆動信号出力部とともに、該第1駆動信号出力部からの前記第2駆動信号を印加することにより、前記入力光について差動位相偏移変調を行なう第2位相変調部をそなえることができる。
また、本発明の差動4位相偏移変調器の位相シフト量制御方法は、第1駆動信号を印加することにより、入力光が差動位相偏移変調された第1光信号を出力しうる第1変調器と、第2駆動信号を印加することにより、入力光が差動位相偏移変調された第2光信号を出力しうる第2変調器と、前記第1光信号および前記第2光信号がπ/2の位相差を形成するように位相シフト処理を行なう位相シフト部と、該位相シフト部における前記位相シフト処理が行なわれた前記第1光信号および前記第2光信号を合波することにより、差動4位相偏移変調光を出力する合波部と、をそなえてなる差動4位相偏移変調器の位相シフト量制御方法であって、該第1変調器および該第2変調器において互いにデューティ比が異なる駆動信号を印加することによって、該合波部から出力される差動4位相偏移変調光の平均光出力パワーを、該位相シフト処理によって形成される前記第1光信号および前記第2光信号の位相差に応じて変動せしめ、該合波部から出力される差動4位相偏移変調光の平均光出力パワーをモニタし、該モニタされた前記平均光出力パワーに基づいて、該位相シフト部での位相シフト量をフィードバック制御することを特徴としている。
2−1 第1変調器
2−2 第2変調器
11,101 送信データ処理部
12−1 第1駆動信号出力部
12−2 第2駆動信号出力部
12a 第1参照値設定部
12b 第1差動増幅器
12c 第2参照値設定部
12d 第2差動増幅器
12A 駆動信号出力部
12Aa 参照値設定部
12Ab 差動増幅器
13,103 CW光源
14,104 π/2移相器
15−1 第1位相変調部
15−2 第2位相変調部
16,106 MZM干渉計
16a,106a 分岐導波路
16b,106b 合波導波路
16i Iアーム導波路
16q Qアーム導波路
17 光カプラ
18 パワーモニタ
18a フォトダイオード
18b 電流電圧変換器
19 フィードバック制御部
102―1,102−2 アンプ
105−1,105−2 マッハツェンダ型位相変調器
121,122 分岐回路
123,124 平均値回路
125 制御回路
141,142 電極
151a,152a マッハツェンダ型導波路
151b,152b 電極
191 低周波信号生成部
192 バイアス供給部
192a,192b 供給部
193 ロックインアンプ(周波数成分抽出部)
194 バイアス制御部
〔a1〕本発明の一実施形態の説明
図1は本発明の一実施形態にかかるDQPSK変調器1を示す図である。この図1に示すDQPSK変調器1は、前述の図17に示すものと同様に、例えば光伝送システムにおいて光信号を送信する光送信器にそなえられ、データ信号をDQPSK変調方式により光信号に変調するものである。
ところで、第1駆動信号出力部12−1は、図1に示すように、第1参照値を固定的に設定する第1参照値設定部12aをそなえるとともに、送信データ処理部11からの第1データに基づく信号成分(即ち第1データ信号の成分)を、第1参照値設定部12aで設定された第1参照値を中心に切り出して差動増幅を行なうことにより、第1位相変調部15−1への第1駆動信号を差動信号として出力する第1差動増幅器12bをそなえている。
図2(a)〜図2(c),図3(a)〜図3(c)および図4(a)〜図4(c)は、いずれも上述の第1参照値および第2参照値の設定により、第1駆動信号および第2駆動信号のデューティ比を設定できることについて説明するための図である。以下においては、第1差動増幅器12bに着目して説明するが、第2差動増幅器12dが出力する第2駆動信号についても同様である。
さらに、π/2移相器14は、Iアーム導波路16iおよびQアーム導波路16qにおける第1,第2位相変調部15−1,15−2の下流側に設けられ、後述のフィードバック制御部19からの制御を受けて、第1,第2位相変調部15−1,15−2から出力されるBPSK変調された2つの光信号(第1光信号および第2光信号)にπ/2の位相差を形成させるための位相シフト処理を行なう位相シフト部である。
なお、図1中においては、Iアーム導波路16iおよびQアーム導波路16qそれぞれにバイアス電圧が供給される電極141,142がそなえられているが、これに限定されるものではなく、例えば前述の図17の場合と同様に、Iアーム導波路16iおよびQアーム導波路16qのうちのいずれか一方に形成された電極にバイアス電圧を印加することによって、上述の位相差を形成するようにしてもよい。
このとき、図7のAに示すように、合波導波路16bで合波された後における上述の第1光信号の成分および第2光信号の成分の位相差が3π/2〜−π/2の間で変動したとしても、合波導波路16bから出力される差動4位相偏移変調光の平均光出力パワーは変動することはない。
そして、本発明者らは、このようなデューティ比を互いに異なる駆動信号とした場合において、上述の位相差に応じた平均光出力パワーの変動が、特に位相差がπ/2の周辺においては線形な値の変化を示す一方で、例えば位相差がπあるいは0となる周辺のように、位相差がπ/2から離れるに従い非線形な値の変化を有するという特徴を見出した。
すなわち、平均光出力パワーのモニタ結果から、合波導波路16bで合波された後における第1光信号の成分および第2光信号の成分の位相差を割り出して、この位相差がπ/2となるように(又は少なくとも伝送信号品質として許容できるようなπ/2からの乖離範囲に収まるように)π/2移相器14でのバイアス電圧をフィードバック制御することができるようになっている。
このために、フィードバック制御部19は、図8に示すように、低周波信号生成部191,バイアス供給部192,ロックインアンプ193およびバイアス制御部194をそなえている。尚、図8においては、送信データ処理部11についての図示は省略している。
さらに、この低周波信号f0は、位相シフト量を微少範囲で変動させることができるように、第1,第2供給部192a,192bそれぞれの位相制御電圧信号の振幅よりも(例えば100分の1程度の)十分小さい振幅値としている。又、周波数f0は、フォトダイオード18aにおける平均光出力パワーのモニタによって十分観測できるような低周波数(例えば数kHz)とすることができる。
図9は、π/2移相器14での位相シフト量、即ち合波導波路16bで合波される第1光信号および第2光信号の位相差に応じたロックインアンプ193からの周波数f0の成分の変化について示す図である。この図9に示すように、π/2移相器14での位相シフト量がπ/2となっているときに、ロックインアンプ193で抽出される周波数f0の成分が最大となっている。従って、バイアス制御部194においては、ロックインアンプ193で抽出される周波数f0の成分を最大とするように位相制御電圧信号を制御することで、π/2移相器14での位相シフト量を適正な値とすることができるようになる。
図10は、π/2移相器14での位相シフト量、即ち合波導波路16bで合波される第1光信号および第2光信号の位相差に応じたロックインアンプ193からの周波数2f0の成分の変化について示す図である。この図10に示すように、π/2移相器14での位相シフト量がπ/2となっているときに、ロックインアンプ193で抽出される周波数2f0の成分が最小となっている。従って、バイアス制御部194においては、ロックインアンプ193で抽出される周波数2f0の成分を最小とするように位相制御電圧信号を制御することで、π/2移相器14での位相シフト量を適正な値とすることができるようになる。
前述したように、π/2移相器14に対するバイアス電圧信号に重畳されている周波数f0の成分は、そのまま位相シフト量に写像されるので、位相差についても周波数f0で変動するようになっている。
上述のごとく構成された本実施形態の差動4位相偏移変調器1においては、第1変調器2−1において、第1駆動信号を印加することにより、CW光源13からの入力光が差動2位相偏移変調された第1光信号を出力し、第2変調器2−2において、第2駆動信号を印加することにより、CW光源13からの入力光が差動位相偏移変調された第2光信号を出力する。
このとき、第1,第2駆動信号出力部12−1,12−2により、第1変調器2−1および第2変調器2−2において互いにデューティ比が異なる駆動信号を用いることによって、合波導波路16bから出力される差動4位相偏移変調光の平均光出力パワーを、位相シフト処理によって形成される第1光信号および前記第2光信号の位相差に応じて変動させる。
そして、フィードバック制御部19においては、モニタされた平均光出力パワーに基づき、上述の位相差に応じた平均光出力パワーの変動特性を用いることにより、位相シフト部での位相シフト量をフィードバック制御することができる。即ち、低周波信号生成部191で生成されバイアス電圧信号として重畳される周波数成分f0が最大となるように、又はその2倍の周波数成分2f0が最小となるように、π/2移相器14へのバイアス電圧信号をなす位相制御電圧信号をフィードバックして可変制御する。
図15は本発明の一実施形態の変形例を示す図であり、図1に示す実施形態における第1,第2駆動信号出力部12−1,12−2についての変形例である。即ち、図1に示す第1,第2駆動信号出力部12−1,12−2はそれぞれ、第1,第2参照値設定部12a,12cにおいて、第1,第2参照値を固定的に設定するようになっているが、この図15に示す駆動信号出力部12Aにおいては、参照値(第1又は第2参照値)について安定化のためにフィードバック制御を行なう構成をそなえている。
ここで、参照値設定部12Aaは、差動増幅器12Abからの一対の差動信号をそれぞれ分岐する分岐回路121,122,各分岐回路121,122からの差動信号の平均値を計算する平均値回路123,124および平均値回路123,124からの出力をもとに、差動増幅器12Abへの参照値(第1又は第2参照値)についてフィードバック制御を行なう制御回路125をそなえて構成されている。
すなわち、差動増幅器12Abから差動信号として出力される駆動信号は、デューティ比が大きくなると、それに比例して駆動信号振幅の平均値についても大きくなる関係にあることから、制御回路124においては、これら平均値回路123,124からの差動信号平均値の計算結果により参照値をフィードバック制御することで、差動増幅器12Abから出力されるデューティ比を所期の設定に安定化させることができる。例えば前述の図7のBに示すように、第1変調器2−1においては30パーセント、第2変調器2−2においては70パーセントとなるように安定化させることができる。
したがって、図1に示す第1,第2駆動信号出力部12−1,12−2に代えて図5に示す駆動信号出力部12Aをそれぞれ適用することで、第1,第2変調器2−1,2−2での駆動信号のデューティ比の設定を安定させることができるので、図7に示す平均出力パワーの変動についても所期の特性に安定化させることができるようになるため、π/2移相器14での位相シフト制御の精度のさらなる向上が期待できるようになる。
なお、上述した実施形態にかかわらず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
また、上述した実施形態の開示により、本発明の装置を製造することは可能である。
Claims (10)
- 第1データに基づく第1駆動信号で入力光を差動位相偏移変調する第1変調器と、
第2データに基づく駆動信号であって該第1駆動信号とはデューティ比が異なる第2駆動信号で入力光を差動位相偏移変調する第2変調器と、
該第1変調器で差動位相偏移変調された第1光信号および該第1変調器で差動位相偏移変調された第2光信号が、互いにπ/2の位相差を形成するように位相シフト処理を行なう位相シフト部と、
該位相シフト部における前記位相シフト処理が行なわれた前記第1光信号および前記第2光信号を合波することにより、差動4位相偏移変調光を出力する合波部と、をそなえ、
該第1変調器および該第2変調器において互いにデューティ比が異なる駆動信号を印加することによって、該合波部から出力される差動4位相偏移変調光の平均光出力パワーが、該合波部で合波された後の前記第1光信号の成分および前記第2光信号の成分の位相差に応じて変動するように構成され、
かつ、該合波部から出力される差動4位相偏移変調光の平均光出力パワーをモニタするパワーモニタと、
該パワーモニタでモニタされた前記平均光出力パワーに基づいて、該位相シフト部での位相シフト量をフィードバック制御する位相シフト制御部と、をそなえたことを特徴とする、差動4位相偏移変調器。 - 該位相シフト部が、前記第1光信号および前記第2光信号のうちの少なくとも一方に位相制御用のバイアス電圧信号を供給することにより前記位相差を形成させるように構成され、
該位相シフト制御部が、
低周波信号を生成する低周波信号生成部と、
該位相シフト部での前記位相シフト処理を行なうための位相制御電圧信号を設定するとともに、該低周波信号生成部で生成される前記低周波信号を前記位相制御電圧信号に重畳して、該バイアス電圧信号として該位相シフト部に供給するバイアス供給部と、
該パワーモニタでモニタされた前記平均光出力パワーに含まれる、前記バイアス信号における前記低周波信号に由来する周波数成分を抽出する周波数成分抽出部と、
該周波数成分抽出部にて抽出された周波数成分に基づいて、該バイアス供給部で設定される前記位相制御電圧信号を制御するバイアス制御部と、をそなえたことを特徴とする、請求項1記載の差動4位相偏移変調器。 - 前記平均光出力パワーに含まれる前記低周波信号に由来する周波数成分である当該低周波信号の周波数成分が、前記第1光信号および前記第2光信号の位相差がπ/2に近づくに従って増大するように、該第1変調器および該第2変調器における各駆動信号のデューティ比が設定され、
該周波数成分抽出部が、前記バイアス信号における前記低周波信号に由来する周波数成分として、前記低周波信号の周波数成分を抽出するように構成され、
該位相制御電圧制御部が、該周波数成分抽出部にて抽出される前記低周波信号成分の周波数成分が最大となるように前期位相制御電圧信号を制御すべく構成されたことを特徴とする、請求項2記載の差動4位相偏移変調器。 - 前記平均光出力パワーに含まれる前記低周波信号に由来する周波数成分である当該低周波信号の2倍の周波数成分が、前記第1光信号および前記第2光信号の位相差がπ/2に近づくに従って減少するように、該第1変調器および該第2変調器における各駆動信号のデューティ比が設定され、
該周波数成分抽出部が、前記バイアス信号における前記低周波信号に由来する周波数成分として、前記低周波信号の2倍の周波数成分を抽出するように構成され、
該位相制御電圧制御部が、該周波数成分抽出部にて抽出される前記低周波信号成分の2倍の周波数成分が最小となるように前期位相制御電圧信号を制御すべく構成されたことを特徴とする、請求項2記載の差動4位相偏移変調器。 - 該第1変調器および該第2変調器に対して連続光を供給する連続光供給部をそなえるとともに、
該第1および第2変調器は、それぞれ該連続光供給部からの連続光を該入力光として前記差動位相変調を行なうことにより、前記第1および第2光信号を出力するように構成されたことを特徴とする、請求項1記載の差動4位相偏移変調器。 - 該第1変調器は、前記第1駆動信号を出力する第1駆動信号出力部とともに、該第1駆動信号出力部からの前記第1駆動信号を印加することにより、前記入力光について差動位相偏移変調を行なう第1位相変調部をそなえ、
該第2変調器は、前記第2駆動信号を出力する第2駆動信号出力部とともに、該第1駆動信号出力部からの前記第2駆動信号を印加することにより、前記入力光について差動位相偏移変調を行なう第2位相変調部をそなえたことを特徴とする、請求項1記載の差動4位相偏移変調器。 - 該第1駆動信号出力部は、第1参照値を設定する第1参照値設定部とともに、前記第1データに基づく信号成分を、該第1参照値を中心に切り出して差動増幅を行なうことにより、前記第1駆動信号を差動信号として出力する第1差動増幅器をそなえ、
該第2駆動信号出力部は、第2参照値を設定する第2参照値設定部とともに、前記第2データに基づく信号成分を、該第2参照値を中心に切り出して差動増幅を行なうことにより、前記第2駆動信号を差動信号として出力する第2差動増幅器をそなえ、
該第1参照値設定部および該第2参照値設定部は、前記の第1参照値および第2参照値をそれぞれ互いに異なるように設定することを特徴とする、請求項6記載の差動4位相偏移変調器。 - 該第1参照値設定部は、該第1差動増幅器から出力される第1駆動信号の平均値を計算する第1平均値回路とともに、該第1平均値回路での計算結果に基づいて該第1駆動信号が所定のデューティ比に安定するように該第1参照値を設定制御する第1制御回路をそなえ、
該第2参照値設定部は、該第2差動増幅器から出力される第2駆動信号の平均値を計算する第2平均値回路とともに、該第2平均値回路での計算結果に基づいて該第2駆動信号が該第1駆動信号とは異なる所定のデューティ比に安定するように該第2参照値を設定制御する第2制御回路をそなえたことを特徴とする、請求項7記載の差動4位相偏移変調器。 - 該パワーモニタは、前記第1データまたは前記第2データのビットレートよりも応答速度が十分低速な光電変換素子をそなえて構成されたことを特徴とする、請求項1記載の差動4位相偏移変調器。
- 第1駆動信号を印加することにより、入力光が差動位相偏移変調された第1光信号を出力しうる第1変調器と、第2駆動信号を印加することにより、入力光が差動位相偏移変調された第2光信号を出力しうる第2変調器と、前記第1光信号および前記第2光信号がπ/2の位相差を形成するように位相シフト処理を行なう位相シフト部と、該位相シフト部における前記位相シフト処理が行なわれた前記第1光信号および前記第2光信号を合波することにより、差動4位相偏移変調光を出力する合波部と、をそなえてなる差動4位相偏移変調器の位相シフト量制御方法であって、
該第1変調器および該第2変調器において互いにデューティ比が異なる駆動信号を印加することによって、該合波部から出力される差動4位相偏移変調光の平均光出力パワーを、該位相シフト処理によって形成される前記第1光信号および前記第2光信号の位相差に応じて変動せしめ、
該合波部から出力される差動4位相偏移変調光の平均光出力パワーをモニタし、
該モニタされた前記平均光出力パワーに基づいて、該位相シフト部での位相シフト量をフィードバック制御することを特徴とする、差動4位相偏移変調器の位相シフト量制御方法。
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