專利名稱：光調(diào)制裝置、光發(fā)送器、以及光傳送裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用光纖的光信息傳送。
背景技術(shù)：
近年來，使用光纖的高速大容量通信的速度達到10～40Gbit/s，并且傳送速度和傳送距離的擴大逐漸接近極限。其主要原因是『波長分散(CDChromatic Dispersion)』和『光纖非線形效果(optical fibernon-linear effect)』。波長分散是不同波長(wavelength)的光在光纖中以不同速度傳送的現(xiàn)象，由于以高速調(diào)制的光信號的光譜具有不同波長成分，因此，由于成為傳送路的光纖的波長分散，各個波長成分在不同的時刻到達接收端。周知其結(jié)果是，傳送后的光波形產(chǎn)生很大的波形失真(waveform distortion)。光纖非線形效果是如下的現(xiàn)象，光信號通過自身具有的強度調(diào)制成分(intensity modulationcomponent)，對在光纖中傳送的自身或并進的光信號施加了多余的相位調(diào)制(phase modulation)(頻率線形調(diào)頻(frequency chirp))，該相位調(diào)制成分與上述波長分散相互作用而產(chǎn)生更大的波形失真。
一直以來在用光通信傳送數(shù)字信息時，廣泛使用二進制NRZ調(diào)制(Non-Return-to-Zero)，向光調(diào)制器或光源輸入2.5～40Gbit/s的高速電數(shù)字信號，并將光信號直接導通·斷開。但是，由于NRZ信號容易受到上述波長分散和非線形效果的影響，因此以減低這些影響并增加傳送速度和傳送距離為目的，研究了各種各樣新的調(diào)制方式。作為這種調(diào)制方式，例如非專利文獻1所示的CSRZ(載波抑制Return-to-Zero)調(diào)制，和非專利文獻2所示的光雙二進制調(diào)制。前者的調(diào)制方式是，進行調(diào)制以便將光信號脈沖化，并在鄰接的脈沖之間使光相位(optical phase)交互地變化為0或π的二進制，由此增加對長距離傳送中成為問題的非線形效果的容限(tolerance)。并且后者的調(diào)制方式是，在光信號的強度進行標記(mark)·空格(space)·標記的變化時，使光相位變化180度，由此大幅度提高波長分散容限。
在如此的光信號調(diào)制時，需要對光變形和光的相位調(diào)制量進行嚴格管理，并且光調(diào)制器的偏置電壓(bias-voltage)的穩(wěn)定化控制非常重要。作為已有例例如專利文獻1中所公開的。圖4是使用這種以往的偏置電壓的CSRZ光發(fā)送器的結(jié)構(gòu)圖。在所述例中，激光光源101輸出的信號光，沿路徑112前進，首先由以往的光調(diào)制裝置114變換為20GHz的CSRZ脈沖，之后在通過NRZ光調(diào)制器123時，由從數(shù)據(jù)信號輸入端子124輸入的電信號、20Gbit/sNRZ數(shù)據(jù)信號進行強度調(diào)制，并作為20Gbit/sNRZ光波形輸出。作為光調(diào)制器102一般使用馬赫-曾德(MZ)式光調(diào)制器，馬赫-曾德(MZ)式光調(diào)制器是將鋰鈮酸鹽(Lithium Niobate)(LN)等材料作為導波路基板(waveguidesubstrate)。光調(diào)制器102的前后設(shè)置有光輸入路徑103和光輸出路徑104，光調(diào)制器102是在2個行波電極輸入端子107-1、107-2分別施加相位反轉(zhuǎn)的10Ghz時鐘信號的雙相驅(qū)動式。在行波電極輸入端子107-2的途中，設(shè)置通過T型偏置器(bias-tee)施加低速(直流～最高數(shù)MHz左右)的偏置電壓Vb的偏置信號輸入端子111。偏置電壓Vb如下所述用于對光調(diào)制器的動作點進行設(shè)定。
圖5表示使用雙相驅(qū)動(dual-drive)MZ式光調(diào)制器的CSRZ光脈沖的生成原理。圖5(b)是雙相驅(qū)動MZ調(diào)制器的光透過特性(opticaltransmission characteristics)，縱軸為光透過率，橫軸為被施加在2個電極的差電壓。如圖所示兩者具有正弦波型的關(guān)系，并將其1周期的電壓范圍表示為V2π。生成CSRZ光脈沖，要對2個電極施加相位互相反轉(zhuǎn)的正弦波形的時鐘電壓(頻率10GHz)。2個電極的差電壓也如圖所示為正弦波，在其電壓振幅以下只被稱為時鐘振幅。該時鐘振幅設(shè)定為2π、或使成為其中心的偏置電壓(Vb)與光透過率為最小的正弦波的底(最佳點)一致。偏置電壓與最佳點一致時，MZ調(diào)制器的透過率以所施加的時鐘電壓頻率2倍的20GHz的周期反復導通·斷開，從圖4的光輸出路徑104輸出如圖5(d)的CSRZ光脈沖。另一方面，已知由于制造的區(qū)別和溫度、時間變化等，這種LN-MZ調(diào)制器的最佳點的電壓也不同，并且還進行時間的漂移(drift)。偏置電壓從最佳點偏移時，如圖5(c)鄰接光脈沖的高度不同，產(chǎn)生很大的波形失真和傳送特性(接收靈敏度(receiver sensitivity))的惡化，并且不能進行信息傳送。因此需要進行自動控制以便使偏置電壓一直與最佳點一致。
以下對已有的偏置電壓的自動控制進行說明。為此在圖4中，使時鐘振幅等于MZ調(diào)制器的V2π，CSRZ光脈沖的一部分由光耦合器(optical coupler)106引導到低速光檢測器108，測定被時間平均的光強度(平均光強度)，并將其信息從光強度信號輸出端子109輸出。平均光強度的測定所需要的光檢測器的頻帶最大數(shù)Hz～數(shù)MHz就足夠了。圖6是表示已有CSRZ光調(diào)制器中的偏置電壓和CSRZ光信號平均光強度的關(guān)系圖。圖6(a)表示MZ調(diào)制器對直流電壓的透光率(消光曲線圖(extinction curve))，(b)是從低速光檢測器108得到的平均光輸出強度。平均光輸出隨著偏置電壓Vb的變化而變化為正弦波型，并在(a)的透光率恰好為最小的偏置電壓(虛線的最佳點)時為最大。其理由是，為了在時鐘振幅為V2π的情況下，當將偏置電壓設(shè)定為最佳點時，恰好使時鐘電壓的最大值·最小值與(a)的透光率的最大點一致，并且為了在來自該點的偏置電壓偏向大·小某一方時，減少一個輸出波形的波峰并降低光強度。因此，如果進行對施加到偏置信號輸入端子的偏置電壓Vb進行控制的最大化控制，以便使從光強度信號輸出端子109得到的平均光強度一直為最大，則可以一直得到良好的光CSRZ脈沖。
另外，在上述專利文獻1中記載了，上述最大化控制可以使用于時鐘信號的振幅為V2π的80％以上(＝Vπ的1.6倍)的情況。圖6(c)是將時鐘振幅從V2π降低時的CSRZ光脈沖的平均強度，隨著時鐘振幅變小平均強度的振幅變小，振幅在V2π的70％左右其相位反轉(zhuǎn)，與時鐘振幅為V2π的40％等相反，在最佳偏置電壓時平均光強度為最小。為此在上述專利文獻1中記載了，當時鐘振幅變小時適用最小化控制的例。
非專利文獻1A.Hirano，Y.Miyamoto，K.Yonenaga，A.Sano andH.Toba，“40Gbit/s L-band transmission experiment using SPM-tolerantcarrier-suppressed RZ format，”IEE ELECTRONICS LETTERS，90thDecember 1999，Vol.35，No.25.
非專利文獻2K.Yonenaga，and S.Kuwano，“Dispersion-TolerantOptical Transmission Using Duobinary Transmitter and BinaryReceiver，”JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY，VOL.15，NO.8，1997，pp.1530-1537.
專利文獻1特開2003-283432號公報在上述以往例中，在時鐘振幅大體等于V2π時使用最大化控制，以及在時鐘振幅為60％左右以下時使用最小化，由此可以實現(xiàn)穩(wěn)定化，但是其中存在以下的問題。
第一存在的問題是，存在不能使用通過時鐘振幅的穩(wěn)定化控制的范圍。在一般使用的LN-MZ調(diào)制器中，V2π為10V左右(雙相驅(qū)動也是一側(cè)5V以上)的極高電壓，并且在一般的光通信所使用的超過10GHz的頻帶中，這種輸出高電壓的IC和驅(qū)動放大器(driveramplifier)為高價且很難得到。因此從低成本化和部件調(diào)配的觀點，優(yōu)選盡可能降低時鐘振幅，但是在以往方式中，時鐘振幅在80％～60％的范圍中不能使用自動控制。即使在所述范圍以外、在其附近(例如90％～50％的范圍)，圖6(c)的平均光強度特性也是近似大體平坦，因此即使偏置電壓變化，也存在平均光強度的變化小、現(xiàn)實中控制精度極度惡化、不適合實用的問題。并且當時鐘振幅為40％以下時，存在調(diào)制度降低、來自光發(fā)送器的光輸出強度劇烈減少的問題。因此，在以往例中不能自由地對施加到MZ調(diào)制器的時鐘振幅進行設(shè)定，成為低成本化和部件調(diào)配的障礙。
第二存在的問題是，對不同部件的容許極限(margin)小、光發(fā)送器的制造困難。由于放大器增益脈動(ripple)特性(通常1dB＝20％左右)、高頻電纜和連接器的不同損失、和MZ調(diào)制器本身不同的高頻調(diào)制特性等，超過數(shù)GHz的高頻電信號很難對施加的電壓振幅和調(diào)制器的V2π進行高精度管理。但是在已有例中，當兩者相對變化15％～20％時自動控制變得不動作。因此，需要實際測試每個用于光調(diào)制器的部件并進行選擇，并且需要對時鐘電壓振幅進行自動控制并進行使其一直保持在一定值等的多余控制，使光調(diào)制裝置變得高價、復雜。
第三存在的問題是，無法使CSRZ波形可變，并且不能對應于將來的部件變更。如果可以在CSRZ調(diào)制器中自由改變時鐘振幅的話，可以變更波形和占空比(duty ratio)(導通·斷開時間的比率)，并配合光纖傳送路的特性對其傳送特性進行適合的調(diào)整。在已有的控制方法中，一旦設(shè)定了時鐘振幅和控制方法(最大化控制或最小化控制)，時鐘振幅的可變更范圍變小，可變余地幾乎消失。根據(jù)同樣的理由，一旦光發(fā)送器的設(shè)定結(jié)束，不能對應于以后可以得到便宜的光部件、及采用的部件的規(guī)格(MZ調(diào)制器的V2π等)變更的情況，需要進行重新設(shè)計。因此花費多余的設(shè)計時間和費用。
作為沒有這種問題的已有例，在專利文獻特開2004-294883中提出一種方式，將生成的CS-RZ信號用具有同等程度頻帶的高速光檢測器進行接收并變換為高速電信號，用濾光器抽出特定頻率成分以便使該高速電信號的頻率光譜成為希望的形式，并控制偏置電壓以便使該頻率成分為最大。但是存在的問題是，這種光檢測器的需要頻帶在40GHz CSRZ脈沖的情況下要達到40GHz，與最高1MHz左右的低速光檢測器比較價格極高。并且還存在的問題是，當使用與特定光譜成分對應的高頻慮光器(40Gbit/s時，40GHz)時，光發(fā)送器只在特定的比特率才動作，不能對應于使用了錯誤訂正符號(error correctingcode)等時的比特率的變化(例如43Gbit/s)。
上述問題，在光調(diào)制器為LN-MZ調(diào)制器以外的例如半導體式MZ調(diào)制器的情況下也相同。半導體式MZ調(diào)制器與LN-MZ調(diào)制器相比長時間穩(wěn)定性高，但每個調(diào)制器不同的高頻特性和溫度依存性比LN-MZ調(diào)制器大，需要同樣的偏置穩(wěn)定化。所述情況在使用了聚合體(polymer)的MZ調(diào)制器中也相同。
并且，當使用MZ調(diào)制器來實現(xiàn)作為與上述不同的調(diào)制方式的雙二進制調(diào)制、作為二進制相位調(diào)制(binary phase modulation)的BPSK調(diào)制時，與上述CSRZ調(diào)制同樣，存在使透光特性最小的點成為最佳偏置電壓的相同問題。在廣泛使用的NRZ調(diào)制和RZ調(diào)制中也存在的問題是，需要偏置穩(wěn)定化控制，但將多個調(diào)制器多級連接時很難區(qū)別2個調(diào)制器的控制信號，并且當改變光信號的波形占空比等波形時動作點偏移等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述問題，本發(fā)明使用不易被光調(diào)制波形變化影響的光調(diào)制器偏置電壓控制電路，價格便宜且可以使用的范圍廣。
上述目的可以通過以下方法實現(xiàn)，在具備行波調(diào)制電極的光調(diào)制器內(nèi)部，將控制光與被調(diào)制光反向傳送并用光檢測器檢測該控制光強度，將該控制光的平均光強度信息用于光調(diào)制器的偏置穩(wěn)定化控制。
特別是通過反射鏡對信號光的一部分進行反射、或通過具備控制光源，可以得到所述控制光。
關(guān)于在控制光入射到光調(diào)制器時其偏振狀態(tài)成為問題這一點，可以通過以下方法解決，在控制光輸入路徑上設(shè)置偏振波保持機構(gòu)、或偏振狀態(tài)調(diào)節(jié)機構(gòu)，或者使用無偏光光源作為控制光源、通過偏振波擾頻(polarization scrambling)對控制光進行無偏光化。
上述穩(wěn)定化控制用控制電路可以設(shè)置于光調(diào)制器或光發(fā)送器內(nèi)部等，可以是其動作使輸出信號變化以便使輸入信號為最大或最小的最小化控制電路或最大化控制電路，或者是自動控制電路，對所述偏置信號施加頻率f的高頻振動(dithering)并進行控制，以便使該自動控制電路的輸入信號中的頻率f成分或2f成分的強度為0或最小或最大，或者使輸入信號中的頻率f成分或2f成分的相位為一定值。
通過使上述行波光調(diào)制器為行波馬赫-曾德式調(diào)制器、或行波吸收式半導體光調(diào)制器、行波光相位調(diào)制器、行波光強度調(diào)制器、行波光強度相位調(diào)制器，可以發(fā)揮本發(fā)明的效果。并且，調(diào)制方式為載波抑制RZ(CSRZ)調(diào)制、光脈沖調(diào)制、二進制光相位調(diào)制、或光雙二進制調(diào)制時本發(fā)明的效果很大。
為了穩(wěn)定地實施本發(fā)明的控制，對光檢測器的輸出信號或輸入該光調(diào)制器的控制光強度、或者從該光調(diào)制器的輸出端輸入的控制光強度進行觀測，在這些強度之一成為一定值以下時停止所述控制動作，并且在成為一定值以上之后或者一定時間后開始控制動作即可。
并且在光調(diào)制裝置為并聯(lián)或者串聯(lián)連接時，從最下游的光調(diào)制器的輸出端輸入控制光，并用各個光調(diào)制裝置的光檢測器進行檢測，由此可以使用本發(fā)明。
將本發(fā)明使用于光發(fā)送器時采用以下構(gòu)成即可，將輸出調(diào)制或無調(diào)制的激光的信號光源與本發(fā)明的光調(diào)制裝置串聯(lián)連接，或者將輸出調(diào)制或無調(diào)制的激光的信號光源與本發(fā)明的光調(diào)制裝置級聯(lián)或并聯(lián)設(shè)置。此時，通過具備對從光檢測器輸出的強度信息、或輸入所述光調(diào)制器的控制光的光強度信息進行檢測、并向外部輸出的信息路徑，或輸入控制電路動作的開始或停止的信息路徑，可以掌握外部的光調(diào)制裝置的狀態(tài)，同時可以控制光調(diào)制裝置的動作。
并且，如果可以從各個光傳送裝置、或遠程控制操縱臺輸入輸出上述信息，則具有可以對所述光調(diào)制器的狀態(tài)自動或遠程監(jiān)控、并控制其動作的效果。
本發(fā)明中具有以下效果，解決CSRZ所代表的光調(diào)制裝置中的上述3個問題，并不論時鐘振幅如何可以一直用同一控制算法·電路(例如，最小化控制電路等)進行偏置電壓的穩(wěn)定化控制。因此，即使在不能使用已有控制方法的、時鐘振幅在光調(diào)制器的V2π的60％～80％范圍，也可以實現(xiàn)光發(fā)送器。并且存在以下效果，使調(diào)制器或高頻部件的不同特性和規(guī)格變化的容許范圍擴大、部件的調(diào)配成本下降、部件的調(diào)配變得容易、將來的設(shè)計變更變得容易。并且存在以下優(yōu)點，由于可以使時鐘振幅在很大范圍內(nèi)可變，可以實現(xiàn)波形和占空比可變的光發(fā)送器。
并且，由于本發(fā)明中使用反向穿過光調(diào)制器的控制光進行偏置控制，控制光在高頻信號中幾乎不被調(diào)制，因此具有以下效果，偏置點不易受到調(diào)制波形的調(diào)制方式、或波形的占空比等波形形狀變化的影響。因此本發(fā)明的控制方式和電路，可以在不同比特率(bit rate)或光調(diào)制方式的多個光發(fā)送器共同使用，具有低成本化和共用化的效果，并且具有用一臺光發(fā)送器發(fā)送波形也可以容易地可變的效果。
并且，由于以往將信號光直接使用于各個光調(diào)制器的偏置控制，因此存在當光調(diào)制器為多級時控制信號的分離變得困難的問題，但是由于本發(fā)明中使用了反向前進的控制光，因此存在以下優(yōu)點，可以在各級取出控制光、使用波長分別不同的控制光、與已有的控制方法混合使用、控制信號的分離變得容易。
并且，使用本發(fā)明的反射鏡的構(gòu)成中，具有不需要控制光源的效果。在所述構(gòu)成中，通過在反射鏡的連接中使用偏振波保持光纖和偏振波擾頻器，并且作為反射鏡使用設(shè)置在信號光路徑中的部分反射鏡(partial reflection mirror)，因此具有不受光纖彎曲(bending)的偏振波狀態(tài)(state of polarization)變動的影響的效果。
另一方面，在使用與信號光不同的控制光源時，具有可以避免信號光損失的雜音的影響、雜散光干涉的影響的效果。并且，通過使用偏振波無依存光源和偏振波擾頻構(gòu)成，具有不受作為信號路徑的光纖彎曲的偏振波狀態(tài)變動的影響的效果。


圖1是表示本發(fā)明的第1實施例的構(gòu)成圖。
圖2是本發(fā)明的第1實施例中的光調(diào)制器102的構(gòu)成圖。
圖3是表示本發(fā)明的第1實施例中的偏置穩(wěn)定化控制的原理圖。
圖4是使用了已有偏置電壓穩(wěn)定化控制的CSRZ光發(fā)送器的構(gòu)成圖。
圖5是表示使用了雙相驅(qū)動MZ式光調(diào)制器的CSRZ光脈沖的生成原理的圖。
圖6是表示已有CSRZ光調(diào)制器中的偏置電壓和CSRZ光信號平均光強度的關(guān)系圖。
圖7是表示本發(fā)明的第2實施例的構(gòu)成圖。
圖8是表示本發(fā)明的方法和已有方法的試驗比較的圖。
圖9是表示本發(fā)明的第3實施例的構(gòu)成圖。
圖10是表示本發(fā)明的第4實施例的構(gòu)成圖。
圖11是表示本發(fā)明的第5實施例的構(gòu)成圖。
圖12是表示本發(fā)明的第6實施例的構(gòu)成圖。
圖13是表示本發(fā)明的第7實施例的構(gòu)成圖。
圖14是表示本發(fā)明的第8實施例的構(gòu)成圖。
圖15是表示本發(fā)明的第9實施例的構(gòu)成圖。
圖16是表示本發(fā)明的第10實施例的構(gòu)成圖。
圖17是本發(fā)明的第10實施例中的傳送裝置控制電路164的動作流程圖。
圖18是表示本發(fā)明的第11實施例的構(gòu)成圖。
具體實施例方式
實施本發(fā)明的最佳方式為下述第一實施例所示的圖1的方式。在本實施方式中，從激光光源101輸出的激光從光輸入路徑103-1輸入光調(diào)制器102，并從光輸出路徑104作為CSRZ光脈沖輸出。對光調(diào)制器102的2個行波電極輸入端子107-1、107-2，施加用頻率10GHz進行了相位相互反轉(zhuǎn)的正弦波時鐘信號，偏置電壓Vb通過T型偏置器110連接到行波電極輸入端子107-2。在光輸入路徑103的途中設(shè)置光耦合器106-1、在光輸出路徑104的途中設(shè)置光耦合器106-2。在光耦合器106-2被分路的路徑被作為控制光輸入路徑使用，從此處與信號光路徑112反向地輸入控制光。輸入的控制光沿控制光路徑113反向通過光調(diào)制器102，其一部分由光耦合器106分離，并被導向到在其前方設(shè)置的低速光檢測108，并被測定平均光強度(average optical power)?？梢詫ζ秒妷篤b進行自動控制以便使該平均光強度為最小。
實施例1圖1是表示本發(fā)明的第1實施例的構(gòu)成圖，是將本發(fā)明的光調(diào)制裝置100使用于生成CSRZ光脈沖的例。從激光光源101輸出的激光沿圖中的信號光路徑112前進，從光輸入路徑103-1輸入光調(diào)制器102，并從光輸出路徑104作為CSRZ光脈沖輸出。作為光調(diào)制器102，一般使用雙相驅(qū)動式LN-MZ調(diào)制器，對2個行波電極輸入端子107-1、107-2施加用頻率10GHz進行了相位相互反轉(zhuǎn)的正弦波時鐘信號。CSRZ光脈沖生成原理與上述的已有例相同，為了將時鐘信號的偏置電壓控制在最佳點，低速(直流～最高數(shù)MHz左右)的偏置電壓Vb通過T型偏置器(bias-tee)110連接到行波電極輸入端子107-2。
在本實施例中，在光輸入路徑103的途中設(shè)置光耦合器106-1、在光輸出路徑104的途中設(shè)置光耦合器106-2。對由光耦合器106-2分路的控制光輸入路徑105，從此處輸入與信號光路徑112反向的控制光。輸入的控制光沿控制光路徑113反向通過光調(diào)制器102，其一部分由光耦合器106-1分離，并被導向到在其前方設(shè)置的低速光檢測器108，測定的控制光的平均光強度信息從光強度信號輸出端子109輸出到外部。
圖2是本發(fā)明的第1實施例中的光調(diào)制器102的構(gòu)成圖，表示具有行波電極的雙相驅(qū)動LN-MZ調(diào)制器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)例。LN-MZ光調(diào)制器由在具有電光學效應(electro-optic effect)的LN結(jié)晶(LN-crystal)的薄膜基板(thin film substrate)上，使用Ti(鈦)擴散(Ti-diffusion)技術(shù)等所形成的波導路構(gòu)成。MZ調(diào)制器一般為，分別連接2輸入2輸出的2×2光耦合器120-1的2個光輸出路徑、和2×2光耦合器120-2的2個光輸入路徑，并鄰接這些路徑設(shè)置行波光電極121-1、121-2。光耦合器剩余的輸入端子成為光輸入輸出路徑，因此MZ光調(diào)制器本來是如圖所示具有2個光輸入路徑(圖的103-1、103-2)、2個光輸出路徑(104-1、104-2)的多輸入、多輸出的裝置，但是通常將其中一個光輸入路徑103-1作為光輸入、一個光輸出路徑104-1作為光輸出使用。整體構(gòu)成為在將光分路為2之后付與相位差(phasedifference)并進行合成的馬赫-曾德式光干涉計(interferometer)。所述光調(diào)制器透光特性可以通過向2電極付與電壓差、并對干涉計生成相位差來改變，相位差為0時的透光率最大、當相位差為π時透光率為最小(～0)。在如此的光調(diào)制器中，當將施加到電極的電信號頻率高速化到數(shù)GHz以上時，由于電極的寄生容量(parasitic capacitance)使調(diào)制效率(modulation efficiency)大幅度下降，并且變得不進行動作。因此首先如圖中的122-1、122-2設(shè)置電極的終端電阻，并調(diào)整電極阻抗(impedance)使電極整體為不受寄生容量影響的分布常數(shù)線路(distributed-constant transmission line)。并且，通過采用設(shè)計為使在電極內(nèi)前進的電信號速度、與在波導路內(nèi)前進的光信號速度一致(match)的行波電極，用10～40GHz以上的高速信號也可以防止降低調(diào)制效率并進行光調(diào)制動作。
這種光調(diào)制器的特征為，反方向也具有透光率，可以從光輸出路徑104-1、104-2之一輸入光信號，并使其從光輸入路徑103-1、103-2輸出，但是行波電極對反向前進的光無效，調(diào)制頻帶降低為最高1～數(shù)GHz左右。也就是說，特別是在如RZ波形和CSRZ波形、模擬調(diào)制那樣，對電極施加數(shù)～數(shù)10GHz的正弦波時鐘信號的情況下，幾乎沒有對反向前進的光進行高頻調(diào)制，透光率由直流的偏置電壓(DCbias voltage)的變化決定。
所述情況在圖3表示。圖3是表示本發(fā)明的偏置穩(wěn)定化控制的原理圖，(a)是MZ調(diào)制器透光率的偏置電壓依存性(直流消光曲線圖)。如上所述，由于控制光沒有受到高頻調(diào)制，其圖3(b)所示的透光率只由偏置電壓Vb單獨決定，其特性與(a)的直流消光曲線一致。但是通過施加偏置電壓Vb以便使控制光的強度一直為最小的最小化控制，可以將偏置電壓Vb一直穩(wěn)定化控制在消光曲線的最小點。
圖3(c)表示上述最小化控制的算法例。首先，使偏置電壓Vb只增加微小值ΔV，并觀測從光強度信號輸出端子109得到的光強度信息如何變化。如果光強度為減少的趨勢則繼續(xù)使偏置電壓Vb減少，如果光強度為增加的趨勢則相反只將偏置電壓Vb增加微小值ΔV，通過反復上述操作，可以實現(xiàn)最小化控制。
另外，最小化控制(或最大化控制)的算法不限于本例所示，任何通常的最小化(最大化)算法都可以使用。即可以使用牛頓法(Newton method)或二分檢索法(binary search method)，以及控制偏置電壓以便使光強度信號的微分值為0等方法。并且控制電路也可以是模擬電路或數(shù)字控制，并且可以是利用計算機的控制。
并且，在使用實際的電信號源或光設(shè)備的情況下，當進行如圖3(c)的最小化(最大化)控制時，偏置電壓Vb可能達到可輸出電壓范圍的極限、或超過光設(shè)備和IC的電極耐壓。這種情況下，可以考慮的對策為，將偏置電壓在短時間內(nèi)只偏移直流消光曲線圖1個周期(V2π)的量，并再次開始控制動作，或預先選擇電壓范圍余量最大的最佳點然后開始控制等。
另外，本實施例中將電壓輸入式光調(diào)制器作為對象使用了偏置電壓控制這個詞，但是本發(fā)明也可以廣泛使用通過不同物理量對偏置點進行控制的光調(diào)制器。例如，即使是利用光波導路的溫度和壓力、向加熱器流入的電流、向半導體相位調(diào)制器中流入的電流等，對偏置點進行控制的光調(diào)制器也沒有問題。
另外，圖中用粗線表示光信號的路徑(輸入路徑103、光輸出路徑104等)，但是所述部分可以用光纖、玻璃基板等光波導路、空間中的光波束等各種方式來實現(xiàn)。
實施例2圖7是表示本發(fā)明的第2實施例的構(gòu)成圖，是信號光的一部分被反射鏡反射，并將該反射光作為控制光使用，并且將自動控制電路設(shè)置在本發(fā)明的光調(diào)制裝置100的內(nèi)部的例。圖7(a)中控制光輸入路徑105的前方連接有反射鏡130。因此，通過光耦合器106-2將分路到控制光輸入路徑105的信號光(路徑112-2)的一部分反射，并且由于其反向前進因此可以作為控制光來使用。信號光最初在順向通過光調(diào)制器102時受到CSRZ脈沖調(diào)制，在其最佳點的平均強度如圖6(c)所示根據(jù)時鐘振幅而大幅改變。但是，在該信號作為控制光反向通過光調(diào)制器102時，如圖3(b)所示在最佳點為最小(～0)的特性的調(diào)制被重疊。結(jié)果，最終出現(xiàn)圖3(b)的調(diào)制度大的調(diào)制特性，平均光強度一直在最佳點為最小。因此，通過最小化控制電路132對偏置電壓Vb進行控制，以便使由光檢測器108測定的控制光平均光強度一直為最小，并通過將其施加到偏置信號輸入端子131，可以進行不依存時鐘振幅的偏置穩(wěn)定化控制。
另外在本實施例中表示了以下構(gòu)成，使用具有單一行波電極輸入端子107的X-Cut(或者Z-Cut式)的LN-MZ調(diào)制器，并施加1系統(tǒng)的10GHz時鐘信號，并且向?qū)Ｓ迷O(shè)置的偏置信號輸入端子131施加偏置電壓Vb，但是與本發(fā)明的使用沒有本質(zhì)的不同。作為偏置電壓施加方法，還有在生成高頻電信號的驅(qū)動電路內(nèi)部設(shè)置偏置電壓的加法電路等方式，任何使高頻信號的直流電平變化的方法都可以沒有問題地使用。
另外，在光調(diào)制器102為LN-MZ調(diào)制器等的情況下，存在調(diào)制器本身具有偏振光依存性(polarization dependence)，只對特定的偏振波光信號進行光調(diào)制的問題。這種情況下，通過使從光調(diào)制器102的光輸出路徑104到光耦合器106-2和控制光輸入路徑105的反射鏡為止的光路徑，為偏振波保持光纖、空間光學系統(tǒng)(free-space optics)、波導路基板等偏振光狀態(tài)不變化的構(gòu)成，控制光可以由光調(diào)制器102一直調(diào)制，并得到正確的控制信號。并且，在將這些路徑用如單模(single-mode)光纖的一般光纖結(jié)合的情況下，在控制光輸入路徑105的途中設(shè)置手動或者自動的偏振波狀態(tài)控制器(polarizationcontroller)，與光纖的安裝狀態(tài)配合，將控制光固定在以最佳偏振光狀態(tài)(state of polarization)向光調(diào)制器輸入的偏振波狀態(tài)(state ofpolarization)，也可以使用進行自動控制以便使其一直為最佳偏振光狀態(tài)的方法。
并且圖7(b)的實施方式的構(gòu)成為，在光輸出路徑104的途中直接設(shè)置介質(zhì)多層膜(dielectric multi-layer)鏡138作為反射鏡，并反射一部分信號光直接作為控制光來使用。作為這種反射鏡，有介質(zhì)多層膜鏡和光纖光柵(optical fiber grating)，這些反射鏡可以直接設(shè)置在光纖的途中，不使光信號的偏振光狀態(tài)改變，并且可以自由設(shè)定反射率。因此可以不需要偏振波控制器和偏振波保持光纖，通過便宜、簡單的構(gòu)成來實現(xiàn)本發(fā)明。
并且在本實施方式中，通過T型偏置器110在偏置信號輸入端子131的途中連接低頻正弦波信號源，將微小振幅的頻率f(例如數(shù)KHz)重疊到偏置電壓Vb上，并利用該頻率成分實現(xiàn)高精度的偏置穩(wěn)定化控制。在本例中，用低速光檢測器108檢測控制光(反射光)，從得到的信號中檢測頻率2f成分，用最大化控制電路137對偏置電壓Vb進行自動控制以便使該成分為最大。即，由于在圖3(b)的最佳點的光強度特性是向上凸，并且2次非線形為很大的點，因此如果偏置電壓Vb在最佳點，則頻率f的微小正弦波調(diào)制被變換為最強頻率2f成分。因此可以用帶通濾波器147抽出頻率2f成分，并通過進行使該成分為最大的控制，來進行高靈敏度的偏置穩(wěn)定化控制。并且作為高靈敏度控制方法，也可以是使頻率2f成分的相位為一定的控制。
圖8為使用圖7(a)的構(gòu)成，通過試驗對本發(fā)明的效果進行實際確認的結(jié)果。圖8(a)是時鐘振幅為V2π的大約77％的情況。圖中的『透光強度』是向圖7(a)的光路徑112-1輸出的CSRZ光脈沖的平均光強度，并且『反射光強度』是用低速光檢測器108檢測到的光強度。在控制光輸入路徑105的途中設(shè)置手動的偏振波狀態(tài)控制器，對偏振波狀態(tài)進行調(diào)整以便反射光被光調(diào)制器102正確調(diào)制。從圖8(a)可知，即使偏置電壓Vb(橫軸)變化，透光平均強度幾乎沒有改變、振幅僅為1dB左右，另一方面，反射光強度變化非常大、最大振幅15dB。偏置電壓的最佳點為Vb＝7.75V，在該點輸出的CSRZ光脈沖為對稱性最高的圖8(c)的波形。以往例的透光強度是在該點取最大值，本發(fā)明的反射光強度是在該點取最小值。另一方面，圖8(b)和(d)分別是從最佳點使偏置電壓只改變0.75V和0.25V時的CSRZ光波形。由于前者的偏移大，因此可以看到大的波形變化，但即使如后者僅偏移0.25V(對于V2π＝10.67V，相當于2.3％)，也可知鄰接的脈沖產(chǎn)生很小的高度差。因此為了防止傳送特性的惡化，需要以V2π的2％或者以上的精度使偏置電壓穩(wěn)定化。另一方面，以往例的透光強度的情況是，相對于0.75V(6％)的偏置電壓的變化，平均光強度的變化僅為0.05dB(通常0.1dB以下的測定非常困難)，不能實施高精度的偏置電壓穩(wěn)定化。對此，本發(fā)明的反射光強度相對于偏置電壓0.25V的變化產(chǎn)生1dB以上的信號強度，可以實現(xiàn)非常高精度的控制。
并且圖8(e)是時鐘電壓降低到V2π的58％的例。在本例中可知，可以得到良好的CSRZ波形的最佳偏置電壓為7.0V，與圖8(a)相反透光強度在最佳點為最小值。即如上所述，可知需要根據(jù)時鐘振幅來切換最小化控制或最大化控制。對此，本發(fā)明的反射光強度的情況是，對于偏置電壓的變化與圖8(a)同樣地維持在最佳點光強度為最小的特性。因此，可以確認不依存于時鐘振幅而一直使用最小化控制即可。并且，隨著偏置變化的信號強度的變化幅度，在已有的透光強度的情況下為4dB，在本發(fā)明的反射光強度的情況下為23dB，確保了高精度控制所需要的大的動態(tài)范圍，并可以確認本發(fā)明的效果。
實施例3圖9是表示本發(fā)明的第3實施例的構(gòu)成圖，是使用電控制偏振波控制器對控制光的偏振波狀態(tài)進行時間上的擾頻、并消除偏振波依存性的例。本例是使用回路型鏡的例，通過在控制光輸入路徑105的前方連接光循環(huán)器(optical circulator)139，并在其前方將光纖連接到回路上，由此使沿光路徑112-2輸入的CSRZ光信號轉(zhuǎn)一周并沿原路徑返回來作為控制光?；芈芬徊糠稚显O(shè)置電控制偏振波控制器134，并施加從低頻正弦波信號源133得到的頻率f(例如數(shù)k～10kHz)正弦波電信號，并作為沿控制光路徑113通過的控制光的偏振光度降低到0.5左右的偏振波擾頻器來使用。如此，如果使控制光的偏振光度(degree of polarization)降低，即使在MZ調(diào)制器具有偏振光依存性、內(nèi)部內(nèi)置偏振鏡(polarizer)的情況下，也有大約50％的控制光被光調(diào)制器102調(diào)制，并到達低速光檢測器108。如果將低速光檢測器108的積分時間取的比f長足夠多，則控制光中的頻率f成分被時間平均，因此可以實現(xiàn)不受光纖路徑的偏振波狀態(tài)變動的影響地進行偏置電壓的自動控制。
另外在本實施例中，在本發(fā)明的光調(diào)制裝置100的信號輸入部、和信號輸出部設(shè)置光單面波導管(optical isolator)135-1、135-2。光單面波導管是防止光信號反向前進的元件，前者是防止向控制光的光輸入路徑103的上游的泄漏。由此，可以防止與信號光相同波長的控制光入射到上游的光元件，以及連接器等的反射與信號光發(fā)生預想不到的干涉而產(chǎn)生的信號惡化。并且，后者是用于使低速光檢測器108等避免外部光的影響。在萬一從外部入射了強的光信號、輸出光的一部分被反射并反向進入光調(diào)制裝置100的內(nèi)部的情況下，存在輸入到低速光檢測器108使最小化控制電路132誤動作的可能性。光單面波導管135-2的效果就是防止這些問題發(fā)生。
實施例4圖10是表示本發(fā)明的第4實施例的構(gòu)成圖。本例是通過在光調(diào)制器102多個輸出路徑中未使用的路徑上設(shè)置反射鏡，來試圖使構(gòu)成簡化的例。在本實施例中，光調(diào)制器102是在LN基板上使用波導路所形成的馬赫-曾德式光調(diào)制器，具有輸入信號光的光輸入路徑103-1以外的未使用光輸入路徑103-2，和輸出信號光的光輸出路徑104-1以外的未使用光輸出路徑104-2，在光輸出路徑104-1上設(shè)置用于輸出偏振波的調(diào)整的偏振鏡136。在本例中，在光輸出路徑104-2的出口設(shè)置反射鏡130，將沿路徑112-2入射的光信號直接反射并作為控制光返回，并且在光輸入路徑103-2上直接設(shè)置低速光檢測器108，測定通過光調(diào)制器102的控制光的平均光強度。通過這種將反射鏡和光檢測器直接設(shè)置到輸入·輸出路徑，可以實現(xiàn)小型化、集成化、低成本化，并且具有不需要光纖的連接、不產(chǎn)生偏振波狀態(tài)的變化的優(yōu)點。
另外，在這種將反射鏡和光檢測器分別設(shè)置在空閑的光輸入路徑103-2、空閑光輸出路徑的情況下，施加到行波電極輸入端子107-1或107-2的偏置電壓Vb，使上述平均光強度為最小地進行控制即可。作為其他的變更，可以將光檢測器或反射鏡的一個設(shè)置在路徑103-1或104-1，此時由于馬赫-曾德式光調(diào)制器的特性、光信號的透光性反轉(zhuǎn)，因此需要使用最大化控制而不是最小化控制。除這一點以外，無論如何組合未使用、已使用的光路徑，如何設(shè)置光檢測器108、反射鏡130都可以沒有問題地進行偏置電壓的穩(wěn)定化控制。
實施例5圖11是表示本發(fā)明的第5實施例的構(gòu)成圖，是使用調(diào)制器集成化激光光源141作為信號光源，構(gòu)成本發(fā)明的光發(fā)送器140的例。向高頻數(shù)字電信號的輸入路徑142輸入二進制的40Gbps數(shù)據(jù)信號，由此對調(diào)制器集成化激光光源(integrated modulator/laser)141的輸出光進行調(diào)制，并生成40Gbps的光NRZ波形。本發(fā)明的光調(diào)制裝置100將上述光NRZ波形作為輸入，對其施加CSRZ調(diào)制，變換為40Gbps光CSRZ波形并輸出。
本實施例的光發(fā)送器140具有控制命令輸入端子150，可以從外部通過該控制端子對控制電路的端子進行指定。例如在外部檢測到光發(fā)送器140的異?；蚬收蠒r，停止最小化控制電路132的動作，并且在將光發(fā)送器140插入到傳送裝置等中時等，在控制光強度穩(wěn)定之前只等待一定時間，然后通過開始控制動作可以實現(xiàn)穩(wěn)定的控制動作。
并且，本例是在控制光輸入路徑105的一端設(shè)置專用的控制光源144，使輸出的控制光沿著控制光路徑113反向通過調(diào)制器102，之后用低速光檢測器108測定其平均光強度的例。在本構(gòu)成的特征為，由于控制光只能反向通過光調(diào)制器102，因此光損失少，并且更不易受到時鐘信號的高頻調(diào)制的影響。
控制光源144的波長，只要在不受光調(diào)制器的特性影響的范圍就可以自由選擇，例如調(diào)制器集成化激光光源的波長為1.55μm，如果光調(diào)制器為具有行波電極的吸收式光調(diào)制器，則非常接近該波長(～數(shù)nm)，并且在寬的波長頻帶(wavelength bandwidth)動作的LN-MZ調(diào)制器的情況為1.3μm，如果是寬頻帶的調(diào)制器可以考慮使用1.6μm、0.98μm等各種波長。即使同樣在1.55μm頻帶，由于信號光的光譜加寬，通過選定控制光的波長以便使波長差變大，具有防止兩者干涉的效果。
在控制光波長和信號光波長不同時，可以在信號光和控制光的路徑的分離、合成中使用波長分離元件(wavelength separating device)(光波長分離器(wavelength demultiplexer))。在本例中，使用波長分離元件143-2將控制光合成到信號光的路徑中，然后通過波長分離元件143-1將控制光從信號光的路徑中分離，并導向到低速光檢測器108。當使用這種波長分離元件時，可以防止被光調(diào)制器和輸出連接器等反射的信號光的一部分、或從外部輸入的干擾光，漏泄到低速光檢測器108，對控制動作產(chǎn)生不良影響。這種漏泄也可以使用光隔離器(isolator)來防止。
另外，在使用激光光源作為控制光源144、并用光纖實現(xiàn)控制光輸入路徑105等情況下，存在下述問題，控制光的光結(jié)合率升高并且SN比上升，光纖中的光信號偏振波狀態(tài)產(chǎn)生變化，控制光不能由光調(diào)制器進行調(diào)制。為了避免所述問題，使用偏振波保持光纖、光波導路、空間光學系等不產(chǎn)生偏振波變動的光元件，來實現(xiàn)從控制光源到光調(diào)制器102的光路徑即可。并且也可以如本例所示，在控制光輸入路徑105的途中設(shè)置偏振波控制器145，并進行調(diào)整以便使控制光以適當?shù)钠癫顟B(tài)輸入光調(diào)制器102。也可以在進行了這種調(diào)整之后進行固定，以便使光纖和調(diào)制器的狀態(tài)不變化，并進行自動控制以便使其一直為最佳輸入狀態(tài)。
并且，本例的光調(diào)制裝置100，設(shè)置有控制光源的光強度信息的輸出端子，將在控制光源內(nèi)部測定的控制光的光強度傳送到最小化控制電路132，并根據(jù)其強度進行控制動作的導通·切斷的切換。即，當控制光降低到某一定強度以下時，認為控制光源144劣化從而停止最小化控制電路132的控制動作，并通過將現(xiàn)有的偏置電壓Vb保持在一定值，可以防止控制電路失控所導致的光信號劣化。并且，在光調(diào)制裝置起動時，通過在控制光源144的輸出達到某一定值以上之后開始最小化控制電路132的動作，可以防止初期引入動作失敗等。
實施例6圖12是表示本發(fā)明的第6實施例的構(gòu)成圖，是在本發(fā)明的光發(fā)送器140的光調(diào)制裝置100后方設(shè)置NRZ光調(diào)制器123，并使用LED(Light Emitting Diode)等寬頻帶光源146作為控制光源的例。從信號光源101輸出的信號光通過本發(fā)明的光調(diào)制裝置100，被變換為20GHz的CSRZ光脈沖，之后，通過被施加了20Gbps的電NRZ信號的NRZ光調(diào)制器123，被變換為20GbpsCSRZ光波形并被輸出。如此，本發(fā)明的光調(diào)制裝置的位置可以自由地與其他光源和光調(diào)制器進行交換，可以自由地設(shè)置為級聯(lián)、并聯(lián)。作為2個調(diào)制器并聯(lián)的例，可以舉出光QPSK(Quadrature Phase-Shift)調(diào)制和SSB(Single SideBand)調(diào)制等。
并且，如本實施例所示使用LED等寬頻帶光源(broadband opticalsource)146作為控制光源時，具有以下優(yōu)點，光源的頻率頻帶變寬，不易發(fā)生與信號光干涉等不良影響，并且由于相干性(coherency)低，因此不易受到光部件反射和干涉的影響。作為這種干涉性低的控制光源，例如已知SLD(Super Luminescent Diode)、EDFA或利用拉曼放大器(Raman amplifier)等光纖放大器(optical fiber amplifier)的自然發(fā)光(amplified spontaneous emission)(ASE)的ASE光源、法布里波羅(Fabry-Perot)式多模激光(multimode laser)等，可以將這些廣泛使用。并且即使是干涉性高的DFB激光光源和法布里波羅式多模激光，通過有意圖地用正弦波和雜音信號進行調(diào)制，或通過光反饋等的技術(shù)使其自動發(fā)振，由此可以擴大光譜寬度、并使用降低干涉性的光源。
另外，當光調(diào)制器102的保持依存性大時，在使用寬頻帶光源146的情況下，其中心波長可能與信號光差別很大，即使通過信號光的波長并根據(jù)控制光強度進行控制，也不一定可能得到最佳的信號波形。這種情況下，在從寬頻帶光源146的輸出到光調(diào)制器102之間，設(shè)置中心波長與信號波長一致的光濾波器，并通過使寬頻帶光的中心波長與信號光大體一致，可以一直保持最佳的信號波長。并且，該光濾波器可以用波長多重光發(fā)送裝置內(nèi)的光波長合成器代替。即通過在光波長合成器的輸出部設(shè)置寬頻帶光源146，并將寬頻帶光從光波長合成器的輸出端反向輸入，寬頻帶光被分離為各個波長成分，并從光波長合成器的多個輸入端輸出。因此，可以構(gòu)成為，將所述被分離為各個波長成分的寬頻帶光，用于連接在光波長合成器的各個輸入端的光調(diào)制器偏置點控制。根據(jù)所述構(gòu)成，可以在多個光發(fā)送器的控制中共用一個寬頻帶光源146。
并且，如果使用沒有偏振波依存性的無偏振光光源作為控制光源，具有即使光調(diào)制器102的調(diào)制特性中存在偏振光依存性，也不受其影響的優(yōu)點。即，由于無偏振光光源中包含所有的偏振光成分，因此通過具有偏振光依存性的光調(diào)制器102時，至少50％的成分被調(diào)制。此時，當在光調(diào)制器的前后設(shè)置偏振鏡以便只使具有調(diào)制特性的偏振光通過光調(diào)制器102時，由于控制光中沒有被調(diào)制的成分都被偏振鏡除去，因此控制動作的SN比有很大改善。本方法如圖10的偏振鏡136那樣的、存在預先設(shè)置在光調(diào)制器102中的偏振鏡的情況下特別有效。作為這種偏振光光源的例，可以使用上述的LED或SLD、ASE光源等。并且也可以使用在控制光路徑設(shè)置無偏振光鏡(消偏振鏡)，或如上述例所述，對控制光的偏振波狀態(tài)進行高速的時間擾頻，使偏振光依存性消失的方法。
另外，光發(fā)送器140具備控制命令輸入端子150、及光強度信息的輸出端子151、控制光源的光強度信息的輸出端子152，可以將光調(diào)制器的內(nèi)部狀態(tài)通知到外部、并從外部對控制電路的動作進行指定?？梢愿鶕?jù)從輸出端子152得到的控制光源的光強度信息，來判斷控制光源的故障或劣化。并且可以根據(jù)從輸出端子151得到的光強度信息，來判斷低速光檢測器108和光調(diào)制器102的故障或劣化、或者自動控制的引入結(jié)束等狀態(tài)。特別是，利用這些信息可以設(shè)定最小化控制電路132的狀態(tài)，即例如當?shù)退俟鈾z測器108和寬頻帶光源146發(fā)生故障時，可以停止最小化控制電路的動作，并通過將偏置電壓Vb固定在現(xiàn)有電壓，可以停止由于錯誤自動控制所導致的偏置電壓的大幅度偏移、和光發(fā)送器的動作，并避免變得不能進行信息傳送等情況。并且，在將光發(fā)送器140插入傳送裝置等中時等，通過直到控制光的強度穩(wěn)定為止只等待一定時間，之后開始控制動作，由此可以實現(xiàn)穩(wěn)定的控制動作。
實施例7圖13是表示本發(fā)明的第7實施例的構(gòu)成圖，是將控制光源144設(shè)置在本發(fā)明的光調(diào)制器未使用的光輸出路徑104-2的、本發(fā)明的CSRZ光調(diào)制裝置100的構(gòu)成例。并且由設(shè)置在光輸入路徑103-1途中的光耦合器106分離通過光調(diào)制器102而被輸出的控制光，并引導到低速光檢測器108。本例的情況是，由于只將控制光源設(shè)置在未使用的光輸入路徑，通過使用最大化控制電路137控制偏置電壓Vb，并施加到偏置信號的輸入端子131，以便使低速光檢測器108測定的平均光強度為最大，由此可以將CSRZ調(diào)制的偏置電壓一直維持在最佳點。
另外，如本例所示的控制光源合光檢測器的設(shè)置，也可以是以下的適當組合，在信號光路徑上通過光耦合器或光波長分離元件來設(shè)置，或在光調(diào)制器102未使用的輸入輸出路徑設(shè)置等。特別在將低速光檢測器108或控制光源144設(shè)置在未使用光路徑的情況下，可以通過將這些與光調(diào)制器集成化制造、或內(nèi)置在同一外殼內(nèi)來實現(xiàn)小型的光調(diào)制裝置。
實施例8圖14是表示本發(fā)明的第8實施例的構(gòu)成圖，是在本發(fā)明的光調(diào)制裝置內(nèi)集成設(shè)置2個光調(diào)制器102-1和102-2，將1個控制光源144共用于2個偏置電壓控制的例。
在本例中，從光輸入路徑103-1輸入的信號光，在通過光調(diào)制器102-1時，被20Gbit/s的NRZ數(shù)據(jù)信號施加二進制的相位調(diào)制(BPSK)，之后被輸出到光輸出路徑104-1，然后被輸入光調(diào)制器102-2的輸入路徑103-3，當通過光調(diào)制器102-2時被10GHz的時鐘信號重疊了20GHz的CSRZ脈沖調(diào)制，被變換為20Gbps光CSRZ-BPSK波形，并被從光輸出路徑104-3輸出到外部。從控制光源144輸出的控制光，被從下游光調(diào)制器102-2的未使用光輸出路徑104-4輸入，反向通過光調(diào)制器102-2之后被輸出到2個光輸入路徑103-3、103-4。在未使用的光輸入路徑103-4設(shè)置低速光檢測器108-2，并且最小化控制電路132對施加到光調(diào)制器102-2的偏置電壓Vb進行自動控制，以便使低速光檢測器108-2計測的控制光平均光強度為最小。這種控制具有使光調(diào)制器102-2一直保持在最佳偏置，并使從光輸出路徑104-1輸入到上游光調(diào)制器102-1的控制光強度一直保持在最大值的效果。這是由于在MZ調(diào)制器中具有，輸出的光信號強度的和為一定的性質(zhì)。因此，上游光調(diào)制器102-1也一直被輸入足夠強度的控制光。
反向通過光調(diào)制器102-1的控制光，由設(shè)置在未使用光輸入路徑103-2的低速光檢測器108-1受光。最大化控制電路137使用從低速光檢測器108-1得到的控制光平均光強度，對施加到光調(diào)制器102-1的偏置電壓Vb進行自動控制以便使該平均光強度為最大。本例中表示了在2個調(diào)制器控制中使用獨立的最小化控制電路132、最大化控制電路137的例，但是也可以通過具有多個輸入輸出控制功能的共用控制電路來實現(xiàn)。并且關(guān)于低速光檢測器也可以進行2個輸入?yún)?shù)1個輸出參數(shù)的多元化最佳化控制，即不設(shè)置108-2而只使用從108-1得到的平均光強度信息，對施加到光調(diào)制器102-2的偏置電壓進行控制以便使該平均光強度為最大，并對施加到光調(diào)制器102-1的偏置電壓進行控制以便使平均光強度為最小。
并且，不一定需要將本發(fā)明使用于雙光調(diào)制器中，例如也可以用光檢測器，對從光調(diào)制器102-1的未使用光輸出路徑104-2輸出的信號光強度進行測定，并對施加到光調(diào)制器102-1的偏置信號輸入端子131-1的偏置電壓Vb進行自動控制，以便使該值為最小、最大、一定值。
另外，本例所示的2個光調(diào)制器102-1、102-2，即使只是通過光纖等將2個光調(diào)制器連接，或?qū)嶋H地在1個基板上整體集成2個調(diào)制器的構(gòu)造都沒有問題。
另外，如本例的光調(diào)制器102-1那樣，本發(fā)明可以使用的調(diào)制方式不是只限定于CSRZ調(diào)制。一般來說，光二進制相位調(diào)制的BPSK調(diào)制、或雙二進制調(diào)制等，將MZ調(diào)制器的最大消光點作為最佳偏置電壓的調(diào)制，具有與已有例所述的CSRZ調(diào)制同樣的偏置電壓控制的問題，使用本發(fā)明特別有效。并且本發(fā)明具有以下效果，即使沒有信號光的情況下也可以進行偏置電壓控制、調(diào)制裝置的起動時間很短、不易受干擾的影響、不易受高頻信號波形變化合調(diào)制方式的影響等，在使用于通常的NRZ調(diào)制或模擬調(diào)制等一般的光調(diào)制情況下，可以得到很好的效果。即，只要是光調(diào)制器具有行波電極，且可以利用透光調(diào)制器的控制光強度進行偏置控制的調(diào)制方式，原則上本發(fā)明可以使用于任何的裝置、調(diào)制方式。作為這種例子，例如可以在具有LN-MZ光調(diào)制器和行波電極的吸收式光調(diào)制器，進行NRZ調(diào)制和多變量調(diào)制情況等廣泛使用。
實施例9圖15是表示本發(fā)明的第9實施例的構(gòu)成圖，是分別在級聯(lián)設(shè)置的2個光調(diào)制器102-1和102-2中設(shè)置控制光源144-1、144-2，并且兩者獨立地使用偏置電壓控制的例。即，在前級光調(diào)制器102-1的未使用光輸出路徑104-2設(shè)置控制光源144-1，并反向輸入控制光，用低速光檢測器108-1對從未使用的光輸入路徑103-2輸出的控制光進行檢測。并且在后級光調(diào)制器102-2的未使用光輸出路徑104-4設(shè)置控制光源144-2，并反向輸入控制光，用低速光檢測器108-2對從未使用的光輸入路徑103-4輸出的控制光進行檢測。在本構(gòu)成中，對于低速光檢測器108-1，可能由于控制光源144-2的控制光漏入對控制動作產(chǎn)生不良影響。在本實施例中，為了防止不良影響的產(chǎn)生，分別使用從低頻正弦波信號源133-1、133-2輸出的相互不同的頻率f1、f2，對控制光源144-1、144-2進行調(diào)制，并使用該頻率成分來鑒別兩者。即，例如在從低速光檢測器108-1輸出的電信號中，帶通濾波器147-1(透光中心頻率2f1)只抽出頻率為2f1的成分，并通過最大化控制電路137-1控制偏置電壓Vb以便使該成分為最大，由此即使從其他調(diào)制器漏入控制光也可以沒有問題地實現(xiàn)偏置電壓的最佳化控制。
并且，作為其他不同的構(gòu)成也可以使用下述構(gòu)成，不使用低速光檢測器108-2，將從低速光檢測器108-1得到的光強度信號分為2個，并用對應于透光中心頻率分別為2f1、2f2的帶通濾波器進行抽出，分別對光調(diào)制器102-1和光調(diào)制器102-2的偏置電壓進行自動控制，以便使這些成分各自獨立地為最大。
這種排除其他控制光的影響的方法，除如上所述的使用不同頻率的低頻調(diào)制以外，也可以使用使控制光源的波長相互不同，并用設(shè)置在光檢測器前的光濾波器，只抽出需要的波長等方法。并且如果在下游光調(diào)制器102-2中，進行使從未使用光輸入路徑103-4輸出的控制光平均強度為最大的控制，即，可以將通過光輸出路徑104-1輸入到前級光調(diào)制器102-1的控制光強度抑制到幾乎為0，就可以避免向低速光檢測器108-1的漏入。該方法例如可以通過下述方法來實現(xiàn)，在用如CSRZ調(diào)制或雙二進制調(diào)制的使透光率為最小的偏置電壓，使后級的光調(diào)制器102-2進行動作的情況下，從光輸出路徑104-3輸入控制光。
實施例10圖16是表示本發(fā)明的第10實施例的構(gòu)成圖，表示本發(fā)明的光傳送裝置160-1和160-2的構(gòu)成、和使用該構(gòu)成的光傳送系統(tǒng)的構(gòu)成。在一個光傳送裝置160-1中，設(shè)置本發(fā)明的光發(fā)送器140-1～140-2、以及與其配對的光接收器161-1、161-2。從各個光發(fā)送器輸出的波長不同的光信號，由光波長合成器(wavelength multiplexer)162-1合成為波分復用信號(wavelength division multiplexed signal)，并由另一個光傳送裝置160-2接收，該光傳送裝置160-2通過上行(westward)光纖傳送路166設(shè)置在相隔數(shù)km～數(shù)1000km。在其內(nèi)部，接收的波分復用信號由光波長分離器163-1分離(demultiplexed)為各個波長，之后由不同光接收器161-3、161-4接收。與這些光接收器鄰接設(shè)置配對的本發(fā)明的光發(fā)送器140-3、140-4，這些光信號也由光波長合成器162-2進行波分復用，并在下行(eastward)光纖傳送路167傳送、由光傳送裝置160-1接收。光傳送裝置160-1中設(shè)置有傳送裝置控制電路164-1，與各個光發(fā)送器140-1、140-2分別通過控制命令輸入端子150-1、150-2、和光強度信息的輸出端子151-1、152-1、和控制光源的光強度信息輸出端子152-1、152-2連接。傳送裝置控制電路164-1可以通過控制信息路徑165-1，從外部接受指令并向外部發(fā)送信息。通過本構(gòu)成，傳送裝置控制電路164可以掌握、判斷各個發(fā)送器的故障狀態(tài)和安裝狀態(tài)，并從外部接受指令、將適當?shù)目刂泼畎l(fā)送給各個發(fā)送器，并對其狀態(tài)進行管理。
圖17是本發(fā)明的第10實施例中的傳送裝置控制電路164的動作流程圖。各個控制電路判斷是從控制信息路徑165輸入了特定的光發(fā)送器140的起動命令、或者是新的光發(fā)送器140被安裝到傳送裝置，在發(fā)生這些的情況下，起動作為對象的發(fā)送器，并在經(jīng)過一定時間后起動本發(fā)明的光調(diào)制器控制電路。并且在輸入特定的光發(fā)送器140截止命令的情況下，或者從輸出端子151、152的信息中檢測到特定的光發(fā)送器異常的情況下，停止作為對象的光發(fā)送器的光調(diào)制動作之后進行光發(fā)送器的截止。由此，在增設(shè)光發(fā)送器、發(fā)生故障的情況下、和收到起動、截止命令的情況下，也可以沒有問題地使用本發(fā)明。
實施例11圖18是表示本發(fā)明的第11實施例的構(gòu)成圖。表示本發(fā)明的光傳送裝置160-1、160-2、160-3、160-4和使用該裝置的光網(wǎng)絡的構(gòu)成。各個光傳送裝置通過由1對光纖傳送路(上行光纖傳送路166和下行光纖傳送路167)構(gòu)成的傳送路，與其他光傳送裝置160相互連接。這些光傳送裝置中160-2中設(shè)置有控制操縱臺170，通過控制信息路徑165，對設(shè)置在各個光傳送裝置的本發(fā)明的光發(fā)送器進行控制的停止、和故障狀態(tài)的監(jiān)視。通過傳送路對遠程設(shè)置的光傳送裝置160-1、160-3、160-4，傳送使用連接光傳送裝置之間的控制信息傳送單元傳送控制信息路徑165的信號的控制信息，并可以進行遠程控制。作為這種控制信息傳送單元，可以任意地使用在已有的光纖傳送裝置中使用的方法，例如存在以下方法，向傳送路中傳送的主信號系的SONET/SDH輔助操作(overhead)部寫入進行傳送、使用與波分復用信號捆綁同時傳送的其他波長監(jiān)視信號進行傳送、經(jīng)過其他網(wǎng)絡進行傳送等。
權(quán)利要求
1.一種光調(diào)制裝置，其特征在于，具備光調(diào)制器，具備被施加高頻的模擬或數(shù)字電信號的行波調(diào)制電極；被調(diào)制光的輸入路徑，與所述光調(diào)制器的輸入端連接；調(diào)制光的輸出路徑，與所述光調(diào)制器的輸出端之一連接；光檢測器，對與所述被調(diào)制光反向地通過所述光調(diào)制器內(nèi)部、并從輸入端輸出的控制光的光強度進行檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光調(diào)制裝置，其特征在于，所述光調(diào)制器為行波馬赫-曾德式調(diào)制器、行波吸收式半導體光調(diào)制器、行波光相位調(diào)制器、行波光強度調(diào)制器、或行波光強度相位調(diào)制器中的一個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光調(diào)制裝置，其特征在于，對所述光調(diào)制裝置的輸入光進行載波抑制RZ調(diào)制、光脈沖調(diào)制、二進制光相位調(diào)制、或光雙二進制調(diào)制中的一種，并進行輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光調(diào)制裝置，其特征在于，具備反射鏡，與所述光調(diào)制器的輸出端連接，將由所述光調(diào)制器調(diào)制的光的一部分折回，再次向所述光調(diào)制器的輸出端入射。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光調(diào)制裝置，其特征在于，所述光調(diào)制器和所述反射鏡之間設(shè)置有消偏振元件，或者，所述光調(diào)制器的輸出端和所述反射鏡之間的路徑通過偏振保持單元或偏振狀態(tài)調(diào)整單元進行連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光調(diào)制裝置，其特征在于，具備控制用光源，該控制用光源與所述光調(diào)制器的輸出端連接且輸出與被調(diào)制光干涉性低的控制光，所述控制光從所述光調(diào)制器的輸出端入射到所述光調(diào)制器，并從所述光調(diào)制器的輸入端輸出之后被導入所述光檢測器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光調(diào)制裝置，其特征在于，所述控制用光源為無偏振光源，所述控制用光源的輸出端具備消偏振元件，或者，所述控制用光源通過偏振保持單元或偏振狀態(tài)調(diào)整單元與所述光調(diào)制器的輸出端連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光調(diào)制裝置，其特征在于，具備自動控制電路，將從所述光檢測器輸出的光強度信息作為輸入，將從所述自動控制電路輸出的偏置信號輸入所述光調(diào)制器的偏置調(diào)整端子。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光調(diào)制裝置，其特征在于，所述自動控制電路為使所述偏置信號變化以便使從所述光檢測器輸入的輸入信號為最大或最小的最大化控制電路或最小化控制電路，或者所述自動控制電路為，進行控制以便對所述偏置信號施加頻率f的高頻振蕩，并使向所述自動控制電路的所述輸入信號中的頻率f成分或2f成分的強度為零、最小、或最大，或者使輸入信號中的頻率f或2f成分的相位成為一定值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光調(diào)制裝置，其特征在于，對所述光檢測器的輸出信號、或輸入所述光調(diào)制器的所述控制光的強度、或從所述光調(diào)制器的輸入端輸出的所述控制光的強度進行觀測，當其中至少某一個的強度成為一定值以下時停止所述控制動作，并且在成為一定值以上之后立刻或經(jīng)過一定時間后開始控制動作。
11.一種光調(diào)制裝置，將多個權(quán)利要求1所述的光調(diào)制裝置并聯(lián)或串聯(lián)連接，其特征在于，具備反射鏡，將從其最下游的所述光調(diào)制器的輸出端輸出的所述調(diào)制光的一部分折回，作為所述控制光再次向所述光調(diào)制器的輸出端入射；或者控制用光源，輸出與所述最下游的光調(diào)制器的輸出端連接的所述控制光，通過各個光調(diào)制裝置所設(shè)置的所述光檢測器對所述控制光進行檢測。
12.一種光發(fā)送器，其特征在于，將輸出調(diào)制或無調(diào)制的激光的信號光源與權(quán)利要求1所述的光調(diào)制裝置串聯(lián)連接，或者，將輸出調(diào)制或無調(diào)制的激光的信號光源，與至少具備一個權(quán)利要求1所述的光調(diào)制器的多個光調(diào)制裝置級聯(lián)或并聯(lián)連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光發(fā)送器，其特征在于，具備信息路徑，對從所述光檢測器輸出的光強度信息、或輸入所述光調(diào)制器的所述控制光的光強度信息進行測定并輸出，或者，信息路徑，輸入控制電路的動作的開始或停止。
14.一種光傳送裝置，其特征在于，具備至少一個權(quán)利要求12所述的光發(fā)送器，及接收所述光發(fā)送器的輸出光的光接收器，在插入各個光發(fā)送器之后立刻或經(jīng)過一定時間之后，開始所述自動控制電路的控制動作，或者，根據(jù)來自外部的命令，受理各個所述光發(fā)送器中的所述光調(diào)制器的控制動作的開始和停止的指示。
15.一種光傳送裝置，其特征在于，具備至少一個權(quán)利要求14所述的光傳送裝置，及至少一個控制操縱臺，并具備信息路徑，根據(jù)來自所述控制操縱臺的命令，可以對所述自動控制電路的控制動作進行遠程控制，或者，對于所述控制操縱臺，對各光傳送裝置所設(shè)置的各個所述光發(fā)送器的所述光檢測器輸出的所述光強度信息，或輸入所述光調(diào)制器的所述控制光的所述光強度信息進行測定并向外部輸出。
全文摘要
在利用信號光的平均光強度的偏置穩(wěn)定化控制中，存在根據(jù)時鐘電壓的振幅改變控制算法(最大控制或最小控制)，并成為不可控制的情況。在對從光源(101)的出射光施加CSRZ光調(diào)制的光調(diào)制裝置(100)中，將從控制光輸入路徑(105)輸入的控制光，與信號光反向地輸入到具有行波調(diào)制電極的LN－MZ光調(diào)制器(102)，并由光檢測器(108)檢測平均光強度。輸出偏置電壓Vb以便使該光強度為最小，并且施加到偏置輸入端子(111)并進行自動偏置穩(wěn)定化控制。
文檔編號H04B10/00GK1987555SQ200610160310
公開日2007年6月27日 申請日期2006年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
發(fā)明者菊池信彥 申請人:日立通訊技術(shù)株式會社