光送信機、光通信システムおよび光送信方法
【課題】 光波形ごとに変調度が異なるようなアナログ信号変調に適用した場合でも、安定した光変調器バイアスの制御を実現することを目的としている。
【解決手段】 光送信機において、入力した送信データ系列に基づいてアナログ信号を生成するアナログ信号生成部と、前記アナログ信号に基づいて光を変調し、この変調した光信号を出力する光変調器と、前記光変調器に印加するバイアス電圧の制御を行うバイアス制御回路と、前記光信号に対応する変調度を示す変調度情報に基づいて前記バイアス電圧の制御に用いる制御パラメータを調整する調整回路と、を備えた。
【解決手段】 光送信機において、入力した送信データ系列に基づいてアナログ信号を生成するアナログ信号生成部と、前記アナログ信号に基づいて光を変調し、この変調した光信号を出力する光変調器と、前記光変調器に印加するバイアス電圧の制御を行うバイアス制御回路と、前記光信号に対応する変調度を示す変調度情報に基づいて前記バイアス電圧の制御に用いる制御パラメータを調整する調整回路と、を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光通信技術に関し、特に、アナログ信号による光信号を送信する光送信機、光通信システムおよび光送信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信システムにおいて、光の強度に１ビット情報を載せる強度変調方式であるＯＯＫ（On Off Keying）、２つの位相差に１ビット情報を載せる差動位相偏移変調方式であるＤＰＳＫ（Differential Phase Shift Keying）、４つの位相差に２ビット情報を載せる差動４相位相偏移変調方式であるＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase Shift Keying）等が採用・検討されている。そのいずれの変調信号も、１か０の２値符号を取り扱うディジタル信号変調である。
【０００３】
ＯＯＫ、ＤＰＳＫでは、電界印加による屈折率変化、いわゆる電気光学効果を利用したＭＺ（Mach-Zehnder）型光変調器（以下、ＭＺ変調器という）が使われている。また、ＤＱＰＳＫでは、２個のＭＺ変調器で構成される２並列ＭＺ変調器（以下、ＩＱ変調器という）が使われる。このＩＱ変調器は、ＭＺ干渉計としてのＭＺ変調器を並列に接続し、実数部であるIn-phase channel（以下、Ｉチャネルという）と虚数部であるQuadrature-phase channel（以下、Ｑチャネルという）の各々の変調信号を、９０度の搬送波位相差を与えて合波することで、複素光電界を生成する。
【０００４】
一方、ＭＺ変調器は、環境温度や時間変動の影響を受けて最適なバイアス電圧が変化するため、信号品質の安定化のためには高い精度の光変調器のバイアス制御が望まれる。これまでにも、ＯＯＫに用いるＭＺ変調器、ＤＱＰＳＫに用いるＩＱ変調器のバイアス電圧に関するフィードバック制御の報告例がある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１７１７６６号公報
【特許文献２】特開２００８−９２１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
今後、通信トラフィックの増大に伴い、４０ Ｇｂｐｓ、１００ Ｇｂｐｓといった高速な光送受信機が望まれる。このような高速光送受信機に適用する変調方式には、構成部品の高速化が難しくなる背景も伴い、１シンボルで伝送可能な情報量を拡大できるものが好ましい。このような変調方式として、搬送波を複数のサブキャリアに分割することでシンボルレートを低減する直交周波数分割多重であるＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）や、９０度位相が異なる２つの搬送波の振幅を独立に変調し、それぞれの搬送波を複数の振幅値で変調する直交振幅変調であるＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）が有望である。２Ｎ値をとるＱＡＭでは１シンボルでＮビットの伝送が可能であり、ＯＯＫに比べて、周波数利用効率をＮ倍に向上させることができる。
【０００７】
また、予等化技術は、光送受信機や光伝送路における波形歪みを送信側でディジタル信号処理により予め電気的に等化して伝送するものである。この予等化技術は、光学的な分散補償に比べてシステム構成を簡易にできる点や、受信側の分散補償に比べて等化量を増やせる点に優位性があり、４０ Ｇｂｐｓ、１００ Ｇｂｐｓというように、光伝送路における波形歪みの影響が大きくなる高速な光伝送技術の中でも、効果的な補償手段となり得る。
【０００８】
ＯＦＤＭ、ＱＡＭ、予等化のいずれの変調方式も、送信側で任意の振幅レベルをもつ光信号の生成が行われ、従来のようなディジタル信号変調とは異なり、線形な増幅動作と電気光変換動作が行われるようになり、アナログ信号変調としての光信号生成能力が望まれる。そして、ディジタル信号変調では、２値符号に対する光波形ごとに変調度がほぼ一定であるのに対し、アナログ信号変調では、光信号が任意の振幅レベルをもち、光波形ごとに変調度が異なることになる。
【０００９】
しかし、特許文献１、２に開示された従来の光送信機は、変調度が一定であるディジタル信号変調を前提として、ＭＺ変調器バイアスのフィードバック制御回路が設計されていた。このような従来の光送信機に対してＯＦＤＭ、ＱＡＭ、予等化の変調方式を適用しようとすると、アナログ信号変調では光波形ごとに変調度が異なり、変調度に応じてバイアス制御に適する制御パラメータが変化する場合があるので、信号品質の劣化が生じてしまうという問題点があった。
【００１０】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、光波形ごとに変調度が異なるようなアナログ信号変調に適用した場合でも、安定した光変調器バイアスの制御を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る光送信機は、入力した送信データ系列に基づいてアナログ信号を生成するアナログ信号生成部と、前記アナログ信号に基づいて光を変調し、この変調した光信号を出力する光変調器と、前記光変調器に印加するバイアス電圧の制御を行うバイアス制御回路と、前記光信号に対応する変調度を示す変調度情報に基づいて前記バイアス電圧の制御に用いる制御パラメータを調整する調整回路と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、例えばＯＦＤＭ、ＱＡＭ、予等化による光波形ごとに変調度が異なるようなアナログ信号変調を行う光変調器を有する光送信機において、変調度に応じて制御パラメータを調整できるようにすることで、安定した光変調器バイアスの制御が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１による光送信機を示す構成図
【図２】この発明の実施の形態１による光送信機を説明するための説明図
【図３】この発明の実施の形態１による光送信機を説明するための説明図
【図４】この発明の実施の形態２による光送信機を示す構成図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による光送信機を示す構成図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図１において、実施の形態１の光送信機は、送信データ系列に基づいてアナログ変調電気信号としてのアナログ信号を生成するアナログ信号生成部１と、光源２と、変調信号を光信号に変換するＭＺ（Mach-Zehnder）型光変調器（以下、ＭＺ変調器という）３と、アナログ信号をリニアに増幅して変調信号として出力するドライバ４と、光信号出力強度を検出する光検出部５と、ＭＺ変調器３のバイアス電圧を一定制御するために設けた制御信号源６と、光変調後に検出したモニタ信号に含まれる制御信号から誤差成分である制御誤差信号を抽出するために設けた同期検波回路７と、同期検波後に検出した誤差成分が無くなるようにＭＺ変調器３のバイアス電圧を制御するバイアス制御回路８と、ＭＺ変調器３のバイアス電圧に重畳する制御信号振幅を調整する調整回路９で構成される。
【００１５】
図１において、光源２、ＭＺ変調器３の光入出力部、光検出部５の光入力部は、例えば光ファイバケーブルを介して光学的に接続されている。また、アナログ信号生成部１、ＭＺ変調器３の変調電極およびバイアス電極、ドライバ４、光検出部５の電気出力部、制御信号源６、同期検波回路７、バイアス制御回路８、調整回路９は、例えば電気配線を介して電気的に接続されている。
【００１６】
アナログ信号生成部１は、例えば伝送速度４０ Ｇｂｐｓで１か０の２値符号をとるディジタル電気信号としての送信データ系列に、例えばＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）または予等化技術によるディジタル信号処理を施すディジタル回路と、そのディジタル回路からのディジタル電気信号をアナログ信号に変換して出力するディジタル／アナログ変換回路とを備えている。そのディジタル回路は、メモリから読み出したアナログ信号を生成するための設定情報を用いてディジタル信号処理を行う。なお、アナログ信号生成部１の構成は、これに限られるものではなく、要するに光波形に応じて変調度が変化するような光信号に対応する任意のアナログ信号を生成するためのものを、この発明の実施の形態１として適用可能である。
【００１７】
なお、上述のように、ＯＦＤＭは、搬送波を複数のサブキャリアに分割することでシンボルレートを低減する直交周波数分割多重方式である。ＱＡＭは、９０度位相が異なる２つの搬送波の振幅を独立に変調し、それぞれの搬送波を複数の振幅値で変調する直交振幅変調方式である。２Ｎ値をとるＱＡＭでは１シンボルでＮビットの伝送が可能であり、ＯＯＫに比べて、周波数利用効率をＮ倍に向上させることができる。アナログ信号生成部１において、これらの変調方式は、構成部品を高速化することなく、１シンボルで伝送可能な情報量を拡大することで、４０ Ｇｂｐｓや１００ Ｇｂｐｓ以上の高速な光通信を実現できる点に優位性をもつ。
【００１８】
また、上述のように、予等化技術は、光送受信機や光伝送路における波形歪みを送信側でディジタル信号処理により予め電気的に等化して伝送するものである。アナログ信号生成部１において、この予等化技術は、光学的な分散補償に比べてシステム構成を簡易にできる点や、受信側の分散補償に比べて等化量を増やせる点に優位性があり、４０ Ｇｂｐｓや１００ Ｇｂｐｓ以上というように、光伝送路における波形歪みの影響が大きくなる高速な光伝送技術の中でも、効果的な補償手段となる。
【００１９】
図１において、光源２は、例えばＩｎＰ系化合物半導体混晶を構成材料とする半導体レーザであり、１．５５μｍ波長帯の連続波としてのレーザ光を発光して出力する。なお、光源２の構成は、これに限られるものではなく、例えば１．３μｍ波長帯や、固体レーザ等を用いるようにしても良く、要するに所望の光通信を実現するための光を発光するものを、この発明の実施の形態１として適用可能である。
【００２０】
図１において、ＭＺ変調器３は、例えばＬｉＮｂＯ３結晶を構成材料とし、電界印加による屈折率変化、いわゆる電気光学効果を利用した光変調器である。ＭＺ変調器３は、２つのＹ分岐光導波路の間に、図示しない電極を形成した２本の光導波路を並列に接続して、いわゆるＭＺ干渉計として構成されている。ＭＺ変調器３は、このＭＺ干渉計を通過する光に対して、変調電極に入力された変調信号およびバイアス電極に入力されたバイアス電圧による屈折率変化に起因する２本の光導波路の間の位相差に応じた光強度変化を与えて出力する。ＭＺ変調器３は、低チャープといった高い信号品質と高速性の両立が可能な光変調器である。なお、ＭＺ変調器３の構成は、これに限られるものではなく、例えばＩｎＰ系化合物半導体混晶等を構成材料に用いるようにしても良く、また、要するに変調度の変化に応じてバイアス制御に適する制御パラメータが変化するような光変調器を、この発明の実施の形態１として適用可能である。
【００２１】
光検出部５は、例えばＩｎＰ系化合物半導体混晶を構成材料とするモニタＰＤ（Photo-Diode）を備えている。光検出部５は、モニタＰＤにより、ＭＺ変調器３の光出力から分岐された光出力の一部を電気信号に光電気変換して出力する。なお、光検出部５の構成は、これに限られるものではなく、例えばモニタＰＤにＧｅ半導体結晶等を構成材料に用いるようにしても良い。
【００２２】
図１において、ドライバ４、制御信号源６、同期検波回路７、バイアス制御回路８、調整回路９は、電気回路として構成されている。なお、調整回路９は、マイクロコンピュータ等に実行させるコンピュータプログラムを用いてソフトウエア処理により実現するように構成しても良い。
【００２３】
次に動作について説明する。図１において、送信データ系列が光送信機の外部からアナログ信号生成部１に入力される。アナログ信号生成部１は、入力した送信データ系列に基づいて、上述のＯＦＤＭや予等化によるアナログ信号を生成してドライバ４に出力する。ドライバ４は、入力したアナログ信号をリニアに増幅し、主信号である変調信号としてＭＺ変調器３の変調電極に出力する。一方、光源２は、レーザ光を発光してＭＺ変調器３に出力する。そして、バイアス制御回路８で制御されたバイアス電圧がバイアス電極に印加されているＭＺ変調器３は、入力されたレーザ光に変調を与える動作により、変調電極に入力された変調信号を光信号に変換し、ＯＦＤＭや予等化による光信号として光送信機の外部に出力する。
【００２４】
次にバイアス制御に関する動作について詳細に説明する。図１において、バイアス制御回路８は、制御信号源６から発生したディザと呼ばれる主信号帯域外の低周波成分としての制御信号が重畳されたバイアス電圧をＭＺ変調器３のバイアス電極に印加し、光検出部５で検出したモニタ信号に含まれる制御信号が最小になるようにフィードバック制御を行い、環境温度や時間変動の影響による最適なバイアス電圧からの変動の補償を行う。
【００２５】
図２は、２Ｖπの最大駆動振幅を有するＭＺ変調器３を、主信号の駆動振幅Ｖsignal[Vpp]でＮＵＬＬ点を中心に駆動し、制御信号振幅Ｖdither[Vpp]でバイアス制御を行った場合の駆動電圧と光出力強度との関係の一例を示す図である。図２の曲線は、ＭＺ変調器３の駆動電圧と光出力強度との関係を示している。図２の曲線の下側には、ＭＺ変調器３の電気駆動波形を示し、図２の曲線の右側には、ＭＺ変調器３から出力される光出力波形の主信号成分を示している。なお、駆動振幅２Ｖπで駆動した場合には、光出力強度の最大値を用いることができるため、変調度が１００％となる。
【００２６】
バイアス制御回路８による制御誤差を最小限に抑えるためには、最適なバイアス電圧からずれた場合に、ＭＺ変調器３のバイアス電極に重畳させた制御信号を、光検出部５と同期検波回路７を通じて良好なＳ／Ｎ（Signal / Noise）比で検出可能にすることが好ましい。制御信号成分のＳ／Ｎ比の観点からは、制御信号振幅は大きい方が良い。しかし、主信号の受信識別時に不要な制御信号振幅が存在すると、主信号成分のＳ／Ｎ比の劣化につながり、受信感度の劣化を招く。このため、制御信号を重畳しつつ、主信号の信号品質の劣化を防ぐためには、主信号の駆動振幅に対する制御信号振幅比Ａを一定値以下に抑えることが望ましい。このＡと、主信号の駆動振幅Ｖsignalと制御信号振幅Ｖditherとの関係は、式（１）に示す通りである。
Ａ＝Ｖdither／Ｖsignal ・・・（１）
【００２７】
一方、任意のアナログ信号を取り扱う場合は、光波形の設計値ごとに変調度ｍが異なる。変調度ｍと主信号の駆動振幅Ｖsignalと変調器の最大駆動振幅２Ｖπとの関係は、式（２）に示す通りである。式（１）と式（２）から、制御信号振幅Ｖditherは、式（３）に示す通りに求めることができる。
ｍ＝Ｖsignal／２Ｖπ ・・・（２）
Ｖdither＝２Ｖπ×ｍ×Ａ ・・・（３）
【００２８】
従って、式（１）のＡを所定の値に抑えるように、式（３）に基づいて、変調度ｍの設定値ごとに、制御信号の振幅Ｖditherを調整することが望ましい。本実施の形態１では、調整回路９において、このような変調度ごとに制御信号の振幅値を調整する機能を設けることで、任意の波形振幅ごとに、信号劣化が抑制されたバイアス制御を実現できる。なお、調整回路９で用いる変調度情報は、アナログ信号生成部１で用いるアナログ信号を生成するための設定情報と兼ねるようにすれば良い。また、調整回路９で用いる変調度情報は、光送信機の外部から入力するようにしても良い。
【００２９】
なお、本実施の形態１では、予め複数の変調度ｍと制御信号振幅Ｖditherとの関係をテーブル情報として記録したメモリを調整回路９に備えるようにしても良い。また、ＭＺ変調器３に用いる光変調器の個体ごとに最大駆動振幅２Ｖπの電圧振幅値は異なるため、異なる２Ｖπの情報をメモリに書き込んでおくことで、変調度情報をもとに、各ＭＺ変調器の個体差によるばらつきを織り込んだ制御信号振幅の調整が可能である。
【００３０】
また、本実施の形態１では、光検出部５で検出可能な変調度情報に基づいて、制御信号振幅を調整するようにしても良い。ＭＺ変調器３における変調度ｍと変調度１００％の光出力を基準にした場合の光出力Ｐ（ｍ）との関係は、式（４）で表され、図３に示す通りである。
Ｐ（ｍ）＝ｓｉｎ２（ｍ×π／２）＋ｓｉｎ２（（−１）×ｍ×π／２）・・・（４）
【００３１】
図３において、変調度ｍと変調度１００％の光出力を基準にした場合の光出力Ｐ（ｍ）との関係は、ＭＺ変調器３の消光特性で決まる。式（４）に基づいて、光検出部５で検出した光強度Ｐ（ｍ）から変調度ｍを求め、式（３）に基づいて、制御信号振幅Ｖditherを調整するようにしても良い。これにより、光送信機の外部から変調度情報を入力しなくても、送信機の内部で自律的に制御信号振幅を調整することができる。そして、ＭＺ変調器３の出力側で光出力を検出するため、光送信機を構成する光源２の光出力、ＭＺ変調器３の挿入損失、光検出部５のモニタＰＤ感度、ＭＺ変調器３の２Ｖπ、ドライバ４の駆動振幅まで織り込んだ光送信機を構成する各部品の動作環境変化に起因する変調度ｍの変動をリアルタイムに検出可能である。これにより、各構成部品の個体差によるばらつきや温度変動まで含めた制御信号振幅Ｖditherの調整が可能である。
【００３２】
また、本実施の形態１では、変調度情報だけでなく、本光送信機の主信号成分を受信した光受信機で判定したビットエラーレートを示すビットエラー情報に基づいて、調整回路９が制御信号振幅Ｖditherを調整するようにしても良い。すなわち、最初にＭＺ変調器３の光出力から読み出した変調度情報に基づいて、制御信号振幅値を調整した後、光受信機のビットエラー情報に基づいて制御信号振幅を微調整しても良い。これにより、式（４）に基づいて光出力から読み出した変調度情報はＤＣ成分だけであるが、実際のビットエラー情報を読み出すことでＡＣ成分も含めた高い精度での制御信号振幅の調整が可能になる。
【００３３】
さらに、本実施の形態１では、バイアス制御回路８のオフセット調整を調整回路９で行うようにしても良い。実際のバイアス制御のためのアナログ回路では、光検出部５のモニタＰＤのオフセット成分、アナログ信号成分のＤＵＴＹのばらつき、制御ブロック中のオフセット成分などが存在するため、最適なバイアス電圧に対して、検出される制御信号の誤差成分がゼロにならない場合がある。その場合、バイアス制御回路８の収束させたいターゲット値である収束点に対して、故意にオフセット成分を設けることで、最適な駆動状態となるようにすることが望ましい。そこで、本実施の形態１では、調整回路９において、変調度情報やビットエラー情報に基づき、制御信号の振幅値を調整した後に、変調度情報やビットエラー情報に基づき、予め設定したバイアス制御回路８の収束点に対するオフセット成分を調整する仕組みを追加しても良い。これにより、任意のアナログ信号に対して、ビットエラーレートが最小になるような高い信号品質を維持したバイアス制御を実現できる。
【００３４】
以上のように、この発明の実施の形態１による光送信機は、調整回路９が、変調度情報に基づいて、ＭＺ変調器３のバイアス電圧のフィードバック制御に用いる制御パラメータとして、制御信号の振幅値やターゲット値のオフセット成分を調整するようにしたものである。これにより、例えばＯＦＤＭ、予等化による光波形ごとに変調度が異なるようなアナログ信号変調を行う光変調器において、安定したバイアス制御が可能になるという作用効果を奏する。ひいては、例えばＯＦＤＭ、予等化による高い信号品質を維持した光通信が実現可能となる。
【００３５】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による光送信機を示す構成図であり、図１に示した光送信機の構成において、ＭＺ変調器３、ドライバ４、バイアス制御回路８に代え、２個のＭＺ変調器で構成される２並列ＭＺ型光変調器（以下、ＩＱ変調器という）３ａ、実数部であるIn-phase channel（以下、Ｉチャネルという）用のドライバ４ａ、虚数部であるQuadrature-phase channel（以下、Ｑチャネルという）用のドライバ４ｂ、ＩＱ変調器３ａのためのバイアス制御回路８ａを備えていることを示している。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００３６】
図４において、実施の形態２による光送信機は、ＩチャネルとＱチャネルをそれぞれ独立に変調可能で図示しないＩチャネル用変調電極とＱチャネル用変調電極を備えたＩＱ変調器３ａと、Ｉチャネル用変調電極にＩｃｈ変調信号を供給するＩチャネル用のドライバ４ａと、Ｑチャネル用変調電極にＱｃｈ変調信号を供給するＱチャネル用のドライバ４ｂと、ＩＱ変調器３ａの光出力から検出したモニタ信号に基づいて、ＩｃｈバイアスとＱｃｈバイアスと位相バイアスを制御するバイアス制御回路８ａを備え、それ以外は実施の形態１の光送信機と同様の構成である。以下、実施の形態１と同様の構成による同様の動作については説明を省略する場合がある。
【００３７】
図４において、ＩＱ変調器３ａは、２個のＭＺ変調器をＭＺ干渉計として並列に接続し、実数部であるＩチャネルのＩｃｈ変調信号と虚数部であるＱチャネルのＱｃｈ変調信号とを、９０度の搬送波位相差を与えて合波することで、複素光電界を生成するものである。ＩＱ変調器３ａは、各ＭＺ変調器に変調電極とバイアス電極を備えているとともに、各ＭＺ変調器を並列に接続する光導波路の片方に位相制御電極を備えている。なお、Ｉチャネル用のドライバ４ａ、Ｑチャネル用のドライバ４ｂ、バイアス制御回路８ａは、アナログ回路として構成されている。
【００３８】
次に動作について説明する。図４において、ＩＱ変調器３ａは、光源２から入力された光を、ドライバ４ａまたはドライバ４ｂからそれぞれ独立に入力されたＩｃｈ変調信号またはＱｃｈ変調信号に基づいて変調し、ＱＡＭや予等化による光信号として例えば光ファイバとしての光伝送路に出力する。
【００３９】
２並列ＭＺ型光変調器をＩＱ変調器として用いる場合、駆動電圧対光出力強度の山から谷、すなわち位相πに対応する駆動電圧の振幅であるＶπの２倍（２Ｖπ）の振幅の波形の電圧で駆動するときに、変調度は最大である１００％となる。
【００４０】
バイアス制御回路８ａは、実施の形態１で示したＭＺ変調器３のバイアス制御と同様にして、ディザと呼ばれる主信号帯域外の低周波成分であるＩチャネル用とＱチャネル用の制御信号が各バイアス電圧にそれぞれ重畳されたＩｃｈバイアスとＱｃｈバイアスを、ＩＱ変調器３ａの各バイアス電極に印加し、光検出部５で検出したモニタ信号に含まれる各制御信号が最小になるようにフィードバック制御を行う回路を備えている。なお、Ｉチャネル用とＱチャネル用にディザ周波数を分けることで、２つのＭＺ変調器を独立して制御可能である。
【００４１】
また、バイアス制御回路８ａは、Ｉｃｈ変調信号またはＱｃｈ変調信号に基づいて変調された各光信号に９０度の搬送波位相差を与えるように、ＩＱ変調器３ａの位相制御電極に位相バイアスを印加する回路も備えている。
【００４２】
ここで、Ｉｃｈ変調信号とＱｃｈ変調信号としての主信号の駆動振幅が同じ値で、各々のＭＺ変調器の２Ｖπが同じ値である場合、式（１）、式（２）、式（３）は、実施の形態１と同様に成り立ち、Ｉチャネル用とＱチャネル用の制御信号振幅は同じ値に設定すれば良い。実施の形態２では、調整回路９に、変調度ごとにＩチャネル用とＱチャネル用の制御信号振幅を同じ値になるように調整する機能を設けることで、任意の波形振幅ごとに、信号劣化が抑制されたバイアス制御を実現できる。調整回路９で用いる変調度情報は、アナログ信号生成部１で用いるアナログ信号を生成するための設定情報と兼ねるようにすれば良い。また、調整回路９で用いる変調度情報は、光送信機の外部から入力するようにしても良い。
【００４３】
なお、本実施の形態２では、ドライバ４ａとドライバ４ｂの各々の出力部に図示しないピーク検波回路を設けて、このピーク検波回路から読み出した各々のドライバ出力振幅情報に基づき、Ｉチャネル用とＱチャネル用の制御信号振幅を個別に異なる値に調整するようにしても良い。光検出部５から読み取れる変調度情報は、ＩチャネルとＱチャネルの変調度の総和であり、ＩチャネルとＱチャネルの変調度情報をそれぞれに切り分けすることはできない。ドライバ４ａ、４ｂの出力部に上記ピーク検波回路を追加して設けることで、ＩチャネルとＱチャネルの変調度を個別に把握することができる。これにより、Ｉチャネル用とＱチャネル用の制御信号振幅を個別に調整することで、ＩチャネルとＱチャネルともに制御信号による主信号の信号劣化が抑えられて高い信号品質を維持できる。
【００４４】
また、ＩＱ変調器３ａは、一つのＭＺ変調器の変調電極が単相駆動と差動駆動のどちらの場合でも良い。ＭＺ変調器が差動駆動型である場合、ドライバ４ａとドライバ４ｂの各々は、入出力１つの単相駆動型を２個使いでも、入出力２つの差動駆動型を１個使いでも良い。
【００４５】
本実施の形態２では、実施の形態１と同様にして、予め複数の変調度と制御信号振幅との関係をテーブル情報として記録したメモリを調整回路９に備えるようにしても良い。変調度情報をもとに、各ＭＺ変調器の個体差によるばらつきを織り込んだ制御信号振幅の調整が可能であるという同様の効果を奏する。
【００４６】
また、本実施の形態２では、実施の形態１と同様にして、光検出部５で検出可能な変調度情報に基づいて、制御信号振幅を調整するようにしても良い。ＩＱ変調器３ａにおける変調度と光出力との関係は、（４）式と図３で示すものと同じであり、光検出部５で検出した光強度から変調度を求め、制御信号振幅を調整しても良い。これにより、送信機の外部から変調度情報を入力しなくても、送信機の内部で自律的に制御信号振幅を調整することができる。そして、各構成部品の個体差によるばらつきや温度変動まで含めた制御信号振幅の調整が可能である。
【００４７】
本実施の形態２では、実施の形態１と同様にして、変調度情報だけでなく、本光送信機の主信号成分を受信した光受信機で判定したビットエラーレートを示すビットエラー情報に基づいて、調整回路９が制御信号振幅を調整するようにしても良い。すなわち、変調度情報に基づいて制御信号振幅値を調整した後、光受信機のビットエラー情報に基づいて制御信号振幅を微調整することで、信号のＡＣ成分を含めた高精度での制御信号振幅の調整が可能になる。
【００４８】
本実施の形態２では、実施の形態１と同様にして、バイアス制御回路８ａのオフセット調整を調整回路９で行うようにしても良い。変調度情報やビットエラー情報に基づき制御信号振幅を調整した後に、バイアス制御回路の収束させたいターゲット値に対して、故意にオフセット成分を設けて、ビットエラーレートが最小になるような高い信号品質を維持したバイアス制御を実現できる。
【００４９】
以上のように、この発明の実施の形態２による光送信機は、調整回路９が、変調度情報に基づいて、ＩＱ変調器３ａのバイアス電圧のフィードバック制御に用いる制御パラメータとして、Ｉチャネル用とＱチャネル用の制御信号の振幅値やターゲット値のオフセット成分を調整するようにしたものである。これにより、例えばＱＡＭや予等化による光波形ごとに変調度が異なるようなアナログ変調を行う光変調器において、安定したバイアス制御が可能になるという作用効果を奏する。ひいては、例えばＱＡＭや予等化による高い信号品質を維持した光通信が実現可能となる。
【００５０】
なお、上述の実施の形態１および／または実施の形態２に記載の光送信機を２台以上設け、２台以上の光送信機から送信された光信号を波長多重して光ファイバを伝送させ、受信側で波長分離させて２台以上の光受信機で波長ごとに受信させるＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）光通信システムに適用するようにしても良い。これにより、例えばＯＦＤＭ、ＱＡＭ、予等化による高い信号品質を維持した高速で大容量なＷＤＭ光通信システムが実現可能となる。
【符号の説明】
【００５１】
１ アナログ信号生成部
２ 光源
３、３ａ 光変調器
４、４ａ、４ｂ ドライバ
５ 光検出部
６ 制御信号源
７ 同期検波回路
８、８ａ バイアス制御回路
９ 調整回路
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光通信技術に関し、特に、アナログ信号による光信号を送信する光送信機、光通信システムおよび光送信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光通信システムにおいて、光の強度に１ビット情報を載せる強度変調方式であるＯＯＫ（On Off Keying）、２つの位相差に１ビット情報を載せる差動位相偏移変調方式であるＤＰＳＫ（Differential Phase Shift Keying）、４つの位相差に２ビット情報を載せる差動４相位相偏移変調方式であるＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase Shift Keying）等が採用・検討されている。そのいずれの変調信号も、１か０の２値符号を取り扱うディジタル信号変調である。
【０００３】
ＯＯＫ、ＤＰＳＫでは、電界印加による屈折率変化、いわゆる電気光学効果を利用したＭＺ（Mach-Zehnder）型光変調器（以下、ＭＺ変調器という）が使われている。また、ＤＱＰＳＫでは、２個のＭＺ変調器で構成される２並列ＭＺ変調器（以下、ＩＱ変調器という）が使われる。このＩＱ変調器は、ＭＺ干渉計としてのＭＺ変調器を並列に接続し、実数部であるIn-phase channel（以下、Ｉチャネルという）と虚数部であるQuadrature-phase channel（以下、Ｑチャネルという）の各々の変調信号を、９０度の搬送波位相差を与えて合波することで、複素光電界を生成する。
【０００４】
一方、ＭＺ変調器は、環境温度や時間変動の影響を受けて最適なバイアス電圧が変化するため、信号品質の安定化のためには高い精度の光変調器のバイアス制御が望まれる。これまでにも、ＯＯＫに用いるＭＺ変調器、ＤＱＰＳＫに用いるＩＱ変調器のバイアス電圧に関するフィードバック制御の報告例がある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１７１７６６号公報
【特許文献２】特開２００８−９２１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
今後、通信トラフィックの増大に伴い、４０ Ｇｂｐｓ、１００ Ｇｂｐｓといった高速な光送受信機が望まれる。このような高速光送受信機に適用する変調方式には、構成部品の高速化が難しくなる背景も伴い、１シンボルで伝送可能な情報量を拡大できるものが好ましい。このような変調方式として、搬送波を複数のサブキャリアに分割することでシンボルレートを低減する直交周波数分割多重であるＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）や、９０度位相が異なる２つの搬送波の振幅を独立に変調し、それぞれの搬送波を複数の振幅値で変調する直交振幅変調であるＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）が有望である。２Ｎ値をとるＱＡＭでは１シンボルでＮビットの伝送が可能であり、ＯＯＫに比べて、周波数利用効率をＮ倍に向上させることができる。
【０００７】
また、予等化技術は、光送受信機や光伝送路における波形歪みを送信側でディジタル信号処理により予め電気的に等化して伝送するものである。この予等化技術は、光学的な分散補償に比べてシステム構成を簡易にできる点や、受信側の分散補償に比べて等化量を増やせる点に優位性があり、４０ Ｇｂｐｓ、１００ Ｇｂｐｓというように、光伝送路における波形歪みの影響が大きくなる高速な光伝送技術の中でも、効果的な補償手段となり得る。
【０００８】
ＯＦＤＭ、ＱＡＭ、予等化のいずれの変調方式も、送信側で任意の振幅レベルをもつ光信号の生成が行われ、従来のようなディジタル信号変調とは異なり、線形な増幅動作と電気光変換動作が行われるようになり、アナログ信号変調としての光信号生成能力が望まれる。そして、ディジタル信号変調では、２値符号に対する光波形ごとに変調度がほぼ一定であるのに対し、アナログ信号変調では、光信号が任意の振幅レベルをもち、光波形ごとに変調度が異なることになる。
【０００９】
しかし、特許文献１、２に開示された従来の光送信機は、変調度が一定であるディジタル信号変調を前提として、ＭＺ変調器バイアスのフィードバック制御回路が設計されていた。このような従来の光送信機に対してＯＦＤＭ、ＱＡＭ、予等化の変調方式を適用しようとすると、アナログ信号変調では光波形ごとに変調度が異なり、変調度に応じてバイアス制御に適する制御パラメータが変化する場合があるので、信号品質の劣化が生じてしまうという問題点があった。
【００１０】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、光波形ごとに変調度が異なるようなアナログ信号変調に適用した場合でも、安定した光変調器バイアスの制御を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る光送信機は、入力した送信データ系列に基づいてアナログ信号を生成するアナログ信号生成部と、前記アナログ信号に基づいて光を変調し、この変調した光信号を出力する光変調器と、前記光変調器に印加するバイアス電圧の制御を行うバイアス制御回路と、前記光信号に対応する変調度を示す変調度情報に基づいて前記バイアス電圧の制御に用いる制御パラメータを調整する調整回路と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、例えばＯＦＤＭ、ＱＡＭ、予等化による光波形ごとに変調度が異なるようなアナログ信号変調を行う光変調器を有する光送信機において、変調度に応じて制御パラメータを調整できるようにすることで、安定した光変調器バイアスの制御が可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１による光送信機を示す構成図
【図２】この発明の実施の形態１による光送信機を説明するための説明図
【図３】この発明の実施の形態１による光送信機を説明するための説明図
【図４】この発明の実施の形態２による光送信機を示す構成図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による光送信機を示す構成図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図１において、実施の形態１の光送信機は、送信データ系列に基づいてアナログ変調電気信号としてのアナログ信号を生成するアナログ信号生成部１と、光源２と、変調信号を光信号に変換するＭＺ（Mach-Zehnder）型光変調器（以下、ＭＺ変調器という）３と、アナログ信号をリニアに増幅して変調信号として出力するドライバ４と、光信号出力強度を検出する光検出部５と、ＭＺ変調器３のバイアス電圧を一定制御するために設けた制御信号源６と、光変調後に検出したモニタ信号に含まれる制御信号から誤差成分である制御誤差信号を抽出するために設けた同期検波回路７と、同期検波後に検出した誤差成分が無くなるようにＭＺ変調器３のバイアス電圧を制御するバイアス制御回路８と、ＭＺ変調器３のバイアス電圧に重畳する制御信号振幅を調整する調整回路９で構成される。
【００１５】
図１において、光源２、ＭＺ変調器３の光入出力部、光検出部５の光入力部は、例えば光ファイバケーブルを介して光学的に接続されている。また、アナログ信号生成部１、ＭＺ変調器３の変調電極およびバイアス電極、ドライバ４、光検出部５の電気出力部、制御信号源６、同期検波回路７、バイアス制御回路８、調整回路９は、例えば電気配線を介して電気的に接続されている。
【００１６】
アナログ信号生成部１は、例えば伝送速度４０ Ｇｂｐｓで１か０の２値符号をとるディジタル電気信号としての送信データ系列に、例えばＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）または予等化技術によるディジタル信号処理を施すディジタル回路と、そのディジタル回路からのディジタル電気信号をアナログ信号に変換して出力するディジタル／アナログ変換回路とを備えている。そのディジタル回路は、メモリから読み出したアナログ信号を生成するための設定情報を用いてディジタル信号処理を行う。なお、アナログ信号生成部１の構成は、これに限られるものではなく、要するに光波形に応じて変調度が変化するような光信号に対応する任意のアナログ信号を生成するためのものを、この発明の実施の形態１として適用可能である。
【００１７】
なお、上述のように、ＯＦＤＭは、搬送波を複数のサブキャリアに分割することでシンボルレートを低減する直交周波数分割多重方式である。ＱＡＭは、９０度位相が異なる２つの搬送波の振幅を独立に変調し、それぞれの搬送波を複数の振幅値で変調する直交振幅変調方式である。２Ｎ値をとるＱＡＭでは１シンボルでＮビットの伝送が可能であり、ＯＯＫに比べて、周波数利用効率をＮ倍に向上させることができる。アナログ信号生成部１において、これらの変調方式は、構成部品を高速化することなく、１シンボルで伝送可能な情報量を拡大することで、４０ Ｇｂｐｓや１００ Ｇｂｐｓ以上の高速な光通信を実現できる点に優位性をもつ。
【００１８】
また、上述のように、予等化技術は、光送受信機や光伝送路における波形歪みを送信側でディジタル信号処理により予め電気的に等化して伝送するものである。アナログ信号生成部１において、この予等化技術は、光学的な分散補償に比べてシステム構成を簡易にできる点や、受信側の分散補償に比べて等化量を増やせる点に優位性があり、４０ Ｇｂｐｓや１００ Ｇｂｐｓ以上というように、光伝送路における波形歪みの影響が大きくなる高速な光伝送技術の中でも、効果的な補償手段となる。
【００１９】
図１において、光源２は、例えばＩｎＰ系化合物半導体混晶を構成材料とする半導体レーザであり、１．５５μｍ波長帯の連続波としてのレーザ光を発光して出力する。なお、光源２の構成は、これに限られるものではなく、例えば１．３μｍ波長帯や、固体レーザ等を用いるようにしても良く、要するに所望の光通信を実現するための光を発光するものを、この発明の実施の形態１として適用可能である。
【００２０】
図１において、ＭＺ変調器３は、例えばＬｉＮｂＯ３結晶を構成材料とし、電界印加による屈折率変化、いわゆる電気光学効果を利用した光変調器である。ＭＺ変調器３は、２つのＹ分岐光導波路の間に、図示しない電極を形成した２本の光導波路を並列に接続して、いわゆるＭＺ干渉計として構成されている。ＭＺ変調器３は、このＭＺ干渉計を通過する光に対して、変調電極に入力された変調信号およびバイアス電極に入力されたバイアス電圧による屈折率変化に起因する２本の光導波路の間の位相差に応じた光強度変化を与えて出力する。ＭＺ変調器３は、低チャープといった高い信号品質と高速性の両立が可能な光変調器である。なお、ＭＺ変調器３の構成は、これに限られるものではなく、例えばＩｎＰ系化合物半導体混晶等を構成材料に用いるようにしても良く、また、要するに変調度の変化に応じてバイアス制御に適する制御パラメータが変化するような光変調器を、この発明の実施の形態１として適用可能である。
【００２１】
光検出部５は、例えばＩｎＰ系化合物半導体混晶を構成材料とするモニタＰＤ（Photo-Diode）を備えている。光検出部５は、モニタＰＤにより、ＭＺ変調器３の光出力から分岐された光出力の一部を電気信号に光電気変換して出力する。なお、光検出部５の構成は、これに限られるものではなく、例えばモニタＰＤにＧｅ半導体結晶等を構成材料に用いるようにしても良い。
【００２２】
図１において、ドライバ４、制御信号源６、同期検波回路７、バイアス制御回路８、調整回路９は、電気回路として構成されている。なお、調整回路９は、マイクロコンピュータ等に実行させるコンピュータプログラムを用いてソフトウエア処理により実現するように構成しても良い。
【００２３】
次に動作について説明する。図１において、送信データ系列が光送信機の外部からアナログ信号生成部１に入力される。アナログ信号生成部１は、入力した送信データ系列に基づいて、上述のＯＦＤＭや予等化によるアナログ信号を生成してドライバ４に出力する。ドライバ４は、入力したアナログ信号をリニアに増幅し、主信号である変調信号としてＭＺ変調器３の変調電極に出力する。一方、光源２は、レーザ光を発光してＭＺ変調器３に出力する。そして、バイアス制御回路８で制御されたバイアス電圧がバイアス電極に印加されているＭＺ変調器３は、入力されたレーザ光に変調を与える動作により、変調電極に入力された変調信号を光信号に変換し、ＯＦＤＭや予等化による光信号として光送信機の外部に出力する。
【００２４】
次にバイアス制御に関する動作について詳細に説明する。図１において、バイアス制御回路８は、制御信号源６から発生したディザと呼ばれる主信号帯域外の低周波成分としての制御信号が重畳されたバイアス電圧をＭＺ変調器３のバイアス電極に印加し、光検出部５で検出したモニタ信号に含まれる制御信号が最小になるようにフィードバック制御を行い、環境温度や時間変動の影響による最適なバイアス電圧からの変動の補償を行う。
【００２５】
図２は、２Ｖπの最大駆動振幅を有するＭＺ変調器３を、主信号の駆動振幅Ｖsignal[Vpp]でＮＵＬＬ点を中心に駆動し、制御信号振幅Ｖdither[Vpp]でバイアス制御を行った場合の駆動電圧と光出力強度との関係の一例を示す図である。図２の曲線は、ＭＺ変調器３の駆動電圧と光出力強度との関係を示している。図２の曲線の下側には、ＭＺ変調器３の電気駆動波形を示し、図２の曲線の右側には、ＭＺ変調器３から出力される光出力波形の主信号成分を示している。なお、駆動振幅２Ｖπで駆動した場合には、光出力強度の最大値を用いることができるため、変調度が１００％となる。
【００２６】
バイアス制御回路８による制御誤差を最小限に抑えるためには、最適なバイアス電圧からずれた場合に、ＭＺ変調器３のバイアス電極に重畳させた制御信号を、光検出部５と同期検波回路７を通じて良好なＳ／Ｎ（Signal / Noise）比で検出可能にすることが好ましい。制御信号成分のＳ／Ｎ比の観点からは、制御信号振幅は大きい方が良い。しかし、主信号の受信識別時に不要な制御信号振幅が存在すると、主信号成分のＳ／Ｎ比の劣化につながり、受信感度の劣化を招く。このため、制御信号を重畳しつつ、主信号の信号品質の劣化を防ぐためには、主信号の駆動振幅に対する制御信号振幅比Ａを一定値以下に抑えることが望ましい。このＡと、主信号の駆動振幅Ｖsignalと制御信号振幅Ｖditherとの関係は、式（１）に示す通りである。
Ａ＝Ｖdither／Ｖsignal ・・・（１）
【００２７】
一方、任意のアナログ信号を取り扱う場合は、光波形の設計値ごとに変調度ｍが異なる。変調度ｍと主信号の駆動振幅Ｖsignalと変調器の最大駆動振幅２Ｖπとの関係は、式（２）に示す通りである。式（１）と式（２）から、制御信号振幅Ｖditherは、式（３）に示す通りに求めることができる。
ｍ＝Ｖsignal／２Ｖπ ・・・（２）
Ｖdither＝２Ｖπ×ｍ×Ａ ・・・（３）
【００２８】
従って、式（１）のＡを所定の値に抑えるように、式（３）に基づいて、変調度ｍの設定値ごとに、制御信号の振幅Ｖditherを調整することが望ましい。本実施の形態１では、調整回路９において、このような変調度ごとに制御信号の振幅値を調整する機能を設けることで、任意の波形振幅ごとに、信号劣化が抑制されたバイアス制御を実現できる。なお、調整回路９で用いる変調度情報は、アナログ信号生成部１で用いるアナログ信号を生成するための設定情報と兼ねるようにすれば良い。また、調整回路９で用いる変調度情報は、光送信機の外部から入力するようにしても良い。
【００２９】
なお、本実施の形態１では、予め複数の変調度ｍと制御信号振幅Ｖditherとの関係をテーブル情報として記録したメモリを調整回路９に備えるようにしても良い。また、ＭＺ変調器３に用いる光変調器の個体ごとに最大駆動振幅２Ｖπの電圧振幅値は異なるため、異なる２Ｖπの情報をメモリに書き込んでおくことで、変調度情報をもとに、各ＭＺ変調器の個体差によるばらつきを織り込んだ制御信号振幅の調整が可能である。
【００３０】
また、本実施の形態１では、光検出部５で検出可能な変調度情報に基づいて、制御信号振幅を調整するようにしても良い。ＭＺ変調器３における変調度ｍと変調度１００％の光出力を基準にした場合の光出力Ｐ（ｍ）との関係は、式（４）で表され、図３に示す通りである。
Ｐ（ｍ）＝ｓｉｎ２（ｍ×π／２）＋ｓｉｎ２（（−１）×ｍ×π／２）・・・（４）
【００３１】
図３において、変調度ｍと変調度１００％の光出力を基準にした場合の光出力Ｐ（ｍ）との関係は、ＭＺ変調器３の消光特性で決まる。式（４）に基づいて、光検出部５で検出した光強度Ｐ（ｍ）から変調度ｍを求め、式（３）に基づいて、制御信号振幅Ｖditherを調整するようにしても良い。これにより、光送信機の外部から変調度情報を入力しなくても、送信機の内部で自律的に制御信号振幅を調整することができる。そして、ＭＺ変調器３の出力側で光出力を検出するため、光送信機を構成する光源２の光出力、ＭＺ変調器３の挿入損失、光検出部５のモニタＰＤ感度、ＭＺ変調器３の２Ｖπ、ドライバ４の駆動振幅まで織り込んだ光送信機を構成する各部品の動作環境変化に起因する変調度ｍの変動をリアルタイムに検出可能である。これにより、各構成部品の個体差によるばらつきや温度変動まで含めた制御信号振幅Ｖditherの調整が可能である。
【００３２】
また、本実施の形態１では、変調度情報だけでなく、本光送信機の主信号成分を受信した光受信機で判定したビットエラーレートを示すビットエラー情報に基づいて、調整回路９が制御信号振幅Ｖditherを調整するようにしても良い。すなわち、最初にＭＺ変調器３の光出力から読み出した変調度情報に基づいて、制御信号振幅値を調整した後、光受信機のビットエラー情報に基づいて制御信号振幅を微調整しても良い。これにより、式（４）に基づいて光出力から読み出した変調度情報はＤＣ成分だけであるが、実際のビットエラー情報を読み出すことでＡＣ成分も含めた高い精度での制御信号振幅の調整が可能になる。
【００３３】
さらに、本実施の形態１では、バイアス制御回路８のオフセット調整を調整回路９で行うようにしても良い。実際のバイアス制御のためのアナログ回路では、光検出部５のモニタＰＤのオフセット成分、アナログ信号成分のＤＵＴＹのばらつき、制御ブロック中のオフセット成分などが存在するため、最適なバイアス電圧に対して、検出される制御信号の誤差成分がゼロにならない場合がある。その場合、バイアス制御回路８の収束させたいターゲット値である収束点に対して、故意にオフセット成分を設けることで、最適な駆動状態となるようにすることが望ましい。そこで、本実施の形態１では、調整回路９において、変調度情報やビットエラー情報に基づき、制御信号の振幅値を調整した後に、変調度情報やビットエラー情報に基づき、予め設定したバイアス制御回路８の収束点に対するオフセット成分を調整する仕組みを追加しても良い。これにより、任意のアナログ信号に対して、ビットエラーレートが最小になるような高い信号品質を維持したバイアス制御を実現できる。
【００３４】
以上のように、この発明の実施の形態１による光送信機は、調整回路９が、変調度情報に基づいて、ＭＺ変調器３のバイアス電圧のフィードバック制御に用いる制御パラメータとして、制御信号の振幅値やターゲット値のオフセット成分を調整するようにしたものである。これにより、例えばＯＦＤＭ、予等化による光波形ごとに変調度が異なるようなアナログ信号変調を行う光変調器において、安定したバイアス制御が可能になるという作用効果を奏する。ひいては、例えばＯＦＤＭ、予等化による高い信号品質を維持した光通信が実現可能となる。
【００３５】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２による光送信機を示す構成図であり、図１に示した光送信機の構成において、ＭＺ変調器３、ドライバ４、バイアス制御回路８に代え、２個のＭＺ変調器で構成される２並列ＭＺ型光変調器（以下、ＩＱ変調器という）３ａ、実数部であるIn-phase channel（以下、Ｉチャネルという）用のドライバ４ａ、虚数部であるQuadrature-phase channel（以下、Ｑチャネルという）用のドライバ４ｂ、ＩＱ変調器３ａのためのバイアス制御回路８ａを備えていることを示している。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。
【００３６】
図４において、実施の形態２による光送信機は、ＩチャネルとＱチャネルをそれぞれ独立に変調可能で図示しないＩチャネル用変調電極とＱチャネル用変調電極を備えたＩＱ変調器３ａと、Ｉチャネル用変調電極にＩｃｈ変調信号を供給するＩチャネル用のドライバ４ａと、Ｑチャネル用変調電極にＱｃｈ変調信号を供給するＱチャネル用のドライバ４ｂと、ＩＱ変調器３ａの光出力から検出したモニタ信号に基づいて、ＩｃｈバイアスとＱｃｈバイアスと位相バイアスを制御するバイアス制御回路８ａを備え、それ以外は実施の形態１の光送信機と同様の構成である。以下、実施の形態１と同様の構成による同様の動作については説明を省略する場合がある。
【００３７】
図４において、ＩＱ変調器３ａは、２個のＭＺ変調器をＭＺ干渉計として並列に接続し、実数部であるＩチャネルのＩｃｈ変調信号と虚数部であるＱチャネルのＱｃｈ変調信号とを、９０度の搬送波位相差を与えて合波することで、複素光電界を生成するものである。ＩＱ変調器３ａは、各ＭＺ変調器に変調電極とバイアス電極を備えているとともに、各ＭＺ変調器を並列に接続する光導波路の片方に位相制御電極を備えている。なお、Ｉチャネル用のドライバ４ａ、Ｑチャネル用のドライバ４ｂ、バイアス制御回路８ａは、アナログ回路として構成されている。
【００３８】
次に動作について説明する。図４において、ＩＱ変調器３ａは、光源２から入力された光を、ドライバ４ａまたはドライバ４ｂからそれぞれ独立に入力されたＩｃｈ変調信号またはＱｃｈ変調信号に基づいて変調し、ＱＡＭや予等化による光信号として例えば光ファイバとしての光伝送路に出力する。
【００３９】
２並列ＭＺ型光変調器をＩＱ変調器として用いる場合、駆動電圧対光出力強度の山から谷、すなわち位相πに対応する駆動電圧の振幅であるＶπの２倍（２Ｖπ）の振幅の波形の電圧で駆動するときに、変調度は最大である１００％となる。
【００４０】
バイアス制御回路８ａは、実施の形態１で示したＭＺ変調器３のバイアス制御と同様にして、ディザと呼ばれる主信号帯域外の低周波成分であるＩチャネル用とＱチャネル用の制御信号が各バイアス電圧にそれぞれ重畳されたＩｃｈバイアスとＱｃｈバイアスを、ＩＱ変調器３ａの各バイアス電極に印加し、光検出部５で検出したモニタ信号に含まれる各制御信号が最小になるようにフィードバック制御を行う回路を備えている。なお、Ｉチャネル用とＱチャネル用にディザ周波数を分けることで、２つのＭＺ変調器を独立して制御可能である。
【００４１】
また、バイアス制御回路８ａは、Ｉｃｈ変調信号またはＱｃｈ変調信号に基づいて変調された各光信号に９０度の搬送波位相差を与えるように、ＩＱ変調器３ａの位相制御電極に位相バイアスを印加する回路も備えている。
【００４２】
ここで、Ｉｃｈ変調信号とＱｃｈ変調信号としての主信号の駆動振幅が同じ値で、各々のＭＺ変調器の２Ｖπが同じ値である場合、式（１）、式（２）、式（３）は、実施の形態１と同様に成り立ち、Ｉチャネル用とＱチャネル用の制御信号振幅は同じ値に設定すれば良い。実施の形態２では、調整回路９に、変調度ごとにＩチャネル用とＱチャネル用の制御信号振幅を同じ値になるように調整する機能を設けることで、任意の波形振幅ごとに、信号劣化が抑制されたバイアス制御を実現できる。調整回路９で用いる変調度情報は、アナログ信号生成部１で用いるアナログ信号を生成するための設定情報と兼ねるようにすれば良い。また、調整回路９で用いる変調度情報は、光送信機の外部から入力するようにしても良い。
【００４３】
なお、本実施の形態２では、ドライバ４ａとドライバ４ｂの各々の出力部に図示しないピーク検波回路を設けて、このピーク検波回路から読み出した各々のドライバ出力振幅情報に基づき、Ｉチャネル用とＱチャネル用の制御信号振幅を個別に異なる値に調整するようにしても良い。光検出部５から読み取れる変調度情報は、ＩチャネルとＱチャネルの変調度の総和であり、ＩチャネルとＱチャネルの変調度情報をそれぞれに切り分けすることはできない。ドライバ４ａ、４ｂの出力部に上記ピーク検波回路を追加して設けることで、ＩチャネルとＱチャネルの変調度を個別に把握することができる。これにより、Ｉチャネル用とＱチャネル用の制御信号振幅を個別に調整することで、ＩチャネルとＱチャネルともに制御信号による主信号の信号劣化が抑えられて高い信号品質を維持できる。
【００４４】
また、ＩＱ変調器３ａは、一つのＭＺ変調器の変調電極が単相駆動と差動駆動のどちらの場合でも良い。ＭＺ変調器が差動駆動型である場合、ドライバ４ａとドライバ４ｂの各々は、入出力１つの単相駆動型を２個使いでも、入出力２つの差動駆動型を１個使いでも良い。
【００４５】
本実施の形態２では、実施の形態１と同様にして、予め複数の変調度と制御信号振幅との関係をテーブル情報として記録したメモリを調整回路９に備えるようにしても良い。変調度情報をもとに、各ＭＺ変調器の個体差によるばらつきを織り込んだ制御信号振幅の調整が可能であるという同様の効果を奏する。
【００４６】
また、本実施の形態２では、実施の形態１と同様にして、光検出部５で検出可能な変調度情報に基づいて、制御信号振幅を調整するようにしても良い。ＩＱ変調器３ａにおける変調度と光出力との関係は、（４）式と図３で示すものと同じであり、光検出部５で検出した光強度から変調度を求め、制御信号振幅を調整しても良い。これにより、送信機の外部から変調度情報を入力しなくても、送信機の内部で自律的に制御信号振幅を調整することができる。そして、各構成部品の個体差によるばらつきや温度変動まで含めた制御信号振幅の調整が可能である。
【００４７】
本実施の形態２では、実施の形態１と同様にして、変調度情報だけでなく、本光送信機の主信号成分を受信した光受信機で判定したビットエラーレートを示すビットエラー情報に基づいて、調整回路９が制御信号振幅を調整するようにしても良い。すなわち、変調度情報に基づいて制御信号振幅値を調整した後、光受信機のビットエラー情報に基づいて制御信号振幅を微調整することで、信号のＡＣ成分を含めた高精度での制御信号振幅の調整が可能になる。
【００４８】
本実施の形態２では、実施の形態１と同様にして、バイアス制御回路８ａのオフセット調整を調整回路９で行うようにしても良い。変調度情報やビットエラー情報に基づき制御信号振幅を調整した後に、バイアス制御回路の収束させたいターゲット値に対して、故意にオフセット成分を設けて、ビットエラーレートが最小になるような高い信号品質を維持したバイアス制御を実現できる。
【００４９】
以上のように、この発明の実施の形態２による光送信機は、調整回路９が、変調度情報に基づいて、ＩＱ変調器３ａのバイアス電圧のフィードバック制御に用いる制御パラメータとして、Ｉチャネル用とＱチャネル用の制御信号の振幅値やターゲット値のオフセット成分を調整するようにしたものである。これにより、例えばＱＡＭや予等化による光波形ごとに変調度が異なるようなアナログ変調を行う光変調器において、安定したバイアス制御が可能になるという作用効果を奏する。ひいては、例えばＱＡＭや予等化による高い信号品質を維持した光通信が実現可能となる。
【００５０】
なお、上述の実施の形態１および／または実施の形態２に記載の光送信機を２台以上設け、２台以上の光送信機から送信された光信号を波長多重して光ファイバを伝送させ、受信側で波長分離させて２台以上の光受信機で波長ごとに受信させるＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）光通信システムに適用するようにしても良い。これにより、例えばＯＦＤＭ、ＱＡＭ、予等化による高い信号品質を維持した高速で大容量なＷＤＭ光通信システムが実現可能となる。
【符号の説明】
【００５１】
１ アナログ信号生成部
２ 光源
３、３ａ 光変調器
４、４ａ、４ｂ ドライバ
５ 光検出部
６ 制御信号源
７ 同期検波回路
８、８ａ バイアス制御回路
９ 調整回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力した送信データ系列に基づいてアナログ信号を生成するアナログ信号生成部と、
前記アナログ信号に基づいて光を変調し、この変調した光信号を出力する光変調器と、
前記光変調器に印加するバイアス電圧の制御を行うバイアス制御回路と、
前記光信号に対応する変調度を示す変調度情報に基づいて前記バイアス電圧の制御に用いる制御パラメータを調整する調整回路と、
を備えたことを特徴とする光送信機。
【請求項２】
発光した光を前記光変調器に入力させる光源と、
前記アナログ信号生成部で生成されたアナログ信号をリニアに増幅した変調信号として前記光変調器に供給するドライバと、
前記光変調器で出力された前記光信号の光強度を検出する光検出部と、
前記バイアス電圧に重畳される制御信号を発生する制御信号源と、
前記検出部で検出した光強度と前記制御信号源で発生した制御信号との同期検波を行うことにより、ターゲット値との誤差を示す制御誤差信号を検出する同期検波回路と、を備え、
前記バイアス制御回路は、前記制御誤差信号に基づいて前記バイアス電圧のフィードバック制御を行い、
前記調整回路は、前記変調度情報に基づいて前記制御信号の振幅としての前記制御パラメータを調整することを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
【請求項３】
前記調整回路は、前記アナログ信号を生成するための設定情報と兼ねた前記変調度情報に基づいて前記制御パラメータを調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光送信機。
【請求項４】
前記調整回路は、メモリから読み出した変調度と制御信号の振幅との関係を示すテーブル情報としての前記変調度情報に基づいて前記制御信号の振幅を調整することを特徴とする請求項２に記載の光送信機。
【請求項５】
前記調整回路は、前記光検出部で検出した光強度の変調度を示す前記変調度情報に基づいて前記制御信号の振幅を調整することを特徴とする請求項２に記載の光送信機。
【請求項６】
前記調整回路は、前記変調度情報およびビットエラー情報に基づいて前記制御信号の振幅および前記ターゲット値のオフセット成分としての前記制御パラメータを調整することを特徴とする請求項２に記載の光送信機。
【請求項７】
前記光変調器は、入力した光を２分岐し、この２分岐した光をそれぞれ実数部であるIn-phase channel（以下、Ｉチャネルという）用および虚数部であるQuadrature-phase channel（以下、Ｑチャネルという）用の前記変調信号に基づいて変調し、この変調した各光信号に９０度の搬送波位相差を与えて合波することで、複素光電界を生成して出力するＩＱ変調器であり、
前記ドライバは、前記アナログ信号をリニアに増幅したＩチャネル用およびＱチャネル用の前記変調信号を前記ＩＱ変調器にそれぞれ供給するＩチャネル用およびＱチャネル用のドライバであり、
前記制御信号源は、互いに異なるディザ周波数をもつＩチャネル用およびＱチャネル用の制御信号を発生し、
前記バイアス制御回路は、Ｉチャネル用バイアスとＱチャネル用バイアスと位相バイアスの３つの前記バイアス電圧を制御することを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれかに記載の光送信機。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれかに記載の光送信機を２台以上設け、これらの２台以上の光送信機から送信された光信号を波長多重して光ファイバを伝送させ、受信側で波長分割させて２台以上の光受信機で波長ごとに受信させることを特徴とする光通信システム。
【請求項９】
入力した送信データ系列に基づいてアナログ信号を生成するアナログ信号生成ステップと、
光変調器により前記アナログ信号に基づいて光を変調し、この変調した光信号を出力する光変調ステップと、
前記光変調器に印加するバイアス電圧の制御を行うバイアス制御ステップと、
前記光信号に対応する変調度を示す変調度情報に基づいて前記前記バイアス電圧の制御に用いる制御パラメータを調整する調整ステップと、
を備えたことを特徴とする光送信方法。
【請求項１】
入力した送信データ系列に基づいてアナログ信号を生成するアナログ信号生成部と、
前記アナログ信号に基づいて光を変調し、この変調した光信号を出力する光変調器と、
前記光変調器に印加するバイアス電圧の制御を行うバイアス制御回路と、
前記光信号に対応する変調度を示す変調度情報に基づいて前記バイアス電圧の制御に用いる制御パラメータを調整する調整回路と、
を備えたことを特徴とする光送信機。
【請求項２】
発光した光を前記光変調器に入力させる光源と、
前記アナログ信号生成部で生成されたアナログ信号をリニアに増幅した変調信号として前記光変調器に供給するドライバと、
前記光変調器で出力された前記光信号の光強度を検出する光検出部と、
前記バイアス電圧に重畳される制御信号を発生する制御信号源と、
前記検出部で検出した光強度と前記制御信号源で発生した制御信号との同期検波を行うことにより、ターゲット値との誤差を示す制御誤差信号を検出する同期検波回路と、を備え、
前記バイアス制御回路は、前記制御誤差信号に基づいて前記バイアス電圧のフィードバック制御を行い、
前記調整回路は、前記変調度情報に基づいて前記制御信号の振幅としての前記制御パラメータを調整することを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
【請求項３】
前記調整回路は、前記アナログ信号を生成するための設定情報と兼ねた前記変調度情報に基づいて前記制御パラメータを調整することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光送信機。
【請求項４】
前記調整回路は、メモリから読み出した変調度と制御信号の振幅との関係を示すテーブル情報としての前記変調度情報に基づいて前記制御信号の振幅を調整することを特徴とする請求項２に記載の光送信機。
【請求項５】
前記調整回路は、前記光検出部で検出した光強度の変調度を示す前記変調度情報に基づいて前記制御信号の振幅を調整することを特徴とする請求項２に記載の光送信機。
【請求項６】
前記調整回路は、前記変調度情報およびビットエラー情報に基づいて前記制御信号の振幅および前記ターゲット値のオフセット成分としての前記制御パラメータを調整することを特徴とする請求項２に記載の光送信機。
【請求項７】
前記光変調器は、入力した光を２分岐し、この２分岐した光をそれぞれ実数部であるIn-phase channel（以下、Ｉチャネルという）用および虚数部であるQuadrature-phase channel（以下、Ｑチャネルという）用の前記変調信号に基づいて変調し、この変調した各光信号に９０度の搬送波位相差を与えて合波することで、複素光電界を生成して出力するＩＱ変調器であり、
前記ドライバは、前記アナログ信号をリニアに増幅したＩチャネル用およびＱチャネル用の前記変調信号を前記ＩＱ変調器にそれぞれ供給するＩチャネル用およびＱチャネル用のドライバであり、
前記制御信号源は、互いに異なるディザ周波数をもつＩチャネル用およびＱチャネル用の制御信号を発生し、
前記バイアス制御回路は、Ｉチャネル用バイアスとＱチャネル用バイアスと位相バイアスの３つの前記バイアス電圧を制御することを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれかに記載の光送信機。
【請求項８】
請求項１〜請求項７のいずれかに記載の光送信機を２台以上設け、これらの２台以上の光送信機から送信された光信号を波長多重して光ファイバを伝送させ、受信側で波長分割させて２台以上の光受信機で波長ごとに受信させることを特徴とする光通信システム。
【請求項９】
入力した送信データ系列に基づいてアナログ信号を生成するアナログ信号生成ステップと、
光変調器により前記アナログ信号に基づいて光を変調し、この変調した光信号を出力する光変調ステップと、
前記光変調器に印加するバイアス電圧の制御を行うバイアス制御ステップと、
前記光信号に対応する変調度を示す変調度情報に基づいて前記前記バイアス電圧の制御に用いる制御パラメータを調整する調整ステップと、
を備えたことを特徴とする光送信方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１２８１６５（Ｐ２０１２−１２８１６５Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７９２５８（Ｐ２０１０−２７９２５８）
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月１５日（２０１０．１２．１５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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