(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＰ−ＱＰＳＫ光学送信機であって、前記光学送信機は、
ａ）外部Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器であって、前記外部Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器は、
ｉ．光学ビームをレーザ源から受信する光学入力と、
ｉｉ．第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を備える第１のアームであって、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器は、
１．前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の第１のアーム中に光学的に結合された、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の第１の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器と、
２．π／２光学位相シフタに光学的に結合され、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の第２のアーム中に光学的に結合された、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器であって、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器は、第１の偏波でＱＰＳＫ信号を変調させる、第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器と
を備える、第１のアームと、
ｉｉｉ．第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を備える第２のアームであって、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器は、
１．前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の第１のアーム中に光学的に結合された、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の第１の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器と、
２．π／２光学位相シフタに光学的に結合され、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の第２のアーム中に光学的に結合された、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器と
を備える、第２のアームと、
ｉｖ．前記外部Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の前記第２のアームに光学的に結合された光学偏波回転子であって、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器は、第２の偏波でＱＰＳＫ信号を変調させる、光学偏波回転子と
を備え、前記外部Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器は、二重偏波ＱＰＳＫ信号発生中に埋め込まれた前記第１および第２の偏波を多重化する、外部Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器と、
ｂ）前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の出力に光学的に結合された第１の光学検出器であって、前記第１の光学検出器は、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器によって発生されるＱＰＳＫ信号を前記第１の偏波で検出する、第１の光学検出器と、
ｃ）前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の出力に光学的に結合された第２の光学検出器であって、前記第２の光学検出器は、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器によって発生されるＱＰＳＫ信号を前記第２の偏波で検出する、第２の光学検出器と、
ｄ）前記第１および第２の光学検出器の個別の出力に電気的に接続された第１および第２の入力と、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の前記第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の個別のバイアス入力、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の位相バイアス入力、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の前記第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の個別のバイアス入力、および前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の位相バイアス入力のうちの少なくとも１つに電気的に結合された少なくとも１つの出力とを有する、バイアス制御回路であって、前記バイアス制御回路は、前記第１および第２の光学検出器によって検出されたＤＣおよびＡＣ信号の両方に応答して、ＤＰ−ＱＰＳＫ信号を安定化させるバイアス信号を少なくとも１つの出力に発生させる、バイアス制御回路と
を備える、光学送信機。
【請求項２】
前記バイアス制御回路は、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の前記第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の個別のバイアス入力に電気的に結合された第１および第２の出力と、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の位相バイアス入力に電気的に結合された第３の出力と、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の前記第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の個別のバイアス入力に電気的に結合された第４および第５の出力と、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の位相バイアス入力に電気的に結合された第６の出力とを有し、前記バイアス制御回路は、前記第１および第２の光学検出器によって発生された信号に応答して、前記ＤＰ−ＱＰＳＫ信号を安定化させるバイアス信号を少なくとも１つの出力に発生させる、請求項１に記載の光学送信機。
【請求項３】
前記レーザ源は、同調可能レーザ源を備える、請求項１に記載の光学送信機。
【請求項４】
前記光学偏波回転子は、π／２偏波回転子を備える、請求項１に記載の光学送信機。
【請求項５】
前記光学偏波回転子は、可変光学偏波回転子を備える、請求項１に記載の光学送信機。
【請求項６】
前記バイアス制御回路は、前記第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を直交点に安定化させる電気信号を１つよりも多くの出力に発生させる、請求項１に記載の光学送信機。
【請求項７】
前記バイアス制御回路は、前記第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を最小伝送点にバイアスする電気信号を１つよりも多くの出力に発生させる、請求項１に記載の光学送信機。
【請求項８】
前記バイアス制御回路は、前記第１および第２の光学検出器によって検出されたＤＣ信号を最大限または最小限のいずれかにし、ＡＣ信号を最小限にするバイアス制御信号を少なくとも１つの出力に発生させる、請求項１に記載の光学送信機。
【請求項９】
前記バイアス制御回路は、バイアス信号に印加されるＡＣパイロットトーンの基本波を最小限にするバイアス制御信号を少なくとも１つの出力に発生させる、請求項１に記載の光学送信機。
【請求項１０】
前記第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器は、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器が、前記第１の偏波で前記ＱＰＳＫ信号を発生させ、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器が、前記第２の偏波で前記ＱＰＳＫ信号を発生させるように、直交でバイアスされ、対応する子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器によって発生された信号間にπ／２位相シフトを確立する、請求項１に記載の光学送信機。
【請求項１１】
前記第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のそれぞれを備える、前記第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器はそれぞれ、ニオブ酸リチウムＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を備える、請求項１に記載の光学送信機。
【請求項１２】
前記第１および第２の光学検出器のうちの少なくとも１つは、少なくとも１ＧＨｚの光学−電気帯域幅を伴う、ＰＩＮ光検出器を備える、請求項１に記載の光学送信機。
【請求項１３】
前記第１および第２の光学検出器のうちの少なくとも１つは、少なくとも０．０５％の光学−電気結合効率を伴う、ＰＩＮ光検出器を備える、請求項１に記載の光学送信機。
【請求項１４】
前記バイアス制御回路は、前記第１および第２の光学検出器のうちの少なくとも１つによって発生されるＤＣ光電流に対応する電圧を少なくとも１つの出力に発生させる、アナログプロセッサを備える、請求項１に記載の光学送信機。
【請求項１５】
前記バイアス制御回路は、変調されたデジタルデータに応答して、前記第１および第２の光学検出器のうちの少なくとも１つによって発生されたＡＣ電気信号を変換する、アナログ／デジタルコンバータを備え、デジタルプロセッサは、前記変換されたＡＣ電気信号を処理し、前記光学送信機を安定化させるバイアス信号を判定する、請求項１に記載の光学送信機。
【請求項１６】
前記バイアス制御回路は、前記第１および第２の光学検出器のうちの少なくとも１つによって受信されるパイロットトーンを監視し、監視されるパイロットトーンに応答して、前記光学送信機を安定化させるバイアス制御信号を１度に少なくとも１つの出力に発生させ、前記ＡＣ信号は、前記パイロットトーンを含む、請求項１に記載の光学送信機。
【請求項１７】
前記バイアス制御回路は、２Ｖπのピーク／ピーク電圧振幅で電気ＮＲＺ信号を処理し、対応するＰＳＫ信号を発生させる、請求項１に記載の光学送信機。
【請求項１８】
前記バイアス制御回路は、前記第１および第２の光学検出器のうちの少なくとも１つによって受信されるパイロットトーンの基本波を抑制する電気信号を少なくとも１つの出力に発生させ、前記ＡＣ信号は、前記パイロットトーンを含む、請求項１に記載の光学送信機。
【請求項１９】
前記バイアス制御回路は、前記第１および第２の光学検出器のうちの少なくとも１つによって発生される平均ＤＣ光電流を最大限にする電気信号を少なくとも１つの出力に発生させる、請求項１に記載の光学送信機。
【請求項２０】
前記ＤＰ−ＱＰＳＫ光学送信機の出力に光学的に結合された第３の光学検出器をさらに備え、前記バイアス制御回路は、前記第３の光学検出器の出力に電気的に接続された第３の入力を備える、請求項１に記載の光学送信機。
【請求項２１】
ＤＰ−ＱＰＳＫ信号を発生させる方法であって、前記方法は、
ａ）入射光学ビームを、第１の光学ビームおよび第２の光学ビームに分割することと、
ｂ）関連付けられた第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を備える第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を用いて、前記第１の光学ビームから第１のＱＰＳＫ信号を発生させることと、
ｃ）関連付けられた第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を備える第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を用いて、前記第２の光学ビームから第２のＱＰＳＫ信号を発生させることと、
ｄ）前記第１および第２のＱＰＳＫ信号のＤＣおよびＡＣ  ＱＰＳＫ信号を検出することと、
ｅ）前記第１および第２のＱＰＳＫ信号のうちの一方の偏波を前記第１および第２のＱＰＳＫ信号のうちの他方に対して９０度回転させることと、
ｆ）前記第１および第２のＱＰＳＫ信号のうちの一方の偏波を回転させた後、前記第１および第２のＱＰＳＫ信号をＤＰ−ＱＰＳＫ信号中に組み合わせることと、
ｇ）前記第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のための位相バイアス制御信号を発生させることと、
ｈ）前記検出された第１および第２のＱＰＳＫ信号に応答して、前記第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のうちの少なくとも１つを備える前記第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のための、前記ＤＰ−ＱＰＳＫ信号を安定化させるバイアス制御信号を発生させることと
を含む、方法。
【請求項２２】
前記第１のＱＰＳＫ信号および前記第２のＱＰＳＫ信号を検出することは、ＤＣ信号を検出することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
ステップｇ）およびステップｈ）のうちの少なくとも１つにおける前記バイアス制御信号を発生させることは、前記第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のうちの少なくとも１つを直交点に安定化させ、対応する子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器によって発生された信号間にπ／２位相シフトを確立する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
パイロットトーンを、ステップｇ）およびステップｈ）のうちの少なくとも１つにおける前記バイアス制御信号に連続して追加することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
ステップｇ）およびステップｈ）のうちの少なくとも１つにおける前記バイアス制御信号を発生させることは、前記第１および第２のＱＰＳＫ信号中で検出されるパイロットトーンの基本波を最小限にする信号を発生させることを含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
ステップｇ）およびステップｈ）のうちの少なくとも１つにおける前記バイアス制御信号を発生させることは、平均ＤＣ光電流を最大限にする電気信号を発生させることを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
前記第１のＱＰＳＫ信号および前記第２のＱＰＳＫ信号を検出することは、少なくとも１ＧＨｚの光学−電気帯域幅で検出することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１のＱＰＳＫ信号および前記第２のＱＰＳＫ信号を検出することは、少なくとも０．０５％の結合効率で検出することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
前記バイアス制御信号を発生させることは、２Ｖπのピーク／ピーク電圧振幅で電気ＮＲＺデータ信号を少なくとも１つの出力に発生させることを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
ステップｇ）およびステップｈ）のうちの少なくとも１つにおける前記バイアス制御信号を発生させることは、前記子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のうちの少なくとも１つを最小伝送点でバイアスする電気信号を少なくとも１つの出力に発生させることを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項３１】
二重偏波Ｉ−Ｑ変調信号を発生させる方法であって、前記方法は、
ａ）入射光学ビームを、第１の光学ビームおよび第２の光学ビームに分割することと、
ｂ）第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を備える第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を用いて、前記第１の光学ビームから第１のＩ−Ｑ変調信号を発生させることと、
ｃ）第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を備える第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を用いて、前記第２の光学ビームから第２のＩ−Ｑ変調信号を発生させることと、
ｄ）前記第１および第２のＩ−Ｑ変調信号のＤＣおよびＡＣ  Ｉ−Ｑ変調信号を検出することと、
ｅ）前記第１および第２のＩ−Ｑ変調信号のうちの一方の偏波を第１および第２のＱＰＳＫ信号のうちの他方に対して９０度回転させることと、
ｆ）前記第１および第２のＩ−Ｑ変調信号のうちの一方の偏波を回転させた後、前記第１および第２のＩ−Ｑ変調信号をＤＰ−Ｉ−Ｑ変調信号中に組み合わせることと、
ｇ）前記第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のための位相バイアス制御信号を発生させることと、
ｈ）前記検出された第１および第２のＩ−Ｑ変調信号に応答して、前記第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のうちの少なくとも１つを備える前記第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のための、前記ＤＰ−Ｉ−Ｑ変調信号を安定化させるバイアス制御信号を発生させることと
を含む、方法。
【請求項３２】
前記二重偏波Ｉ−Ｑ変調信号は、二重偏波ＢＰＳＫ信号を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記二重偏波Ｉ−Ｑ変調信号は、二重偏波ｍ−ａｒｙ  ＰＳＫ信号を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記二重偏波Ｉ−Ｑ変調信号は、二重偏波ｍ−ａｒｙ  ＱＡＭ信号を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記二重偏波Ｉ−Ｑ変調信号は、二重偏波ＯＦＤＭ信号を含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
ＤＰ−ＱＰＳＫ送信機を安定化させる方法であって、前記方法は、
ａ）第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の出力において、ＡＣ信号およびＤＣ信号を含む光学信号を検出することと、
ｂ）前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の出力における前記検出された光学信号の前記ＡＣ信号および前記ＤＣ信号に応答して、第１、第２、および第３のバイアス制御信号を発生させることと、
ｃ）第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の出力において、ＡＣ信号およびＤＣ信号を含む光学信号を検出することと、
ｄ）前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の出力における前記検出された光学信号の前記ＡＣ信号および前記ＤＣ信号に応答して、第４、第５、および第６のバイアス制御信号を発生させることと、
ｅ）前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の第１の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のバイアス入力に印加される前記第１のバイアス信号に応答して、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の第１のアーム内の前記第１の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を最小伝送点に安定化させることと、
ｆ）前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のバイアス入力に印加される前記第２のバイアス信号に応答して、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の第２のアーム内の前記第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を最小伝送点に安定化させることと、
ｇ）前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のバイアス入力に印加される前記第３のバイアス信号を制御することによって、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を直交点に安定化させることと、
ｈ）前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の第１の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のバイアス入力に印加される前記第４のバイアス信号に応答して、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の第１のアーム内の前記第１の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を最小伝送点に安定化させることと、
ｉ）前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のバイアス入力に印加される前記第５のバイアス信号に応答して、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の第２のアーム内の前記第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を最小伝送点に安定化させることと、
ｊ）前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のバイアス入力に印加される前記第６のバイアス信号に応答して、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を直交点に安定化させることと
を含む、方法。
【請求項３７】
前記ＤＰ−ＱＰＳＫ送信機を安定化させる方法は、電気時分割多重化技法を使用して、周期的に行われる、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のうちの一方によって発生された信号の偏波回転を調節し、前記ＤＰ−ＱＰＳＫ送信機を安定化させることをさらに含む、請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本明細書で使用される見出しは、編成目的のためにすぎず、本願に説明される主題の限定としていかようにも解釈されるべきではない。
【０００２】
（導入）
光ファイバを通した高ビットレートデータ伝送の高まる必要性は、光ファイバ電気通信産業に有意な課題を呈する。例えば、高ビットレートシステムは、光ファイバ非線形性の影響を著しく被る。加えて、高ビットレートシステムは、データの電子処理を非常に困難にする。
【０００３】
これらの課題に対処する選択肢の１つは、二重偏波直交位相シフトキーイング（ＤＰ−ＱＰＳＫ）形式においてデータを伝送することである。直交位相シフトキーイングは、各シンボルが実数（同相）部および虚数（直交位相）部から成るように、複合平面においてデータを表すことを伴う。ＤＰ−ＱＰＳＫ変調形式では、独立データ伝送が、２つの直角に交わる偏波上で生じる。一方の信号は、水平偏波において伝送され、他方の信号は、垂直偏波において伝送される。しかしながら、両信号は、同一の光学周波数を有し、相互に対して９０°偏波され、したがって、干渉しない。信号が、タイムスロットあたり１回の「１」または「０」レベルのいずれかである、従来の変調形式と異なり、ＱＰＳＫは、信号が、４つの異なる位相状態のうちの１つであり得るため、タイムスロットあたり２ビットの変調を可能にする。すなわち、信号は、（０、０）、（１、１）、（０、１）、または（１、０）であり得る。
【０００４】
二重偏波ＱＰＳＫ変調は、光学シンボルあたり４ビットを伝送し、光学スペクトルをボーレートが減少されない場合より４倍狭く保つことによって、システムのボーレートを効果的に低下させる。したがって、理論的に、ＤＰ−ＱＰＳＫデータレートは、ＱＰＳＫデータレートの２倍であり、これは、受信機帯域幅のわずか４分の１である、受信機の観点からタイムスロットあたり４ビットの伝送に等しい。したがって、二重偏波は、従来のオン−オフキーイング変調形式と比較して、タイムスロットあたり２倍の情報を提供し、ＱＰＳＫ信号は、タイムスロットあたり２倍のビットを提供する。その結果、二重偏波データ変調信号はそれぞれ、所望のビットレートのわずか４分の１において、データで変調される必要がある。これは、ボーレート、すなわち、１秒あたり伝送されるシンボルの数が、実際には、ビットレートの２分の１であり得ることを意味する。偏波多重化もまた、使用されるとき、システムは、そのボーレートのものの４倍のビットレートを達成する。減少されたデータレートは、信号を送信するために要求される光学帯域幅を狭くし、同一のスペクトル帯域内でより多くの光学チャネルを可能にする。したがって、電子機器は、実際のデータレートより４倍遅い信号を処理する。情報は、次いで、一般に利用可能なデジタル信号処理（ＤＳＰ）ハードウェアおよびソフトウェアによって処理されることができ、これは、光学インターワーキングハードウェアの要件を有意に減少させる。
【０００５】
ＤＰ−ＱＰＳＫ受信は、コヒーレント検出の使用を必要とする、信号の光学位相の検出に基づく。コヒーレント検出では、類似波長で動作する局部発振器の出力は、受信側で着信信号と混合され、４つの光検出器のアレイを使用して、信号の光学位相を復元する能力を提供する。コヒーレント受信機は、着信信号の周波数および位相をロックするように設計され、したがって、着信二重偏波ＱＰＳＫビットを適切に復元可能である。検出後、実電圧が、データが復元され得るように、その個別のタイプ（同相または直交位相）に再割当される。デジタル事後処理技法が、多くの場合、伝送プロセスによって導入される歪曲および誤差を補償するために使用される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本教示は、長距離光ファイバネットワークを経由して、高データレートＤＰ−ＱＰＳＫ信号を伝送するためのデジタル時分割多重光学送信機を実装するための方法および装置に関する。本教示によるいくつかの方法および装置は、高データレート伝送のために、ニオブ酸リチウム系時分割多重光学送信機のロックイン安定化を使用する。例えば、本教示による送信機は、長距離光ファイバネットワークを経由して、伝送のために、１００−Ｇｂ／秒でＤＰ−ＱＰＳＫ信号を発生させることができる。ＤＰ−ＱＰＳＫ変調形式は、特に、都市圏ネットワークならびに長距離光ファイバネットワークにおける高データレート光学伝送（１００−Ｇｂ／秒以上）に魅力的である。
【０００７】
本教示による高データレートＤＰ−ＱＰＳＫ光学送信機は、２つの並列Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒタイプ上部構造を有する、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒタイプ光学変調器を有するように説明される。第１のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒタイプ上部構造は、第１の偏波のために使用される。第２のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒタイプ上部構造は、第２の偏波のために使用される。２つの並列Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ上部構造はそれぞれ、２つの並列子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ光学変調器を含む。当業者は、ニオブ酸リチウムから形成されるＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器、ＧａＡｓ上のＧａＡｌＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ化合物半導体から形成されるＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器、およびＩｎＰ等のＩＩ−ＶＩ半導体から形成されるＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器等、多数のタイプのＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器が使用されることができることを理解するであろう。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
ＤＰ−ＱＰＳＫ光学送信機であって、前記光学送信機は、
ａ）外部Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器であって、前記外部Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器は、
ｉ．光学ビームをレーザ源から受信する光学入力と、
ｉｉ．第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を備える第１のアームであって、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器は、
１．第１のアーム中に光学的に結合された第１の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器と、
２．π／２光学位相シフタに光学的に結合され、第２のアーム中に光学的に結合された第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器であって、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器は、第１の偏波でＱＰＳＫ信号を変調させる、第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器と
を備える、第１のアームと、
ｉｉｉ．第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を備える第２のアームであって、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器は、
１．第１のアーム中に光学的に結合された第１の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器と、
２．π／２光学位相シフタに光学的に結合され、第２のアーム中に光学的に結合された第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器と
を備える、第２のアームと、
ｉｖ．前記第２のアームに光学的に結合された光学偏波回転子であって、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器は、第２の偏波でＱＰＳＫ信号を変調させる、光学偏波回転子と
を備え、前記外部Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器は、二重偏波ＱＰＳＫ信号発生中に埋め込まれた前記第１および第２の偏波を多重化する、外部Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器と、
ｂ）前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の出力に光学的に結合された第１の光学検出器であって、前記第１の光学検出器は、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器によって発生されるＱＰＳＫ信号を前記第１の偏波で検出する、第１の光学検出器と、
ｃ）前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の出力に光学的に結合された第２の光学検出器であって、前記第２の光学検出器は、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器によって発生されるＱＰＳＫ信号を前記第２の偏波で検出する、第２の光学検出器と、
ｄ）前記第１および第２の光学検出器の個別の出力に電気的に接続された第１および第２の入力と、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の前記第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の個別のバイアス入力、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の位相バイアス入力、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の前記第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の個別のバイアス入力、および前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の位相バイアス入力のうちの少なくとも１つに電気的に結合された少なくとも１つの出力とを有する、バイアス制御回路であって、前記バイアス制御回路は、前記第１および第２の光学検出器によって検出されたＤＣおよびＡＣ信号の両方に応答して、ＤＰ−ＱＰＳＫ信号を安定化させるバイアス信号を少なくとも１つの出力に発生させる、バイアス制御回路と
を備える、光学送信機。
（項目２）
前記バイアス制御回路は、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の前記第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の個別のバイアス入力に電気的に結合された第１および第２の出力と、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の位相バイアス入力に電気的に結合された第３の出力と、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の前記第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の個別のバイアス入力に電気的に結合された第４および第５の出力と、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の位相バイアス入力に電気的に結合された第６の出力とを有し、前記バイアス制御回路は、前記第１および第２の光学検出器によって発生された信号に応答して、前記ＤＰ−ＱＰＳＫ信号を安定化させるバイアス信号を少なくとも１つの出力に発生させる、項目１に記載の光学送信機。
（項目３）
前記レーザ源は、同調可能レーザ源を備える、項目１に記載の光学送信機。
（項目４）
前記光学偏波回転子は、π／２偏波回転子を備える、項目１に記載の光学送信機。
（項目５）
前記光学偏波回転子は、可変光学偏波回転子を備える、項目１に記載の光学送信機。
（項目６）
前記バイアス制御回路は、前記第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を直交点に安定化させる電気信号を少なくとも１つの出力に発生させる、項目１に記載の光学送信機。
（項目７）
前記バイアス制御回路は、前記第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を最小伝送点にバイアスする電気信号を少なくとも１つの出力に発生させる、項目１に記載の光学送信機。
（項目８）
前記バイアス制御回路は、前記第１および第２の光学検出器によって検出されたＤＣ信号を最大限または最小限のいずれかにし、ＡＣ信号を最小限にするバイアス制御信号を少なくとも１つの出力に発生させる、項目１に記載の光学送信機。
（項目９）
前記バイアス制御回路は、バイアス信号によって印加されるＡＣパイロットトーンの基本波を最小限にし、前記第１および第２の光学検出器によって検出されたバイアス制御信号を少なくとも１つの出力に発生させる、項目１に記載の光学送信機。
（項目１０）
前記第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器は、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器が、前記第１の偏波で前記ＱＰＳＫ信号を発生させ、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器が、前記第２の偏波で前記ＱＰＳＫ信号を発生させるように、直交でバイアスされ、対応する子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器によって発生された信号間にπ／２位相シフトを確立する、項目１に記載の光学送信機。
（項目１１）
前記第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のそれぞれを備える、前記第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器はそれぞれ、ニオブ酸リチウムＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を備える、項目１に記載の光学送信機。
（項目１２）
前記第１および第２の光学検出器のうちの少なくとも１つは、少なくとも１ＧＨｚの光学−電気帯域幅を伴う、ＰＩＮ光検出器を備える、項目１に記載の光学送信機。
（項目１３）
前記第１および第２の光学検出器のうちの少なくとも１つは、少なくとも０．０５％の光学−電気結合効率を伴う、ＰＩＮ光検出器を備える、項目１に記載の光学送信機。
（項目１４）
前記バイアス制御回路は、前記第１および第２の光学検出器のうちの少なくとも１つによって発生されるＤＣ光電流に対応する電圧を少なくとも１つの出力を発生させる、アナログプロセッサを備える、項目１に記載の光学送信機。
（項目１５）
前記バイアス制御回路は、変調されたデジタルデータに応答して、前記第１および第２の光学検出器のうちの少なくとも１つによって発生されたＡＣ電気信号を変換する、アナログ／デジタルコンバータを備え、デジタルプロセッサは、前記ＡＣ電気信号を処理し、前記光学送信機を安定化させるバイアス信号を判定する、項目１に記載の光学送信機。
（項目１６）
前記バイアス制御回路は、前記第１および第２の検出器のうちの少なくとも１つによって受信されるパイロットトーンを監視し、監視されるパイロットトーンに応答して、前記光学送信機を安定化させるバイアス制御信号を１度に少なくとも１つの出力に発生させる、項目１に記載の光学送信機。
（項目１７）
前記バイアス制御回路は、２Ｖπのピーク／ピーク電圧振幅で電気ＮＲＺ信号を処理し、対応するＰＳＫ信号を発生させる、項目１に記載の光学送信機。
（項目１８）
前記バイアス制御回路は、パイロットトーンの基本波を抑制する電気信号を少なくとも１つの出力に発生させる、項目１に記載の光学送信機。
（項目１９）
前記バイアス制御回路は、前記第１および第２の光検出器のうちの少なくとも１つによって発生される平均ＤＣ光電流を最大限にする電気信号を少なくとも１つの出力に発生させる、項目１に記載の光学送信機。
（項目２０）
前記ＤＰ−ＱＰＳＫ光学送信機の出力に光学的に結合された第３の光検出器をさらに備え、前記バイアス制御回路は、前記第３の光学検出器の出力に電気的に接続された第３の入力を備える、項目１に記載の光学送信機。
（項目２１）
ＤＰ−ＱＰＳＫ信号を発生させる方法であって、前記方法は、
ａ）入射光学ビームを、第１の偏波を伴う第１の光学ビームおよび第２の偏波を伴う第２の光学ビームに分割することと、
ｂ）第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を備える第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を用いて、前記第１の偏波を伴う前記第１の光学ビームから第１のＱＰＳＫ信号を発生させることと、
ｃ）第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を備える第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を用いて、前記第２の偏波を伴う前記第２の光学ビームから第２のＱＰＳＫ信号を発生させることと、
ｄ）第１および第２のＤＣおよびＡＣ  ＱＰＳＫ信号を検出することと、
ｅ）前記第１および第２のＱＰＳＫ信号のうちの一方の偏波を前記第１および第２のＱＰＳＫ信号のうちの他方に対して９０度回転させることと、
ｆ）前記第１および第２のＱＰＳＫ信号のうちの一方の偏波を回転させた後、前記第１および第２のＱＰＳＫ信号をＤＰ−ＱＰＳＫ信号中に組み合わせることと、
ｇ）前記第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のための位相バイアス制御信号を発生させることと、
ｈ）前記検出された第１および第２のＱＰＳＫ信号に応答して、前記第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のうちの少なくとも１つを備える前記第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のための、前記ＤＰ−ＱＰＳＫ信号を安定化させるバイアス制御信号を発生させることと
を含む、方法。
（項目２２）
前記第１および第２のＱＰＳＫ信号を検出することは、前記第１および第２のＱＰＳＫ信号を含むＤＣ信号を検出することを含む、項目２１に記載の方法。
（項目２３）
前記バイアス制御信号を発生させることは、前記第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のうちの少なくとも１つを直交点に安定化させ、対応する子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器によって発生された信号間にπ／２位相シフトを確立する、項目２１に記載の方法。
（項目２４）
パイロットトーンを前記バイアス制御信号に連続して追加することをさらに含む、項目２１に記載の方法。
（項目２５）
前記バイアス制御信号を発生させることは、前記第１および第２のＱＰＳＫ信号中で検出されるパイロットトーンの基本波を最小限にする信号を発生させることを含む、項目２５に記載の方法。
（項目２６）
前記バイアス制御信号を発生させることは、平均ＤＣ光電流を最大限にする電気信号を発生させることを含む、項目２１に記載の方法。
（項目２７）
前記第１および第２のＱＰＳＫ信号を検出することは、少なくとも１ＧＨｚの光学−電気帯域幅で検出することを含む、項目２１に記載の方法。
（項目２８）
前記第１および第２のＱＰＳＫ信号を検出することは、少なくとも０．０５％の結合効率で検出することを含む、項目２１に記載の方法。
（項目２９）
前記バイアス制御信号を発生させることは、２Ｖπのピーク／ピーク電圧振幅で電気ＮＲＺ信号を少なくとも１つの出力に発生させることを含む、項目２１に記載の方法。
（項目３０）
前記バイアス制御信号を発生させることは、前記子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のうちの少なくとも１つを最小伝送点でバイアスする電気信号を少なくとも１つの出力に発生させることを含む、項目２１に記載の方法。
（項目３１）
第３の光検出器によって発生された誤差信号に応答して、光学ＴＥ−ＴＭモードコンバータを制御するバイアス制御信号を使用して、前記第１および第２のＱＰＳＫ信号のうちの一方の偏波を回転させ、前記ＤＰ−ＱＰＳＫ信号を安定化させることをさらに含む、項目２１に記載の方法。
（項目３２）
二重偏波Ｉ−Ｑ変調信号を発生させる方法であって、前記方法は、
ａ）入射光学ビームを、第１の偏波を伴う第１の光学ビームおよび第２の偏波を伴う第２の光学ビームに分割することと、
ｂ）第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を備える第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を用いて、前記第１の偏波を伴う前記第１の光学ビームから第１のＩ−Ｑ変調信号を発生させることと、
ｃ）第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を備える第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を用いて、前記第２の偏波を伴う前記第２の光学ビームから第２のＩ−Ｑ変調信号を発生させることと、
ｄ）第１および第２のＤＣおよびＡＣ  Ｉ−Ｑ変調信号を検出することと、
ｅ）前記第１および第２のＩ−Ｑ変調信号のうちの一方の偏波を第１および第２のＱＰＳＫ信号のうちの他方に対して９０度回転させることと、
ｆ）前記第１および第２のＩ−Ｑ変調信号のうちの一方の偏波を回転させた後、前記第１および第２のＩ−Ｑ変調信号をＤＰ−Ｉ−Ｑ変調信号中に組み合わせることと、
ｇ）前記第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のための位相バイアス制御信号を発生させることと、
ｈ）前記検出された第１および第２のＩ−Ｑ変調信号に応答して、前記第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のうちの少なくとも１つを備える前記第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のための、前記ＤＰ−Ｉ−Ｑ変調信号を安定化させるバイアス制御信号を発生させることと
を含む、方法。
（項目３３）
前記二重偏波Ｉ−Ｑ変調信号は、二重偏波ＢＰＳＫ信号を含む、項目３２に記載の方法。
（項目３４）
前記二重偏波Ｉ−Ｑ変調信号は、二重偏波ｍ−ａｒｙ  ＰＳＫ信号を含む、項目３２に記載の方法。
（項目３５）
前記二重偏波Ｉ−Ｑ変調信号は、二重偏波ｍ−ａｒｙ  ＱＡＭ信号を含む、項目３２に記載の方法。
（項目３６）
前記二重偏波Ｉ−Ｑ変調信号は、二重偏波ＯＦＤＭ信号を含む、項目３２に記載の方法。
（項目３７）
ＤＰ−ＱＰＳＫ送信機を安定化させる方法であって、前記方法は、
ａ）第１の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の入力に印加されるバイアス信号を制御することによって、第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の第１のアーム内の前記第１の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を最小伝送点に安定化させることと、
ｂ）第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の入力に印加されるバイアス信号を制御することによって、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の第２のアーム内の前記第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を最小伝送点に安定化させることと、
ｃ）前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の位相入力に印加されるバイアス信号を制御することによって、前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を直交点に安定化させることと、
ｄ）第１の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の入力に印加されるバイアス信号を制御することによって、第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の第１のアーム内の前記第１の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を最小伝送点に安定化させることと、
ｅ）第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の入力に印加されるバイアス信号を制御することによって、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の第２のアーム内の前記第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を最小伝送点に安定化させることと、
ｆ）前記第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の位相入力に印加されるバイアス信号を制御することによって、前記第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を直交点に安定化させることと
を含む、方法。
（項目３８）
前記ＤＰ−ＱＰＳＫ送信機を安定化させる方法は、電気時分割多重化技法を使用して、周期的に行われる、項目３７に記載の方法。
（項目３９）
前記第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のうちの一方によって発生された信号の偏波回転を調節し、前記ＤＰ−ＱＰＳＫ送信機を安定化させることをさらに含む、項目３７に記載の方法。
【０００８】
本教示は、好ましいかつ例示的実施形態に従って、さらなるその利点とともに、付随の図面と関連して検討される以下の発明を実施するための形態でより具体的に説明される。当業者は、以下に説明される図面が、例証目的にすぎないことを理解するであろう。図面は、必ずしも、正確な縮尺ではなく、代わりに、概して、教示の原理の例証に応じて、強調される。図面中、同様の参照文字は、概して、種々の図全体を通して、同一特徴および構造要素を指す。図面は、本出願人の教示の範囲をいかようにも限定することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本教示による、ＤＰ−ＱＰＳＫ光学送信機の一実施形態のブロック図を図示する。
【図２】図２は、図１に関連して説明される、本教示によるＤＰ−ＱＰＳＫ送信機のバイアス制御回路内で使用されるアナログ信号プロセッサの一実施形態を図示する。
【図３】図３は、両方とも、子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のうちの１つに印加されるＤＣ電圧の関数として、ＡＣ光検出器出力電力（ｄＢｍ）およびＤＣ光検出器出力電流（ミリアンペア）のグラフを図示する。
【図４】図４は、両方とも、親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のうちの１つに印加されるＤＣバイアス電圧の関数として、包絡線検出器のＡＣ出力電力（ｄＢｍ）および包絡線検出器のＤＣ出力電圧（ボルト）のグラフを図示する。
【図５】図５は、本教示による、切替を行い、デジタル閉ループコントローラを実装し、１００−Ｇｂ／秒ＤＰ−ＱＰＳＫ光学変調器等の高データレート光学変調器をバイアス安定化させるＤＰ−ＱＰＳＫ送信機を安定化させる方法の一実施形態の流れ図を図示する。
【図６】図６は、本教示による、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器をバイアス安定化させる方法を図示する。
【図７】図７Ａは、本教示による、ＤＰ−ＱＰＳＫ送信機のための実験試験装置を図示する。図７Ｂは、図７Ａに示されるＤＰ−ＱＰＳＫ送信機のための実験試験設定装置を使用して発生されたＸおよびＹ偏波ＱＰＳＫ信号ならびに組み合わせられたＤＰ−ＱＰＳＫ信号のアイダイヤグラムとして、実験結果を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（様々な実施形態の説明）
明細書では、「一実施形態」または「ある実施形態」という言及は、その実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、または特性が、本教示の少なくとも一実施形態内に含まれることを意味する。本明細書の種々の場所における語句「一実施形態では」の表出は、必ずしも、全て、同一の実施形態を参照するわけではない。
【００１１】
本教示の方法の個々のステップは、本教示が動作可能のままである限り、任意の順序で、および／または同時に、行われてもよいことを理解されたい。さらに、本教示の装置および方法は、本教示が動作可能のままである限り、説明される実施形態の任意の数または全てを含むことができることを理解されたい。
【００１２】
ここで、本教示が、付随の図面に示されるように、その例示的実施形態を参照して、より詳細に説明される。本教示は、種々の実施形態および実施例と併せて説明されるが、本教示がそのような実施形態に限定されることを意図しない。対照的に、本教示は、当業者によって理解されるように、種々の代替、修正、および均等物を包含する。本明細書の教示へのアクセスを有する当業者は、本明細書に説明される本開示の範囲内にある、付加的実装、修正、および実施形態、ならびに他の使用分野を認識するであろう。
【００１３】
図１は、本教示による、ＤＰ−ＱＰＳＫ光学送信機１００の一実施形態のブロック図を図示する。ＤＰ−ＱＰＳＫ光学送信機１００は、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器１０２と、マイクロプロセッサ制御下、変調器１０２構成要素を差動駆動させる、関連付けられたハードウェアとを含む。本教示の光学送信機の多くの側面が、Ｄ−ＱＰＳＫ変調形式に関連して説明される。しかしながら、当業者は、本教示による送信機および伝送方法が、ＢＰＳＫ、ｍ−ａｒｙ  ＱＡＭ、ｍ−ａｒｙ  ＰＳＫ、ＯＦＤＭ、およびこれらの変調形態の任意の二重偏波変形等、多数の他のタイプの変調器形式と併用されることができることを理解するであろう。加えて、ＤＰ−ＱＰＳＫ光学送信機１００のいくつかの側面が、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器（ＭＺＭ）と関連して説明され、より具体的には、ニオブ酸リチウム系Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器と関連して説明される。しかしながら、当業者は、電界吸収型変調器等の他のタイプの変調器も、本教示による送信機と併用され得ることを理解するであろう。
【００１４】
ニオブ酸リチウム系Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器は、１００Ｇｂ／秒以上における非常に信頼性があり、かつ再現可能な高データレート伝送を発生させ得るように、多数のタイプの環境変動に対して安定している等、高データレート送信機のためのある望ましい特徴を有する。特に、ニオブ酸リチウム系Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器は、大きな動作温度変動下、非常に安定した動作を有することができる。本教示の光学送信機の一側面では、ＤＰ−ＱＰＳＫニオブ酸リチウム光学変調器は、マイクロプロセッサ制御下、自動的に行われ得る、種々のロックイン技法を使用して、安定化される。アナログ信号プロセッサ１０４、１０４’およびマイクロプロセッサ１０６、１０６’は、親および子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の種々の動作点を判定するために使用される。
【００１５】
ＤＰ−ＱＰＳＫ光学送信機１００は、レーザ源から光学ビームを受信する、光学入力１１０を含む、外部Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１０８を含む。多くの実施形態では、レーザ源は、同調可能レーザ源である。外部Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１２の第１のアームは、第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４を含む。第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４は、第１のアーム１１８中に光学的に結合される、第１の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１６を含む。第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１２０は、π／２光学位相シフタ１２２に光学的に結合され、第２のアーム１２４中に光学的に結合される。第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４は、第１の偏波でＱＰＳＫ信号を変調させる。
【００１６】
外部Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１０８の第２のアーム１２６は、第１のアーム１３２中に光学的に結合される第１の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１３０を含む、第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１２８を含む。第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１３４は、π／２光学位相シフタ１３６に光学的に結合され、第２のアーム１３８中に光学的に結合される。光学偏波回転子１４０はまた、外部Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１０８の第２のアーム１２６中に光学的に結合される。いくつかの実施形態では、光学偏波回転子１４０は、固定π／２偏波回転子である。他の実施形態では、光学偏波回転子１４０は、可変偏波回転子である。第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１２８は、第２の偏波でＱＰＳＫ信号を変調させる。外部Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１０８は、二重偏波ＱＰＳＫ信号発生中に埋め込まれた第１および第２の偏波を多重化する。
【００１７】
ある具体的実施形態では、第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４、１２８ならびに第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１６、１２０、１３０、および１３４はそれぞれ全て、ニオブ酸リチウム系Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器である。本実施形態では、４つの個々の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｅｎｄｅｒ変調器１１６、１２０、１３０、および１３４は、２Ｖπのピーク／ピーク電圧振幅で電気ＮＲＺ信号によって駆動され、最小伝送点にバイアスされ、４つのＰＳＫ信号を発生させる。他の実施形態では、これらの変調器のうちのいくつかは、ＩＩＩ−ＶまたはＩＩ−Ｖ半導体Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器等、他のタイプのＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器である。さらに他の実施形態では、電界吸収型変調器が、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の代わりに、使用されることができる。これらの実施形態では、第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４、１２８は、直交点でバイアスされ、第１および第２の偏波中にＱＰＳＫ信号を発生させる。
【００１８】
第１の光学検出器１４２は、第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４の出力に光学的に結合される。第１の光学検出器１４２は、第１の偏波で第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４によって発生されたＱＰＳＫ信号を検出する。第２の光学検出器１４４は、第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１２８の出力に光学的に結合される。第２の光学検出器１４４は、第２の偏波で第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１２８によって発生されたＱＰＳＫ信号を検出する。第１および第２の光学検出器１４２、１４４は、検出器が所望の光学／電気変換帯域幅を有する限り、任意のタイプの光学検出器であることができる。例えば、第１および第２の光学検出器１４２、１４４は、少なくとも１ＧＨｚの光学−電気帯域幅および少なくとも０．０５％の光学−電気結合効率を伴う、ＰＩＮ光検出器であることができる。いくつかの実施形態では、第３の光検出器１４６は、ＤＰ−ＱＰＳＫ光学変調器１０２の出力に光学的に結合されることができる。付加的第３の光検出器１４６は、二重偏波信号を発生するために使用される可変偏波回転子１４０をロックイン安定化されるために使用されてもよい。したがって、本教示の光学送信機の特徴の１つは、光学変調器の中に内蔵され得る光検出器を使用したＡＣ項の直接／間接検出である。
【００１９】
本教示の一側面は、ＤＰ−ＱＰＳＫ光学変調器１０２の種々の動作点を安定化および追跡するために使用される、種々のアナログプロセッサおよびデジタルコントローラを実装する、ハードウェアおよびソフトウェアである。種々のアナログおよびデジタルコントローラは、積分コントローラであることができる、または比例積分コントローラであることができる。これらのコントローラは、測定されたプロセス変数と所望の設定点との間の差異として「誤差」値を計算する、フィードバックコントローラである。コントローラは、プロセス制御入力を調節することによって、誤差を最小限にすることを試みる。比例積分コントローラは、比例モード、積分モード、または比例積分モードで動作することができる。
【００２０】
バイアス制御回路は、偏波毎に、アナログ信号プロセッサ１０４、１０４’と、マイクロプロセッサ１０６、１０６’とを含む。本実施形態では、２つのマイクロプロセッサ１０６、１０６’が、制御のために使用される。しかしながら、他の実施形態では、１つのみのマイクロプロセッサが、使用されることができる。アナログ信号プロセッサ１０４は、第１の光検出器１４２の出力に電気的に接続されたアナログ入力を含む。同様に、アナログ信号プロセッサ１０４’は、第２の光検出器１４２の出力に電気的に接続されたアナログ入力を含む。アナログ／デジタルコンバータ１０５、１０５’は、アナログプロセッサ１０４、１０４’からの出力信号をマイクロプロセッサ１０６、１０６’によって処理され得るデジタル信号に変換する。マイクロプロセッサ１０６、１０６’はそれぞれ、デジタル／アナログコンバータ１４８、１４８’、１５０、１５０’、１５２、１５２’に電気的に接続された３つのデジタル出力を有する。
【００２１】
デジタル／アナログコンバータ１４８、１４８’、１５０、１５０’、１５２、１５２’の出力は、個別の加算器回路１５６、１５６’、１５８、１５８’、１６０、１６０’の入力に結合される。パイロットトーン信号を発生させるパイロットトーン発生器１５４、１５４’の出力は、加算器回路１５６、１５６’、１５８、１５８’、１６０、１６０’の他の入力に電気的に接続される。加算器回路１５６、１５６’、１５８、１５８’、１６０、１６０’の出力は、差動増幅器１６２、１６２’、１６４、１６４’、１６６、１６６’の個別の入力に電気的に接続される。差動増幅器１６２、１６２’、１６４、１６４’、１６６、１６６’はそれぞれ、図１に示されるように、個別の子または親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のバイアス入力に電気的に接続される、出力および反転出力を含む。すなわち、各子および親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器は、耐用年数終了時の駆動電圧要件を満たすために、個別の差動増幅器の出力および反転出力によってバイアスされ、出力電圧振幅を増加させる。
【００２２】
より一般的には、アナログ信号プロセッサ１０４、１０４’およびマイクロプロセッサ１０６、１０６’を含む、バイアス制御回路は、第１および第２の光学検出器１４２、１４４の個別の出力に電気的に接続された第１および第２の入力を有する。第１および第２の出力は、第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４の第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１６、１２０の個別のバイアス入力に電気的に結合される。第３の出力は、第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４の位相バイアス入力に電気的に接続される。第４および第５の出力は、第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１２８の第１および第２の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１３０、１３４の個別のバイアス入力に電気的に結合される。第６の出力は、第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１２８の位相バイアス入力に電気的に接続される。外部Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１０８の出力に光学的に結合された第３の光検出器１４６を含む、実施形態では、第３の光学検出器の出力１４６は、バイアス制御回路１４９の入力に電気的に接続され、順に、アナログ／デジタルコンバータ１０７に接続される。
【００２３】
本教示のバイアス制御回路は、第１、第２、および第３の光学検出器１４２、１４４、および１４６によって発生されるＤＣ光電流に対応する電圧を発生させる、アナログプロセッサ１０４、１０４’等の多くの異なる構成要素を含むことができる。バイアス制御回路は、変調されたデータに応答して、第１、第２、および第３の光学検出器１４２、１４４、および１４６によって発生されたＡＣ電気信号をデジタルデータに変換する、アナログ／デジタルコンバータを含むことができる。マイクロプロセッサ１０６、１０６’または他のデジタルプロセッサは、光学送信機を安定化させるバイアス信号を判定するための信号を取得する。いくつかの実施形態では、本教示によるバイアス制御回路は、第１、第２、および第３の光学検出器１４２、１４４、および１４６によって検出されたＤＣおよびＡＣ信号の両方に応答して、電気信号を発生させる。バイアス制御回路は、第１、第２、および第３の光学検出器１４２、１４４、および１４６によって受信される、パイロットトーン発生器１５４、１５４’によって発生されたパイロットトーン信号を監視し、次いで、連続して、監視されるパイロットトーンに応答して、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のうちの少なくともいくつかを安定化させるバイアス制御信号を少なくとも１つの出力に発生させる。
【００２４】
ＤＰ−ＱＰＳＫ動作のために、第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４、１２８は、第１の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４が、第１の偏波でＱＰＳＫ信号を発生させ、第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１２８が、第２の偏波でＱＰＳＫ信号を発生させるように、直交でバイアスされ、対応する子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１６および１２０、１３０および１３４によって発生された信号間にπ／２位相シフトを確立する。
【００２５】
バイアス制御信号はまた、第１、第２、および第３の光学検出器１４２、１４４、および１４６によって発生された信号に応答して、発生されるＤＰ−ＱＰＳＫ信号を安定化させる。種々の動作モードでは、バイアス制御回路は、第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４、１２８を直交点または第１、第２、および第３の光学検出器１４２、１４４、および１４６によって検出されるＤＣおよびＡＣ信号を最小限にする最小伝送点に安定化させる電気信号を発生させる。他の実施形態では、バイアス制御回路は、バイアス信号に印加されるパイロットトーンの基本波を抑制または最小限にする電気信号を発生させる。また、バイアス制御回路は、第１、第２、および第３の光学検出器１４２、１４４、および１４６のうちの少なくとも１つによって発生される平均ＤＣ光電流を最大限にする電気信号を少なくとも１つの出力に発生させる。
【００２６】
図１の送信機１００内の光学変調器構造は、２つの親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４、１２８および４つの子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１６、１２０、１３０、１３４の種々の動作バイアス点に非常に敏感であり、これらの動作バイアス点は、温度等の環境変動に敏感である。温度に対して安定する、１００Ｇｂ／秒以上のデータレートで動作する信頼性のある光学送信機を構築するために、通常、本明細書に説明されるマイクロプロセッサによって制御される、自動変調器バイアス制御回路を要求するであろう。本教示の一側面は、本教示の光学送信機が、２つの親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４、１２８および４つの子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１６、１２０、１３０、１３４の種々のバイアス点の自動ロックイン安定化を行う、アナログおよびデジタル信号処理を含むことである。
【００２７】
ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器の時分割多重（ＴＤＭ）ロックイン安定化を実装するために、同期乗算器の出力は、直接、高速アナログ／デジタルコンバータを使用して、パイロットトーンの基本周波数の少なくとも２０倍のレートでサンプリングされる。このサンプリングされた信号は、マイクロプロセッサ１０６、１０６’内でデジタル的に処理され、積分、比例、または比例積分コントローラである、デジタルコントローラを実装する。デジタルループコントローラの出力は、次いで、個別のデジタル／アナログコンバータにダイレクトされ、その出力は、高速デジタル／アナログコンバータを使用して、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器内に埋め込まれた個別の子または親ＭＺＭを駆動させる、差動ドライバ増幅器によって増幅される。
【００２８】
図２は、図１に関連して説明される、本教示によるＤＰ−ＱＰＳＫ送信機１００のバイアス制御回路内で使用されるアナログ信号プロセッサ２００の一実施形態を図示する。図１および２を参照すると、２つのアナログ信号プロセッサが、本教示による、ＤＰ−ＱＰＳＫ送信機１００内で使用される。第１のアナログ信号プロセッサ１０４は、第１の光検出器１４２の出力に電気的に接続された入力を有し、第２のアナログ信号プロセッサ１０４’は、第２の光検出器１４４の出力に電気的に接続された入力を有する。したがって、第１の光検出器１４２は、Ｘ−偏波ＱＰＳＫ信号を検出し、第２の光検出器１４４は、Ｙ−偏波ＱＰＳＫ信号を検出する。ハードウェアおよび動作方法の以下の説明は、アナログ信号プロセッサ１０４、１０４’のうちの一方に関する。しかしながら、ハードウェアおよび動作方法は、他方のアナログ信号プロセッサに対しても同一であることを理解されたい。
【００２９】
光検出器１４２は、５０オームインピーダンス２０２で終端される。本教示の一側面は、偏波毎にＱＰＳＫ変調信号を検出するために使用される、光検出器のＤＣ光電流を鏡映する、電流ミラー２０４の使用である。電流ミラー回路２０４は、光検出器１４２と直列に電気的に接続される。電流ミラー回路２０４は、光検出器１４２を通して流れるＤＣ光電流を鏡映する、ＤＣ電流を発生させる。電流ミラー回路２０４は、偏波あたりの光検出器の平均ＤＣ光電流を正確に監視する。本光電流に対応する電圧は、次いで、基準電圧から減算され、結果として生じる電圧差は、４つの子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１６、１２０、１３０、および１３４のロックイン安定化のために、直接、検出されたＡＣ項とともに、同期乗算器にフィードバックされる。電流ミラー２０４の出力は、偏波毎の２つの変調されたＤＰＳＫ信号間の干渉である、ＸまたはＹ偏波ＱＰＳＫ信号の誤差信号のＤＣ部分である。
【００３０】
本教示の別の側面は、偏波毎の光検出器１４２に続いて、高速電子増幅器２０６および包絡線検出器２０８とのＡＣ誤差項の間接検出の使用である。包絡線検出器２０８は、親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４、１２８がその対応する直交点にロックイン安定化されるたびに、インおよびアウトに切り替えられる。包絡線検出器２０８のＤＣ出力電圧は、そのＡＣ対応物とともに、同期乗算器にフィードバックされる。より具体的には、光検出器１４２の出力は、誤差信号のＡＣ部分を増幅させる、高速増幅器２０６に電気的に接続される。高速増幅器２０６は、ＡＣ誤差信号情報をパスするために十分に高い帯域幅を有する。例えば、高速増幅器２０６の帯域幅は、１００ＧＨｚデータ伝送のために、少なくとも１つの１ＧＨｚであるべきである。加えて、高速増幅器２０８の結合効率は、アナログ信号処理ハードウェアによって処理され得るように十分な信号をパスするために十分に高くあるべきである。
【００３１】
高速増幅器２０６の出力は、さらなる処理のために、包絡線検出器２０８または低域通過フィルタ２１２のいずれかを選択する、スイッチ２１０に電気的に接続される。スイッチ２１０は、マイクロプロセッサ１０６によって制御される。第１のスイッチ位置では、スイッチ２１０は、位相を安定化するために、検出されたＸまたはＹ偏波ＱＰＳＫ信号を処理するための包絡線検出器２０８を通る第１の信号経路２１４を選択する。第１のスイッチ位置では、スイッチ２１０は、子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１６、１２０、１３０、および１３４のそれぞれを安定化させるために、低域通過フィルタ２１２を通る第２の信号経路２１６を選択する。
【００３２】
第１の信号経路２１４では、検出されたＸ、Ｙ偏波ＱＰＳＫ信号は、包絡線検出器２０８を通過する。包絡線検出器２０８は、入力信号によって搬送されるＤＣおよびＡＣ電力を検出する、ダイオードピーク検出器等のＲＦピーク検出器である。包絡線検出器２０８は、誤差信号のＤＣおよびＡＣ部分の両方をパスする。包絡線検出器２０８の帯域幅は、パイロットトーンを含む、誤差信号のＡＣ部分をパスするために十分に高くなるように選定される。例えば、包絡線検出器２０８の帯域幅は、データを１００−Ｇｂ／秒で伝送するいくつかのシステム内では、少なくとも１つの１ＭＨｚである。
【００３３】
誤差信号のＤＣおよびＡＣ部分は、次いで、信号のＤＣ部分のみをパスするように選定される、第２の低域通過フィルタ２１８を通過する。例えば、第２の低域通過フィルタ２１８は、本質的に、ＤＣ誤差信号のみをパスする、１００Ｈｚ低域通過フィルタであることができる。加えて、第２のスイッチ２２０は、第１の位置に位置付けられると、パイロットトーン信号を含む、１０ｋＨｚ帯域内のＡＣ誤差信号のみをパスするように、１０ｋＨｚ帯域通過フィルタ２２２を包絡線検出器２０８の出力に結合する。第２のスイッチ２２０もまた、マイクロプロセッサ１０６によって制御される。
【００３４】
第２の信号経路２１６では、検出されたＸ、Ｙ偏波ＱＰＳＫ信号は、低域通過フィルタ２１２を通過する。一実施形態では、低域通過フィルタ２１２は、１ＭＨｚを下回る誤差信号のＤＣ部分および誤差信号のＡＣ部分をパスする、１ＭＨｚ低域通過フィルタである。第２のスイッチ２２０は、第２の位置に位置付けられると、第２の信号経路２１６内の１０ｋＨｚ帯域通過フィルタ２２２に電気的に接続される。１０ｋＨｚ帯域通過フィルタ２２２は、パイロットトーン信号を含む、１０ｋＨｚ帯域内の誤差信号のみをパスする。
【００３５】
加算器回路２２４は、切替構成に応じて、種々の方法で電流ミラー２０４、包絡線検出器２０８、および低域通過フィルタ２１２からの信号を組み合わせるために使用される。加算器回路２２４は、１００Ｈｚ低域通過フィルタ２１８と電流ミラー２０４の出力との間で選択する、第３のスイッチ２２６の出力に電気的に接続された第１の入力を含む。加算器回路２２４の第２の入力は、第２のスイッチ２２０の出力に電気的に接続された１０ｋＨｚ帯域通過フィルタ２２２の出力に電気的に接続される。
【００３６】
加算器回路２２４の出力は、乗算器２２８の第１の入力に電気的に接続される。パイロットトーン発生器１５４の出力は、パイロットトーン信号を時間的に遅延させる、遅延ネットワーク２３２に電気的に接続される。遅延ネットワーク２３２の出力は、乗算器２２８の第２の入力に電気的に接続される。遅延ネットワーク２３２によって発生される遅延は、誤差のみがパイロットトーン周波数で検出されるように調節される。乗算器２２８の出力は、図１の光学送信機と関連して説明されるアナログ／デジタルコンバータ１０５に電気的に接続される。
【００３７】
送信機１００の位相を安定化させるために、第１のスイッチ２１０は、第１の信号経路２１４を選択し、第２のスイッチ２２０は、１０ｋＨｚ帯域通過フィルタ２２２を包絡線検出器２０８の出力に電気的に接続し、第３のスイッチ２２６は、１００Ｈｚ低域通過フィルタ２１８を加算器回路２２４の第１の入力に電気的に接続する。加算器回路２２４は、１００Ｈｚ低域通過フィルタ２１８でフィルタリングされた包絡線検出器２０８によって検出された信号のＤＣ部分と、１０ｋＨｚ帯域通過フィルタ２２２でフィルタリングされた包絡線検出器２０８によって検出された信号のＡＣ部分を組み合わせる。乗算器２２８は、広帯域干渉雑音を遅延された基準パイロットトーン信号で乗算し、検出されたパイロットトーンを広帯域干渉雑音の残りと分離する。アナログ／デジタルコンバータ１０５は、マイクロプロセッサ１０６によって処理され得るように、乗算された信号をデジタル信号に変換する。いくつかの動作方法では、第１の信号経路２１４から第２の信号経路２１６に切り替えるたびに、アナログ／デジタルコンバータ１０５の出力は、マイクロプロセッサ１０６によって処理される。
【００３８】
図３は、両方とも、子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器に印加されるＤＣ電圧の関数として、ＡＣ光検出器出力電力（ｄＢｍ）３０２およびＤＣ光検出器出力電流（ミリアンペア）３０４のグラフ３００を図示する。これらのグラフ３００は、本教示のＤＰ−ＱＰＳＫ送信機のための子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器に対する所望のバイアス条件を図示する。Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器に印加されるバイアス電圧がゼロから２０ボルトに増加されるにつれて生じる、ＡＣ光検出器出力電力の３つのＡＣ最小値が存在する。第１および第３のＡＣ最小値は、最大伝送が生じ、光検出器のＤＣ出力電流が最大値であるときに生じる。光検出器の出力電流が最大である最大伝送のバイアス条件は、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器バイアス電圧が２および１５ボルトであるときに生じる。第２のＡＣ最小値は、最小伝送が生じ、光検出器の出力電流が最小値である、約７ボルトで生じる。変調器の出力電力は、最小伝送のために約−３０ｄＢである。Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器はそれぞれ、ＤＣオフ条件にある、その最小伝送点にバイアスされる。すなわち、変調器は、変調器を駆動させるＮＲＺ信号が存在しないようにバイアスされる。
【００３９】
子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器に印加されるＤＣ電圧の関数としてのＡＣ光検出器出力電力（ｄＢｍ）３０２およびＤＣ光検出器出力電流（ミリアンペア）３０４のグラフ３００は、送信機がＡＣパイロットトーン単独のみを監視することになる場合、送信機が、第２のＡＣ最小値の代わりに、第１または第３のＡＣ最小値をロックし得ることを示す。その結果、ＡＣパイロットトーンおよびＤＣ光電流は両方とも、同時に、偏波毎に監視され、４つの子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のそれぞれ毎に、正しいバイアス点安定化を判定しなければならない。
【００４０】
したがって、図３に示されるグラフ３００の特性は、子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を最小伝送にバイアス安定化させるために、パイロットトーン（ＡＣ）の基本波を抑制し、かつＮＲＺ信号が２Ｖπのピーク／ピーク電圧振幅で個別の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を駆動させるとき、適切なロックイン安定化のために、光検出器の平均ＤＣ光電流がその最大値（ＤＣ）であることを保証することの両方が必要であることを図示する。理論上、ＡＣ項のみを使用することができるが、次いで、ＤＣ電圧範囲は、限定される必要があり、そうでなければ、バイアス安定化方式は、ＡＣ項が、再び、その最小値を経験する最大伝送点に変調器をもたらし得る。しかしながら、１００−Ｇｂ／秒ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器の耐用年数終了時のＤＣバイアス電圧要件を満たすために、動作ＤＣバイアス電圧範囲は、制限されることができない。したがって、子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１６、１２０、１３０、および１３４のためのロックイン安定化を行いながら、ＡＣ項およびＤＣ項の両方を監視することが必要である。
【００４１】
図４は、両方とも、親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器に印加されるＤＣバイアス電圧の関数として、包絡線検出器２０８のＡＣ出力電力（ｄＢｍ）４０２および包絡線検出器のＤＣ出力電圧（ボルト）４０４のグラフ４００を図示する。これらのグラフ４０２、４０４は、本教示のＤＰ−ＱＰＳＫ送信機のための親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の所望のバイアス条件を図示する。包絡線検出器４０２のＡＣ出力電力のグラフは、パイロットトーン信号のためのものである。親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の位相を安定化させるために、包絡線検出器２０８のＡＣおよびＤＣ出力は両方とも、最小値でなければならない。したがって、グラフ４０２、４０４によると、親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の位相を安定化させるために、ＤＣバイアス電圧は、４、１１、または１７ボルトのいずれかにロックされるべきである。
【００４２】
親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器に印加されるＤＣ電圧の関数としての包絡線検出器２０８のＡＣ出力電力（ｄＢｍ）４０２および包絡線検出器のＤＣ出力（ボルト）４０４のグラフ４００は、送信機がＡＣパイロットトーン単独のみを監視することになる場合、送信機が、誤った直交点、故に、１００−Ｇｂ／秒光学送信機の出力において変調されたデータの偏波にロックし得ることを示す。すなわち、包絡線検出器２０８のＤＣおよびＡＣ出力の両方とも、親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器が、その個別の直交点に安定化されるように、正しいバイアス安定化点を判定するために同時に監視されなければならない。
【００４３】
したがって、２つの親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４、１２８は、対応する２つの子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１６および１２０、１３０および１３４によって発生された２つのＰＳＫ信号間に適切な９０度光学位相シフトを得て、ＸおよびＹ偏波のそれぞれ毎にＱＰＳＫ信号を発生させるように、直交点でバイアスされる。２つの親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４、１２８を直交点にバイアス安定化させるために、２つの変調されたＰＳＫ信号間の干渉を測定する、包絡線検出器２０８によって発生されるＤＣ信号を最小値にする必要がある。干渉は、これらの２つのＰＳＫ信号が、偏波あたり位相直交（所望のＱＰＳＫ信号）において組み合わせられるとき、最小値である。また、包絡線検出器によって間接的に検出されるパイロットトーン（ＡＣ）の基本波を抑制する必要がある。原理上、包絡線検出器によって発生されるＤＣ電圧のみ、親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４、１２８をバイアス安定化させるために監視されることができるが、次いで、動作ＤＣ電圧範囲は、制限されなければならず、これは、デバイスが１００−Ｇｂ／秒光学変調器の耐用年数終了時要件を満たさないため、望ましくない。したがって、親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のためのロックイン安定化を行いながら、ＤＣおよびＡＣ項の両方を監視する必要がある。
【００４４】
図５は、切替を行い、デジタルループコントローラを実装し、１００−Ｇｂ／秒ＤＰ−ＱＰＳＫ光学変調器等の高データレート光学変調器をバイアス安定化させる、本教示によるＤＰ−ＱＰＳＫ送信機を安定化させる方法の一実施形態の流れ図５００を図示する。多くの動作モードでは、４つの個々の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１６、１２０、１３０、および１３４は、個々に、４つのＰＳＫ信号を発生させるバイアス点でロックイン安定化される。また、２つの親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４、１２８は、伝送のために、二重偏波ＱＰＳＫ（ＰＤ−ＱＰＳＫ）信号を発生させるバイアス点でロックイン安定化される。６つの異なる比例積分ループコントローラを使用した時分割多重化の切替が、バイアス安定化のために使用される。
【００４５】
図１、２、５、および６を参照すると、本教示による方法の第１のステップ５０２では、アナログ信号プロセッサ１０４は、初期化され、アナログおよびデジタル入力ならびに出力が、構成される。第２のステップ５０４では、バイアス安定化アルゴリズムが、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器の関連安定化バイアス点を取得するために開始される。初期取得ループでは、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器は、少なくとも１０回の反復の間、時分割多重デジタルループコントローラを使用して、ロックイン安定化される。すなわち、図６のＤＰ−ＱＰＳＫ変調器をバイアス安定化させる方法６００に従って、どの子または親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器が、次に安定化されるべきかの判定が行われる。例えば、方法は、最初に、Ｘ偏波において第１（Ｉ）、次いで、第２（Ｑ）の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を安定化させ、次いで、Ｘ偏波において親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を安定化させ、次いで、Ｙ偏波において第１（Ｉ）、次いで、第２（Ｑ）の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を安定化させ、次いで、Ｙ偏波において親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を安定化させることができる。本明細書に説明されるいくつかの実施形態では、子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１６、１２０、１３０、１３４および親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４および１２８はそれぞれ、連続して、安定化される。しかしながら、本教示による他の装置および方法では、子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１６、１２０、１３０、１３４および親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４および１２８のうちの少なくともいくつかは、Ｘ偏波およびＹ偏波の両方において、同時に安定化される。
【００４６】
ここで、本教示による、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器をバイアス安定化させる方法である、図６を参照する。第１のステップ６０１は、偏波スイッチを「１」に設定する（Ｘ−偏波の場合「１」およびＹ−偏波の場合「２」）。第２のステップ６０２は、チャネルスイッチを安定化されるＩ−子ＭＺＭの場合「１」、Ｑ−子ＭＺＭの場合「２」、親ＭＺＭの場合「３」に設定する。第３のステップ６０３は、どのＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器がＸ−偏波またはＹ−偏波ＱＰＳＫにおいて安定化される必要があるかを判定する。Ｘ偏波の場合の第１（Ｉ）の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器６０４は、アナログ信号プロセッサ１０４内の第２の信号経路２１６を使用して安定化される。第４のステップ６０６は、アナログ信号プロセッサ１０４内の第２の信号経路２１６を使用して、Ｘ偏波に対して第２（Ｑ）の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器を安定化させる。第５のステップ６０８は、アナログ信号プロセッサ１０４内の第１の信号経路２１４を使用して、Ｘ偏波に対して親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４を安定化させる。本方法は、次いで、Ｙ偏波に対しても繰り返される。
【００４７】
第６のステップ６１０は、アナログ信号プロセッサ１０４’内の第２の信号経路２１６を使用して、Ｙ偏波に対して第１（Ｉ）の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１３０を安定化させる。第７のステップ６１２は、アナログ信号プロセッサ１０４’内の第２の信号経路２１６を使用して、Ｙ偏波に対して第２（Ｑ）の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１３４を安定化させる。第８のステップ６１４は、アナログ信号プロセッサ１０４’内の第１の信号経路２１４を使用して、Ｙ偏波に対して親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１２８を安定化させる。
【００４８】
各ステップ後、親および子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のためのバイアス制御回路を制御する、アナログ／デジタル信号プロセッサ１０４、２００およびマイクロプロセッサ１０６の状態は、ステップ６１６において切り替えられる。取得動作モードでは、安定化は、ＸおよびＹ偏波毎に、３つのＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器（２つの子および１つの親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器）のために、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器をバイアス安定化する方法６００を用いて行われる。プロセスは、次いで、全ての子および親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器安定化のために、１０回、繰り返される（図５におけるステップ５０６）。
【００４９】
第４のステップ５０８は、全てのＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器が、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器をバイアス安定化する方法６００を使用して安定化されているかどうか判定するための決定ステップである。Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器のいずれかが、何らかの理由から、安定化されることができない場合、取得エラーが、ステップ５１０において発行される。子および親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器が全て、その個別の点に安定化される場合、方法は、追跡動作モードで繰り返される。追跡動作モードでは、子および親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の個別のバイアス点が、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器をバイアス安定化する方法６００と関連して説明されるように、時分割多重ベースで継続的に安定化される。
【００５０】
追跡動作モードの第１のステップ５１２では、図６と関連して説明されるＤＰ−ＱＰＳＫ変調器をバイアス安定化する方法６００が、実行される。どの子または親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器が次に追跡されるべきかの判定が行われる。例えば、方法は、最初に、第１（Ｉ）、次いで、第２（Ｑ）の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器をＸ偏波において追跡し、次いで、親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器をＸ偏波において追跡し、次いで、第１（Ｉ）、次いで、第２（Ｑ）の子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器をＹ偏波において追跡し、次いで、親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器をＹ偏波において追跡することができる。本明細書に説明されるいくつかの実施形態では、子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１６、１２０、１３０、１３４ならびに親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４および１２８はそれぞれ、連続して追跡されることができる。しかしながら、本教示による他の装置および方法では、子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１６、１２０、１３０、１３４ならびに親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１４および１２８のうちの少なくともいくつかは、Ｘ偏波およびＹ偏波の両方で同時に追跡される。
【００５１】
追跡動作モードの第２のステップ５１４では、決定ステップが、全ての４つの子および２つの親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器が安定しているかどうか判定するために行われる。任意の１つ以上のＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器が、その個別のバイアス点に対して追跡されることができない場合、追跡エラーが、ステップ５１６において発行される。
【００５２】
追跡動作モードでは、統合された同調可能レーザアセンブリの動作波長が、ネットワークによって変更されるたびに、親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の光学位相は、リセットされる必要がある。これを促進するために、変調器バイアス安定化アルゴリズムは、第３のステップ５１８において、１回、変調器バイアスリセット入力を読み取る。第４のステップ５２０では、変調器バイアスリセット入力の論理状態に応じて、決定が行われる。変調器バイアスリセット入力が、論理「０」である場合、ステップ５１２において行われるＤＰ−ＱＰＳＫ変調器をバイアス安定化する方法６００は、追跡動作モードによって実行される。変調器バイアスリセット入力が、論理「１」である場合、光学送信機のバイアス制御回路は、自動的に、同調可能ＤＰ−ＱＰＳＫ光学送信機の動作波長の変化に応答して、λ／４位相差を正しく設定するように、第１および第２の偏波にＱＰＳＫ信号を発生させる、第１および第２の親Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器の対応する位相をリセットする。また、子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１６、１２０、１３０、１３４は、ＤＣバイアスにわずかな波長依存性を有する。子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１６、１２０、１３０、１３４へのバイアス信号もまた、波長が変化するたびに、リセットされることができる。加えて、マイクロプロセッサは、本波長依存性を補償するようにプログラムされることができる。デジタルループコントローラがリセットされると、変調器バイアス安定化アルゴリズムは、自動的に、取得動作モードに切り替わる。
【００５３】
図７Ａは、本教示によるＤＰ−ＱＰＳＫ送信機のための実験試験装置７００を図示する。実験試験設定装置７００は、本教示による、ＤＰ−ＱＰＳＫ送信機およびバイアス制御回路を用いて発生された１００−Ｇｂ／秒ＤＰ−ＱＰＳＫ信号を特性評価するように設計された。実験試験装置７００は、その出力にＣＷ光学電力を発生させる、統合された同調可能レーザ源７０２を含む。同調可能レーザ源７０２の出力は、図１に関連して説明される、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器１０８等、本教示によるＤＰ−ＱＰＳＫ変調器７０４の入力に光学的に結合される。
【００５４】
６２５ＭＨｚ基準クロック７０６が、４つのシングルエンド変調器ドライバ増幅器７１０を駆動させ、順に、図１の光学送信機と関連して説明されるように、４つの子Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ変調器１１６、１２０、１３０、および１３４のＲＦ入力を駆動させる、４つの２５Ｇｂ／秒信号を発生させるマルチプレクサ７０８を駆動させるために使用される。基準クロック７０６は、データレートの４０分の１のクロックレートを有する。ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器７０４の出力は、変調されたＰＤ−ＱＰＳＫ光学信号を増幅させる、ＥＤＦＡ７１２に光学的に接続される。ＥＤＦＡ７１２の出力は、変調された光学信号をオシロスコープ７１６によって監視するために適切なレベルに減衰させる、可変光学減衰器７１４に光学的に接続される。可変光学減衰器７１４の出力は、Ｘ、Ｙ偏波ＱＰＳＫ変調光学信号および組み合わせられたＤＰ−ＱＰＳＫ光学信号のアイダイヤグラムを示す、オシロスコープ７１６に光学的に結合される。
【００５５】
図７Ｂは、図７Ａに示されるＤＰ−ＱＰＳＫ送信機のための実験試験設定装置を使用して発生されたＸおよびＹ偏波ＱＰＳＫ信号ならびに組み合わせられたＤＰ−ＱＰＳＫ信号のアイダイヤグラムとして、実験結果を図示する。第１のアイダイヤグラム７５０は、Ｙ偏波された２５−Ｇｂ／秒ＱＰＳＫ信号を示す。第２のアイダイヤグラム７５２は、Ｘ偏波された２５−Ｇｂ／秒ＱＰＳＫ信号を示す。第３のアイダイヤグラム７５４は、４つのレベルを有する多重化ＤＰ−ＱＰＳＫ信号を示す。
【００５６】
（均等物）
本出願人の教示が、種々の実施形態と関連して説明されたが、本出願人の教示がそのような実施形態に限定されることを意図しない。対照的に、本出願人の教示は、当業者によって理解されるように、本教示の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に行われ得る、種々の代替、修正、および均等物を包含する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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