(57)【要約】【課題】周期的電圧／光学的パラメータ特性を有する電圧制御可能な光学的要素の動作（制御）電圧を設定するための方法及び装置を提供する。【解決手段】この装置は、上記要素に印加される電圧（Ｖ）を所定の初期値に設定するよう動作できる手段、即ちアップ／ダウンカウンタ及びＤ／Ａコンバータと、光学的パラメータ（Ｐ）を測定する手段と、所定値に対して電圧を逐次徐々に増加及び減少する（カウンタを増加／減少する）ための手段と、光学的パラメータの最大値及び最小値を発生する各電圧値(各々Ｖ0及びＶ∞)を決定するための手段とを備え、電圧を設定するように動作できる上記手段は、最大電圧値と最小電圧値との中間の値((Ｖ0＋Ｖ∞)／２)に電圧（Ｖ）を設定する。更に、上記装置は、光学的要素のその後の動作中に制御ループにより使用するために、上記最大値と最小値との間に存在する周期的特性の部分の傾斜の方向を決定するための手段を備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的電圧／光学的パラメータ特性を有する電圧制御可能な光学的要素の動作電圧を設定する装置において、上記要素に印加される電圧を所定の初期値に設定するように動作できる手段と、光学的パラメータを測定する手段と、所定値に対して電圧を逐次徐々に増加及び減少するための手段と、光学的パラメータの最大値及び最小値を発生する各電圧値を決定するための手段と、上記最大値と最小値との間に存在する周期的特性の部分の傾斜の方向を決定するための手段とを備え、電圧を設定するように動作できる上記手段は、最大電圧値と最小電圧値との中間の値に電圧を設定するように構成された装置。
【請求項２】
上記光学的要素を通信システムに使用して通信トラフィックを搬送するときには、上記装置は、更に、通信トラフィックの不存在を検出し、そしてそのトラフィックの不存在の検出に応答して、上記装置で上記要素の動作電圧を設定するようにさせる手段を備えた請求項１に記載の装置。
【請求項３】
上記電圧制御可能な光学的要素は、光学的変調器であり、そして上記光学的パラメータは、光学的減衰又は光学的パワーである請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
上記電圧制御可能な光学的要素は、マッハ−ツェンダー干渉計である請求項１ないし３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
上記マッハ−ツェンダー干渉計は、ニオブ酸リチウム干渉計である請求項４に記載の装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の装置を組み込んだ通信システム。
【請求項７】
周期的電圧／光学的パラメータ特性を有する電圧制御可能な光学的要素の動作電圧を設定する方法において、上記要素に印加される電圧を所定の初期値に設定し、光学的パラメータを測定し、所定値に対して電圧を逐次徐々に増加及び減少し、光学的パラメータの最大値及び最小値を発生する各電圧値を決定し、上記最大値と最小値との間に存在する周期的特性の部分の傾斜の方向を決定し、そして最大電圧値と最小電圧値との中間の値に電圧を設定するという段階を備えた方法。
【請求項８】
上記光学的要素を通信システムに使用して通信トラフィックを搬送するときには、上記方法は、更に、通信トラフィックの不存在を検出し、そしてそのトラフィックの不存在の検出に応答して、上記要素の動作電圧を設定するという段階を備えた請求項７に記載の方法。
【請求項９】
上記電圧制御可能な光学的要素は、光学的変調器であり、そして上記光学的パラメータは、光学的減衰又は光学的パワーである請求項７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
上記電圧制御可能な光学的要素は、マッハ−ツェンダー干渉計である請求項７ないし９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
上記マッハ−ツェンダー干渉計は、ニオブ酸リチウム干渉計である請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信システムにおいて電圧制御可能な光学的要素の動作を設定する方法及び装置に係る。より詳細には、本発明は、マッハ−ツェンダー干渉計、特に、ニオブ酸リチウムで製造された干渉計のような光学的変調器に係るが、これに限定されない。
【背景技術】
【０００２】
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）のマッハ−ツェンダー干渉計（以下、ＭＺ装置と称する）は、周期的である光学減衰／電圧特性を有する電圧制御型光学減衰器である。その使用は、主として、正確に制御された光学波長（しばしば波長チャンネルと称される）の集合が長距離光ファイバーを経て伝送されるＤＷＤＭ（高密度波長分割多重化）アプリケーションに向けられている。このような構成は、単一の光ファイバーが非常に広い帯域巾でデジタルデータを搬送できるようにする。ＭＺ装置は、送信レーザーからの出力において光学路に挿入されたときに、２つの異なるファンクションを与えるように使用できる。
ｉ．特定波長の光学パワーレベルを正確に制御する。
ii．光学信号を高速デジタルデータで変調する。
【０００３】
制御の観点から、両方のファンクションは、実質上同一である。唯一の顕著な相違は、通常変調に使用されるＭＺ装置が２つの差動入力信号を有することである。その一方は、高速データを搬送し、そして他方は、装置のバイアス点の設定に使用される。本発明は、上述した両ファンクションｉ及びｉｉに関連する。しかしながら、ｉｉの場合には、バイアスの観点が、特に問題となる。
【０００４】
図１は、ＭＺ装置の動作原理を示すブロック図である。光（光学放射）は、光ファイバケーブルからＭＺ装置に入り、そしてＳにおいて２つの経路に分割される。入射する光学パワーの半分が各経路に通過する。各経路に沿って通過する光は、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）のスラブにより導入される各遅延を受ける。外部制御電圧Ｖ１及びＶ２の結果である電界をＬｉＮｂＯ3にかけることにより遅延を変更することができる。各々潜在的な遅延を受ける２つの経路に沿って進行した光は、Ｃにおいて合成された後に、出て行くファイバケーブルへ供給される。
【０００５】
出力振幅と入力振幅の比は、２つの経路間の遅延差と共に変化することが示される。この遅延をτとし、特定の光学波長の角度周波数をωとすれば、次のようになる。
振幅比＝出力振幅／入力振幅＝０．７０７１（１＋ｃｏｓ（ωτ））0.5
従って、それに対応するパワー比（即ち出力パワー／入力パワー）は、累乗(raised)コサイン応答となる。
パワー比＝１／２（１＋ｃｏｓ（ωτ））
【０００６】
一方の制御電圧が固定でありそして他方が変化するＶである場合には（不完全さ及び非直線性を無視すると）、次のようになる。
パワー比＝１／２（１＋ｃｏｓ（π（Ｖ−Ｖ0）／Ｖπ））
但し、Ｖπ及びＶ0は、定数である。Ｖπは、出力パワーの次々の山と谷との間の電圧差を表わし、そしてＶ0は、最大出力パワーを生じる制御電圧を表わす。Ｖ0は、多数の値をもつが、通常、ゼロ電圧に最も近い値が引用される。
【０００７】
図２は、印加制御電圧Ｖに伴うパワー比の変化即ちＶ−Ｐ特性を示すグラフである。Ｙ軸の目盛は、パワーに対して直線的であることに注意されたい。更に、正規化された光学的減衰・対・制御電圧（電圧／光学減衰特性）の変化は、図２の場合の逆数であり、制御電圧＝Ｖ0のときに、パワー比は最大であり、一方、光学的減衰は、対応的に最小値となる。
【０００８】
上述したように、定数Ｖ0及びＶπは、ＭＺ装置を制御する上で重要である。不都合なことに、これらのいわゆる定数は、実際には、次のものに依存する変数である。
ｉ．製造公差（製造後の値は制御が困難である）。
ii．エージング（それらの値は経年変化する）。
iii．環境条件（温度のような）。
【０００９】
それ故、ある特定の出力パワーレベルを維持するように設計された制御回路は、次の概念的ステップを実行することが必要となる。
（ａ）出力ファイバーにおいてパワーレベル（Ｐ）を測定する。
（ｂ）（Ｐ）を所要値（変化し得る）と比較する。
（ｃ）Ｐを所要値に向けるように制御電圧（Ｖ）を調整する。
【００１０】
ステップ（ｃ）は、フィードバックループが、出力の不所望な変化に対抗するエラー修正信号を付与できるように、「Ｖ−Ｐ特性」傾斜の符号を知る必要がある。制御電圧が、特性の選択されたπセグメント（即ちＶπ）の境界を越えて漂遊すると、制御メカニズムは、おそらく欠陥となる。というのは、正のフィードバックが存在して、エラーの増加を招くからである。例えば、ノイズの過渡状態により制御電圧に過渡的な変化が生じただけでも、これを生じるのに充分である。次いで、制御ループは、負のフィードバックが再び回復したときに、次のπセグメントに到達するまで暴走する。しかしながら、Ｖ＝０に最も近いπセグメントから離れたπセグメントの動作は、不必要に高い電圧を使用して装置が動作され、大きな電気的歪、不安定さの増加、及びおそらくは短い動作寿命を招くことを意味する。唯一のオプションは、制御電圧Ｖをある初期条件に設定し、次いで、制御ループを再イネーブルすることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
それ故、特性の選択されたπセグメント内で制御ループをスタートするよう保証すると共に、Ｖ-Ｐ（電圧／光学的減衰）特性の転換点を適当に越えるような制御電圧Ｖに対して受け入れられる初期条件を決定するように装置を校正することが必要となる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の特徴によれば、周期的電圧／光学的パラメータ特性を有する電圧制御可能な光学的要素の動作電圧を設定する装置において、上記要素に印加される電圧を所定の初期値に設定するように動作できる手段と、光学的パラメータを測定する手段と、所定値に対して電圧を逐次徐々に増加及び減少するための手段と、光学的パラメータの最大値及び最小値を発生する各電圧値を決定するための手段と、上記最大値と最小値との間に存在する周期的特性の部分の傾斜の方向を決定するための手段とを備え、電圧を設定するように動作できる上記手段は、最大電圧値と最小電圧値との中間の値に電圧を設定するように構成された装置が提供される。
【００１３】
好都合にも、上記光学的要素を通信システムに使用して通信トラフィックを搬送するときには、上記装置は、更に、通信トラフィックの不存在を検出し、そしてそのトラフィックの不存在の検出に応答して、上記装置で上記要素の動作電圧を設定させる手段を備えている。
本発明は、上記電圧制御可能な光学的要素が光学的変調器でありそして上記光学的パラメータが光学的減衰／光学的パワーである場合に特に使用できる。最も好ましくは、上記電圧制御可能な光学的要素は、マッハ−ツェンダー干渉計であり、好ましくは、ニオブ酸リチウム干渉計である。
【００１４】
本発明の第２の特徴によれば、上記装置を組み込んだ通信システムが提供される。
本発明の更に別の特徴によれば、周期的電圧／光学的パラメータ特性を有する電圧制御可能な光学的要素の動作電圧を設定する方法において、上記要素に印加される電圧を所定の初期値に設定し、光学的パラメータを測定し、所定値に対して電圧を逐次徐々に増加及び減少し、光学的パラメータの最大値及び最小値を発生する各電圧値を決定し、上記最大値と最小値との間に存在する周期的特性の部分の傾斜の方向を決定し、そして最大電圧値と最小電圧値との中間の値に電圧を設定するという段階を備えた方法が提供される。
【００１５】
好都合にも、上記光学的要素を通信システムに使用して通信トラフィックを搬送するときには、上記方法は、更に、通信トラフィックの不存在を検出し、そしてそのトラフィックの不存在の検出に応答して、上記要素の動作電圧を設定する段階を備えている。好ましくは、上記電圧制御可能な光学的要素は、光学的変調器であり、そして上記光学的パラメータは、光学的減衰又は光学的パワーである。最も好ましくは、上記電圧制御可能な光学的要素は、マッハ−ツェンダー干渉計であり、好ましくは、ニオブ酸リチウム干渉計である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を一例として説明する。
図３は、ニオブ酸リチウムのマッハ−ツェンダー光学的変調器（干渉計）を校正／動作するための本発明による回路を示す。この回路は、必要が生じたときにＶ0及びＶπの値を決定する自己校正メカニズムを与える。制御電圧の校正が必要とされるケースは、次のものを含む。
−  回路の最初の電源投入時；
−  パワー制御ループが何らかの理由で故障したとき；
−  制御された停止の後にレーザーがターンオンされたとき；
−  回路はトラフィックを搬送しないときには周期的なベースで；又は
−  テストのために手動で。
【００１７】
回路により実行されるこの自己校正メカニズムは、次のステップを含む：
１．Ｖ＝０にセットし、光学的出力パワー（Ｐ0）を記録する。
２．Ｖ＝Ｖ＋ΔＶにセットし、新たな光学的パワー（ＰΔV）を記録する。
３．ＰΔV＜Ｐ0の場合には、ステップ８へ進む。
４．最大の光学的パワーに到達するまでＶをΔＶづつ増加し続け、Ｖ0＝Ｖの現在値を記録する。
５．Ｖ＝０にセットする。
６．最小の光学的パワーに到達するまでＶをΔＶづつ減少し続け、Ｖ∞＝Ｖの現在値を記録する。
７．手順を終える。
８．最大の光学的パワーに到達するまでＶをΔＶづつ減少し続け、Ｖ0＝Ｖの現在値を記録する。
９．Ｖ＝０にセットする。
１０．最小の光学的パワーに到達するまでＶをΔＶづつ増加し続け、Ｖ∞＝Ｖの現在値を記録する。
【００１８】
Ｖ0の値は、上記方法から予め決定される。Ｖπは、（Ｖ0−Ｖ∞）のモジュラスから決定され、「Ｐ−Ｖ特性」の傾斜の極性は、Ｖ0の符号から決定される。Ｖの値に対する良好な初期条件は、傾斜の中間点により与えられ、即ち
Ｖ＝（Ｖ0＋Ｖ∞）／２
であることが分かる。
【００１９】
図３を参照すれば、測定された光学的出力パワーＰは、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１へ送られ、光学的パワーを表わす対応する８ビットデジタル値を発生する。図３において、８で示す全ての接続は、８ビットのデジタル接続を表わしている。通常、光学的パワーは、変調器により出力された全光学的出力の既知の割合（数％）をタッピングすることにより測定される。この８ビットデジタル表示は、２つの直列接続されたラッチ２、３へ次々にクロック入力される。その結果、ラッチ２に保持される値Ａは、現在測定された光学的パワーを表わし、一方、ラッチ３に保持された値Ｂは、制御電圧Ｖの以前の値に対する光学的パワーを表わす。これらデジタル値Ａ、Ｂは、大きさ比較ロジック４へ送られる。この大きさ比較ロジック４は、次の条件即ちＡ＞Ｂ、Ａ＝Ｂ及びＡ＜Ｂに対して３つの出力ラインを有する。各出力ラインは、Ａ及びＢの値の比較に基づいて高状態（論理「１」）にセットされる。これら出力ラインは、コントローラブロック５を「操向」するのに使用され、該ブロックは、次いで、アップ／ダウンカウンタ６を制御するのに使用される。カウンタ６のカウントは、制御電圧Ｖの現在値を表わす８ビットデジタル値である。このデジタル値は、デジタル／アナログコンバータ７（Ｄ／Ａ）によりアナログ電圧に変換され、該コンバータの出力は、アナログ電圧Ｖである。この制御電圧は、ＭＺ装置（図示せず）をバイアスするのに使用される。アップ／ダウンカウンタ６及びそれに関連したＤ／Ａコンバータ７は、「符号付」の値に対して動作することが必要である。というのは、制御電圧Ｖが負及び正の両方の値へ揺動しなければならないからである。従って、ここでは、２の補数の演算が必要とされる。
【００２０】
各「サーチ」の始めに、アップ／ダウンカウンタ６がリセットされる。校正中に、このカウンタは、光学的パワーＰの最大及び最小値に到達するまでカウント（アップ又はダウン）する。光学的パワーの最大値及び最小値に対応するカウント（Ｖ0＋Ｖ∞に対応する）は、ラッチ９及び１０に各々記憶される。最大及び最小の光学的出力に対応するカウントが決定された後に、２つの値が加算器ブロック１１により一緒に加算され、９ビットの和を発生する。この和の最下位ビットが破棄されて、それにより得られる８ビットの値が、２つのカウントの平均値を表わす（即ち（Ｖ0＋Ｖ∞）／２に対応する）。この値は、次いで、アップ／ダウンカウンタ６へロードされ、これにより、制御電圧Ｖをその中間傾斜値にセットする。この点において、校正プロセスが完了し、コントローラ５は、「終了」と示されたラインを、校正プロセスが終了したことを示す高状態にセットすると共に、従来の制御ループにより光学的変調器の制御を開始する。又、コントローラ５は、変調器がセットされたところの電圧／光学的パワー特性の部分の傾斜の極性も決定し、これは、変調器の動作中に従来の制御ループにより使用される。校正回路が傾斜の極性及び適当なスタート点（制御電圧）を決定すると、その動作がディスエイブルされ、従来の制御ループが投入される。
【００２１】
校正プロセスがアクティブでないときには、従来の制御ループは、制御電圧Ｖの値を維持するのに使用される。このような構成は既知であり、充分に文書化されているので、ここではそれ以上説明しない。
ＭＺ装置を使用して、レーザーからの光学放射を高速デジタルデータで変調することが意図されるときには、その変調装置が校正プロセス中にディスエイブルされることが明らかである。
【００２２】
更に、上述した特定の実施形態に対して本発明の範囲内で変更を行い得ることが明らかであろう。例えば、付加的な精巧さを回路に追加して、ＭＺ装置のＶ−Ｐ特性のノイズや不規則性を考慮した更に正確な結果を与えることができる。これらは、例えば、次のものを含む。
−  Ｐの多数のサンプルを測定し（Ｖの同じ値において）そしてそれらの平均値を使用する；
−  Ｐの多数のサンプルを測定し（Ｖの増分的に異なる値において）そしてそれらの平均値を使用する；
−  全校正プロセスを２回以上繰り返し、そして見出した値（Ｖ0及びＶ∞）の平均値を使用する；又は
−  上記を組み合わせて実行する。
【００２３】
以上の説明では、ＭＺ干渉計に関連して回路を説明したが、本発明の回路及び方法は、他の形式の電圧制御可能な光学的要素、特に、周期的な性質である電圧／光学的特性をもつ光学的要素にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】既知のマッハ−ツェンダー干渉計の概略図である。
【図２】図１の干渉計の電圧／光学的減衰特性を示すグラフである。
【図３】マッハ−ツェンダー光学的変調器のような電圧制御可能な光学的要素を校正するための本発明による回路のブロック図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  Ａ／Ｄコンバータ
２、３  ラッチ
４  大きさ比較ロジック
５  コントローラブロック
６  アップ／ダウンカウンタ
７  Ｄ／Ａコンバータ
９、１０  ラッチ
１１  加算器ブロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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