(57)【要約】【課題】光変調器を駆動する回路を小型化しても、良質の光信号を得ることができる光変調器のバイアスティーを提供する。【解決手段】コンデンサ１３とコイルからなるハイパスフィルタを、高域用コイルと中域用コイルのみを使用したものとし、大型の低域用コイルを取り除く。そのかわり、駆動回路１０からの駆動信号の低域成分を検出する低域変動検出部２０を設ける。低域変動検出部２０は、抵抗２１とコンデンサからなるローパルフィルタとなっており、低域成分の変動が、オペアンプ２１の正転端子に入力されるようになっている。駆動信号の低域成分が減少した場合、抵抗２４に流れる電流が減り、抵抗２４での電圧降下が減少した分、ＥＡ変調器１１に印加されるバイアス電圧が上昇する。【選択図】図１
2007241142.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調器の駆動信号の信号帯域の低域側をカットするようなコイルを設けたハイパスフィルタ手段と、
該ハイパスフィルタ手段ではカットされる駆動信号の低域成分を検出する低域成分検出手段と、
該低域成分の変動に伴って、該光変調器に印加される駆動信号のサグを補償するように、該光変調器へのバイアス電圧を可変するバイアス手段と、
を備えることを特徴とするバイアスティー。
【請求項２】
前記ハイパスフィルタ手段のコイルは、信号帯域の低域側をカットするようにすることによって、小型化されることを特徴とする請求項１に記載のバイアスティー。
【請求項３】
前記低域成分検出手段は、ローパスフィルタであることを特徴とする請求項１に記載のバイアスティー。
【請求項４】
前記バイアス手段は、前記低域成分検出手段が検出した低域成分を正転端子に、出力をトランジスタのベースに、反転端子を該トランジスタのエミッターに接続したオペアンプからなることを特徴とする請求項１に記載のバイアスティー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器を駆動する駆動回路におけるバイアスティーに関する。
【背景技術】
【０００２】
高速光変調に使用される電界吸収型外部変調器(以下、ＥＡ変調器)周辺回路において、現在、ＥＡ変調器と駆動回路の連結部のバイアスティーに低域遮断する為に使用している低域用コイル(インダクタンス大)はサイズが大きいため、実装面積を削減したい場合の問題となる。
【０００３】
図４は、従来のＥＡ変調器、駆動回路、バイアスティーの構成を示す図である。
ＥＡ変調器１１には、駆動回路１０から駆動電圧が印加される。駆動回路１０からの駆動電圧は、高域用コイル、中域用コイル、低域用コイルとコンデンサ１３からなるハイパスフィルタを通過することによって、直流成分が取り除かれてから、ＥＡ変調器１１に印加される。ＥＡ変調器１１へのバイアス電圧は、ＥＡバイアス制御回路１２が生成する直流電圧が印加される。高域用コイルは、インダクタンスが小さく、サイズも小さい。中域用コイルはインダクタンスが中くらいで、サイズも中くらいである。低域用コイルは、インダクタンスが大きく、サイズも大きい。
【０００４】
図５は、ハイパスフィルタにコイルを複数用いる理由を説明する図である。
ＥＡ変調器１１には、直流成分を取り除いた駆動信号を印加したいので、信号帯域より低周波数の成分を取り除くために、コイルとコンデンサでハイパスフィルタを形成し、これに駆動信号を通過させる。ところが、各コイルＬ１（高域用コイル）、Ｌ２（中域用コイル）、Ｌ３（低域用コイル）には、動作特性としてＱ値を有するので、理想的なハイパス特性を示すことができない。すなわち、高域用コイルＬ１、中域用コイルＬ２、低域用コイルＬ３は、それぞれ信号帯域の一部しか透過することができない。したがって、駆動信号の全信号帯域を通過させるためには、カットオフ周波数の違う２つあるいは３つのコイルを用意し、ハイパスフィルタを形成する必要がある。しかし、高域用コイルの大きさに比べ、低域用コイルは大きさが大きく、高域用コイルよりも、長さで３倍程度、体積で、２７倍程度の大きさとなる。したがって、低域用コイルを用いると、装置自体を小型化するのに障害となる。
【０００５】
装置のサイズを小さくするために、高域用コイル(インダクタンス小)及び中域用コイル（インダクタンス中）のみでバイアスティー回路を構成した場合、以下に示す動作原理の通り、信号に含まれる低周波数成分でのサグ（sag)が発生する。サグの発生に伴い、
（１）変調信号のアイ開口減少(干渉増加)による、消光比劣化、パルスマスク規格マージン劣化、受信機側でのビットエラーレート(以下、ＢＥＲ)劣化。
（２）アイダイアグラムにおけるクロスポイント(Duty)変動。また、クロスポイント(Duty)変動による受信機側でのＢＥＲ劣化。(受信機側がクロスポイント追従制御方式の場合)
（３）波長分散耐力劣化
といった課題を生じる。
【０００６】
従来の光変調器の駆動回路としては、特許文献１のようなものがある。特許文献１では、光変調器の駆動信号から直流成分を取り除くことにより、光変調器を低電力で駆動する技術が開示されています。
【特許文献１】特開平５−２６４９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図６〜図１０は、従来の技術の課題を説明する図である。
図６は、低域用コイルを取り除いた駆動回路、ＥＡ変調器、バイアスティーの構成を示した図である。
【０００８】
図６において、図４と同じ構成には、同じ参照符号を付してある。
ある時間ａを境にマーク率＝５０％の信号から同符号(論理１の符号)の連続状態に変化した場合の各部の電圧、電流波形を図７（ａ）に示す。図６のカッコつき数字は、その点における信号波形が、図７（ａ）及び図７（ｂ）の対応するグラフに表されていることを示す。各部動作は、以下の通りである。
【０００９】
駆動回路１０からの駆動信号（１）が、時間ａ以降に１の連続状態に変化したとする。バイアスティー１４に入力されたＡＣ結合前の波形（２）は、バイアスティー１４の低域遮断周波数より周波数成分の低い１連続に対しＨＩＧＨレベルを保持できず時間ａ以降にサグが発生する。従来のＥＡバイアス制御回路１２では、サグを認識する機能がないため、ＥＡバイアスの直流レベルを一定にするよう定電流（３）を流し続け、制御電圧も一定となる。バイアスティーＡＣ結合後には、（２）からサグを持った波形がそのまま、ＥＡ変調器１１に入力されるが、ＥＡバイアス制御回路１２により特に補正が行われないため、信号（５）は（２）と同等の波形のままとなる。
【００１０】
ＥＡ変調器１１での電気信号−光信号変換の過程と変調後の光波形を、図７（ｂ）に示す。（５）に残った電気信号のサグは、ＥＡ発光(消光)特性カーブでも、そのまま消光側(電界吸収増加側)に落ち込み、結果、光波形にもサグが残る。光出力波形をアイパターン(６)’で示すと、サグがアイのＨＩＧＨ側の干渉になってアイ開口を減少させてしまう。
【００１１】
結果として、以下の新たな課題が生じ、従来回路を高域用および中域用コイル(インダクタンス小、中)のみでバイアスティー回路を構成することはできない。
（１）光出力波形のアイ開口減少(干渉増加)
・消光比の劣化
・パルスマスク規格マージンの劣化
・受信機側でのＢＥＲ劣化
また、ある時間ａを境に信号のマーク率が＝５０％から≫５０％に変化した場合の各部の電圧、電流波形を図８に示す。また、直流レベルとバイアス点の変化の補足図を図９に示す。
【００１２】
駆動回路１０からの信号が、時間ａ以降にマーク率≫５０％に変化したとする（１）。この時、信号波形の直流レベルはマーク率５０％の時と比べ上昇している。この直流レベルの変動がバイアスティーの低域遮断周波数より周波数成分の低い周波数での変化の場合、バイアスティーＡＣ結合前の直流レベルはコイルから供給されるバイアス電圧により矯正され、バイアスティーに入力されたＡＣ結合前の波形は時間ａ以降にＬＯＷレベル側に偏り、サグが発生する（２）。
【００１３】
図９に示すように、サグによりバイアス点（ＨＩＧＨレベルとＬＯＷレベルの中心点）の位置が下がるが、直流レベル（平均の電圧）は、変化はしないという状態になる。
従来のＥＡバイアス制御回路１２では、サグを認識する機能がないため、ＥＡバイアスの直流レベルを一定にするよう定電流を流し続け（３）、制御電圧も一定となる。バイアスティーＡＣ結合後には、（５）からサグを持った波形がそのまま、ＥＡ変調器１１に入力されるが、ＥＡバイアス制御回路１２より特に補正が行われず直流レベルを一定にしてしまうため（４）、（２）と同等の波形のままとなる。
【００１４】
ＥＡ変調器１１での電気信号−光信号変換の過程と変調後の光波形を、図１０に示す。（５）に残った電気信号のサグは、ＥＡ発光(消光)特性カーブでもそのまま消光側(電界吸収増加側)に落ち込み、結果、光波形（６）にもサグが残る。光出力波形をアイパターン(（６）’)で示すと、サグがアイのＨＩＧＨ側の干渉になってアイ開口を減少させてしまう。また、波形のバイアス点が動くことでクロスポイント(Ｄｕｔｙ)の変動、Ｃｈｉｒｐの変動が起こる。
【００１５】
結果、以下の新たな課題が生じ、従来回路を高域用および中域用コイル(インダクタンス小、中)のみでバイアスティー回路を構成することはできない。
（１）光出力波形のアイ開口減少(干渉増加)
・消光比の劣化
・パルスマスク規格マージンの劣化
・受信機側でのＢＥＲ劣化
（２）クロスポイント(Ｄｕｔｙ)が変動
受信機側の識別閾値制御方式がＤＣフィードバック方式(クロスポイント追従)の場合、識別閾値変動によるＢＥＲ劣化が生じる可能性有り。
（３）Ｃｈｉｒｐ変動
一般的に、ＥＡ変調器でバイアス点の変動が生じるとＣｈｉｒｐパラメータ(αパラメータ)の変動が伴う。例えば、ＥＡバイアスが高くなる場合、αパラメータの増加が起こり、＋分散(ＳＭＦ伝送)後の波形圧縮が激しくなり、受信機側でのＢＥＲ劣化を引起す。
【００１６】
波形のマーク率が≪５０％となった場合、（１）〜（６）は図７、８とは反対にＨＩＧＨレベル側に波形が寄り、バイアス点が高めとなるため、分散耐力の劣化が生じる。
本発明の課題は、光変調器を駆動する回路を小型化しても、良質の光信号を得ることができる光変調器のバイアスティーを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明のバイアスティーは、光変調器の駆動信号の信号帯域の低域側をカットするようなコイルを設けたハイパスフィルタ手段と、
該ハイパスフィルタ手段ではカットされる駆動信号の低域成分を検出する低域成分検出手段と、
該低域成分の変動に伴って、該光変調器に印加される駆動信号のサグを補償するように、該光変調器へのバイアス電圧を可変するバイアス手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、小型で、良質の光信号を生成可能な光変調器の駆動回路のバイアスティーを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１〜図３は、本発明の実施形態を説明する図である。図１において、図６と同じ構成要素には同じ参照符号を付している。また、本実施形態の説明では、線で囲まれた部分をバイアスティー１４ａと定義し、その下半分をＥＡバイアス制御回路１２ａと定義する。
【００２０】
本発明の実施形態においては、駆動回路出力(バイアスティー１４ａのＡＣ結合前)のＤＣ成分を小型の部品のみで検出し、ＥＡ変調器の直流バイアス供給回路出力へ補正をかけることで、サグの補償(低域遮断周波数の拡大)が可能となる。
【００２１】
また、補正を行う周波数成分は、ＤＣ成分(低域変動)検出回路、及び、ＥＡ変調器の直流バイアス供給回路の高域遮断周波数により高周波側で制限をかけることができるため、高周波領域の信号は通常と同じように動作し問題を生じない。
【００２２】
発明の実施形態の構成を用いた低周波成分補償により、サグを改善し、
（１）アイ開口の減少(干渉増加)の補償
（２）クロスポイント(Duty)変動の補償
（３）分散耐力劣化の補償
が可能となる。
【００２３】
図１において、駆動回路１０から出力された駆動信号は、高域用および中域用コイルとコンデンサ１３によって構成されるハイパスフィルタを通過する前に、低域変動検出部２０に入力される。低域変動検出部２０は、たとえば、コンデンサと抵抗で構成されたローパスフィルタであり、サイズも小さく構成することができ、ハイパスフィルタで除去される低域成分を通過させる。このようにして低域変動検出部２０で検出された低域成分は、オペアンプ２１の正転端子に入力される。従来技術の図６では、この構成がなかったため、オペアンプ２１の正転端子と反転端子に入力される電圧は一定で、したがって、ＥＡ変調器１１へ印加されるバイアス電圧も一定であった。しかし、図１の構成では、駆動信号の低域成分がオペアンプ２１の正転端子に入力されることにより、ＥＡバイアス制御回路１２ａの動作を、この低域成分の大小で変えることができる。
【００２４】
具体的には、低域変動検出部２０で検出された低域成分の電圧値が小さくなると、オペアンプ２１の正転端子に入力される電圧値も小さくなる。すると、負帰還によりオペアンプ２１の反転端子の電圧値が追従して下がる。すると、抵抗２４を流れる電流値が小さくなり、抵抗２４での電圧降下が小さくなる。したがって、閉じたスイッチとして機能するトランジスタ２３とコイル２５を介して接続されるＥＡ変調器１１に印加される電圧が大きくなる。これにより、サグの発生によるＥＡ変調器１１に与えられる直流成分の減少は、この減少によって生じたバイアス電圧の増加により補償されることになる。なお、低域変動検出部２０で検出される低域成分の変化をどの程度バイアス電圧の変化に変換するかは、抵抗２１と２２の抵抗値を適切に設定することにより、決定することができる。
【００２５】
ある時間ａを境に、駆動信号がマーク率＝５０％の信号から同符号(１)の連続状態に変化した場合の各部の電圧、電流波形を図２（ａ）に、ＥＡ変調器での電気信号−光信号変換の過程と変調後の光波形を図２（ｂ）に、また、ある時間ａを境に信号のマーク率が＝５０％から≫５０％に変化した場合の各部の電圧、電流波形を図３（ａ）に、ＥＡ変調器での電気信号−光信号変換の過程と変調後の光波形を図３（ｂ）に示す。
【００２６】
図２（ａ）において、駆動回路１０からの駆動信号（１）が、時間ａ以降に１の連続状態に変化したとする。バイアスティー１４ａに入力されたＡＣ結合前の波形（２）は、バイアスティー１４の低域遮断周波数より周波数成分の低い１連続に対しＨＩＧＨレベルを保持できず時間ａ以降にサグが発生する。低域変動検出部２０よりバイアスティーＡＣ結合前の低域変動(電圧低下)を検出し、ＥＡバイアス制御回路１２ａのオペアンプ正転入力へ入力する。オペアンプは正転アンプとして動作し、低域変動を（３）〜（３）’’’まで同じ方向に変化させ、（３）’’’の電圧を低下させる。（３）’’’の電圧低下により、抵抗２４を流れる電流（４）が減少する。（４）の電流減少により、ＧＮＤからのドロップ量が減少し、バイアス電圧が増加する（５）。駆動信号の波形のサグをＥＡバイアス制御回路１２ａからの電圧増加で打ち消し、サグの補償ができる（６）。
【００２７】
したがって、図２（ｂ）に示されるように、駆動信号（６）のサグが補償されているため、ＥＡ発光特性に基づいて出力される光出力（７）にもサグの影響が見られず、（７）’に示されるように、アイ開口の減少が生じない。
【００２８】
以上の効果として、
（１）光出力波形のアイ開口減少(干渉増加)の補償
・消光比の劣化の補償
・パルスマスク規格マージンの劣化の補償
・受信機側でのＢＥＲ劣化の補償
が可能となる。
【００２９】
図３は、駆動信号のマーク率が５０％より大きくなった場合を示している。
図３（ａ）において、駆動回路１０からの駆動信号（１）が、時間ａ以降にマーク率が５０％より大きい状態に変化したとする。バイアスティー１４ａに入力されたＡＣ結合前の波形（２）は、バイアスティー１４の低域遮断周波数より周波数成分の低い、マーク率５０％超の駆動信号に対しＨＩＧＨレベルを保持できず時間ａ以降にサグが発生する。低域変動検出部２０よりバイアスティーＡＣ結合前の低域変動(電圧低下)を検出し、ＥＡバイアス制御回路１２ａのオペアンプ正転入力へ入力する。オペアンプは正転アンプとして動作し、低域変動を（３）〜（３）’’’まで同じ方向に変化させ、（３）’’’の電圧を低下させる。（３）’’’の電圧低下により、抵抗２４を流れる電流（４）が減少する。（４）の電流減少により、ＧＮＤからのドロップ量が減少し、バイアス電圧が増加する（５）。駆動信号の波形のサグをＥＡバイアス制御回路１２ａからの電圧増加で打ち消し、サグの補償ができる（６）。
【００３０】
したがって、図３（ｂ）に示されるように、駆動信号（６）のサグが補償されているため、ＥＡ発光特性に基づいて出力される光出力（７）にもサグの影響が見られず、（７）’に示されるように、アイ開口の減少が生じない。
【００３１】
以上の効果として、
（１）光出力波形のアイ開口減少(干渉増加)の補償
・消光比の劣化の補償
・パルスマスク規格マージンの劣化の補償
・受信機側でのＢＥＲ劣化の補償
（２）クロスポイント(Ｄｕｔｙ)変動の補償  (受信機側でのＢＥＲ劣化の補償)
（３）Ｃｈｉｒｐ変動の補償  (分散耐力劣化の補償)
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態を説明する図（その１）である。
【図２】本発明の実施形態を説明する図（その２）である。
【図３】本発明の実施形態を説明する図（その３）である。
【図４】従来のＥＡ変調器、駆動回路、バイアスティーの構成を示す図である。
【図５】ハイパスフィルタにコイルを複数用いる理由を説明する図である。
【図６】従来の技術の課題を説明する図（その１）である。
【図７】従来の技術の課題を説明する図（その２）である。
【図８】従来の技術の課題を説明する図（その３）である。
【図９】従来の技術の課題を説明する図（その４）である。
【図１０】従来の技術の課題を説明する図（その５）である。
【符号の説明】
【００３３】
１０      駆動回路
１１      ＥＡ変調器
１２、１２ａ      バイアス制御回路
１３      コンデンサ
１４、１４ａ      バイアスティー
２０      低域変動検出部
２１、２２、２４      抵抗
２３      トランジスタ
２５      コイル
【図１】
2007241142.tif 000003
【図２】
2007241142.tif 000004
【図３】
2007241142.tif 000005
【図４】
2007241142.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2007241142.tif 000009
【図８】
2007241142.tif 000010
【図９】
2007241142.tif 000011
【図１０】
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