(57)【要約】【課題】光デュオバイナリ変調方式を利用する際、周囲温度、経時変化によって光変調器の特性が変動しても、簡便な装置構成で出力光信号を安定化させる。【解決手段】光デュオバイナリ変調方式において、温度変化および経時変化による光変調器のＤＣドリフトを補償するように直流バイアス電圧を増減させ、増加させた時と減少させた時の出力光信号の時間平均パワーの差に基づいてバイアス制御信号を生成して直流バイアス電圧が最適値になるように補正する。【選択図】　　図１
2004117729.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三値信号に応じた駆動電圧が直流バイアス電圧を中心として変調入力として供給され、二値の光信号を出力する光変調器と、
前記光変調器の光出力の時間平均を表わす平均光出力情報に基づいて、前記直流バイアス電圧を決定するバイアス電圧決定部
とを具備することを特徴とする光変調器制御装置。
【請求項２】
前記バイアス電圧決定部は、前記直流バイアス電圧を微少増減させた前後の前記光変調器の平均光出力パワーの差に基づいて前記直流バイアス電圧を決定することを特徴とする請求項１記載の光変調器制御装置。
【請求項３】
発光頂点または消光頂点が周期的に繰り返す曲線で示される駆動電圧対光出力特性を有し、三値信号に応じた駆動電圧が直流バイアス電圧を中心として与えられ、前記駆動電圧に応じて入力光を変調し、二値の光信号を出力する光変調器と、
前記直流バイアス電圧を生成する直流バイアス生成回路と、
二値のＮＲＺ　信号入力を三値信号に変換し、この三値信号に基づいて前記光変調器の駆動電圧対光出力特性の周期的な発光頂点または消光頂点の隣り合う２点間に相当する信号振幅を有する駆動電圧を生成し、前記直流バイアス生成回路で生成された直流バイアス電圧に重疊して前記光変調器に供給する駆動回路と、
前記光変調器の光出力の時間平均を表わす平均光出力レベルを検出する光検出手段と、
前記直流バイアス電圧を微少増減させた前後の前記光変調器の平均光出力パワーの差に基づいて前記直流バイアス電圧を決定する制御手段
とを具備することを特徴とする光変調器制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記直流バイアス電圧の現在値を中心にして前記三値信号よりも十分に低い周波数で二値的に増減変化させるように前記直流バイアス生成回路を制御するための制御信号を選択的に生成する機能を含み、前記直流バイアス電圧を二値的に変化させる前後で前記光検出手段により検出された平均光出力レベルの差を検出し、この検出結果に基づいて前記直流バイアス電圧を適正な方向に適正な量だけ補正するように制御することを特徴とする光変調器制御装置。
【請求項５】
前記駆動回路は、前記駆動電圧の信号振幅を、前記光変調器の光透過率が最大値の時と最小値の時の駆動電圧の差Ｖπの２倍に設定し、
前記制御手段は、前記平均光出力レベルの差の検出結果に基づいて前記直流バイアス電圧を前記光変調器の駆動電圧対光出力特性の特定の消光頂点または発光頂点に一致させるように制御する
ことを特徴とする光デュオバイナリ変調方式の光変調器制御装置。
【請求項６】
前記変調器はマッハツェンダ型変調器であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光変調器制御装置。
【請求項７】
前記制御手段はマイクロコントロールユニットが用いられることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の光変調器制御装置。
【請求項８】
前記マイクロコントロールユニットは、
前記直流バイアス電圧Ｖｂ　を０Ｖに初期設定する第１の制御手段と、
制御に必要な定数を外部メモリから読み込む第２の制御手段と、
前記直流バイアス電圧Ｖｂ　を直前の値から単位変化量ΔＶｂ　だけ増減させた際のそれぞれの光出力パワーの時間平均値の差ΔＰａｖを求め、ΔＰａｖの絶対値が所定値以上の場合はその大きさに応じてΔＰａｖの正負に応じた変化方向にバイアス電圧Ｖｂ　を変化させるように制御し、ΔＰａｖの絶対値が所定値未満の場合は所定時間待機させるように制御する第３の制御手段と、
前記第３の制御手段による制御を繰り返し行う繰り返し制御手段
とを具備することを特徴とする請求項７記載の光変調器制御装置。
【請求項９】
前記第３の制御手段は、
前記直流バイアス電圧Ｖｂ　を直前の値から単位変化量ΔＶｂ　だけ高く設定する第４の制御手段と、
前記第４の制御手段による制御後の光出力パワーの時間平均値を参照し、第１の平均光出力パワーＰａｖ▲１▼としてマイクロコントロールユニットに内蔵されるメモリ領域に格納する第５の制御手段と、
前記直流バイアス電圧Ｖｂ　を前記第４の制御手段による設定値から２ΔＶｂ　だけ低く設定する第６の制御手段と、
前記第６の制御手段による制御後の光出力パワーの時間平均値を参照し、第２の平均光出力パワーＰａｖ▲２▼としてマイクロコントロールユニットに内蔵されるメモリ領域に格納する第７の制御手段と、
前記直流バイアス電圧Ｖｂ　を前記第４の制御手段による設定前の値に戻すとともに、前記２つの平均光出力パワーの差ΔＰａｖ（＝Ｐａｖ▲２▼−Ｐａｖ▲１▼）を計算し、その値によって条件分岐する第８の制御手段と、
前記ΔＰａｖが許容誤差ε（正値）よりも大きい時には、Ｖｂ　を減少させてＶｂ−ΔＶｂ　×ΔＰａｖに設定するように制御し、前記ΔＰａｖが許容誤差−εよりも小さい時には、Ｖｂ　を増加させてＶｂ　＋ΔＶｂ　×ΔＰａｖに設定するように制御し、前記ΔＰａｖがε以下、−ε以上の時には、Ｖｂ　が最適動作点にあるとみなし、バイアス電圧Ｖｂ　の値は変更せずに制御を所定時間待機する第９の制御手段
とを具備することを特徴とする請求項７記載の光変調器制御装置。
【請求項１０】
前記第３の制御手段は、
前記直流バイアス電圧Ｖｂ　を直前の値から単位変化量ΔＶｂ　だけ低く設定する第４の制御手段と、
前記第４の制御手段による制御後の光出力パワーの時間平均値を参照し、第１の平均光出力パワーＰａｖ▲１▼としてマイクロコントロールユニットに内蔵されるメモリ領域に格納する第５の制御手段と、
前記直流バイアス電圧Ｖｂ　を前記第４の制御手段による設定値から２ΔＶｂ　だけ高く設定する第６の制御手段と、
前記第６の制御手段による制御後の光出力パワーの時間平均値を参照し、第２の平均光出力パワーＰａｖ▲２▼としてマイクロコントロールユニットに内蔵されるメモリ領域に格納する第７の制御手段と、
前記直流バイアス電圧Ｖｂ　を前記第４の制御手段による設定前の値に戻すとともに、前記２つの平均光出力パワーの差ΔＰａｖ（＝Ｐａｖ▲２▼−Ｐａｖ▲１▼）を計算し、その値によって条件分岐する第８の制御手段と、
前記ΔＰａｖが許容誤差ε（正値）よりも大きい時には、Ｖｂ　をΔＶｂ　×ΔＰａｖだけ増加させるように制御し、前記ΔＰａｖが許容誤差−εよりも小さい時には、Ｖｂ　をΔＶｂ　×ΔＰａｖだけ減少させるように制御し、前記ΔＰａｖがε以下、−ε以上の時には、Ｖｂ　が最適動作点にあるとみなし、バイアス電圧Ｖｂ　の値は変更せずに制御を所定時間待機する第９の制御手段
とを具備することを特徴とする請求項７記載の光変調器制御装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光変調器制御装置と、
前記光変調器の入力光を出射する光源と、
前記光変調器から出力される光信号を光通信ファイバーに送信する手段
とを具備することを特徴とする光送信装置。
【請求項１２】
光変調器の変調入力として供給する三値信号に応じた駆動電圧の直流バイアス電圧を二値的に増減変化させ、その増減変化の前後での前記光変調器の光出力平均パワーの差に基づいて前記直流バイアス電圧を制御することを特徴とする光変調器の制御方法。
【請求項１３】
三値信号に応じた駆動電圧とともに直流バイアス電圧を光変調器に与えることによって入力光を駆動電圧に応じて変調して光信号を出力させる第１のステップと、
前記光変調器の光出力の時間平均を表わす平均光出力パワーを検出する第２のステップと、
前記直流バイアス電圧を前記三値信号よりも十分に低い周波数で二値的に変化させるための制御信号を生成する機能を含み、前記直流バイアス電圧を二値的に変化させる前後で前記第２のステップにより検出された平均光出力パワーの差を検出し、この検出結果に基づいて前記直流バイアス電圧を制御する第３のステップ
とを具備することを特徴とする光変調器の制御方法。
【請求項１４】
マイクロコントロールユニットに対して、
光変調器の直流バイアス電圧を二値的に変化させる前後での光変調器の光出力平均パワーの差に基づいて前記光変調器の直流バイアス電圧を制御させる機能を実現させることを特徴とする光変調器の制御プログラム。
【請求項１５】
マイクロコントロールユニットに対して、
三値信号に応じた駆動電圧が直流バイアス電圧を中心として変調入力として供給される光変調器から出力される光信号の時間平均を表わす平均光出力レベルを検出させる機能と、
前記直流バイアス電圧を入力信号よりも十分に低い周波数で二値的に変化させるための制御信号を生成させる機能と、
前記直流バイアス電圧の大きさを二値的に変化させる前後で前記検出された平均光出力レベルの差を検出させ、この検出結果に基づいて前記光変調器の直流バイアス電圧を制御させる機能
を実現させることを特徴とする光変調器の制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システム等で用いられる光変調器制御装置、光送信装置、光変調器の制御方法およびそのプログラムに係り、特にバイアス電圧入力と光信号出力の特性が周期性を有する電気／光変換器から出力される光信号を安定化する制御技術に関するもので、例えば光デュオバイナリ変調方式を用いる長距離高速光ファイバー通信ネットワークに使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
高速光ファイバーを用いた光通信システムにおいては、一般に、二値のデジタル信号であるＮＲＺ　（Ｎｏｎ　Ｒｅｔｕｒｎ　ｔｏ　Ｚｅｒｏ）信号により光変調を行うＮＲＺ　変調方式が用いられているが、時分割方式（ＴＤＭ）　により大容量化を図る場合、波長分散（ＧＶＤ）　による波形劣化が伝送距離を制限する要因になる。また、分散耐力はデータ伝送速度（ビットレート）の二乗に反比例するので、１０Ｇｂ／ｓシステムにおいて分散耐力が約８００ｐｓ／ｎｍであったとすると、伝送速度が４倍の４０Ｇｂ／ｓシステムにおいては分散耐力が１／１６の約５０ｐｓ／ｎｍ　に低下し、厳しくなる。
【０００３】
上記した波長分散による波形劣化を低減する方法の１つとして、光デュオバイナリ変調方式が提案された（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
この光デュオバイナリ変調方式は、ＮＲＺ　変調方式に比べて、光信号スペクトルの帯域幅を約半分にして波長分散による影響を低減する。例えば１０Ｇｂ／ｓシステムにおける光信号スペクトルの帯域幅は、ＮＲＺ　変調方式の場合に周波数で１０ＧＨｚ　、波長で０．２ｎｍ　であるのに対して、光デュオバイナリ変調方式の場合には、周波数で５ＧＨｚ　、波長で０．１ｎｍ　であり、ＮＲＺ　変調方式に比べて半減する。
【０００５】
波長により光の伝搬速度が異なり、光信号スペクトルの帯域幅が大きいほど、伝搬速度の変化幅が大きくなり、長距離伝送による波形の崩れが大きくなることから、光デュオバイナリ変調方式により光信号スペクトルの帯域幅を小さくすることができれば、伝搬速度の変動幅が小さくなり、分散耐力が増大する。
【０００６】
ここで、光デュオバイナリ変調方式について概要を説明する。
【０００７】
図５は、光デュオバイナリ変調方式による変調部の構成を示している。
【０００８】
図６は、図５中の各部の信号波形およびそのアイパターンを示している。
【０００９】
図７は、光デュオバイナリ変調方式の原理を説明するために示している。
【００１０】
図５において、１０１　は半導体レーザ、１０２　はマッハツェンダ型光変調器（以下、ＭＺ型変調器と記す）である。１０３　は４０Ｇｂ／ｓの二値のＮＲＺ　入力信号を符号化するプリコーダ、１０４　は振幅調整部として機能する変調器ドライバ、１０５　はビットレート（ＢＲ）の１／４　程度の低域信号の通過帯域を有する低域通過フィルタ（ＬＰＦ）　、１０６はバイアス調整回路（バイアスティ）、１０７　は終端器である。
【００１１】
二値のＮＲＺ　信号入力がプリコーダ１０３　によって符号化された後、変調器ドライバで振幅調整され、さらに低域フィルタ１０５　を通過することにより、三値の信号に変換されてＭＺ型変調器１０２　の信号電極に印加される。
【００１２】
光デュオバイナリ変調方式では、ＭＺ型変調器１０２　の駆動電圧がＮＲＺ　変調方式に比べて２倍になるので、ＭＺ型変調器１０２　はＶπの２倍の駆動振幅（＝２Ｖπ）で変調される。また、駆動電圧対光出力特性曲線上の周期的な発光頂点のうちの隣り合う２つの頂点間で駆動されるように、直流バイアス電圧（駆動電圧の中心）が設定される。
【００１３】
図６において、（ａ）は二値のＮＲＺ　入力信号とそのアイパターン、（ｂ）はプリコーダ１０３　の出力信号とそのアイパターン、（ｃ）は低域透過フィルタ１０５　の出力信号とそのアイパターン、（ｄ）はＭＺ型変調器１０２　の出力光信号とそのアイパターンを示す図である。
【００１４】
図６から分かるように、ＭＺ型変調器の出力光信号は、二値のＮＲＺ　信号入力と全く同じ論理を有する光信号となるので、この光信号を受信する受信器（図示せず）は、デコーダを必要とせずに二値のＮＲＺ　信号に変換することができる。
【００１５】
上記したような光デュオバイナリ変調方式は、従来のＮＲＺ　変調方式に比べて、光信号スペクトルの帯域幅が約半分になるという特徴があり、波長分散による影響を低減することができ、波長多重（ＷＤＭ　）方式においてより高密度にチャネルを配置することができる。即ち、波長多重技術によって大容量化を図る場合には、光増幅器により増幅できる波長帯域が制限要因の一つになるが、光デュオバイナリ変調方式の光信号スペクトルの狭帯域性を利用することにより、光増幅器の増幅帯域幅内により高密度にチャネルを配置することができる。
【００１６】
ところで、従来の直接変調方式（変調入力に合わせて半導体レーザの駆動電流に強弱をつける方式）は、伝送速度が速くなるにつれて、出力光信号の波長変動（チャーピング）の影響や光ファイバー内の分散により、長距離伝送が困難になってきた。
【００１７】
これに対して、前記ＭＺ型変調器は、原理的に波長変動を起こさないで電気−光変換を行うことができ、光送信装置に使用することにより送信光の波長の変動が小さいという利点がある。
【００１８】
しかし、ＭＺ型変調器は、基板材質の　ＬｉＮｂＯ３　の温度変化や経時変化等に伴って、駆動電圧対光出力特性の動作点が時間的に変動（ＤＣドリフト）し、出力（光信号）が不安定になるという問題点がある。
【００１９】
【非特許文献１】
Ａ．Ｊ．Ｐｒｉｃｅ　ｅｔ　ａｌ．，　”Ｒｅｄｕｃｅｄ　Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ　Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ　Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ”，　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．　Ｌｅｔｔ．，　ｖｏｌ．３１，　Ｎｏ．１，　ｐｐ．５８−５９，　１９９５
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来のＭＺ型変調器を使用する光デュオバイナリ変調方式は、ＭＺ型変調器の特性変動により出力光信号が不安定になるという問題点がある。このため、ＭＺ型変調器を使用する光デュオバイナリ変調方式の光通信システムが、常時安定に動作し、送信出力（光信号）が安定化するように、動作点変動に応じてバイアス電圧を制御することが必要になる。
【００２１】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、光変調器の電圧対光出力の周期的な特性における隣り合う２つの発光頂点間あるいは隣り合う２つの発光消点間の信号振幅を有する電圧でＭＺ型変調器を駆動するような変調方式を利用する際、ＭＺ型変調器の電圧対光出力特性の温度変動、経時変動等による変化を簡単な構成で補償することができ、小型化が容易となる光変調器制御装置、光送信装置、光変調器の制御方法およびそのプログラムを提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の光変調器制御装置は、三値信号に応じた駆動電圧が直流バイアス電圧を中心として変調入力として供給され、二値の光信号を出力する光変調器と、前記光変調器の光出力の時間平均を表わす平均光出力情報に基づいて、前記直流バイアス電圧を決定するバイアス電圧決定部とを具備することを特徴とする。
【００２３】
本発明の第２の光変調器制御装置は、発光頂点または消光頂点が周期的に繰り返す曲線で示される駆動電圧対光出力特性を有し、三値信号に応じた駆動電圧が直流バイアス電圧を中心として与えられ、前記駆動電圧に応じて入力光を変調し、二値の光信号を出力する光変調器と、前記直流バイアス電圧を生成する直流バイアス生成回路と、二値のＮＲＺ　信号入力を三値信号に変換し、この三値信号に基づいて前記光変調器の駆動電圧対光出力特性の周期的な発光頂点または消光頂点の隣り合う２点間に相当する信号振幅を有する駆動電圧を生成し、前記直流バイアス生成回路で生成された直流バイアス電圧に重疊して前記光変調器に供給する駆動回路と、前記光変調器の光出力の時間平均を表わす平均光出力レベルを検出する光検出手段と、前記直流バイアス電圧を微少増減させた前後の前記光変調器の平均光出力パワーの差に基づいて前記直流バイアス電圧を決定する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００２４】
本発明の光送信装置は、本発明の光変調器制御装置と、前記光変調器の入力光を出射する光源と、前記光変調器から出力される光信号を光通信ファイバーに送信する手段とを具備することを特徴とする。
【００２５】
本発明の第１の光変調器の制御方法は、光変調器の変調入力として供給する三値信号に応じた駆動電圧の直流バイアス電圧を二値的に増減変化させ、その増減変化の前後での前記光変調器の光出力平均パワーの差に基づいて前記直流バイアス電圧を制御することを特徴とする。
【００２６】
本発明の第２の光変調器の制御方法は、三値信号に応じた駆動電圧とともに直流バイアス電圧を光変調器に与えることによって入力光を駆動電圧に応じて変調して光信号を出力させる第１のステップと、前記光変調器の光出力の時間平均を表わす平均光出力パワーを検出する第２のステップと、前記直流バイアス電圧を前記三値信号よりも十分に低い周波数で二値的に変化させるための制御信号を生成する機能を含み、前記直流バイアス電圧を二値的に変化させる前後で前記第２のステップにより検出された平均光出力パワーの差を検出し、この検出結果に基づいて前記直流バイアス電圧を制御する第３のステップとを具備することを特徴とする。
【００２７】
本発明の第１の光変調器制御装置の制御プログラムは、マイクロコントロールユニットに対して、光変調器の直流バイアス電圧を二値的に変化させる前後での光変調器の光出力平均パワーの差に基づいて前記光変調器の直流バイアス電圧を制御させる機能を実現させることを特徴とする。
【００２８】
本発明の第２の光変調器制御装置の制御プログラムは、マイクロコントロールユニットに対して、三値信号に応じた駆動電圧が直流バイアス電圧を中心として変調入力として供給される光変調器から出力される光信号の時間平均を表わす平均光出力レベルを検出させる機能と、前記直流バイアス電圧を入力信号よりも十分に低い周波数で二値的に変化させるための制御信号を生成させる機能と、前記直流バイアス電圧の大きさを二値的に変化させる前後で前記検出された平均光出力レベルの差を検出させ、この検出結果に基づいて前記光変調器の直流バイアス電圧を制御させる機能を実現させることを特徴とする。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００３０】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光ファイバー通信用の光変調器制御装置を用いた光送信装置を示すブロック図である。図中、光変調器制御装置は光デュオバイナリ変調方式を用いており、光変調器制御装置の回路部分は、例えば複数個の半導体装置からなるマルチチップモジュールにより構成される。
【００３１】
図１において、光源である半導体レーザ１０１　からの出射光は外部変調器であるＭＺ型変調器１０２　に入力される。一方、外部より入力する二値のＮＲＺ　信号は、プリコーダ１０３　に入力されて符号化される。このプリコーダ１０３　の出力信号は、変調器ドライバ１０４　で振幅増幅された後、低域透過フィルタ（ＬＰＦ）１０５　で三値のデジタル信号に変換される。この三値のデジタル信号はバイアスティでバイアス電圧を調整してＭＺ型変調器１０２　の駆動信号を生成する。
【００３２】
ＭＺ型変調器１０２　は、駆動信号に応じて半導体レーザ１０１　からの出力光を変調する。このＭＺ型変調器１０２　の出力光は、光分岐器１０８　により二分岐され、一方は光信号として出力され、もう一方は光信号モニタ用のフォトダイオード（ＰＤ）１０９　に入力される。このモニタＰＤ１０９　は、入力した光信号を光パワーに比例した電流に変換して電流／電圧変換型のアンプ１１０　に供給する。このアンプ１１０　は、モニタＰＤ１０９　の出力電流を電圧に変換して光出力モニタ電圧Ｖａｖを出力する。ここで、上記モニタＰＤ１０９　とアンプ１１０　は、ＭＺ型変調器１０２　の光出力パワーの時間平均値Ｐａｖを検出するものであり、往々にして高価となる高速な応答特性は必要としない。
【００３３】
前記アンプ１１０　の出力電圧Ｖａｖは、制御部１１１　に送出される。この制御部１１１は、本例では、ＭＣＵ　（マイクロコントロールユニット）１１３　とＡ／Ｄ　コンバータ１１２　、Ｄ／Ａ　コンバータ１１４　で構成される。
【００３４】
上記ＭＣＵ　１１３　は、入力された電圧値ＶａｖをＡ／Ｄ　コンバータ１１２　でデジタル信号に変換した後、例えばＭＣＵ　が内蔵するメモリ領域に記憶する。その後、Ｄ／Ａ　コンバータ１１４　および差動アンプ１１５　を介してバイアスティ１０６　に入力する電圧として、ＭＺ型変調器１０２　のバイアス電圧（前記メモリ領域に記憶したＶａｖ）に微少変化を与えるように増減させる。そして、上記したようにバイアス電圧を増減させた後の電圧値Ｖａｖ’を参照し、増減させる前の電圧値Ｖａｖとの差ΔＶａｖ（＝Ｖａｖ’−Ｖａｖ）を求め、そのΔＶａｖに基づいてバイアス制御信号を生成し、Ｄ／Ａ　コンバータ１１４　によりアナログ信号に変換して差動アンプ１１５　に送出する。上記バイアス制御信号は、差動アンプ１１５　で増幅され、バイアスティ１０６　を介してＭＺ型変調器１０２　のバイアス電圧Ｖｂ　として印加される。
【００３５】
以下、図２、図３を参照して、図１の光デュオバイナリ方式用のＭＺ型変調器１０２　のバイアス制御方式の動作原理について説明する。
【００３６】
図２は、図１に示したＭＺ型変調器１０２　の直流バイアス電圧Ｖｂ　の大きさを変化させた場合の入力駆動電圧と出力光信号の関係（光透過特性）の一例を示す特性図である。
【００３７】
図３は、図１に示したＭＺ型変調器１０２　の直流バイアス電圧Ｖｂ　と出力光信号の平均パワー出力の差ΔＰａｖの関係を示す特性図である。
【００３８】
図２中、ＭＺ型変調器１０２　の入力電圧の信号振幅Ｖｐｐは２Ｖπに等しい状態を示している。Ｖπは、光透過率が最大値（ピーク）の時の駆動電圧と光透過率が最小値（零）の時の駆動電圧との差である。また、図２中、＋ＱＵＡＤは光透過率が最大値と最小値の中間値で傾きが正である点、−ＱＵＡＤは光透過率が最大値と最小値の中間値で傾きが負である点を示している。
【００３９】
ＭＺ型変調器１０２　のバイアス電圧Ｖｂ　が最適動作点Ｖｎｕｌｌ（駆動電圧対光出力特性の曲線の消光頂点に一致させるバイアス電圧）にある場合には、三値の入力信号（前記低域透過フィルタ１０５　から出力する三値信号に依存する）に対して二値の出力光信号が得られる。
【００４０】
しかし、ＭＺ型変調器１０２　のバイアス電圧Ｖｂ　は、ＤＣドリフト（動作点ドリフト）によって、光透過特性が図２中の横軸方向にずれる。
【００４１】
図２中、▲１▼および▲１▼´は、ＭＺ型変調器１０２　のバイアス電圧Ｖｂ　をその直前の値より微小量ΔＶ（ΔＶ＞０）だけ大きくした場合の入力電圧波形と出力光波形の関係を示しており、この場合の出力光信号パワーの時間平均値をＰａｖ▲１▼で示している。
【００４２】
また、▲２▼および▲２▼´は、ＭＺ型変調器１０２　のバイアス電圧Ｖｂ　をその直前の値より微小量ΔＶ（ΔＶ＞０）だけ小さくした場合の入力電圧波形と出力光波形の関係を示しており、この場合の出力光信号パワーの時間平均値をＰａｖ▲２▼で示している。
【００４３】
そして、出力光信号パワーの時間平均値の差（Ｐａｖ▲２▼−Ｐａｖ▲１▼）をΔＰａｖとして示している。この場合、図２中の▲１▼および▲２▼は、バイアス電圧Ｖｂ　がＤＣドリフトによって最適動作点Ｖｎｕｌｌに対して正側（図中横軸では右方向）にずれている場合を示しており、Ｖｎｕｌｌに対する正側へのドリフト量が大きい場合のＰａｖ▲１▼はドリフト量が小さい場合のＰａｖ▲２▼に比べて低くなることが分かる。
【００４４】
上記とは逆に、バイアス電圧Ｖｂ　がＤＣドリフトによって最適動作点Ｖｎｕｌｌに対して負側（図中横軸では左方向）にずれている場合（図示せず）にも、Ｖｎｕｌｌに対する負側へのドリフト量が大きい場合のＰａｖ▲１▼はドリフト量が小さい場合のＰａｖ▲２▼に比べて低くなることが分かる。
【００４５】
上記したようにＤＣドリフトを生じた場合、バイアス電圧Ｖｂ　が最適動作点Ｖｎｕｌｌにある場合に比べて出力光信号▲１▼´、▲２▼´の振幅が低下することによって、消光比、光パワー劣化などが起こるので、ＤＣドリフトを補償する必要がある。
【００４６】
即ち、ＤＣドリフトを生じた場合には、そのドリフト量を駆動電圧変化量と考え、その電圧変化量ΔＶｂ　だけ駆動電圧の値を変化させることにより、ＤＣドリフトに対して補償を行う必要がある。この補償は、Ｖｂ　をΔＶｂ　だけ変化させることにより等価的に実現できる。
【００４７】
図３において、平均パワーの差ΔＰａｖ＝０になるバイアス電圧Ｖｂｏｐｔは、ＭＺ型変調器１０２　の光透過特性と入力信号の関係が最適な関係にある場合のバイアス値であり、Ｖｎｕｌｌ（電圧対光出力特性の曲線の消光頂点に一致させるバイアス電圧）に一致する。
【００４８】
ここで、図２に示したように、ＤＣドリフトによってＶｂ　が最適値Ｖｎｕｌｌから正側に位置した場合（ＭＺ型変調器１０２　の光透過特性が最適状態から左方向にずれてしまった場合）は、Ｖｂ　をその直前の値よりΔＶ（ΔＶ＞０）だけ増減させた場合（Ｖｎｕｌｌから遠ざけたり、近付けたりした場合）に、ΔＰａｖ＜０になる。上記とは逆に、ＤＣドリフトによってＶｂ　が最適値Ｖｎｕｌｌから負側に位置した場合（ＭＺ型変調器１０２　の光透過特性が最適状態から右方向にずれてしまった場合）は、Ｖｂ　をその直前の値よりΔＶ（ΔＶ＞０）だけ増減させた場合（Ｖｎｕｌｌから近付けたり、遠ざけたりした場合）は、ΔＰａｖ＞０になる。
【００４９】
従って、Ｖｂ　を増減させる前後での平均パワーの差ΔＰａｖ　を検出し、その絶対値｜ΔＰａｖ　｜および極性に基づいてＤＣドリフトのずれの量および方向を判定し、Ｖｂ　を変化させてΔＰａｖ　が零となるように制御すれば、Ｖｂ　を最適バイアス電圧Ｖｎｕｌｌに一致させることが可能になる。
【００５０】
図４は、図１に示した光変調器制御装置における制御部１１１　による制御手順の一例を示すフローチャートである。この制御は、ＭＣＵ１１３のプログラムＲＯＭに制御プログラムを書き込んでおき、実行させることによって実現される。
【００５１】
次に、図４を参照しながら制御手順を説明する。
【００５２】
（１）第１ステップＳ５０１で、Ｖｂ　を初期値（通常０Ｖ）に設定する。
【００５３】
（２）第２ステップＳ５０２で、制御に必要な定数（ΔＶｂ　、Ｖπなど）を外部メモリから読み込む。
【００５４】
（３）第３ステップＳ５０３で、Ｖｂ　を初期値に対して微少変化ΔＶ（＞０）だけ増加させる（Ｖｂ　＝Ｖｂ　＋ΔＶ）。
【００５５】
（４）第４ステップＳ５０４で、光出力パワーの時間平均値（実際は電圧値Ｖａｖ）を参照し、Ｐａｖ▲１▼としてＭＣＵ１１３に内蔵されるメモリ領域に格納する。
【００５６】
（５）第５ステップＳ５０５で、Ｖｂ　を初期値に対して微少変化ΔＶ　だけ減少させる（Ｖｂ　＝Ｖｂ　−２ΔＶ）。
【００５７】
（６）第６ステップＳ５０６で、光出力パワーの時間平均値（実際は電圧値Ｖａｖ）を参照し、Ｐａｖ▲２▼としてＭＣＵ１１３に内蔵されるメモリ領域に格納する。
【００５８】
（７）第７ステップＳ５０７で、Ｖｂ　を初期値に戻す（Ｖｂ　＝Ｖｂ　＋ΔＶ）。
【００５９】
（８）第８ステップＳ５０８で、ΔＰａｖ＝Ｐａｖ▲２▼−Ｐａｖ▲１▼を計算し、その値に対して以下のように判定処理を行い、その結果（条件）に応じて分岐処理を行う。
【００６０】
（９）ΔＰａｖが許容誤差ε（正値）よりも大きい時には、Ｖｂ　を減少させ、Ｖｂ−ΔＶｂ　×｜ΔＰａｖ｜に設定する（第９ステップＳ５０９）。即ち、｜ΔＰａｖ｜が大きいほどＶｂ　を大きく減少させる。
【００６１】
（１０）ΔＰａｖが許容誤差−εよりも小さい時には、Ｖｂ　を増加させ、Ｖｂ　＋ΔＶｂ　×｜ΔＰａｖ｜に設定する（第１０ステップＳ５１０）。即ち、｜ΔＰａｖ｜が大きいほどＶｂ　を大きく増加させる。
【００６２】
（１１）ΔＰａｖがε以下、−ε以上の時には、Ｖｂ　が最適動作点にあるとみなし、Ｖｂ　の値は変更せずに（第１１ステップＳ５１１）、制御をＴ１　秒間待機（Ｗａｉｔ）させ（第１２ステップＳ５１２）、その後、第３ステップＳ５０３に戻り、上記（３）〜（１１）の制御を繰り返す。
【００６３】
以上述べた制御手順により、ＭＺ型変調器１０２　の光透過特性が周囲温度の変化や経時変化などによって変化した場合でも、それに応じてＭＺ型変調器１０２　のＶｂ　を補正制御し、常に最適な動作を維持させることが可能になる。
【００６４】
なお、前記ΔＶの増減の順序を上記例とは逆にした場合、即ち、第３ステップＳ５０３でＶｂ　を初期値に対してΔＶだけ減少させ、第５ステップＳ５０５でＶｂ　を初期値に対してΔＶだけ増加させた場合には、ΔＰａｖがεよりも大きい時にはＶｂ　をΔＶｂ　×｜ΔＰａｖ｜だけ増加させ、ΔＰａｖが−εよりも小さい時にはＶｂ　をΔＶｂ　×｜ΔＰａｖ｜だけ減少させるように変更すればよい。
【００６５】
即ち、本発明の光変調器制御装置は、三値信号に応じた駆動電圧が直流バイアス電圧を中心として変調入力として供給され、二値の光信号を出力する光変調器と、前記光変調器の光出力の時間平均を表わす平均光出力情報に基づいて、前記直流バイアス電圧を決定するバイアス電圧決定部とを具備する。上記バイアス電圧決定部は、直流バイアス電圧を微少増減させた前後の光変調器の平均光出力パワーの差に基づいて直流バイアス電圧を決定する。
【００６６】
具体例として、第１の実施形態の光変調器制御装置では、発光頂点または消光頂点が周期的に繰り返す曲線で示される駆動電圧対光出力特性を有し、三値信号に応じた駆動電圧が直流バイアス電圧を中心として与えられ、駆動電圧に応じて入力光を変調し、二値の光信号を出力する光変調器と、直流バイアス電圧を生成する直流バイアス生成回路１０６　と、二値のＮＲＺ　信号入力を三値信号に変換し、この三値信号に基づいて光変調器の駆動電圧対光出力特性の周期的な発光頂点（または消光頂点）の隣り合う２点間に相当する信号振幅を有する駆動電圧を生成し、直流バイアス電圧に重疊して光変調器に供給する駆動回路（１０３，１０４，１０５，１０６）　を具備する。ここで、光変調器（例えばＭＺ型変調器１０２　）の駆動電圧の信号振幅を光変調器の光透過率が最大値の時と最小値の時の駆動電圧の差Ｖπの２倍に設定し、前記平均光出力レベルの差の検出結果に基づいて直流バイアス電圧を光変調器の駆動電圧対光出力特性の特定の消光頂点（または発光頂点）に一致させるように制御することにより、光デュオバイナリ変調方式を実現している。
【００６７】
さらに、第１の実施形態の光変調器制御装置では、光変調器の光出力の時間平均を表わす平均光出力レベルを検出する光検出手段１０９　と、直流バイアス電圧を微少増減させた前後の光変調器の平均光出力パワーの差に基づいて直流バイアス電圧を決定する制御手段１１１　とを具備することを特徴とするものである。
【００６８】
ここで、制御手段１１１　は、直流バイアス電圧の現在値を中心にして三値信号よりも十分に低い周波数で二値的に増減変化させるように直流バイアス生成回路を制御するための制御信号を選択的に生成する機能を含み、直流バイアス電圧を二値的に変化させる前後で光検出手段により検出された平均光出力レベルの差を検出し、この検出結果に基づいて直流バイアス電圧を適正な方向に適正な量だけ補正するように制御するものである。
【００６９】
上記制御手段１１１　の具体例として、マイクロコントロールユニットが用いられている。このマイクロコントロールユニットは、記直流バイアス電圧Ｖｂ　を０Ｖに初期設定する第１の制御手段と、制御に必要な定数を外部メモリから読み込む第２の制御手段と、直流バイアス電圧Ｖｂ　を直前の値から単位変化量ΔＶｂ　だけ増減させた際のそれぞれの光出力パワーの時間平均値の差ΔＰａｖを求め、ΔＰａｖの絶対値が所定値以上の場合はその大きさに応じてΔＰａｖの正負に応じた変化方向にバイアス電圧Ｖｂ　を変化させるように制御し、ΔＰａｖの絶対値が所定値未満の場合は所定時間待機させるように制御する第３の制御手段と、この第３の制御手段による制御を繰り返し行う繰り返し制御手段とを具備する。
【００７０】
上記構成の光変調器制御装置によれば、ＭＺ型光変調器１０２　に印加される直流バイアス電圧、環境温度、経時変化などによるＭＺ型変調器１０２　の動作点ドリフトに応じて、ＭＺ型変調器１０２　の動作点ドリフトを補償して最適の動作点で動作できるように制御し、動作点ドリフトに伴う出力光信号の消光比の劣化を防止することができる。
【００７１】
また、差動アンプ１１５　を用いて直流バイアス電圧の大きさを二値的に変化させるので、ダイナミックレンジの広い高価な可変利得アンプを必要とせず、簡易化、小型化が容易になる。しかも、同期検波を行わないので、この点でも回路構成が簡単になり、部品点数が少なくなり、小型化が容易になる。
【００７２】
また、本発明の光送信装置は、上記したような本発明の光変調器制御装置と、光変調器の入力光を出射する光源と、光変調器から出力される光信号を光通信ファイバーに送信する手段とを具備することを特徴とするものである。これにより、前記した光変調器制御装置の特長を備えることが可能になる。
【００７３】
また、本発明の光変調器の制御方法は、光変調器の変調入力として供給する三値信号に応じた駆動電圧の直流バイアス電圧を二値的に増減変化させ、その増減変化の前後での光変調器の光出力平均パワーの差に基づいて直流バイアス電圧を制御することを特徴とするものである。これにより、前記したような特長を備えた光変調器制御装置および光送信装置を実現することが可能になる。
【００７４】
また、本発明の光変調器の制御方法は、三値信号に応じた駆動電圧とともに直流バイアス電圧を光変調器に与えることによって入力光を駆動電圧に応じて変調して光信号を出力させる第１のステップと、光変調器の光出力の時間平均を表わす平均光出力パワーを検出する第２のステップと、直流バイアス電圧を三値信号よりも十分に低い周波数で二値的に変化させるための制御信号を生成する機能を含み、直流バイアス電圧を二値的に変化させる前後で第２のステップにより検出された平均光出力パワーの差を検出し、この検出結果に基づいて直流バイアス電圧を制御する第３のステップとを具備することを特徴とするものである。これにより、前記したような特長を備えた光変調器制御装置および光送信装置を実現することが可能になる。
【００７５】
また、本発明の光変調器の制御プログラムは、マイクロコントロールユニットに対して、光変調器の直流バイアス電圧を二値的に変化させる前後での光変調器の光出力平均パワーの差に基づいて光変調器の直流バイアス電圧を制御させる機能を実現させることを特徴とするものである。これにより、前記したような特長を備えた光変調器の制御方法を実現することが可能になる。
【００７６】
また、本発明の光変調器の制御プログラムは、マイクロコントロールユニットに対して、三値信号に応じた駆動電圧が直流バイアス電圧を中心として変調入力として供給される光変調器から出力される光信号の時間平均を表わす平均光出力レベルを検出させる機能と、直流バイアス電圧を入力信号よりも十分に低い周波数で二値的に変化させるための制御信号を生成させる機能と、直流バイアス電圧の大きさを二値的に変化させる前後で検出された平均光出力レベルの差を検出させ、この検出結果に基づいて光変調器の直流バイアス電圧を制御させる機能を実現させることを特徴とするものである。これにより、前記したような特長を備えた光変調器の制御方法を実現することが可能になる。
【００７７】
【発明の効果】
上述したように本発明の光変調器制御装置、光送信装置、光変調器の制御方法およびその制御プログラムによれば、例えば光デュオバイナリ変調方式を利用する際、光変調器の特性が周囲温度および経時変化によって変動した場合でも、簡便な装置構成で、出力光信号を安定化させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光ファイバー通信用の光変調器制御装置を用いた光送信装置を示すブロック図。
【図２】図１に示したＭＺ型変調器の直流バイアス電圧Ｖｂ　の大きさを変化させた場合の入力駆動電圧と出力光信号の関係（光透過特性）の一例を示す特性図。
【図３】図１に示したＭＺ型変調器の直流バイアス電圧Ｖｂ　と出力光信号の平均パワー出力の差ΔＰａｖの関係を示す特性図。
【図４】図１に示した光変調器制御装置における制御部による制御手順の一例を示すフローチャート。
【図５】光デュオバイナリ変調方式による変調部を示すブロック図。
【図６】図５中の各部の信号波形およびそのアイパターンを示す図。
【図７】光デュオバイナリ変調方式の原理を説明するために示す図。
【符号の説明】
１０１　…半導体レーザ（光源）、
１０２　…ＭＺ型光変調器、
１０３　…プリコーダ、
１０４　…変調器ドライバ、
１０５　…低域透過ＬＰＦ　、
１０６　…バイアスティ、
１０７　…終端器、
１０８　…光分岐手段、
１０９　…モニタ用のフォトダイオード、
１１０　…アンプ、
１１１　…制御部、
１１２　…Ａ／Ｄ　コンバータ、
１１３　…ＭＣＵ　、
１１４　…Ｄ／Ａ　コンバータ、
１１５　…差動アンプ。
【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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