(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＷ光を入力信号により変調するマッハツェンダ型外部変調器（以下「ＭＺ型外部変調器」という）の出力光信号を安定化する光変調器制御回路において、
所定の周波数の低周波信号を発生する低周波発生手段と、
前記低周波信号を前記ＭＺ型外部変調器のバイアス電圧に重畳して印加する加算手段と、
前記ＭＺ型外部変調器の出力光信号を電気信号に変換する光電気変換手段と、
前記電気信号から直流成分および前記低周波信号の周波数成分を除去する直流・低周波除去手段と、
前記直流・低周波除去手段の出力信号を包絡線検波する包絡線検波手段と、
前記包絡線検波手段の出力信号と前記低周波信号の位相を比較する同期検波手段と、
前記同期検波手段の出力信号に比例して前記ＭＺ型外部変調器に印加するバイアス電圧を修正する積分手段と
を備えたことを特徴とする光変調器制御回路。
【請求項２】
請求項１に記載の光変調器制御回路において、
包絡線検波手段は、直流・低周波除去手段の出力信号を２乗して包絡線の周波数成分を検出する２乗回路である
ことを特徴とする光変調器制御回路。
【請求項３】
請求項１に記載の光変調器制御回路において、
包絡線検波手段は、直流・低周波除去手段の出力信号を整流して平滑化する直線検波回路である
ことを特徴とする光変調器制御回路。
【請求項４】
請求項３に記載の光変調器制御回路において、
同期検波手段の出力信号の極性を反転する第１の極性反転回路と、
入力信号の極性を反転する第２の極性反転回路と
を備えたことを特徴とする光変調器制御回路。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の光変調器制御回路において、
入力信号のマーク率を検出するマーク率検出手段と、
前記マーク率検出手段で検出されたマーク率の変動に対して、同期検波手段の出力信号が一定レベルになるように利得を調整して積分手段に与える利得調整手段と
を備えたことを特徴とする光変調器制御回路。
【請求項６】
請求項３に記載の光変調器制御回路において、
直流・低周波除去手段は、入力信号のマーク率に関係なく一定の振幅レベルの信号を出力するクランプ回路である
ことを特徴とする光変調器制御回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＭＺ型外部変調器の出力光信号を安定化する光変調器制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、先願（特願平８−２７１０１８）の光変調器制御回路の構成例を示す。
図において、レーザ光源３１の出力光は、ＭＺ型外部変調器３２に入力される。ＭＺ型外部変調器３２の一方の駆動入力には、“０”と“π”に対応する２値の入力信号がコンデンサ３３を介して印加される。ＭＺ型外部変調器３２の他方の駆動入力には、バイアスＴ３４および終端抵抗３５が接続され、バイアス電圧がバイアスＴ３４を介して印加される。このバイアス電圧には、低周波発振器３６から出力される低周波信号が加算器３７を介して重畳される。その結果、ＭＺ型外部変調器３２は、入力信号に低周波信号が重畳された信号によって駆動され、振幅変調された光信号が出力される。
【０００３】
この出力光信号は光カプラ３８で分岐され、光電変換器３９で電気信号に変換される。光電変換器３９から出力される電流Ｉ(t) は、“０”と“π”の２値をとる入力信号をｓ(t) 、バイアス電圧の動作点からのずれを２α、低周波信号の振幅を２βおよび角周波数をωm とすると、
0003732610.tif 000002
と表される。この電気信号の直流成分をコンデンサ４０を介して除去し、その交流成分を２乗回路４１で２乗することにより、電気信号の包絡線成分が検出される。この包絡線成分Ｉ2(t)は、
0003732610.tif 000003
と表される。ここでは、βは十分に小さいと仮定している。
【０００４】
重畳した低周波成分は、乗算器４２で包絡線成分を低周波信号で同期検波することにより検出される。その検波出力の直流成分には、包絡線成分と低周波信号の位相を示す電圧−4βsin(4α) が現れる。これは、最適動作点で零となり、最適動作点からのずれの方向によりその符号が逆転する。また、最適動作点付近では、最適動作点からのずれ量に応じてその出力が大きくなる。
【０００５】
以上の動作原理について図１０を参照して説明する。
ＭＺ型外部変調器３２には、入力信号と周波数ｆ0 の低周波信号が足し算されて入力される。いま、▲１▼に示すようにバイアス電圧の直流成分が動作点より高い場合には、ＭＺ型外部変調器３２から▲３▼で示される光信号が出力される。この出力光信号▲３▼の振幅変調周波数はｆ0 であり、マーク時の包絡線▲４▼の位相が重畳信号とは逆になっている。一方、▲２▼に示すようにバイアス電圧の直流成分が動作点より低い場合には、ＭＺ型外部変調器３２から▲５▼で示される光信号が出力される。この出力光信号▲５▼の振幅変調周波数もｆ0 であり、マーク時の包絡線▲６▼の位相が重畳信号と同位相になっている。したがって、ＭＺ型外部変調器３２の出力光信号の包絡線の位相により、最適動作点に対するバイアス電圧の相対位置を知ることができる。乗算器４２から出力される検波出力は、▲１▼の場合には負、▲２▼の場合には正となる。
【０００６】
したがって、この検波出力を積分器４３で積分することにより、
ｄα／ｄｔ＝−4βsin(4α)                                 …(3)
のようにバイアス電圧を修正し、ＭＺ型外部変調器３２のバイアス電圧が最適動作点に一致するように制御することができる。すなわち、ＭＺ型外部変調器３２の動作点が変動した場合でも、バイアス電圧を最適動作点に一致させ、安定した光信号を送出させることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図９に示す先願の光変調器制御回路では、ＭＺ型外部変調器３２のバイアス電圧に低周波信号を重畳することにより振幅変調された光信号を発生させ、その光信号の受信信号の交流成分を２乗回路４１で２乗している。また、入力信号ｓ(t) は、“０”と“π”の２値しかとらない理想的な信号として扱っている。また、２乗回路４１では、入力信号の２乗の信号のみが出力される理想的な場合についてのみ考慮している。
【０００８】
しかし、実際の入力信号ｓ(t) は、“０”と“π”の２値以外に、立ち上がりおよび立ち下がり時間に中間の値をとる。また、ＭＺ型外部変調器３２の帯域も無限大ではない。そのため、ＭＺ型外部変調器３２の出力光信号には、バイアス電圧に重畳した低周波信号による振幅変調成分と、入力信号の有限帯域とＭＺ型外部変調器３２の有限帯域の平均値の強度変調成分が重畳される。この様子を図１１に示す。 (1)は振幅変調効果のみが現れた理想的な出力波形であり、 (2)は平均値変調効果による出力波形であり、 (3)は振幅変調効果と平均値変調効果が合わさった出力波形を示す。それぞれ左から順に、図１０に示す▲１▼の動作点における出力、最適動作点における出力、図１０に示す▲２▼の動作点における出力を示す。
【０００９】
図１２は、ＭＺ型外部変調器３２の入力信号（駆動信号）が有限の場合にバイアス電圧が変化したときの出力光信号の波形を示す。 (1)は入力信号波形、(2),(3) は出力光信号波形を示す。(2) では、丸で囲った部分の影響で平均パワーが上がり、図１０に示す▲２▼にドリフトした場合に相当する。 (3)では、丸で囲った部分の影響で平均パワーが下がり、図１０に示す▲１▼にドリフトした場合に相当する。このように、ＭＺ型外部変調器３２のバイアス電圧の変化により平均パワーが変化することがわかる。したがって、バイアス電圧に低周波信号を重畳することにより、帯域が有限の場合にはその低周波信号で図１１(2) に示すように平均値が強度変調される。
【００１０】
図１３は、ＭＺ型外部変調器３２の出力光信号の光電変換後の周波数スペクトルを示す。 (1)は理想的な変調器および入力信号による出力波形を示し、振幅変調スペクトルのみが現れる。 (2)は変調器帯域および入力信号帯域が有限の場合の出力波形を示し、平均値の強度変調成分が現れている。
また、２乗回路の入出力特性は、ｙ＝ａｘ＋ｂｘ2 （ｘは入力、ｙは出力）のように表され、入力信号の２乗成分だけでく、入力信号そのものも出力側に洩れ込んでしまう。そのため、低周波信号で強度変調された信号成分が２乗回路の出力に現れ、動作点制御の安定点がずれてしまうことが考えられる。
【００１１】
本発明は、光変調器のバイアス電圧に低周波信号を重畳して出力光信号の制御を行う構成において、入力信号の有限帯域と光変調器の有限帯域による平均値の強度変調成分の影響を受けずに制御することができる光変調器制御回路を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
図１は、本発明の光変調器制御回路の基本構成を示す（請求項１）。
図において、レーザ光源３１から出力されるＣＷ光はＭＺ型外部変調器３２に入力される。ＭＺ型外部変調器３２の一方の駆動入力にはコンデンサ３３を介して入力信号が印加され、他方の駆動入力にはバイアスＴ３４および終端抵抗３５が接続され、バイアス電圧がバイアスＴ３４を介して印加される。このバイアス電圧には、加算手段１１を介して低周波発生手段１２から出力される低周波信号が重畳される。
【００１３】
ＭＺ型外部変調器３２から出力される低周波信号によって振幅変調された光信号は、光カプラ３８で分岐されて光電気変換手段１３で電気信号に変換される。直流・低周波除去手段１４は、この電気信号から直流成分および低周波信号の周波数成分を除去する。これにより、低周波信号による振幅変調信号成分のみが検出される。すなわち、図１１(1) に示すような理想的な信号が得られる。
【００１４】
包絡線検波手段１５は、直流・低周波除去手段１４の出力信号を包絡線検波する。同期検波手段１６は、包絡線検波手段１５の出力信号と低周波発生手段１１から出力される低周波信号の位相を比較する。積分手段１７は、同期検波手段１６の出力信号を積分し、加算手段１２を介してＭＺ型外部変調器３２に印加するバイアス電圧を修正する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態−請求項２）
図２は、本発明の光変調器制御回路の第１の実施形態を示す。
本実施形態の特徴は、図９に示す先願の光変調器制御回路の構成において、光電気変換器３９の出力信号の直流成分を除去するコンデンサ４０に代えて、バイアス電圧に重畳された低周波信号の周波数成分以上の周波数を通過させるハイパスフィルタ２１を備えたところにある。その他の構成は、図９に示す各部と同じである。
【００１６】
このハイパスフィルタ２１により、２乗回路４１には低周波信号による振幅変調信号成分のみが入力され、入力信号の有限帯域とＭＺ型外部変調器３２の有限帯域による平均値の強度変調成分の影響を受けずに、バイアス電圧の変動制御が可能になる。
ここで、本実施形態の各部と図１に示す基本構成との対応関係を示す。低周波発振器３６と低周波発生手段１１、加算器３７と加算手段１２、光電変換器３９と光電気変換手段１３、ハイパスフィルタ２１と直流・低周波除去手段１４、２乗回路４１と包絡線検波手段１５、乗算器４２と同期検波手段１６、積分器４３と積分手段１７がそれぞれ対応する。また、同一符号のものはそのまま対応する。
【００１７】
（第２の実施形態−請求項２）
図３は、本発明の光変調器制御回路の第２の実施形態を示す。
本実施形態では、“−π”，“０”，“π”の３値をとるデュオバイナリ信号を送信するために、プッシュプルタイプのＭＺ型外部変調器５１を用いる。デュオバイナリ信号は、入力信号１とその逆相の入力信号２が、デュオバイナリ変換器５２−１，５２−２と、デュオバイナリフィルタ５３−１，５３−２を通過することにより生成される。生成された各デュオバイナリ信号は、コンデンサ３３−１，３３−２を介してＭＺ型外部変調器５１の各一方の駆動入力に印加される。その他の構成は第１の実施形態と同様である。
【００１８】
光デュオバイナリ信号は、光の位相では“−π”，“０”，“π”の３値をとるが、光電気変換した場合には光強度を“１”，“０”で変調した場合と同じように２値になる。したがって、本実施形態の構成においても、バイアス電圧のオフセット（包絡線と低周波信号の位相）に比例してバイアス電圧を修正していくことができる。
【００１９】
（第３の実施形態−請求項３）
図４は、本発明の光変調器制御回路の第３の実施形態を示す。
本実施形態の特徴は、第１の実施形態において包絡線検波手段１５として用いた２乗回路４１に代えて、ダイオードを用いた整流機能により振幅変調信号の包絡線を検出する直線検波回路２２を用いるところにある。２乗回路４１は、ＭＺ型外部変調器３２の入力信号の変調速度に対応する比較的広帯域なものが必要であるが、ダイオードは重畳した低周波信号の帯域を有すればよく、光変調器制御回路を安価に構成することができる。
【００２０】
（第４の実施形態−請求項３）
図５は、本発明の光変調器制御回路の第４の実施形態を示す。
本実施形態の特徴は、第２の実施形態において包絡線検波手段１５として用いた２乗回路４１に代えて、ダイオードを用いた整流機能により振幅変調信号の包絡線を検出する直線検波回路２２を用いるところにある。２乗回路４１は、ＭＺ型外部変調器３２の入力信号の変調速度に対応する比較的広帯域なものが必要であるが、ダイオードは重畳した低周波信号の帯域を有すればよく、光変調器制御回路を安価に構成することができる。
【００２１】
（第５の実施形態−請求項５）
図６は、本発明の光変調器制御回路の第５の実施形態を示す。
本実施形態の特徴は、第１の実施形態の構成において、入力信号のマーク率を検出するマーク率検出手段２３と、検出されたマーク率に応じて乗算器４２（同期検波手段１６）の出力信号の利得を調整する利得調整手段２４とを備えたところにある。
【００２２】
実際の伝送システムでは、伝送信号の“１”と“０”の比率（マーク率）が変動することがある。本発明の光変調器制御回路において、入力信号のマーク率が変動すると同期検波信号が変化する。したがって、入力信号のマーク率の変動をマーク率検出手段２３で検出し、利得調整手段２４がマーク率の変動に対する乗算器４２の出力レベルの変動をキャンセルして積分器４３に入力させる。
【００２３】
なお、マーク率検出手段２３は、低域通過フィルタを用いて入力信号の平均電圧を検出する構成である。利得調整手段２４は、マーク率検出手段２３の出力に応じて増幅度を変化させる構成である。
本実施形態で示した入力信号のマーク率変動に対処する構成は、第２の実施形態から第４の実施形態にも同様に適用することができる。
【００２４】
（第６の実施形態−請求項６）
図７は、本発明の光変調器制御回路の第６の実施形態を示す。
本実施形態の特徴は、第３の実施形態において直流・低周波除去手段１４として用いたハイパスフィルタ２１に代えて、クランプ回路２５を用いるところにある。クランプ回路２５を用いることにより、入力信号のマーク率に関係なく一定の振幅レベルの信号を直線検波回路２２に入力することができるので、マーク率によらない制御動作が可能である。本実施形態の構成は、第４の実施形態にも同様に適用することができる。
【００２５】
（第７の実施形態−請求項４）
図８は、本発明の光変調器制御回路の第７の実施形態を示す。
本実施形態の特徴は、第３の実施形態の構成において、乗算器４２（同期検波手段１６）の出力信号の極性を反転する極性反転回路２６と、入力信号の極性を反転する極性反転回路２７とを備えたところにある。
【００２６】
極性反転回路２６で乗算器４２の出力信号の極性を反転すると、ＭＺ型外部変調器３２の動作点が半波長電圧分ほどシフトする。これにより、ＭＺ型外部変調器３２の出力光の極性が切り替わる。また、動作点のシフトに伴い、ＭＺ型外部変調器３２の固有の性質である強度変調に伴う位相変調（以下「チャーピング」という。）の位相が反転するので、使用する光伝送路の特性に応じたチャーピングの極性を設定することができる。
【００２７】
さらに、極性反転回路２６と同時に極性反転回路２７で入力信号の極性を反転することにより、ＭＺ型外部変調器３２の出力光の極性を変えることなく、容易にチャーピングの極性のみを反転することができる。
本実施形態の構成は、第４の実施形態にも同様に適用することができる。また、第５の実施形態に示した入力信号のマーク率変動に対処する構成を付加してもよい。
【００２８】
以上示した実施形態のうち２乗回路４１を用いた構成では、正負のどちらのチャーピングを与える動作点においても安定化できるので、正または負のどちらかのチャーピングを選択して安定化させるために、予め動作点の近くにＭＺ型外部変調器３２のバイアス点を設定しておく必要がある。この場合には、加算器３６に初期バイアスを設定する手段を接続し、制御を開始する前にバイアスを初期設定する。また、シーケンス回路により、予め設定されたバイアス電圧に達した後に制御を開始するようにしてもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光変調器制御回路は、ＭＺ型外部変調器に動作点の変動がある場合に、入力信号およびＭＺ型外部変調器の帯域が有限の場合でも、バイアス電圧を動作点に一致させるバイアス電圧制御を行うことができる。また、ＭＺ型外部変調器のチャーピングの極性を出力光の極性と独立に設定することができる。また、入力信号のマーク率の変動に関わりなく安定にバイアス電圧制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光変調器制御回路の基本構成を示すブロック図。
【図２】本発明の光変調器制御回路の第１の実施形態を示すブロック図。
【図３】本発明の光変調器制御回路の第２の実施形態を示すブロック図。
【図４】本発明の光変調器制御回路の第３の実施形態を示すブロック図。
【図５】本発明の光変調器制御回路の第４の実施形態を示すブロック図。
【図６】本発明の光変調器制御回路の第５の実施形態を示すブロック図。
【図７】本発明の光変調器制御回路の第６の実施形態を示すブロック図。
【図８】本発明の光変調器制御回路の第７の実施形態を示すブロック図。
【図９】先願の光変調器制御回路の構成例を示すブロック図。
【図１０】先願の光変調器制御回路の動作原理を説明する図。
【図１１】ＭＺ型外部変調器の出力波形を示す図。
【図１２】ＭＺ型外部変調器の入力信号が有限の場合にバイアス電圧が変化したときの出力波形を示す図。
【図１３】ＭＺ型外部変調器の出力光信号の光電変換後の周波数スペクトルを示す図。
【符号の説明】
１１  低周波発生手段
１２  加算手段
１３  光電気変換手段
１４  直流・低周波除去手段
１５  包絡線検波手段
１６  同期検波手段
１７  積分手段
２１  ハイパスフィルタ
２２  直線検波回路
２３  マーク率検出手段
２４  利得調整手段
２５  クランプ回路
２６，２７  極性反転回路
３１  レーザ光源
３２  ＭＺ型外部変調器
３３  コンデンサ
３４  バイアスＴ
３５  終端抵抗
３６  加算器
３７  低周波発振器
３８  光カプラ
３９  光電変換器
４０  コンデンサ
４１  ２乗回路
４２  乗算器
４３  積分器
５１  ＭＺ型外部変調器（プッシュプルタイプ）
５２  デュオバイナリ変換器
５３  デュオバイナリフィルタ
【図１】
0003732610.tif 000004
【図２】
0003732610.tif 000005
【図３】
0003732610.tif 000006
【図４】
0003732610.tif 000007
【図５】
0003732610.tif 000008
【図６】
0003732610.tif 000009
【図７】
0003732610.tif 000010
【図８】
0003732610.tif 000011
【図９】
0003732610.tif 000012
【図１０】
0003732610.tif 000013
【図１１】
0003732610.tif 000014
【図１２】
0003732610.tif 000015
【図１３】
0003732610.tif 000016