(57)【要約】  光変調器(18)の自動バイアス制御器が提供される。自動バイアス制御器は、電気データ信号を変調器に供給するためのドライバ(25)、およびバイアス電圧を変調器に与えるためのバイアス手段を含む。マイクロプロセッサ(74)が低周波デジタル変調信号を供給し、この信号は、デジタル-アナログコンバータ(76)によってアナログ変調信号に変換される。アナログ変調信号は、(バイアス電圧を変調するために)バイアス手段に加えられ、あるいは(データ信号の振幅を変調するために)ドライバに加えられる。変調器によって放出される光の強度を検出する強度検出手段(70)が設けられ、アナログ-デジタルコンバータ(72)が強度検出手段の出力を、マイクロプロセッサに渡されるデジタル強度信号に変換する。デジタル強度信号が解析され、バイアス手段は、解析された信号に基づいてバイアス電圧を調整するように指示される。デジタル変調信号は、好ましくは、バイアス電圧およびデータ信号振幅が変えられる、矩形波、または時間多重化された一連の期間である。
2008510174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調器の自動バイアス制御器であって、
電気データ信号を前記変調器に供給するドライバと、
バイアス電圧を前記変調器に与えるバイアス手段と、
低周波デジタル変調信号を供給する処理手段と、
前記デジタル変調信号をアナログ変調信号に変換し、前記アナログ変調信号を、前記バイアス電圧を変調するために前記バイアス手段に供給する、または前記データ信号の振幅を変調するために前記ドライバに供給するデジタル-アナログコンバータと、
前記変調器によって放出される光の強度を検出する強度検出手段と、
前記強度検出手段の出力をデジタル強度信号に変換し、前記デジタル強度信号を前記処理手段に供給するように配置されたアナログ-デジタルコンバータとを含み、
前記処理手段は、前記デジタル強度信号を解析し、前記解析された信号に基づいて、前記バイアス手段に、前記バイアス電圧を調整することを指示するように構成されている、自動バイアス制御器。
【請求項２】
前記デジタル変調信号が矩形信号である、請求項1に記載の自動バイアス制御器。
【請求項３】
前記処理手段が、前記デジタル強度信号の振幅および位相と前記デジタル変調信号の振幅および位相とを比較するように構成される、請求項2に記載の自動バイアス制御器。
【請求項４】
前記処理手段が、バイアス電圧に対する、前記変調器の出力パワーの概算1次微分係数を求めるために、前記デジタル強度信号に対して有限差分アルゴリズムを実行するように構成される、前記請求項のいずれかに記載の自動バイアス制御器。
【請求項５】
前記処理手段が、バイアス電圧に対する、前記変調器の出力パワーの概算2次微分係数を求めるために、前記デジタル強度信号に対して有限差分アルゴリズムを実行するように構成される、請求項1から3のいずれかに記載の自動バイアス制御器。
【請求項６】
前記デジタル変調信号が一連の離散時間期間からなり、各期間中に前記データ信号の振幅、または前記バイアス電圧の、増加または減少が行われるように構成される、前記請求項のいずれかに記載の自動バイアス制御器。
【請求項７】
前記デジタル変調信号が、前記データ信号の振幅、またはバイアス電圧への前記信号の影響を前記デジタル強度信号の対応する期間の挙動から決定できるように時間多重化される、請求項6に記載の自動バイアス制御器。
【請求項８】
前記データ信号の振幅が、振幅が増加する高振幅期間と振幅が減少する低振幅期間とを交番して生成するために、前記デジタル変調信号によって制御されるように構成された自動バイアス制御器であって、前記処理手段が、高振幅期間中の前記デジタル強度信号の積分強度と、低振幅期間中の前記デジタル強度信号の積分強度との差を計算することによって前記変調器のバイアスの誤差を求めるように構成される、前記請求項のいずれかに記載の自動バイアス制御器。
【請求項９】
前記バイアス電圧が、バイアス電圧が増加する高バイアス期間とバイアス電圧が減少する低バイアス期間とを交番して生成するために、前記デジタル変調信号によって制御されるように構成された自動バイアス制御器であって、前記処理手段が、高バイアス期間中の前記デジタル強度信号の積分強度と、低バイアス期間中の前記デジタル強度信号の積分強度との差を計算することによって前記データ信号の振幅の誤差を求めるように構成される、前記請求項のいずれかに記載の自動バイアス制御器。
【請求項１０】
前記変調器に入る光の強度を制御するために可変光減衰器をさらに含む、前記請求項のいずれかに記載の自動バイアス制御器。
【請求項１１】
前記処理手段が、前記変調器へのパワー入力の誤差を求めるために前記デジタル強度信号を時間にわたって積分するように、また、求められた前記入力誤差に基づいて前記可変光減衰器を制御するために、デジタル強度調整信号を前記デジタル-アナログコンバータに渡すように構成されている、請求項10に記載の自動バイアス制御器。
【請求項１２】
前記請求項のいずれかに記載の光変調器および自動バイアス制御器を含む、変調光を伝送する光変調システム。
【請求項１３】
前記光変調器が、第1および第2の分岐を有するマッハツェンダ型変調器である、請求項12に記載のシステム。
【請求項１４】
前記変調器の出力部が和アームおよび差アームを含み、前記和アームが、前記第1および第2の分岐内の各波形の和によって決定される波形を有する光を伝送し、前記差アームが、前記第1および第2の分岐内の各波形間の差によって決定される波形を有する光を伝送する、請求項13に記載のシステム。
【請求項１５】
前記変調器の出力部が多モード干渉計を含み、前記多モード干渉計が、前記和アーム内に前記和波形が送出されるように、また、前記差アーム内に前記差波形が送出されるように動作する、請求項14に記載のシステム。
【請求項１６】
変調光が前記和アーム内に送出される、請求項14または15に記載のシステム。
【請求項１７】
前記差アーム内の光の強度が、時間にわたって積分されたときに前記和アーム内の光の強度の目安を与える、請求項14、15、または16に記載のシステム。
【請求項１８】
前記強度検出手段が前記差アーム内の光の強度を測定する、請求項14から17のいずれかに記載のシステム。
【請求項１９】
光変調器のバイアスを制御する方法であって、
電気データ信号を前記変調器に供給するステップと、
バイアス電圧を前記変調器に与えるステップと、
低周波デジタル変調信号を処理手段から供給するステップと、
前記デジタル変調信号をアナログ変調信号に変換するステップと、
前記アナログ変調信号を、前記バイアス電圧を変調するために前記バイアス手段に供給する、または前記データ信号の振幅を変調するために前記ドライバに供給するステップと、
前記変調器によって放出された光の強度を検出するステップと、
前記検出された強度をデジタル強度信号に変換するステップと、
前記デジタル強度信号を前記処理手段に供給するステップと、
前記デジタル強度信号を前記処理手段で解析するステップと、
前記解析された信号に基づいて前記バイアス電圧を調整するステップとを含む、方法。
【請求項２０】
前記デジタル変調信号が矩形信号である、請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
前記デジタル強度信号の振幅および位相と、前記デジタル変調信号の振幅および位相とを比較するステップを含む、請求項20に記載の方法。
【請求項２２】
バイアス電圧に対する、前記変調器の出力パワーの概算1次微分係数を求めるために、前記デジタル強度信号に対して有限差分アルゴリズムを実行するステップを含む、請求項19、20、または21に記載の方法。
【請求項２３】
バイアス電圧に対する、前記変調器の出力パワーの概算2次微分係数を求めるために、前記デジタル強度信号に対して有限差分アルゴリズムを実行するステップを含む、請求項19、20、または21に記載の方法。
【請求項２４】
前記デジタル変調信号が一連の離散時間期間からなり、各期間中に前記データ信号の振幅、または前記バイアス電圧の、増加または低減が行われるように構成される、請求項19から23のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
前記デジタル変調信号が、前記データ信号の振幅、またはバイアス電圧への前記信号の影響を前記デジタル強度信号の対応する期間の挙動から決定できるように時間多重化される、請求項24に記載の方法。
【請求項２６】
前記データ信号の振幅が、振幅が増加する高振幅期間と振幅が減少する低振幅期間とを交番して生成するために、前記デジタル変調信号によって制御される方法であって、前記方法がさらに、高振幅期間中の前記デジタル強度信号の積分強度と、低振幅期間中の前記デジタル強度信号の積分強度との差を計算することによって前記変調器のバイアスの誤差を求めるステップを含む、請求項19から25のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
前記バイアス電圧が、バイアス電圧が増加する高バイアス期間とバイアス電圧が減少する低バイアス期間とを交番して生成するために、前記デジタル変調信号によって制御される方法であって、前記方法がさらに、高バイアス期間中の前記デジタル強度信号の積分強度と、低バイアス期間中の前記デジタル強度信号の積分強度との差を計算することによって前記データ信号の振幅の誤差を求めるステップを含む、請求項19から26のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
可変光減衰器を用いて前記変調器に入る光の強度を制御するステップをさらに含む、請求項19から27のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
前記変調器へのパワー入力の誤差を求めるために前記デジタル強度信号を時間にわたって積分するステップと、求められた前記パワー入力誤差に基づいて前記可変光減衰器を調整するステップとをさらに含む、請求項28に記載の方法。
【請求項３０】
前記光変調器が、第1および第2の分岐を有するマッハツェンダ型変調器である、請求項19から29のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
前記変調器の出力部が和アームおよび差アームを含み、前記和アームが、前記第1および第2の分岐内の各波形の和によって決定される波形を有する光を伝送し、前記差アームが、前記第1および第2の分岐内の各波形間の差によって決定される波形を有する光を伝送する、請求項30に記載の方法。
【請求項３２】
前記変調器の出力部が多モード干渉計を含み、前記多モード干渉計が、前記和アーム内に前記和波形が送出されるように、また、前記差アーム内に前記差波形が送出されるように動作する、請求項31に記載の方法。
【請求項３３】
前記変調光が前記和アーム内に送出される、請求項31または32に記載の方法。
【請求項３４】
前記差アーム内の光の強度が、時間にわたって積分されたときに前記和アーム内の光の強度の目安を与える、請求項31、32、または33に記載の方法。
【請求項３５】
前記変調器によって放出される光の強度を検出する前記ステップが、前記差アーム内の光の強度を測定するステップを含む、請求項31から34に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光データ通信に使用するための光変調器の自動バイアス制御器に関し、より詳細には、それだけには限らないが、マッハツェンダ(Mach-Zehnder)型変調器など電気光学変調器の自動バイアス制御器に関する。本発明はまた、自動バイアス制御を用いた変調器を含む光送信器にも関する。
【背景技術】
【０００２】
光搬送波を使用するデータの伝送は、低信号損失および低信号歪みできわめて広い帯域幅および多数の多重チャネルを可能にする。コヒーレントレーザビームがデータ信号で振幅変調され、光ファイバおよび中継器からなるシステムを介して遠隔の受信器まで伝播する。この光ビームは、有利にはマッハツェンダ型変調器や光カプラなど電気光学変調器を使用して、マイクロ波周波数範囲の電気信号で変調することができる。
【０００３】
マッハツェンダ型電気光学変調器がよく知られている。マッハツェンダ干渉計に基づく電気光学変調器は一般に、LiNbO3やInPなどの電気光学材料から形成されたモノリシック基板を含む。概して互いに並行に延びる2つのアームすなわち分岐を有する光導波路が基板内に形成される。導波路内の材料の実効屈折率は、基板の材料の屈折率よりも高い。
【０００４】
印加されるバイアス電圧がない場合には、レーザなどで生成され導波路に加えられる入力光ビームは、各分岐に分かれる。分岐を伝播する各光信号は、導波路の光出力部で再結合する。各分岐の光経路長が等しい場合、または波長の整数倍だけ異なる場合には、光信号は互いに同相で再結合し、その結果それらの振幅は加法的になり、光入力信号と本質的に同様の光出力信号が導波路の出力部に現われる。
【０００５】
各分岐路の光経路長が波長の半整数倍だけ異なる場合には、分岐から出てくる各光信号は、互いに位相が180°ずれている。信号の各振幅は減法的に合わさって、互いに相殺し、その結果光出力部に生成される出力はゼロになる。
【０００６】
導波路の一方の分岐に、他方の分岐に対して差動の所定のバイアス電圧を印可すると、電気光学効果によって分岐内の材料の複素屈折率が様々に変化し、その結果、分岐の実効的な光経路長(および光吸収)がそれに応じて変化するようになる。従来技術でVπと呼ばれるバイアス電圧では、実効光経路長は、バイアス電圧が印可されていないときの状態と比べて、各分岐から出てくる光信号の位相が180°ずれる程度まで変化した。バイアスされていない変調器の各経路長が同じである場合には、Vπのバイアス電圧では各光信号は弱め合うように干渉し、互いに相殺し、その結果光出力部に生成される出力がゼロになる。バイアスされていない変調器の各経路長が波長の半整数倍だけ異なる場合には、Vπのバイアス電圧では光信号は強め合うように干渉し、その結果光出力信号は本質的に光入力信号と同様になる。通常マイクロ波周波数範囲の電気データ信号がアームの一方または両方に加えられる。したがって、デバイスを出る光搬送波信号は、そのデータ信号で変調されている。
【０００７】
ほとんどの光通信応用例の場合には、変調器を電圧Vπ/2でバイアスするのが望ましい。しかし、デバイスの不安定性、および環境の影響、特に温度変動によってその動作点が時間とともにドリフトし、適正な動作点を維持するのに常時の再調整が必要である。バイアス電圧誤差が増大するに伴い2次高調波歪みが急速に増加するので、最大のダイナミックレンジを実現するようにバイアス点が動作中に維持されなければならない。
【０００８】
バイアス点は一般に、低周波(約400Hz)の正弦波パイロットトーンをバイアス電圧、またはデータ信号に加えることによって維持される。こうすると出力信号がさらに低周波変調され、この信号の位相および振幅は、バイアス点からの距離によって決まる。変調器の出力アームは光検出器へのタップを含み、出力信号を監視することができる。出力信号は、位相感知検出器を使用してパイロットトーンと比較され、これによってバイアス点を維持するためのフィードバックループを使用することができる。このようなシステムを利用する変調器の例は、米国特許第5003624号(パイロットトーンがバイアス電圧に加えられる)、および米国特許第5170274号(パイロットトーンがデータ信号に加えられる)に記載されている。
【０００９】
自動バイアス調整を含む既知の電気光学変調器システムが図1に示されており、全体が10で示されている。レーザ12が、光ファイバ14を介してマッハツェンダ変調器18、光カプラ、またはその他の適切な電気光学変調器の光入力部16にコヒーレント光ビームを供給する。この光ビームは、2つの分岐20および22を有する導波路を伝播し、各分岐は変調器18の光出力部24で再結合する。好ましくはマイクロ波周波数範囲の電気データ信号は、ドライバ25、および変調信号「T」入力端子26、27を介して分岐20、22に加えられる。バイアス電圧もまた、「T」入力端子26、27を介して分岐20、22に加えられる。レーザビームによって形成された光搬送波信号は、データ信号で変調され、光ファイバ28を介して遠隔の受信器(図示せず)に供給される。振幅変調(AM)パイロットトーン発生源29は、データ信号のドライバに加えられる。
【００１０】
タップ30が出力光ファイバ28に設けられ、光ファイバピグテール32を介して光検出器34につながる。光検出器34の出力、およびパイロットトーン変調信号29は位相感知検出器36に加えられ、この検出器は、出力信号の低周波変調をパイロットトーン29と比較する。出力信号の変調の位相および振幅に応じて、変調器の下方のアーム20のバイアス電圧が、バイアス点を維持するように調整される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このシステムは良好に動作するが、出力信号の一部を光検出器に接続することは光損失になる。したがって総合送信パワーが低減される。さらに、正弦波パイロットトーンを発生するには、変調器付近の貴重な空間を占有するハードウェアが必要である。フィードバックループもまた、位相感知検出器およびDC結合増幅器を必要とし、これらは高価であり、やはり貴重な空間を占有する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第1の態様によれば、光変調器の自動バイアス制御器が提供され、この自動バイアス制御器は、
電気データ信号を前記変調器に供給するドライバと、
前記変調器にバイアス電圧を与えるバイアス手段と、
低周波デジタル変調信号を供給する処理手段と、
前記デジタル変調信号をアナログ変調信号に変換し、このアナログ変調信号を、前記バイアス電圧を変調するために前記バイアス手段に供給する、または前記データ信号の振幅を変調するために前記ドライバに供給するデジタル-アナログコンバータと、
前記変調器によって放出される光の強度を検出する強度検出手段と、
前記強度検出手段の出力をデジタル強度信号に変換し、このデジタル強度信号を前記処理手段に供給するように配置されたアナログ-デジタルコンバータとを含み、
前記処理手段は、前記デジタル強度信号を解析し、また解析された信号に基づいて、前記バイアス手段に、前記バイアス電圧を調整することを指示するように構成されている。
【００１３】
したがって、高価でかさばるトーン発生器や位相感知検出器が必要とされない。処理手段(例えばマイクロプロセッサ)は簡単なデジタル信号を供給でき、また、アナログ-デジタルコンバータ、およびデジタル-アナログコンバータはいずれにせよ通常、変調器ボード上に存在する。したがって空間利用率が改善される。
【００１４】
デジタル変調信号は、好ましくは矩形信号であり、それによってデジタル強度信号の振幅および位相と、デジタル変調信号の振幅および位相との簡単な比較が可能になる。有限差分アルゴリズムをデジタル強度信号に対して実行して、バイアス電圧に対する、変調器の出力パワーの概算1次または2次微分係数を求めることができる。
【００１５】
デジタル変調信号は、好ましくは一連の離散時間期間からなり、各期間中にデータ信号の振幅、またはバイアス電圧の、増加または減少が起こるように構成されている。この信号は、データ信号の振幅、またはバイアス電圧へのその信号の影響をデジタル強度信号の対応する期間の挙動から決定できるように、多重化することができる。例えば、この信号は、バイアス電圧を変化させ、次にバイアス電圧をその元の値に戻し、データ信号の振幅を変化させることができる。
【００１６】
データ信号の振幅は、振幅が増加する高振幅期間と、振幅が減少する低振幅期間と交互に生成するように、好ましくはデジタル変調信号によって制御される。その場合、変調器のバイアスの誤差は、高振幅期間中のデジタル強度信号の積分強度と、低振幅期間中のデジタル強度信号の積分強度との差を計算することによって求めることができる。
【００１７】
同様に、バイアス電圧は、バイアス電圧が増加する高バイアス期間と、バイアス電圧が減少する低バイアス期間と交互に生成するように、好ましくはデジタル変調信号によって制御される。その場合、データ信号の振幅の誤差は、高バイアス期間中のデジタル強度信号の積分強度と、低バイアス期間中のデジタル強度信号の積分強度との差を計算することによって求めることができる。
【００１８】
変調器に入る光の強度は、好ましくは可変光減衰器を用いて制御される。デジタル強度信号を時間にわたって積分することによって(すなわち、高/低振幅期間および高/低バイアス期間の強度信号の差ではなく、各期間にわたる強度信号の和を求めると)、変調器へのパワー入力の誤差を求めることができ、次いで、求められたパワー入力誤差に基づいて可変光減衰器を調整することができる。
【００１９】
光変調器は、2つの分岐を有するマッハツェンダ型変調器が好ましい。変調器の出力部は、好ましくは和アームおよび差アームを含み、和アームは、2つの分岐内の波形の和によって決定される波形を有する光を伝送し、差アームは、2つの分岐内の波形の差によって決定される波形を有する光を伝送する。変調された光信号は好ましくは和アームにおいて送信される。
【００２０】
差アームの光の強度は、時間にわたって(すなわちデータ信号の多数のビットにわたって)積分された場合に、和アームの光の強度の目安を与える。デジタル変調信号の周波数(約102Hz)は、データ信号の周波数(約109Hz)よりもはるかに低く、したがってデジタル変調信号の単一期間の間に伝送されるビットが数百万ある。したがって、変調器によって放出される光の強度の検出は、差アームの光の強度を測定することによって実現することができる。このことは、変調光を搬送する和アームにタップを付ける必要がないことを意味し、したがって伝送光の損失がない。
【００２１】
好ましくは変調器の出力部は多モードの干渉計を含み、この干渉計によって和波形が和アーム内を伝送され、差波形が差アーム内を伝送される。
【００２２】
本発明の第2の態様によれば、光変調器のバイアスを制御する方法が提供され、この方法は、
電気データ信号を前記変調器に供給するステップと、
バイアス電圧を前記変調器に与えるステップと、
低周波デジタル変調信号を処理手段から供給するステップと、
前記デジタル変調信号をアナログ変調信号に変換するステップと、
前記アナログ変調信号を、前記バイアス電圧を変調するためにバイアス手段に供給する、または前記データ信号の振幅を変調するためにドライバに供給するステップと、
前記変調器によって放出された光の強度を検出するステップと、
検出された強度をデジタル強度信号に変換するステップと、
前記デジタル強度信号を前記処理手段に供給するステップと、
前記デジタル強度信号を前記処理手段で解析するステップと、
前記解析された信号に基づいて前記バイアス電圧を調整するステップとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
次に、本発明のいくつかの好ましい実施形態を例示的にのみ、添付の図面を参照して説明する。
【００２４】
図2は、どのようにマッハツェンダ型変調器の光出力が各アーム間の相対的なバイアス電圧によって決まるかを示すグラフである。バイアス電圧が増加されるにつれて光出力が周期的に増減することが図から明らかである。図2に示される正弦曲線は、複数のピーク54、および複数の谷56を有する。バイアス点58は、隣り合う谷56とピーク54の間の曲線の立上がり部の正変曲点によって構成されるのに対して、バイアス点60は、隣り合うピーク54と谷56の間の負変曲点によって同様に構成される。バイアス点58、60は、ピーク54と谷56の各電圧値のほぼ中間の電圧値を有し、前に言及したVπ/2の点である。
【００２５】
図3は、本発明による変調器システム62の簡略化した構成図である。図1と同様の構成要素は、同じ参照数字によって表されている。レーザ12が可変光減衰器(VOA)15を介して、2つの分岐20、22を有するマッハツェンダ型変調器18の光入力部16にコヒーレント光ビームを供給する。分岐20、22は、「和」出力アーム66、および「差」出力アーム68を有する2×2多モード干渉計(MMI)64のところで再結合する。電気データ信号が、ドライバ25、および変調信号「T」入力端子26、27を介して分岐20、22に加えられる。バイアス電圧もまた、「T」入力端子26、27を介して分岐20、22に加えられる。
【００２６】
「和」アーム66を介してMMI64から出てくる光の波形は、変調器18の2つのアーム20、22を通過する光の各波形の和である。和アーム66は、変調光がその中を伝送される変調器の出力部を形成する。「差」アーム68を介してMMI64から出てくる光の波形は、2つのアーム20、22を通過する光の各波形の差である。2つのアーム20、22の間の光路の差が波長の整数倍(2nπの位相差)である場合には、和アーム66内で光が強め合うように干渉し(変調器の「オン」状態と呼ばれる)、差アーム68を通過する光はない。しかし、各アームの位相が(2n+1)πだけ異なる場合には(nは整数)、光は和アーム66内で弱め合うように干渉し(「オフ」状態)、その結果和アーム内のその強度はゼロになり、差アーム68を通って光が変調器から出てくるようになる。
【００２７】
変調器は、データが伝送されているときに「オン」状態と「オフ」状態の間で非常に高い周波数で切り換わるので、多数のビットにわたって積分された差アームの光強度は、変調器がVπ/2でバイアスされているときに同じ時間にわたって積分された和アームの光強度と比例するとみなすことができる。光検出器70が差アームの出力部に設けられる。光検出器70の出力は、アナログ-デジタルコンバータ(ADC)72に渡されてデジタル信号を生成し、これはマイクロプロセッサ74によって受信される。次いで、この信号は、変調器の出力を監視するために使用することができ、光を和アーム66から引き出す必要がない。
【００２８】
対称的な変調特性であると、図4に示すように、(和アーム66を介して伝送される)平均出力パワーは、1次微分係数の最大係数のポイント60でデバイスがバイアスされている場合には、マイクロ波周波数の変調電圧の小さな振幅変動と無関係に一定である。このポイントでは、電圧バイアスに対する、パワー出力の2次微分係数はゼロになるはずである。この理想から離れてバイアスされた場合には、平均出力は加えられる信号によって強度変調され、バイアスが理想的な点を通過するときにその位相が反転する。したがって、これはバイアス誤差検出方式に適する。
【００２９】
このことは、変調特性のテーラー(Taylor)展開を用いて数学的に以下のように表すことができる。
【００３０】
【数１】
2008510174.tif 000003
【００３１】
ただし、Iは光検出器70によって測定された電流であり、出力信号を表し、vは結合変調電圧、f(vバイアス)は変調器の非線形伝達関数である。
【００３２】
マイクロプロセッサ74はデジタル信号を供給し、この信号は、デジタル-アナログコンバータ(DAC)を介してドライバ25に渡される。この信号は、データ信号の変調度を低速度(約100〜500Hz)で、ある量mだけ増減させる。この変調度の変化は、簡単な階段関数として与えられ、低周波の矩形波が得られる。すなわち、
v=(1±m)g(t)
ただし、g(t)は変調信号である。これは、vの2つの離散値に対応する、Iの2つの離散値があること、また
<I+m>-<I-m>=2mf"<g2(t)>+高次項
であることを意味する。ただし、<I+m>は変調度が(1+m)のときの光検出器70からの電流、<1-m>は変調度が(I-m)のときの同電流である。
【００３３】
これは、変調特性の2次微分係数を(したがってバイアス誤差を)光検出器電流のリップルの振幅および正負符号を監視することによって求めることができることを意味する。光検出器70からADC72を介してマイクロプロセッサで受信されるデジタル信号は、データ信号に加えられた矩形波振幅変調と正確に同相であるか、正確に異相であるかのどちらかである。データ信号に加えられる矩形波は、同一のマイクロプロセッサ74によって生成されるので、位相感知検出器が必要とされない。
【００３４】
マイクロプロセッサ74は、2次微分係数の正負符号および大きさを決定するためのデジタル積分器として動作し、2次微分係数を補正するためのデジタル信号を生成する。この信号は、アーム20、22のバイアスを補正できるようにするために、DAC76を介してドライバ25に渡される。その線形バイアスは、ただ単に利得フィードバックループの正負符号を変更することによって、正または負どちらかのチャープ形状のところ(図2のポイント58、60)に維持することができる。
【００３５】
バイアス点の誤差を求めることに加えて、変調器システム62は、レーザ12と変調器18の間に配置される可変光減衰器(VOA)15を備えることによって、一定の平均出力パワーを確保するために使用することができる。光検出器電流の各出力間の差<I+m>-<I-m>を求めることに加えて、マイクロプロセッサは和<I+m>+<I-m>を求め、これは変調器の平均出力パワーの目安を与える。この平均出力パワーを一定値に保つために、マイクロプロセッサから補償信号が発せられ、DAC76を介してVOA15に至る。
【００３６】
このシステムはまた、変調の振幅が適正になるように変更されて、「オン」状態と「オフ」状態(「1」ビットと「0」ビット)が和アーム66内の強め合う干渉と弱め合う干渉、すなわち図2のピーク54と谷56に対応するようにもできる。これは、マイクロプロセッサ74から送出されてDAC76、および「T」入力端子26、27を介してアーム20、22に至る信号を使用して、バイアス電圧をある量δVだけわずかに増減することによって実現される。バイアス電圧の増減に対応する光検出器の各電流間の差<I+δV>-<I-δV>は、変調度の目安を与える。
【００３７】
変調度およびバイアス電圧をそれぞれ変化させるための、ドライバ25およびバイアスアーム20、22への信号は、マイクロプロセッサ74によって制御され、DAC76を通されるので、各信号が多重化されるようにするのは簡単であり、その結果、光検出器電流の変化を容易に修正信号に対応付けすることができるようになる。適切な方式では、マイクロプロセッサは、変調器アーム、ドライバ利得入力端子、およびVOA入力端子に初期電圧を加える。次いで、マイクロプロセッサは、各アームの一方の利得設定およびバイアスに、以下の順序で漸進的ステップを適用する。
【００３８】
【表１】
2008510174.tif 000004
【００３９】
上記で説明したように、差<I+m>-<I-m>は、バイアス点の誤差の直接の目安であり、また、パワー出力-電圧特性の2次微分係数ゼロのポイントで動作するためにバイアス電圧が増分されるべき方向を示す。差<I+δV>-<I-δV>は、変調スイングの誤差の直接の目安であり、「1」と「0」をパワー-電圧特性のピークと谷に置くためにVmod電圧が増分されるべき方向を示す。光検出器合計電流IS=<I+m>+<I-m>+<I+δV>+<I-δV>は、出力パワーの直接の目安であり、一定の平均出力パワーを維持するためにVOA電圧が増分されるべき方向を示す。
【００４０】
上記で説明した実施形態は、和アーム66内の強め合う干渉と弱め合う干渉にその「オン」状態と「オフ」状態(すなわち「1」ビットと「0」ビット)が対応する変調器に該当する。図2に戻って参照すると、「1」がピーク54で送出され、「0」が谷56で送出される。変調器は、ピークと谷の間の変曲点58または60に対応するバイアス点に維持される。しかし、「1」ビットと「0」ビットが反対の位相で和アーム66内の強め合う干渉に対応するように、すなわち隣り合うピーク54に対応するように変調器を動作させることが可能である。このような状態では、変調によって出力が各ピーク54の間で動くようにバイアスが谷56に維持されなければならない。
【００４１】
さらなる実施形態では、「デュオバイナリ」信号を配信することも可能であり、そのデータ信号は「1」、「0」および「-1」のレベルを有する3レベル波形であり、その隣り合うピーク54は「1」ビットおよび「-1」ビットに対応し、それらのピーク間の谷56は「0」ビットに対応する。この実施形態では、そのバイアスは、やはり谷56に維持されなければならない。
【００４２】
バイアスが維持される必要のあるポイントにおいて、パワー出力が変曲点ではなく谷のところにあるので、2次微分係数に基づくフィードバックループは、これら後者の2つの実施形態には適当でない。バイアスを谷56のところに維持するために、バイアスは、上記のようにδVだけ変化させなければならない。その場合、<I+δV>-<I-δV>がバイアス点の誤差の目安を与える。
【００４３】
したがって本発明は、少なくともその好ましい実施形態において、いくつかの利点をもたらす。変調器の「差」出力を使用すると、送出できるパワーを低減させずに光出力を検出用に供給できるようになる。
【００４４】
バイアスおよび/またはデータ信号に対して矩形変調を使用すると(マイクロプロセッサおよびDACによって実現される)、トーン発生ハードウェアの必要がなくなり、必要な構成要素の数が低減する。
【００４５】
パワー-電圧特性のおおよその微分係数を矩形変調から計算するために、マイクロプロセッサ上で動作するファームウェアに有限差分アルゴリズムを使用すると、トーンをベースとする位相感知検出器またはアナログ乗算器の必要性が回避されて、必要な構成要素の数がさらに低減する。
【００４６】
矩形のバイアスとデータ変調の時分割多重化を使用すると、制御ループを分離するための追加のハードウェアまたは直交信号の必要がなくなる。
【００４７】
平均出力パワーを一定に維持するためにVOAを使用すると、変調器の動作中の光入力結合の変化が補償される。
【００４８】
調整可能なループ利得極性を使用すると、追加のハードウェアを必要とせずにチャープ設定可能性が実現される。
【００４９】
上記の実施形態からの変形形態もなお、本発明の範囲に入ることを理解されたい。例えば、図3に示されたデジタル制御回路は、4ポート変調器の差アームを使用して光強度を検出するが、この回路は、たとえ光が3ポート変調器の出力アームから引き出されても同じく良好に動作する。
【００５０】
加えて、実施形態は、単一のマイクロプロセッサ、ADC、およびDACを使用するとして説明されている。必要なら、これらの複数の各構成要素を(例えば、異なる機能を実行するために)使用することができることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】自動バイアス調整を有する従来技術の電気光学変調器を示す、簡略化した構成図である。
【図２】光出力が印加バイアス電圧の関数としてプロットされた、マッハツェンダ型変調器の伝達関数を示すグラフである。
【図３】本発明を実施する自動バイアス制御を含む変調器を示す、簡略化した構成図である。
【図４】マッハツェンダ型変調器の線形変調バイアス点を示すグラフである。
【図１】
2008510174.tif 000005
【図２】
2008510174.tif 000006
【図３】
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【図４】
2008510174.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月18日(2007.4.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調器の自動バイアス制御器であって、
電気データ信号を前記変調器に供給するドライバと、
バイアス電圧を前記変調器に与えるバイアス手段と、
低周波デジタル変調信号を供給する処理手段と、
前記デジタル変調信号をアナログ変調信号に変換し、前記アナログ変調信号を、前記バイアス電圧を変調するために前記バイアス手段に供給する、または前記データ信号の振幅を変調するために前記ドライバに供給するデジタル-アナログコンバータと、
前記変調器によって放出される光の強度を検出する強度検出手段と、
前記強度検出手段の出力をデジタル強度信号に変換し、前記デジタル強度信号を前記処理手段に供給するように配置されたアナログ-デジタルコンバータとを含み、
前記処理手段は、前記デジタル強度信号を解析し、前記解析された信号に基づいて、前記バイアス手段に、前記バイアス電圧を調整することを指示するように構成され、前記デジタル強度信号の解析は、前記デジタル強度信号の振幅および位相と前記デジタル変調信号の振幅および位相とを比較することを含む、自動バイアス制御器。
【請求項２】
前記デジタル変調信号は２個の離散レベルから成る、請求項1に記載の自動バイアス制御器。
【請求項３】
前記デジタル変調信号が矩形信号である、請求項1又は２に記載の自動バイアス制御器。
【請求項４】
前記処理手段が、バイアス電圧に対する、前記変調器の出力パワーの概算1次微分係数を求めるために、前記デジタル強度信号に対して有限差分アルゴリズムを実行するように構成される、前記請求項のいずれかに記載の自動バイアス制御器。
【請求項５】
前記処理手段が、バイアス電圧に対する、前記変調器の出力パワーの概算2次微分係数を求めるために、前記デジタル強度信号に対して有限差分アルゴリズムを実行するように構成される、請求項1から3のいずれかに記載の自動バイアス制御器。
【請求項６】
前記デジタル変調信号が一連の離散時間期間からなり、各期間中に前記データ信号の振幅、または前記バイアス電圧の、増加または減少が行われるように構成される、前記請求項のいずれかに記載の自動バイアス制御器。
【請求項７】
前記デジタル変調信号が、前記データ信号の振幅、またはバイアス電圧への前記信号の影響を前記デジタル強度信号の対応する期間の挙動から決定できるように時間多重化される、請求項6に記載の自動バイアス制御器。
【請求項８】
前記データ信号の振幅が、振幅が増加する高振幅期間と振幅が減少する低振幅期間とを交番して生成するために、前記デジタル変調信号によって制御されるように構成された自動バイアス制御器であって、前記処理手段が、高振幅期間中の前記デジタル強度信号の積分強度と、低振幅期間中の前記デジタル強度信号の積分強度との差を計算することによって前記変調器のバイアスの誤差を求めるように構成される、前記請求項のいずれかに記載の自動バイアス制御器。
【請求項９】
前記バイアス電圧が、バイアス電圧が増加する高バイアス期間とバイアス電圧が減少する低バイアス期間とを交番して生成するために、前記デジタル変調信号によって制御されるように構成された自動バイアス制御器であって、前記処理手段が、高バイアス期間中の前記デジタル強度信号の積分強度と、低バイアス期間中の前記デジタル強度信号の積分強度との差を計算することによって前記データ信号の振幅の誤差を求めるように構成される、前記請求項のいずれかに記載の自動バイアス制御器。
【請求項１０】
前記変調器に入る光の強度を制御するために可変光減衰器をさらに含む、前記請求項のいずれかに記載の自動バイアス制御器。
【請求項１１】
前記処理手段が、前記変調器へのパワー入力の誤差を求めるために前記デジタル強度信号を時間にわたって積分するように、また、求められた前記入力誤差に基づいて前記可変光減衰器を制御するために、デジタル強度調整信号を前記デジタル-アナログコンバータに渡すように構成されている、請求項10に記載の自動バイアス制御器。
【請求項１２】
前記請求項のいずれかに記載の光変調器および自動バイアス制御器を含む、変調光を伝送する光変調システム。
【請求項１３】
前記光変調器が、第1および第2の分岐を有するマッハツェンダ型変調器である、請求項12に記載のシステム。
【請求項１４】
前記変調器の出力部が和アームおよび差アームを含み、前記和アームが、前記第1および第2の分岐内の各波形の和によって決定される波形を有する光を伝送し、前記差アームが、前記第1および第2の分岐内の各波形間の差によって決定される波形を有する光を伝送する、請求項13に記載のシステム。
【請求項１５】
前記変調器の出力部が多モード干渉計を含み、前記多モード干渉計が、前記和アーム内に前記和波形が送出されるように、また、前記差アーム内に前記差波形が送出されるように動作する、請求項14に記載のシステム。
【請求項１６】
変調光が前記和アーム内に送出される、請求項14または15に記載のシステム。
【請求項１７】
前記差アーム内の光の強度が、時間にわたって積分されたときに前記和アーム内の光の強度の目安を与える、請求項14、15、または16に記載のシステム。
【請求項１８】
前記強度検出手段が前記差アーム内の光の強度を測定する、請求項14から17のいずれかに記載のシステム。
【請求項１９】
光変調器のバイアスを制御する方法であって、
電気データ信号を前記変調器に供給するステップと、
バイアス電圧を前記変調器に与えるステップと、
低周波デジタル変調信号を処理手段から供給するステップと、
前記デジタル変調信号をアナログ変調信号に変換するステップと、
前記アナログ変調信号を、前記バイアス電圧を変調するために前記バイアス手段に供給する、または前記データ信号の振幅を変調するために前記ドライバに供給するステップと、
前記変調器によって放出された光の強度を検出するステップと、
前記検出された強度をデジタル強度信号に変換するステップと、
前記デジタル強度信号を前記処理手段に供給するステップと、
前記デジタル強度信号を前記処理手段で解析するステップと、
前記解析された信号に基づいて前記バイアス電圧を調整するステップとを含む、方法。
【請求項２０】
前記デジタル変調信号が矩形信号である、請求項19に記載の方法。
【請求項２１】
前記デジタル強度信号の振幅および位相と、前記デジタル変調信号の振幅および位相とを比較するステップを含む、請求項20に記載の方法。
【請求項２２】
バイアス電圧に対する、前記変調器の出力パワーの概算1次微分係数を求めるために、前記デジタル強度信号に対して有限差分アルゴリズムを実行するステップを含む、請求項19、20、または21に記載の方法。
【請求項２３】
バイアス電圧に対する、前記変調器の出力パワーの概算2次微分係数を求めるために、前記デジタル強度信号に対して有限差分アルゴリズムを実行するステップを含む、請求項19、20、または21に記載の方法。
【請求項２４】
前記デジタル変調信号が一連の離散時間期間からなり、各期間中に前記データ信号の振幅、または前記バイアス電圧の、増加または低減が行われるように構成される、請求項19から23のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
前記デジタル変調信号が、前記データ信号の振幅、またはバイアス電圧への前記信号の影響を前記デジタル強度信号の対応する期間の挙動から決定できるように時間多重化される、請求項24に記載の方法。
【請求項２６】
前記データ信号の振幅が、振幅が増加する高振幅期間と振幅が減少する低振幅期間とを交番して生成するために、前記デジタル変調信号によって制御される方法であって、前記方法がさらに、高振幅期間中の前記デジタル強度信号の積分強度と、低振幅期間中の前記デジタル強度信号の積分強度との差を計算することによって前記変調器のバイアスの誤差を求めるステップを含む、請求項19から25のいずれかに記載の方法。
【請求項２７】
前記バイアス電圧が、バイアス電圧が増加する高バイアス期間とバイアス電圧が減少する低バイアス期間とを交番して生成するために、前記デジタル変調信号によって制御される方法であって、前記方法がさらに、高バイアス期間中の前記デジタル強度信号の積分強度と、低バイアス期間中の前記デジタル強度信号の積分強度との差を計算することによって前記データ信号の振幅の誤差を求めるステップを含む、請求項19から26のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
可変光減衰器を用いて前記変調器に入る光の強度を制御するステップをさらに含む、請求項19から27のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
前記変調器へのパワー入力の誤差を求めるために前記デジタル強度信号を時間にわたって積分するステップと、求められた前記パワー入力誤差に基づいて前記可変光減衰器を調整するステップとをさらに含む、請求項28に記載の方法。
【請求項３０】
前記光変調器が、第1および第2の分岐を有するマッハツェンダ型変調器である、請求項19から29のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
前記変調器の出力部が和アームおよび差アームを含み、前記和アームが、前記第1および第2の分岐内の各波形の和によって決定される波形を有する光を伝送し、前記差アームが、前記第1および第2の分岐内の各波形間の差によって決定される波形を有する光を伝送する、請求項30に記載の方法。
【請求項３２】
前記変調器の出力部が多モード干渉計を含み、前記多モード干渉計が、前記和アーム内に前記和波形が送出されるように、また、前記差アーム内に前記差波形が送出されるように動作する、請求項31に記載の方法。
【請求項３３】
前記変調光が前記和アーム内に送出される、請求項31または32に記載の方法。
【請求項３４】
前記差アーム内の光の強度が、時間にわたって積分されたときに前記和アーム内の光の強度の目安を与える、請求項31、32、または33に記載の方法。
【請求項３５】
前記変調器によって放出される光の強度を検出する前記ステップが、前記差アーム内の光の強度を測定するステップを含む、請求項31から34に記載の方法。
【手続補正書】
【提出日】平成19年4月19日(2007.4.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2008510174.tif 000009
【国際調査報告】
2008510174.tif 000010
2008510174.tif 000011
2008510174.tif 000012