(57)【要約】【課題】ＭＺ光変調器への入力信号振幅が自動的に半波長電圧Ｖπになるように制御し、製造，組立時の光送信器毎の調整を不要とする。【解決手段】低周波信号をバイアス電圧に重畳してＭＺ光変調器を駆動し、得られる光出力信号の一部を光検出器によりモニタし、その値をローパスフィルタにより直流成分を抽出し、ローパスフィルタ出力と基準電圧との差を検出する差動アンプの出力を用いて、ＭＺ光変調器に入力するディジタル入力信号振幅を制御する。【選択図】      図１
2004309511.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、前記光源からの直流光を入力された電気信号により光強度変調すると共に、前記電気信号の電圧変化に伴い光出力特性が周期的に変化する特性を備えた光変調器と、前記光変調器に前記電気信号を印加するための入力信号駆動回路と、前記光変調器からの出力光をモニタするための光検出器とからなる光送信器において、前記光変調器の発光の頂点とそれに隣接する消光の頂点との間の電圧である半波長電圧を検出し、前記光変調器を駆動する前記電気信号の振幅を前記光変調器の半波長電圧に制御する手段を備えたことを特徴とする光送信器。
【請求項２】
前記光変調器の半波長電圧の検出手段は、所定の正弦波信号を発振出力する発振器と、前記発信器出力と直流電圧を重畳する加算器と、前記加算器出力と前記入力信号駆動回路出力を重畳するバイアス回路とからなり、前記バイアス回路の出力を前記光変調器に入力し前記光変調器を駆動することを特徴とする請求項１記載の光送信器。
【請求項３】
前記電気信号振幅を前記光変調器の半波長電圧に制御する手段は、前記光検出器の出力を増幅するアンプと、前記発信器出力と前記アンプ出力を重畳するミキサと、前記ミキサ出力の直流成分を抽出するローパスフィルタと、前記ローパスフィルタ出力と基準電圧との差を検出する差動アンプとからなり、前記差動アンプの出力を用いて、前記入力信号駆動回路を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光送信器。
【請求項４】
光源と、前記光源からの直流光を入力された電気信号により光強度変調すると共に前記電気信号の電圧変化に伴い光出力特性が周期的に変化する特性を備えた光変調器と、前記光変調器に前記電気信号を印加するための入力信号駆動回路と、前記光変調器からの出力光をモニタするための光検出器とからなる光送信器において、前記光変調器の半波長電圧を検出する機能、及び前記光変調器を駆動する前記電気信号振幅を前記光変調器の半波長電圧に制御する機能を１チップに集積内蔵したマイコンと、前記マイコン出力のディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器とからなり、前記Ｄ／Ａ変換器出力を前記入力信号駆動回路に入力し、前記光変調器の入力電気信号を制御することを特徴とする光送信器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明に属する技術分野】
本発明は、伝送距離が数十Ｋｍ以上の長距離、且つ伝送速度が数Ｇｂｐｓ以上の高速の光通信に使用される光送信器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光通信は長距離、且つ高速で行われるようになり、これに伴い使用される光送信器の高性能化が求められている。
【０００３】
従来の光送信器の構成を図６に示す。
光源であるレーザーダイオード６０１は連続的に発光され直流光となり、マッハツェンダ干渉計型光変調器（以下ＭＺ光変調器と略す）６０２に入力する。ＭＺ光変調器６０２にはデュアル駆動のＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）光変調器を使用している。
【０００４】
一方、入力信号は入力信号駆動回路６０３に入力され、入力信号駆動回路６０３において信号振幅を制御されてバイアス回路６０８の高周波入力端６０８Ａに入力される。ここで、バイアス回路６０８は高周波信号を通過させ低周波信号を阻止するためのコンデンサ６０９、及び高周波信号を阻止し低周波信号を通過させるためのインダクタンス６１０から構成されている。振幅を制御された入力信号は、バイアス回路６０８において一定のバイアス電圧を印加されて、ＭＺ光変調器６０２に入力される。ＭＺ光変調器６０２では、振幅を制御されたディジタル入力信号６１１に基づいて、レーザーダイオード６０１の直流入力光を、パルス光に変換して出力する。
【０００５】
ＭＺ光変調器６０２の出力は、光ファイバ６３０を介して光分岐器６０５の入力に接続され、光分岐器６０５において分岐された光の一方６０５Ａは光出力として外部に出力される。光分岐器６０５において分岐されたもう一方６０５ｂは光出力をモニタするための光検出器６０６に入力し、光検出器６０６において電気信号に変換されてバイアス制御回路６０７に入力される。バイアス制御回路６０７は、ＭＺ光変調器６０２の光出力特性から消光比が大きくなるように最適なバイアス電圧をバイアス回路６０８の低周波入力側６０８ｂに入力する。
【０００６】
また、入力信号駆動回路６０３の出力をモニタ６１２し、振幅モニタの出力値が予め設定した値（基準値）になるように、入力信号駆動回路６０３を振幅制御回路６０４により制御信号６００を用いて制御する。一方、バイアス電圧６１３と信号振幅６１４が印加されてＭＺ光変調器６０２に入力されるが、バイアス電圧の中心がＭＺ光変調器６０２の発光の頂点とそれに隣接する消光の頂点との間の電圧、いわゆる半波長電圧Ｖπの中心にあっても、入力信号振幅が半波長電圧Ｖπより小さい場合、入力信号の振幅が最小（ＯＦＦ）のときでも、ＭＺ光変調器６０２からは僅かに光が出力されるため、消光比が劣化する。消光比は伝送の符号誤り率を決定する重要な要因の一つであり、消光比を最大にすることが光送信器の高性能化を実現する上で重要となっている。
【０００７】
なお、入力信号振幅はＭＺ光変調器６０２のＶπに等しいとき光信号の消光比が最大となるため、消光比が最大となるときの振幅モニタの値を振幅モニタの基準値として、製造時に調整する（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−１８４７９０
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、各ＭＺ光変調器では半波長電圧Ｖπがそれぞれ異なるため、ＭＺ光変調器毎に振幅制御回路の基準値を調整することが必要となり、製造に時間がかかるという問題がある。
【００１０】
また、振幅モニタ信号が経年的に変化すると基準値が変化することになるため、等価的に入力信号の振幅が変化することになり、ＭＺ光変調器の半波長電圧Ｖπからずれる。このためため、消光比が劣化する可能性があった。
【００１１】
本発明の目的は、光送信器毎の半波長電圧Ｖπ調整を不要にし、ＭＺ光変調器に入力する電気信号の振幅をＭＺ光変調器の半波長電圧Ｖπになるように自動制御することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では光源と、光源からの直流入射光が電気信号により光出力特性が周期的に変化する特性を備えたＭＺ光変調器と、ＭＺ光変調器に電気信号を印加するための入力信号駆動回路と、ＭＺ光変調器からの出力光をモニタするための光検出器とからなる光送信器において、ＭＺ光変調器の発光の頂点とそれに隣接する消光の頂点との間の電圧である半波長電圧Ｖπを検出し、ＭＺ光変調器を駆動する電気信号の振幅をＭＺ光変調器の半波長電圧に制御する手段を備えたことにある。
【００１３】
請求項２記載の発明では、ＭＺ光変調器の半波長電圧の検出手段は、所定の正弦波信号を発振出力する発振器と、発信器出力と直流電圧を重畳する加算回路と、加算回路出力と入力信号駆動回路出力を重畳するバイアス回路とからなり、バイアス回路の出力をＭＺ光変調器に入力しＭＺ光変調器を駆動することにある。
【００１４】
すなわち、ＭＺ光変調器を駆動する電気信号に低周波の正弦波信号を重畳することにある。これにより、ＭＺ光変調器に入力する電気信号の振幅とＭＺ光変調器のＶπとの大小関係により、ＭＺ光変調器の光出力が変化する。
【００１５】
請求項３記載の発明では、電気信号振幅をＭＺ光変調器の半波長電圧に制御する手段は、低周波発信器出力とアンプ回路出力を重畳するミキサと、ミキサ出力のＤＣ成分のみ抽出するローパスフィルタと、ローパスフィルタ出力と基準電圧との差を検出する差動アンプとからなり、差動アンプの出力を用いて、入力信号駆動回路を制御することを特徴とすることにある。
【００１６】
すなわち、ＭＺ光変調器の光出力の変調周波数、及び位相を検出して、ＭＺ光変調器に入力する電気信号の振幅を光変調器のＶπになるように入力信号駆動回路を制御するものもある。
【００１７】
請求項４記載の発明では、ＭＺ光変調器の半波長電圧を検出する機能、及びＭＺ光変調器を駆動する電気信号振幅をＭＺ光変調器の半波長電圧に制御する機能を１チップに集積内蔵したマイコンと、マイコン出力をディジタル信号からアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器とからなる光送信器。
【００１８】
すなわち、請求項１又は請求項３に記載のＭＺ光変調器の半波長電圧を検出する機能、及びＬＮ光変調器を駆動する電気信号振幅をＭＺ光変調器の半波長電圧に制御する機能を１チップのマイコンに集積したものである。
【００１９】
【発明の実施の態様】
以下、本発明の実施例を図面と共に説明する。
【００２０】
本発明の実施例となる構成図を図１に示す。
【００２１】
光源であるレーザーダイオード１０１は連続的に発光した直流光となり、ＭＺ光変調器１０２に入力する。ＭＺ光変調器１０２はデュアル駆動のＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）光変調器を使用している。
【００２２】
一方、入力信号は入力信号駆動回路１０３に入力され、入力信号駆動回路１０３において信号振幅を制御されてバイアス回路１０８の高周波入力端１０８Ａに入力される。ここで、バイアス回路１０８は高周波信号を通過させ低周波信号を阻止するためのコンデンサ１０９、及び高周波信号を阻止し低周波信号を通過させるためのインダクタンス１１０から構成されている。一方、発信器１１６の出力とＭＺ光変調器１０２のバイアス設定用の直流電圧を加算する加算器１２０の出力を、バイアス回路１０８の低周波入力１０８ｂに接続する。ここで発信器１１６の周波数は１ＫＨｚから１０ＫＨｚ程度の低い周波数を用いる。しかし、これに限定されるものではなく、入力信号１００の最低周波数は１００ＫＨｚ程度であるので、この入力信号１００の最低周波数の１／１０以下程度の周波数であれば良い。また、振幅を制御された入力信号１２１は、バイアス回路１０８において一定のバイアス電圧を印加されて、ＭＺ光変調器１０２に入力される。ＭＺ光変調器１０２では、振幅を制御された入力信号１２１に基づいて、レーザーダイオード１０１の直流入力光をパルス光に変換して出力する。
【００２３】
ＭＺ光変調器１０２の光出力は、光分岐器１０５の入力に接続され、光分岐器１０５において分岐された光の一方１０５Ａは光出力として外部に出力される。光分岐器１０５において分岐されたもう一方１０５ｂは光出力をモニタするための光検出器１０６に入力し、光検出器１０６において電気信号に変換されてアンプ１１８にて増幅される。アンプ１１８出力はミキサ１１４にて発振器１１６の出力と積算され周波数変換される。ミキサ１１４の出力は、直流成分と低周波の２倍の周波数を持つ信号となるが、ローパスフィルタ１１３にて直流成分のみを取りだし、差動アンプ１１２によりグランドレベルとの差を取り、直流成分がゼロとなる方向に入力信号駆動回路１０３の出力振幅を制御する。
【００２４】
次にＭＺ光変調器１０２への入力信号振幅の制御方法を以下述べる。
【００２５】
初めに、ＭＺ光変調器１０２への入力信号の振幅が、ＭＺ光変調器１０２の発光の頂点とそれに隣接する消光の頂点との間の電圧、いわゆる半波長電圧Ｖπに等しいときのＬＮ変調器１０２の入出力波形を図２に示す。ここで、バイアス電圧２０１には低周波信号を重畳している。図中の横軸はＭＺ光変調器１０２への入力電圧であり、縦軸は入力光強度と出力光強度の比をとったものである。
【００２６】
入力信号１００のバイアス電圧に低周波信号を重畳すると、図２に示すように、入力信号のハイレベルとローレベルは同相で振動する。
【００２７】
この入力信号２０１に対するＭＺ光変調器の出力２０２は、ハイレベルとローレベルの振動は逆相で、且つ周波数が２倍となる。光検出器１０６の出力は平均の光強度となるため、ハイレベルとローレベルの振動が逆相のときは打ち消し合い、直流出力となる。
【００２８】
次にＭＺ光変調器１０２への入力信号３０１の振幅がＭＺ光変調器１０２の半波長電圧Ｖπより小さい場合に、バイアス電圧に低周波信号を重畳したときのＭＺ光変調器１０２の入出力波形を図３に示す。
この場合、光出力信号３０２は入力信号３０１と同相で周波数も同じになる。従って、光検出器１０６の出力は、発信器１１６と同じ周波数となる。
低周波信号周波数をｆ、  低周波信号に対するも光検出器１０６出力信号の位相差をφとすると、ミキサ１１４の出力は式（１）で表される。
【００２９】
ｃｏｓ（２πｆｔ）  ・ｃｏｓ（２π２ｆｔ＋φ）＝１／２｛ｃｏ（φ）＋ｃｏｓ（２π２ｆｔ＋φ）｝  …………（１）
式（１）の右辺第１項は直流成分、第２項は２次の周波数成分である。
【００３０】
次にＭＺ光変調器１０２への入力信号の振幅がＭＺ光変調器１０２の半波長電圧Ｖπより大きい場合、バイアス電圧に低周波信号を重畳したときのＭＺ光変調器１０２の入出力波形を図４に示す。
【００３１】
この場合、例えば入力信号のハイレベルが電圧の高い方向に向かうと光出力のハイレベルは光の弱くなる方向に向かうため、光信号は入力信号のゆれに対し逆位相でゆれる。従って、光検出器１０６からは入力信号の振幅が半波長電圧Ｖπより小さい場合の信号に対して逆相の信号が出力される。
【００３２】
続くローパスフィルタ１１３により式（１）の第２項の２次成分はカットされ第１項の直流成分のみが取出される。この直流成分は位相φによって変化する。例えばＭＺ光変調器１０２の半波長電圧Ｖπより小さい場合に、バイアス電圧に低周波信号を重畳したときの光検出器１０６の出力は低周波信号と同位相、すなわちφ＝０となるため、直流成分は正の値となる。
【００３３】
これに対し、ＭＺ光変調器１０２の半波長電圧Ｖπより大きい場合に、バイアス電圧に低周波信号を重畳したときの光検出器１０６の出力は低周波信号と逆位相、すなわちφ＝πとなるため、直流成分は負の値となる。
【００３４】
以上より、ＭＺ光変調器１０２への入力信号の振幅が▲１▼半波長電圧Ｖπに等しいとき、ローパスフィルタ１１３の直流成分出力は０レベルとなる。▲２▼半波長電圧Ｖπより小さい場合、ローパスフィルタ１１３の直流成分出力は正の値となる。▲３▼半波長電圧Ｖπより大きい場合、ローパスフィルタ１１３の直流成分出力は負の値となる。従って、ローパスフィルタ１１３の直流成分出力が０レベルになるように入力信号の振幅を制御することで、半波長電圧Ｖπの振幅が得られる。
【００３５】
また、図５に示すように、低周波発信器、バイアス設定回路、差動アンプ、ローパスフィルタ及びアンプからのアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器などの機能を１チップのマイコン５２２に集積し、マイコン出力をディジタル信号からアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器５２１に入力し、Ｄ／Ａ変換器５２１により入力信号駆動回路５０３を制御することで、上記動作を行う機能を持たせることも出来る。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、自動的に入力信号振幅をＬＮ光変調器の半波長電圧Ｖπになるように制御できるため、製造，組立時に各光送信器毎の調整が不要となり、製造，組立が簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光送信器構成図である。
【図２】入力信号の振幅が光変調器のＶπに等しいときの光変調器の入出力波形。
【図３】入力信号の振幅が光変調器のＶπより小さいときの光変調器の入出力波形
【図４】入力信号の振幅が光変調器のＶπより大きいときの光変調器の入出力波形
【図５】本発明の集積型光送信器構成図である。
【図６】従来技術の光送信器構成図である
【符号の説明】
１０１、５０１、６０１  光源（レーザーダイオード）
１０２、５０２、６０２  ＭＺ光変調器
１０３、５０３、６０３  入力信号駆動回路
５０４  振幅制御回路
１０５、５０５、６０５  光分岐器
１０６、５０６、６０６  光検出器
６０７  バイアス制御回路
１０８、５０８、６０８  バイアス回路
１０９、６０９  コンデンサ
１１０、６１０  インダクタンス
１１２  差動アンプ
１１３  ローパスフィルタ
１１４  ミキサ
１１５  バイアス設定用電源
１１６  発振器
１１８、５１８  アンプ
１２０  加算器
２０１  入力信号（低周波信号をバイアスに重畳）
２０２  出力信号
３０１  入力信号（低周波信号をバイアスに重畳）
３０２  出力信号
４０１  入力信号（低周波信号をバイアスに重畳）
４０２  出力信号
５２１  Ｄ／Ａ変換器
５２２  マイコン
【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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