(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定周波数の変調信号（ｂ）を出力する変調制御部（ＭＣ）と、光源（１）から搬送波（ａ）として出力される光信号を、前記変調制御部から出力される前記変調信号に基づいて光強度変調して光強度変調波（ｃ）を出力する変調器（３）とを備える光強度変調器において、
前記変調制御部（ＭＣ）は、
前記搬送波と前記光強度変調波とのビート成分を検出するビート検出部（ＢＳ）と、
前記ビート検出部で検出されるビート成分（ｄb，ｄ1，ｄ2）のうち直流近傍成分であるビート成分（ｄb）が最小となるようなバイアス電圧を、前記変調信号に重畳して前記変調器に出力するバイアス制御部（ＢＣ）と
を具備することを特徴とする光強度変調器。
【請求項２】
前記変調器は、前記前記バイアス制御部から出力される前記変調信号に重畳されたバイアス電圧に応じて光出力が変化する特性を有するマッハツェンダ型の変調器であり、
前記バイアス電圧は、前記前記変調器の光出力が最小となる電圧に設定される
ことを特徴とする請求項１記載の光強度変調器。
【請求項３】
前記ビート検出部（ＢＳ）は、
前記搬送波の一部を分波する搬送波用光分波器（４）と、
前記光強度変調波の一部を分波する変調波用光分波器（５）と、
前記搬送波用光分波器（４）から入力される搬送波と変調波用光分波器（５）から入力される光強度変調波とを合波する光合波器（６）と、
該光合波器（６）から出力される合波光を合波電気信号に変換する受光器（８）と、
受光器（８）から出力される合波電気信号から低周波成分のみを選択的に出力するローパスフィルタ（９）と
から成ることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光強度変調器。
【請求項４】
前記受光器及び前記ローパスフィルタに代えて、低周波成分のみに受光感度を有する周波数選択性受光器を用いることを特徴とする請求項３記載の光強度変調器。
【請求項５】
請求項１〜４いずれかに記載の光強度変調器から出力される光強度変調波から側帯波成分を取り出して光周波数変移信号として出力する周波数選択手段（７）を備えることを特徴とする光周波数シフタ。
【請求項６】
周波数選択手段（７）は、下側帯波あるいは上側帯波を選択的に透過させる光バンドパスフィルタであることを特徴とする請求項５記載の光周波数シフタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光源から入射された所定光周波数の光信号を強度変調することにより上記光周波数を周波数変移させる光強度変調器及び光周波数シフタに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
光周波数シフタは、光源から出射される単一光周波数の光源光を強度変調し、該強度変調によって得られる光強度変調波の側帯波成分を抽出することにより周波数を変移させる。この場合、周波数変位量は、強度変調に供される変調信号（電気信号）の周波数によって規定される。このような光周波数シフタでは、通常、光強度変調器としてマッハツェンダ（Mach-Zehnder）型光変調器が用いられるが、このマッハツェンダ型光変調器は、高速応答性に優れている反面、変調動作点が周囲温度等の影響によりドリフトし易いという欠点を有している。
【０００３】
特開２０００−１２２０１５号公報には、このようなマッハツェンダ型光変調器の欠点を克服する技術として、変調信号のバイアス電圧を側帯波成分の周波数変動に応じてフィードバック制御する技術が開示されている。しかし、この技術では、光強度変調波を電気信号に変換する受光器の帯域制限に起因して高い周波数の変調信号を用いることができない、すなわち周波数変位量が制限されてしまうという問題点がある。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、周波数変位量の制限を解消しつつ変調動作点のドリフトを抑制することをを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、光強度変調器に係わる第１の手段として、所定周波数の変調信号を出力する変調制御部と、光源から搬送波として出力される光信号を、前記変調制御部から出力される前記変調信号に基づいて光強度変調して光強度変調波を出力する変調器とを備える光強度変調器において、前記変調制御部は、前記搬送波と前記光強度変調波とのビート成分を検出するビート検出部と、前記ビート検出部で検出されるビート成分のうち直流近傍成分であるビート成分が最小となるようなバイアス電圧を、前記変調信号に重畳して前記変調器に出力するバイアス制御部とを具備するという構成を採用する。
【０００６】
また、光強度変調器に係わる第２の手段として、上記第１の手段において、前記変調器は、前記前記バイアス制御部から出力される前記変調信号に重畳されたバイアス電圧に応じて光出力が変化する特性を有するマッハツェンダ型の変調器であり、前記バイアス電圧は、前記前記変調器の光出力が最小となる電圧に設定されるという構成を採用する。
【０００７】
光強度変調器に係わる第３の手段として、上記第１又は第２の手段において、前記ビート検出部は、前記搬送波の一部を分波する搬送波用光分波器と、前記光強度変調波の一部を分波する変調波用光分波器と、前記搬送波用光分波器から入力される搬送波と変調波用光分波器から入力される光強度変調波とを合波する光合波器と、該光合波器から出力される合波光を合波電気信号に変換する受光器と、受光器から出力される合波電気信号から低周波成分のみを選択的に出力するローパスフィルタとから成るという構成を採用する。
【０００８】
光強度変調器に係わる第４の手段として、上記第３の手段において、前記受光器及び前記ローパスフィルタに代えて、低周波成分のみに受光感度を有する周波数選択性受光器を用いるという構成を採用する。
【０００９】
一方、本発明では、光周波数シフタに係わる第１の手段として、上記第１〜第４いずれかに記載の光強度変調器から出力される光強度変調波から側帯波成分を取り出して光周波数変移信号として出力する周波数選択手段を備えるという構成を採用する。
【００１０】
また、光周波数シフタに係わる第２の手段として、上記第１の手段において、周波数選択手段は下側帯波あるいは上側帯波を選択的に透過させる光バンドパスフィルタであるという構成を採用する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明に係わる光強度変調器及び光周波数シフタの一実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態における光強度変調器及び光周波数シフタの機能構成図である。この図において、符号１は光源、２，４，５は光分岐器、３は外部変調器、６は光合波器、７はＢＰＦ（バンドパスフィルタ）、８は受光器、９はＬＰＦ（ローパスフィルタ）、１０はＡ／Ｄ（Ａ／Ｄ変換器）、１１は制御部、１２はＤ／Ａ（Ｄ／Ａ変換器）、１３はバイアス回路、１４は信号源である。
【００１３】
これら各構成要素のうち、２点差線で囲む光分岐器４，５、光合波器６、受光器８、ＬＰＦ９、Ａ／Ｄ１０、制御部１１、Ｄ／Ａ１２、バイアス回路１３及び信号源１４は、変調制御部ＭＣを構成している。また、変調制御部ＭＣを構成する各構成要素のうち、点線で囲む光分岐器４，５、光合波器６、受光器８及びＬＰＦ９は、ビート検出部ＢＳを構成し、残りのＡ／Ｄ１０、制御部１１、Ｄ／Ａ１２、バイアス回路１３及び信号源１４はバイアス制御部ＢＣを構成している。
【００１４】
光源１は、周波数νの光源光（搬送波ａ）を発生して光分岐器２に出力する。光分岐器２は、上記搬送波ａを外部変調器３と光分岐器４とに分岐出力する。外部変調器３は、マッハツェンダ型光変調器であり、搬送波ａをバイアス回路１３から入力される変調信号ｂ（電気信号）で強度変調し、光強度変調波ｃとして光分岐器５に出力する。光分岐器４は、搬送波ａを分岐させ、一方を本線出力光として外部に出力すると共に他方を光合波器６に出力する。光分岐器５は、光強度変調波ｃを分岐させ、一方をＢＰＦ７に出力すると共に、他方を光合波器６に出力する。
【００１５】
光合波器６は、搬送波ａと光強度変調波ｃとを合波し、合波光ｄとして受光器８に出力する。ＢＰＦ７は、光強度変調波ｃから上側帯波成分あるいは下側帯波成分のみを分離し、本線出力光として外部に出力する。受光器８は、合波光ｄを電気信号（受光信号）に変換してＬＰＦ９に出力する。ＬＰＦ９は、受光信号の直流近傍成分（ビート信号）のみを抽出してＡ／Ｄ１０に出力する。Ａ／Ｄ１０は、ビート信号をデジタル信号（ビートデータ）に変換して制御部１１に出力する。
【００１６】
制御部１１は、ビートデータに対応したバイアスデータをＤ／Ａ１２に出力する。ここで、バイアスデータは、ビートデータが時系列的に順次小さくなるように制御部１１によって設定されたデータである。Ｄ／Ａ１２は、このようなバイアスデータをアナログ信号（バイアス電圧）に変換してバイアス回路１３に出力する。バイアス回路１３は、信号源１４から入力された変調信号（交流成分のみ）に直流成分であるバイアス電圧を重畳して外部変調器３に出力する。信号源１４は、単一周波数ｆの変調信号（交流成分のみ）を発振してバイアス回路１３に出力する。
【００１７】
次に、このように構成された光強度変調器及び光周波数シフタの動作について、図２〜図４をも参照して詳細に説明する。
【００１８】
まず最初に、図２は、外部変調器３の動作特性を示す図である。この図に示すように外部変調器３の動作特性はバイアス電圧に対して光出力が正弦波状に変化する。このような動作特性に対して、制御部１１は、ビート信号が最小値を取るように、つまり光強度変調波ｃ内に含まれる基本波成分ａ0（搬送波ａと同一周波数の成分）が最小となるようにバイアス電圧を順次フィードバック制御する。すなわち、制御部１１は、光出力が最小値を取る点Ａを変調動作点として維持するように動作する。光強度変調器の動作点は、一般的には動作特性が直線に近い例えば点Ｂに設定されるが、本実施形態の外部変調器３では、光出力が最小値を取る点Ａが変調動作点に設定される。
【００１９】
一方、図３は、このように動作点が点Ａに設定された外部変調器３の光出力つまり光強度変調波ｃのスペクトラムを示す図である。光強度変調波ｃは、変調動作点を点Ａとして周波数νの搬送波ａを周波数ｆの変調信号で強度変調したものなので、上記基本波成分ａ0と同一周波数の基本波成分ｃ0、当該基本波成分ｃ0から周波数ｆだけ上方に変移した周波数（ν＋ｆ）の上側帯波成分ｃ1と周波数ｆだけ下方に変移した周波数（ν−ｆ）の下側帯波成分ｃ2、及び点Ａが外部変調器３の動作特性における非線形領域に設定されているのでさらに高次の上下側帯波成分（レベルが小さいので図示略）から構成される。
【００２０】
なお、図３の（ａ）は、搬送波ａに相当する周波数νのスペクトラム成分ａ0を示している。また、図３の（ｂ）は、光強度変調波ｃのスペクトラム、すなわち基本波成分ｃ0、上側帯波成分ｃ1及び下側帯波成分ｃ2を示している。さらに、図３（ｃ）は、合波光ｄのビート成分ｄb，ｄ1，ｄ2を示している。合波光ｄは搬送波ａと光強度変調波ｃとを加算したものなので、同一周波数νである搬送波ａの基本波成分ａ0と光強度変調波ｃの基本波成分ｃ0とのビート成分ｄbと、搬送波ａの基本波成分ａ0と光強度変調波ｃの上側帯波成分ｃ1及び下側帯波成分ｃ2とのビート成分ｄ1，ｄ2が発生する。
【００２１】
また、図４は、上記外部変調器３の光出力における基本波成分ｃ0と上下側帯波成分ｃ1，ｃ2とのレベル関係を示す図である。この図４に示すように、バイアス電圧を変化させた場合に互いに反するレベル変化をする。すなわち、基本波成分ｃ0が最大値をとるとき上下側帯波成分ｃ1，ｃ2は最小値となり、基本波成分ｃ0が最小値をとるとき上下側帯波成分ｃ1，ｃ2は最大値となる。しかも、基本波成分ｃ0及び上下側帯波成分ｃ1，ｃ2は、最小値をとるときの前後における変化率が急峻であり、一方、最大値をとるときの前後における変化率は極めてなだらかである。上述した外部変調器３の変調動作点Ａは、この図４では図示するように基本波成分ｃ0が最小値をとる点Ａに相当する。
【００２２】
ここで、上記各ビート成分ｄb，ｄ1，ｄ2のうち、直流近傍成分であるビート成分ｄbのみがＬＰＦ９を通過してＡ／Ｄ変換器１０に入力される。このビート成分ｄbは、搬送波ａの基本波成分ａ0及び光強度変調波ｃの基本波成分ｃ0とが光合波器６によって加算されることによって生じるので、そのレベルは基本波成分ａ0のレベルと基本波成分ｃ0のレベルとに依存する。基本波成分ａ0のレベルは搬送波ａの成分なので一定であり、これに対して基本波成分ｃ0は、光強度変調波ｃの成分なので、制御部１１によって設定されるバイアス電圧に依存する。制御部１１は、上記ビート成分ｄbつまりバイアス電圧に依存して変化する基本波成分ｃ0が最小値をとるように当該バイアス電圧をフィードバック制御するので、結果的に光強度変調波ｃの変調動作点は点Ａに維持される。
【００２３】
本実施形態によれば、光合波器６から出力される合波光ｄのビート成分ｄbつまり直流成分を受光器８で受光して得られるビート信号に基づいて光強度変調波ｃの変調動作点をフィードバック制御するので、すなわち従来技術のように光強度変調波を直接受光器に入力して電気信号に変換するのではなく、光合波器６から出力される合波光ｄのビート成分ｄbを受光器８で受光するので、受光器８による帯域制限を受けることなく、変調動作点のドリフトを抑えることが可能である。
【００２４】
しかも、変調動作点Ａは、図４に示すように光強度変調波ｃの基本波成分ｃ0の変化率が急峻に変化する点に設定されるので、変調動作点の安定度が極めて高い。さらに、光強度変調波ｃの上下側帯波成分ｃ1，ｃ2は、この変調動作点Ａにおい最大値となるので、高レベルの上下側帯波成分ｃ1，ｃ2つまりＳ／Ｎ比の良い側帯波成分ｃ1，ｃ2を得ることができる。
【００２５】
なお、上記実施形態では、外部変調器３としてマッハツェンダ型光変調器を用いたが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の形式の光変調器にも適用することが可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、所定周波数の変調信号を出力する変調制御部と、光源から搬送波として出力される光信号を、前記変調制御部から出力される前記変調信号に基づいて光強度変調して光強度変調波を出力する変調器とを備える光強度変調器において、前記変調制御部は、前記搬送波と前記光強度変調波とのビート成分を検出するビート検出部と、前記ビート検出部で検出されるビート成分のうち直流近傍成分であるビート成分が最小となるようなバイアス電圧を、前記変調信号に重畳して前記変調器に出力するバイアス制御部とを具備するので、ビート検出部内の受光器による周波数変位量の制限を解消しつつ変調動作点のドリフトを抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態の機能構成を示すブロック図である。
【図２】  本発明の一実施形態の動作を示す特性図である。
【図３】  本発明の一実施形態における各種信号のスペクトラムを示す特性図である。
【図４】  本発明の一実施形態における搬送波と側帯波とのレベル関係を示す特性図である。
【符号の説明】
ＭＣ……変調制御部
ＢＳ……ビート検出部
ＢＣ……バイアス制御部
１……光源
２……光分岐器
３……外部変調器（変調器）
４……搬送波用光分波器
５……変調波用光分波器
６……光合波器
７……ＢＰＦ（光バンドパスフィルタ；周波数選択手段）
８……受光器
９……ＬＰＦ（ローパスフィルタ）
１０……Ａ／Ｄ
１１……制御部
１２……Ｄ／Ａ
１３……バイアス回路
１４……信号源
【図１】
0004026389.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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