(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部変調発光器における光変調器のバイアス電圧を自動的に補正する方法であって、光変調器が、バイアス電圧制御装置によって供給された、ベース信号とDC電圧の組み合わせを含むベース制御信号を受信するとき、バイアス電圧制御装置の受信端子を、光変調器から第１の２次高調波成分信号を受信可能とし、前記第１の２次高調波成分信号の周波数に等しい周波数を持つ第２の２次高調波成分信号を、バイアス電圧制御装置内で生成し、かつ、前記第１の２次高調波成分信号と比較し、その結果、光変調器のバイアス電圧を制御するために用いられるDC電圧を生成する方法において、
バイアス電圧制御装置が測定サイクルにあるとき、受信端子を接地電圧に切り替え、
バイアス電圧制御装置によって引き起こされた余分のオフセット電圧及びゼロシフト電圧を測定し、
バイアス電圧制御装置が補正サイクルにあるとき、前記第１の２次高調波成分信号を受信するように受信端子を切り替え、
前記第１の２次高調波成分信号を前記第２の２次高調波成分信号と比較することによってDC誤差電圧を得て、
このDC誤差電圧から余分のオフセット電圧及びゼロシフト電圧を減算し、
減算後のDC誤差電圧を、光変調器のバイアス電圧を制御するために用いる
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
外部変調発光器における光変調器のバイアス電圧を自動的に補正する装置であって、光変調器がバイアス電圧制御装置によって供給されたベース制御信号を受信するとき、バイアス電圧制御装置の受信端子が、光変調器から第１の２次高調波成分信号を受信可能とされ、第１の２次高調波成分信号に応じたDC電圧を生成して、光変調器のバイアス電圧を制御する装置において、
ベース信号及びこのベース信号に基づく第２の２次高調波成分信号を発生するために用いられるベース信号発生器と、
このベース信号発生器と電気的に接続されていて、DC電圧を受信し、かつ、バイアス制御信号を光変調器に出力するために用いられる結合器と、
前記第１の２次高調波成分信号を、受信かつ出力するために用いられる光カプラと、
この光カプラによって出力された第１の２次高調波成分信号を受信するために用いられる受光器と、
第１の端子及び第２の端子を有していて、第２の端子が接地されている抵抗器と、
前記受光器から第１の２次高調波成分信号を受信する接続と、前記抵抗器の第１の端子への接続との中から１つの接続を選択するために用いられるRFスイッチと、
前記ベース信号発生器及びRFスイッチと電気的に接続されていて、第１の２次高調波成分信号と、第２の２次高調波成分信号と、DC誤差電圧信号とを出力するために用いられる波形検出器と、
前記第１の２次高調波成分信号と、第２の２次高調波成分信号と、DC誤差電圧信号とを受信するために用いられる第１のローパスフィルタと、
この第１のローパスフィルタと接続されたDCアンプと、
このDCアンプと接続された第２のローパスフィルタと、
この第２のローパスフィルタと接続されたDCレベルシフタと、
このDCレベルシフタと接続されたアナログ−デジタル変換器(ADC)と、
このADC及び前記RFスイッチと接続されたマイクロプロセッサと、
このマイクロプロセッサ及び前記結合器に接続されていて、DC誤差電圧信号を出力するデジタル−アナログ変換器(DAC)と
を具備することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部変調型発光器における光変調器のバイアス補正のための制御技術及び装置に関する。特に、本発明は、外部変調型発光器における光変調器の自動バイアス補正を行うバイアス制御装置のために用いられる制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、世界中の光ファイバ通信は、非常な発展を遂げ、この中で、インターネット及びケーブルテレビが驚くべき発展を遂げた。多数のユーザーを擁するマーケットにおける大きいビジネスチャンスの魅力の下で、全ての光ファイバ通信業者は、ファイバ通信の長距離化、広帯域幅化、及び高品質化のために邁進してきた。図１において、1559nmの波長を持つ光ファイバ発光器110は、低歪及び低挿入損失を有し、かつ、光増幅器120及び受光器130と共に用いられるので、高品質な長距離ネットワーク伝送が可能になる。従って、それは、強力に押し進められて作成され、広い応用範囲を形成した。図2A及び図2Bに示すように、光ファイバ発光器は、直接変調型発光器と、外部変調型発光器とに分けられる。これらの主な差異は、直接変調型発光器240が、伝送信号RFをレーザ光源210に直接加えている点であり、光の波形（form）は、光増幅器230を経て出力される。また、外部変調型発光器280は、レーザ光源250の出力が光変調器260に入力されるとき、伝送信号RFが外部から光変調器260に加えられる。それから、光増幅器270は、信号を増幅すると共に、光出力を出力する。図３には、光変調器の特性曲線が示されている。図３によれば、光変調特性が外部バイアスを用いて変更されることが分かる。一般に、例えばケーブルテレビのアナログ信号のような高い線形性の伝送システムに光変調器を適用する場合には、光変調バイアスは、歪がより少ない２次線形性（second order linearity）を得るために、直交（Quad）点にくるように調節される。デジタル伝送システムに適用する場合には、バイアスは、ピークまたはヌル（null）に設定される。
【０００３】
しかし、実際の応用においては、高い線形性の伝送システムに使われる光変調器のバイアス点が、環境温度と共にシフトする現象が見られる。
もし、光変調器のバイアス点が、±１度を超える誤差を持っていれば、それは、２次非線形性の歪を引き起こし、品位は著しく低下するであろう。従って、商業使用における外部変調型の発光器で、低歪で高い線形性の伝送を実現するためには、光変調器のバイアス電圧を直交（Quad）バイアス点に設定する必要がある。そして、オフセットは、温度によって引き起こされる、直交（Quad）バイアス点のシフトによって形成される。
【０００４】
現在、光変調器のバイアス電圧制御に関して、多くの解決法、例えば米国特許公報5,8l2,297や米国特許公報5,343,324が提案されている。図４は、外部変調型発光器における光変調器のための、従来のバイアス電圧制御装置である。従来のバイアス電圧制御装置は、10.85MHz信号発生器410を使用し、10.85MHzのベース信号を発生する。この信号は、DC電圧と結合された後に、光変調器のバイアス電圧入力端子に送信される。光変調器の最適なバイアス点、すなわち図３における直交（Quad）点でシフトが起こるとき、それは、光変調器によって伝送された伝送信号中に２次非線形性の歪を引き起こす。それから、21.7MHzの信号が、光変調器によって出力された伝送信号から生成される。この伝送信号は、90:10分割（splitting）の光カプラを通過した後に、受光器420に入力され、電気信号に変換される。この電気信号は、波形検出器430に入力される。波形検出器430は、倍増（multiplying）波形検出器、ダイオード波形検出器、集積回路または別個の（discrete）回路であってもよい。波形検出器430は、21.7MHzの信号の振幅及び位相に応じて誤差電圧を発生する。誤差電圧は非常に小さいので、狭い周波数のローパスフィルタ440を通過した後に、DCレベルアンプ450によって増幅される。増幅後のノイズを除去するために、誤差電圧は、別の狭い周波数のローパスフィルタ460を通過させられる。誤差電圧は、次に、DCレベルシフタ470に入力され、マイクロプセッサ490によって受け入れ可能なレベルまでシフトされる。アナログ−デジタル変換器(ADC)480は、更に、誤差電圧をデジタル値に変換し、マイクロプロセッサ490に、このデジタル値を出力する。誤差電圧の量に応じて、マイクロプロセッサ490は、オフセット電圧を出力するデジタル−アナログ変換器(DAC)495を制御し、光変調器のバイアス電圧点を直交（Quad）点に補正する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、波形検出器及びDCアンプの両方自身が、補償効果及びゼロ点シフト効果を生成する特性を持っている。このような状況において、温度が変動するとき、波形検出器及びDCアンプは、バイアス電圧制御装置の出力に余分な電圧を付加する。この電圧は、バイアス電圧制御装置が、適切なオフセット電圧、すなわち光変調器のバイアス電圧を補正して直交（Quad）点に保つオフセット電圧を供給することができない状態をもたらす。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、外部変調発光器における光変調器に対するバイアス制御装置の自動バイアス補正のために用いられる制御方法及び装置を提供する。正確なオフセット電圧が自動的に測定されると共に、補正が自動的になされ、その結果、熱による影響が著しく低減されるように、出力電圧が調整される。
【０００７】
この発明は、外部変調発光器における光変調器に対する自動バイアス補正のための制御方法を提供する。バイアス制御装置は、ベース信号を供給し、このベース信号は、DC電圧と結合され、バイアス電圧制御信号を形成する。バイアス電圧制御信号が光変調器に入力されるとき、バイアス電圧制御装置は、光変調器から第１の２次高調波成分信号の出力を受信する。また、バイアス電圧制御装置は、ベース信号発生器から第２の２次高調波成分信号を得る。この第２の２次高調波成分信号は、前記第１の２次高調波成分信号と同じ周波数を持つ。バイアス電圧制御装置は、第１の２次高調波成分信号を第２の２次高調波成分信号と比較し、光変調器のバイアス電圧を制御するための電圧を生成する。自動補正方法は、測定サイクルと、補正サイクルとを含む。バイアス電圧制御装置が測定サイクルにあるとき、受信端子は接地される。それから、バイアス電圧制御装置からの余分のオフセット電圧及びゼロシフト電圧が測定される。バイアス電圧制御装置が補正サイクルにあるとき、受信端子は、第１の２次高調波成分信号を受信し、かつ、バイアス電圧制御装置は、第１の２次高調波成分信号を第２の２次高調波成分信号と比較することによって、DC誤差電圧を得る。DC誤差電圧が、余分のオフセット電圧及びゼロシフト電圧から差し引かれ、その結果、補正されたDC誤差電圧が得られる。補正されたDC電圧は、光変調器のバイアス電圧を制御するために用いられる。
【０００８】
この発明は、外部変調発光器における光変調器を自動的に補正するための補正装置を提供する。補正装置が光変調器にバイアス電圧制御信号を出力するとき、この補正装置は、光変調器からの出力を、第１の２次高調波成分信号として受信する。第１の２次高調波成分信号に応じて、補正装置は、DC電圧を生成し、光変調器のバイアス電圧を制御する。補正装置は、ベース信号発生器と、結合器と、光カプラデバイスと、受光器と、抵抗器と、RFスイッチと、波形検出器と、第１の狭帯域ローパスフィルタ(LPF)と、DCアンプと、第２の狭帯域LPFと、DCレベルシフタと、ADCと、マイクロプロセッサと、DACとを備えている。ベース（トーン（tone））信号発生器は、ベース信号を発生し、このベース信号に基づいて、第２の２次高調波成分信号を生成する。結合器は、ベース信号及びDC電圧を受信するために、ベース信号発生器と接続されていて、かつ、光変調器にバイアス電圧制御信号を出力する。光カプラは、第１の２次高調波成分信号を受信すると共に出力する。受光器は、光カプラから第１の２次高調波成分信号を受信すると共に出力する。抵抗器は、第１の端子及び第２の端子を有していて、第２の端子は接地電圧に接続されている。RFスイッチは、受光器から第１の２次高調波成分信号を受信するか、あるいは抵抗器に接続するかを選択するために用いられる。波形検出器は、ベース信号発生器及びRFスイッチと接続されていて、第１の２次高調波成分信号と、第２の２次高調波成分信号と、DC誤差電圧信号とを出力する。第１の狭帯域LPFは、波形検出器と接続されている。DCアンプは、第１の狭帯域LPFと接続されている。第２の狭帯域LPFは、DCアンプと接続されている。DCレベルシフタは、第２の狭帯域LPFと接続されている。ADCは、第２の狭帯域LPFと接続されている。マイクロプロセッサは、ADC及びRFスイッチと接続されている。DACは、マイクロプロセッサ及び結合器と接続されていて、DC電圧を出力する。
【０００９】
この発明の概要は、マイクロプロセッサを用いてRFスイッチを制御し、バイアス電圧制御装置のループ回路によって引き起こされる余分のオフセット電圧及びゼロシフト電圧を得ることである。これらの２つの電圧に応じて実際の誤差電圧が補正され、これにより、光変調器のバイアスが正しいバイアス電圧点に設定される。加えて、測定サイクル及び補正サイクルが繰り返され、バイアス電圧制御装置が自動的に校正される。その結果、バイアス電圧のシフトに対する温度の影響が効果的に低減されるように、バイアス電圧制御装置の出力電圧が調節される。
【００１０】
前述した概略の説明と、後述する詳細な説明との両方が、具体例であって、請求された発明を更に説明するためのものであることは、理解されるべきである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
添付の図は、この発明の更なる理解のために添付され、この明細書の一部に組み込まれると共に、この明細書の一部を構成する。これらの図は、本発明の実施形態を図示し、明細書と共に、本発明の原理を説明するのに寄与する。
【００１２】
図1は、従来の光ファイバ伝送ネットワークである。
【００１３】
図2Aは、従来の直接変調型発光器を示す回路図である。
【００１４】
図2Bは、従来の外部変調型発光器を示す回路図である。
【００１５】
図3は、光変調器の特性曲線である。
【００１６】
図4は、外部変調発光器のための従来の光変調器のバイアス電圧制御装置を示す回路図である。
【００１７】
図5は、本発明の一実施形態における、外部変調発光器のための光変調器に対するバイアス電圧制御装置の概略を示す回路図である。
【００１８】
図6は、本発明の一実施形態における、光変調器のバイアスを自動的に補正するための制御方法の概略を示すフローチャートである。
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施形態を説明する。発光器における光変調器のバイアス電圧を自動的に補正するために用いられる装置は、温度の影響による回路の各レベルによって引き起こされる、余分のオフセット電圧及びゼロシフト電圧を測定し、かつ、これらに応じてDCオフセット電圧を供給する。その結果、光変調器のバイアス電圧は、正確なバイアス電圧点に設定される。そして、動作サイクルが繰り返され、バイアス電圧が自動的に補正される。
【００２０】
図５は、本発明の一実施形態における、外部変調発光器のための光変調器に対するバイアス電圧制御装置の概略を示す回路図である。バイアス電圧制御装置538は、ベース信号発生器502と、結合器520と、光カプラデバイス528と、受光器530と、抵抗器532と、RFスイッチ522と、倍増（multiplying）波形検出器504と、第１の狭帯域ローパスフィルタ(LPF)506と、DCアンプ508と、第２の狭帯域LPF510と、DCレベルシフタ512と、ADC514と、マイクロプロセッサ516と、DAC518とを具備している。RFスイッチ522は、例えば、半導体スイッチやリレーを備えている。各ローパスフィルタ506・510は、例えば、コンデンサ、抵抗器、インダクタのような受動素子や、トランジスタ、電界効果トランジスタ、演算増幅器のような能動素子を備えている。DCアンプ508は、例えば、トランジスタ、電界効果トランジスタ、演算増幅器を備えている。ADCは、例えば、集積回路または別個の（discrete）回路を備えている。DACは、例えば、集積回路または別個の回路を備えている。別個の回路は、例えば、トランジスタ、電界効果トランジスタ、演算増幅器を備えている。
【００２１】
本発明において、バイアス電圧制御装置538が、温度が変動する環境下の光変調器524のバイアス電圧を補正するとき、マイクロプロセッサ516は、RFスイッチ522に対して制御信号を発信することにより、RFスイッチ522が抵抗器532を介して接地される状態を選択する。DAC518、結合器520、波形検出器504、狭帯域LPF506、DCアンプ508、狭帯域LPF510、DCレベルシフタ512、ADC514、マイクロプロセッサ516のための回路の各レベルは、接地電圧になる。そして、マイクロプロセッサ516は、ADC514の出力電圧を測定する。この電圧は、温度変動による、バイアス電圧制御装置538の余分のオフセット電圧及びゼロシフト電圧である。
【００２２】
余分のオフセット電圧及びゼロシフト電圧が得られたら、マイクロプロセッサ516は、補正に用いるために、２つの電圧を一時的に格納し、かつ、RFスイッチ522に対して別の制御信号を発信することにより、RFスイッチ522が受光器530に接続される状態を選択する。この時、温度の影響の下にある受光器530は、第１の２次高調波成分信号を搬送する光信号を出力する。前記第１の２次高調波成分信号は、ベース信号の周波数の２倍の周波数を持つ、トーン（tone）信号である。光カプラ528は、第１の２次高調波成分信号を分離（decouple）し、受光器530に送信する。そして、第１の２次高調波成分信号は、受光器530及びRFスイッチ522を介して倍増（multiplying）波形検出器504に入力される。波形検出器504は、さらに、ベース信号発生器502から、第２の２次高調波成分信号を受信する。この第２の２次高調波成分信号は、前記第１の２次高調波成分信号と同じ周波数を持つ。波形検出器504は、第１及び第２の２次高調波成分信号の振幅を比較する。そして、波形検出器504は、DC誤差電圧信号と、第１及び第２の２次高調波成分信号とを、LPF506に出力する。これらの３つの信号はLPF506に入力されるが、DC誤差電圧信号のみが分離される。DC誤差電圧信号は、非常に小さい可能性があるので、DCアンプ508で増幅される。増幅後のDC誤差電圧信号は、ノイズを含んでいる可能性があるので、再度、LPF510に入力される。フィルタを通過した後のDC誤差電圧信号は、次に、DCレベルシフタ512に入力される。DCレベルシフタ512は、DC誤差電圧信号の電圧レベルをシフトし、DC誤差電圧信号をADC514に入力可能にする。すなわち、全ての波形は、ADC514をそのまま通過する。DC誤差電圧信号は、デジタル信号に変換され、マイクロプロセッサ516に出力される。マイクロプロセッサ516によって受信されるデジタル信号は、余分のオフセット電圧と、ゼロシフト電圧と、光変調器自身によって引き起こされた誤差電圧信号とを含む。マイクロプロセッサ516は、デジタル信号によって表されたバイアス電圧から、余分のオフセット電圧及びゼロシフト電圧を引き、温度の影響を受ける光変調器が実際に必要とするオフセット電圧を得る。マイクロプロセッサ516は、オフセット電圧をDAC518に出力し、DC電圧信号に変換する。DC電圧信号は、結合器520によってベース信号と結合され、光変調器524に送信される。その結果、光変調器524のバイアス電圧は、最適なバイアス電圧点に設定される。
【００２３】
マイクロプロセッサ516がRFスイッチ522を介した抵抗器532との接続を行うとき、測定サイクルの動作が実行され、そして、マイクロプロセッサ516が受光器530との接続を行うとき、補正サイクルの動作が実行される。２つのサイクルの持続期間は、環境温度の変化速度による。これらの２つのサイクルを用いて、定期的にバイアス電圧制御装置538のバイアス電圧を補正することによって、温度の影響による電圧シフトが、効果的かつ自動的に低減される。そして、バイアス電圧制御装置の出力電圧が調節される。そして、効率的なバイアス電圧制御が達成される。
【００２４】
本発明は、また、発光器における光変調器の自動バイアス電圧補正のための方法を提供する。この方法において、光変調器は、バイアス電圧制御装置によって引き起こされたベース信号とDC電圧信号とが結合したバイアス制御信号を受信し、そして、第１の２次高調波成分信号を出力する。バイアス電圧制御装置は、フィードバックされた第１の２次高調波成分信号を受信すると共に、ベース信号に基づく第２の２次高調波成分信号を生成する。ここで、第１及び第２の高調波成分信号は、同じ周波数を持っていて、DC電圧を生成するために比較される。このDC電圧は、光変調器のバイアス電圧を制御するために用いられる。図６は、本発明の一実施形態における、光変調器のバイアスを自動的に補正するための制御方法の概略を示すフローチャートである。それは、２つのサイクル、すなわち測定サイクル及び補正サイクルを有している。
【００２５】
ステップ601において、バイアス電圧制御装置が測定サイクルにあるとき、バイアス電圧制御装置は、第１の２次高調波成分信号を受信しない。ステップ603において、温度変化による、バイアス電圧制御装置内の回路ユニットの各レベルにおける、余分のオフセット電圧及びゼロシフト電圧が測定される。ステップ605において、バイアス電圧制御装置が補正サイクルにあるとき、その受信端子には、接地される方ではなく、第１の２次高調波成分信号を受信する方が選択される。ステップ607において、第１及び第２の２次高調波成分信号が比較され、DC誤差電圧が得られる。すなわち、DC誤差電圧は、余分のオフセット電圧及びゼロシフト電圧によって減じられることにより得られる。ステップ609において、このDC誤差電圧が、光変調器のバイアス電圧を制御するために用いられる。
【００２６】
結論として、この発明においては、マイクロプロセッサを用いてRFスイッチを制御することにより、バイアス電圧制御装置のループ回路によって引き起こされた余分のオフセット電圧及びゼロシフト電圧を得ている。これらの２つの電圧に応じて、実際の誤差電圧が補正され、これにより、光変調器のバイアスが、正確なバイアス電圧点に設定される。加えて、測定サイクル及び補正サイクルが繰り返されるので、バイアス電圧制御装置が自動的に校正される。その結果、バイアス電圧のシフトに対する温度の影響が効果的に低減され、バイアス電圧制御装置の出力電圧が調節される。
【００２７】
本発明の範囲あるいは核心からはずれることなしに、本発明の構成に対して、様々な変形を加えることが可能であることは、当業者にとって明白である。前述の記載を考慮すれば、本発明は、請求項及びそれらと均等の範囲内にある限り、本発明の変形を含むものと解釈される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の光ファイバ伝送ネットワークを示す図である。
【図２Ａ】  従来の直接変調型発光器を示す回路図である。
【図２Ｂ】  従来の外部変調型発光器を示す回路図である。
【図３】  光変調器の特性曲線を示す図である。
【図４】  外部変調発光器のための従来の光変調器のバイアス電圧制御装置を示す回路図である。
【図５】  本発明の一実施形態における、外部変調発光器のための光変調器に対するバイアス電圧制御装置の概略を示す回路図である。
【図６】  本発明の一実施形態における、光変調器のバイアスを自動的に補正するための制御方法の概略を示すフローチャートである。
【符号の説明】
110  光ファイバ発光器
120  光増幅器
130  受光器
240  直接変調型発光器
210  レーザ光源
230  光増幅器
280  外部変調型発光器
250  レーザ光源
260  光変調器
270  光増幅器
410  10.85MHz信号発生器
420  受光器
430  波形検出器
440  ローパスフィルタ
450  DCレベルアンプ
460  ローパスフィルタ
470  DCレベルシフタ
490  マイクロプセッサ
480  アナログ−デジタル変換器(ADC)
495  デジタル−アナログ変換器(DAC)
538  バイアス電圧制御装置（バイアス制御装置）
502  ベース信号発生器（２次高調波信号発生器）
520  結合器
528  光カプラ
530  受光器
532  抵抗器
522  RFスイッチ
504  倍増（multiplying）波形検出器（２次高調波信号検出器）
506  第１の狭帯域ローパスフィルタ(LPF)
508  DCアンプ
510  第２の狭帯域ローパスフィルタ(LPF)
512  DCレベルシフタ
514  アナログ−デジタル変換器(ADC)
516  マイクロプロセッサ
518  デジタル−アナログ変換器(DAC)
526  レーザ光源
524  光変調器
【図１】
0003763800.tif 000002
【図２Ａ】
0003763800.tif 000003
【図２Ｂ】
0003763800.tif 000004
【図３】
0003763800.tif 000005
【図４】
0003763800.tif 000006
【図５】
0003763800.tif 000007
【図６】
0003763800.tif 000008