JP4767657B2

JP4767657B2 - 光送信器

Info

Publication number: JP4767657B2
Application number: JP2005317119A
Authority: JP
Inventors: 浩明宗平
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2025-10-31
Also published as: JP2007123747A

Description

この発明は、光伝送システムに用いられる光送信器の制御技術に関するものである。

従来の光伝送システム、特に波長多重光伝送システムに用いられる光送信器、及び光送信器を含む光送受信器においては、その伝送する距離に応じた変調方式を適用していた。
例えば、短距離向けには、半導体レーザダイオード（ＬａｓｅｒＤｉｏｄｅ：以下ＬＤ）に対して、そのバイアス電流にデータ信号で変調をかけることにより、光出力のＯＮ／ＯＦＦを行う直接変調方式を適用し、長距離向けには、ＬＤと外部変調器を組み合わせた外部変調方式を適用することが一般的であった。

特に、長距離向けの外部変調器としては、電界吸収型光変調器（ＥＡ：ＥｌｅｃｔｒｏＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎ、以降ＥＡ変調器と略す）をＬＤに集積化した変調器内蔵ＬＤの他に、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃：以下、ＬＮ）結晶を用いたＬＮ変調器が一般的に用いられている。ＬＮ変調器は、ＥＡ変調器と比較して波長依存性が小さいため、広範囲の波長範囲で使用するチューナブルＬＤと組合せる場合や、決まった波長で発光するＬＤと組み合わせて、ＤＷＤＭ（ＤｅｎｓｅＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘ）システムでの光送信器に用いられることが多い。

ＬＮ変調器を用いた光送信器では、ＬＤは自動パワー制御（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ：以下、ＡＰＣ）回路によって、ＬＤへのバイアス電流を制御することによってＬＤの出力を一定に保つ。このＬＤからの出力光を受けたＬＮ変調器は、内部のＬＮ結晶にデータ変調信号による電圧を印加することで、光の屈折率を変化させ、位相を変化させる。そして、その相互干渉により、出力信号のＯＮ／ＯＦＦを行う。
また、温度変動や長時間バイアス印加によるＤＣバイアスドリフト（動作特性曲線のドリフト）の問題を解決するために、ＬＮ変調器の出力特性を一定に保つようにＤＣバイアスを印加するバイアス制御回路を有している（例えば、特許文献１参照）。動作特性曲線とは、出力光パワーが電圧の増加に対して周期的に増減するものとして表される。

しかしながら、電源投入時やデータ信号が無入力時に、ＬＤがＤｉｓａｂｌｅされていて変調光のモニタができない場合、或いは故障発生時等の場合には、バイアス制御回路によるＤＣバイアス制御が不定となり、印加されるＤＣバイアスが最大値または最小値となる。
これらのバイアス点では、ＬＤからの出力光（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ：以下、ＣＷ光）に対して変調をかけることができず、無変調のままＣＷ光を出力する恐れがある。
通常の変調光では光のＯＮ／ＯＦＦの割合が１：１となるため、平均電力はＣＷ光の半分、即ち３ｄＢ下がった出力となる。しかし、無変調のＣＷ光では光送信器に規定される送信電力より３ｄＢ上がったままで出力される恐れがあり、光送信器に接続される受光素子等の定格電力を超えてしまう場合があった。その結果、光伝送システム全体の信頼性低下を引き起こすという問題があった。

特開２０００−１８０８０４号公報

従来の光送信器は、以上のように構成されていたので、電源投入時やデータ信号の無入力時、或いは装置故障時等に光送信器から過大に光出力が行われるという課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、光伝送システムにおいて、電源投入時等の過渡状態において、出力光の電力を規定値以下に押さえることが可能な光送信器を提供することを目的とする。

この発明に係る光送信器は、ＣＷ光を発出する半導体レーザダイオードと、前記半導体レーザダイオードの出力を一定に保つＬＤ駆動回路と、前記半導体レーザダイオードからのＣＷ光を変調するＬＮ変調器と、入力されるデータ信号に応じて前記ＬＮ変調器へ駆動信号を出力する変調器駆動回路と、前記ＬＮ変調器でのＤＣバイアスドリフトを防止するバイアス制御回路と、光送信器が過渡状態の場合に、前記半導体レーザへのバイアス電流を通常の所定値より低く設定するように前記ＬＤ駆動回路の制御を行う出力制御回路と、前記ＬＮ変調器へ印加されるバイアス電圧をモニタするバイアスモニタ回路を備え、前記バイアス電圧のモニタ状態に応じて、前記出力制御回路が、前記半導体レーザダイオードへの前記バイアス電流を通常の所定値より低く設定する制御を行うものである。

この発明によれば、光送信器が過渡状態の場合に、半導体レーザダイオードからの出力光を規定値以下に抑えることにより、光送信器に接続される受光素子の故障を防止することができる。その結果、信頼性の高い光伝送システムを提供することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る光送信器の一例を示す構成図である。
図１において、本光送信器は、電源からのバイアス電流によりＣＷ光を発出するＬＤ１、ＬＤ１の出力パワーが一定値となるようにＬＤ１を制御するＬＤ駆動回路２、ＬＤ１の出力値を決定する出力制御回路３、ＬＤ１からのＣＷ光を変調するＬＮ変調器４、ＬＮ変調器４に駆動信号を入力する変調器駆動回路５、ＬＮ変調器４のＤＣバイアスドリフトをキャンセル（防止）するバイアス制御回路６、バイアス制御回路６のバイアス制御値（ＤＣバイアス信号）をモニタするバイアスモニタ回路７とを備えている。
また、ＬＮ変調器４は、変調後のＣＷ光の出力値を検出するＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｅｔｅｃｔｏｒ）８と、変調器駆動回路５からの駆動信号が入力される信号電極９とを備えている。

次に、動作について説明する。図１に示すように、出力制御回路３は、ＬＤ１から一定出力のＣＷ光が発出されるように、リファレンスとなる一定電圧（以下、リファレンス電圧）を、ＬＤ駆動回路２に供給する。

ＬＤ駆動回路２では、ＬＤ１からの光出力のモニタ電流を電流／電圧変換してモニタ電圧とした上で、このモニタ電圧とリファレンス電圧とを比較する。そして、比較結果に基づいて、ＬＤ１からのＣＷ光の出力を一定に保つように、ＡＰＣ制御でＬＤ１のバイアス電流を制御する。

出力制御回路３をＤ／Ａコンバータや電子可変抵抗等で構成することで、その出力を外部制御により変化させることができる。従って、モニタ電圧の状況に応じてリファレンス電圧を可変させることにより、ＬＤ１からのＣＷ光の出力を任意に可変させることが可能である。

変調器駆動回路５は、入力されたデータ信号を、ＬＮ変調器４を動作させるために必要な電界を有する電気信号（以下、データ変調信号）に変換する。そして、データ変調信号に対して、バイアス制御回路６によって生成されたＤＣバイアス信号を重畳することで、ＬＮ変調器４を駆動する駆動信号を生成する。
ここで、ＤＣバイアス信号は、変調光を常に安定したものとするために、ＬＮ変調器４におけるＤＣバイアスドリフトを制御する信号である。
ＬＮ変調器４は、変調器駆動回路５からの駆動信号により、伝送に必要な変調光を得る。

一方、バイアス制御回路６がＤＣバイアス信号を変調器駆動回路５に送出し、そのＤＣバイアス信号が重畳された駆動信号により、ＬＮ変調器４でＬＤ１からのＣＷ光を変調する際に、ＬＮ変調器４の内部で光カプラ等により変調光を一部分岐し、ＰＤ８で電流変換して、バイアス制御回路６にフィードバックする。
バイアス制御回路６は、このフィードバックに基づいて、ＤＣバイアスドリフトが生じないようにＤＣバイアス信号で変調器駆動回路５を制御する。
バイアスモニタ７は、バイアス制御回路６から変調器駆動回路５に送出されるＤＣバイアス信号、即ち、ＬＮ変調器４に印加されるＤＣバイアス（バイアス電圧）を常時モニタする。

ここで、電源投入時またはＬＤ１をＥｎａｂｌｅさせるリセット解除時等には、ＬＤ１の出力制御回路３は、本来の光送信出力としてリファレンス電圧を設定するのではなく、一定時間その出力を所定値から下げて設定する。従って、上記過渡状態において、ＬＮ変調器４へのバイアス制御が不定になり、ＬＮ変調器４が入力されるＣＷ光を変調できずにそのまま出力した場合であっても、ＣＷ光は規定値を上回るパワーとなることがない。
所定の時間が経過の後、出力制御回路３は、リファレンス電圧を段階的に本来の値に設定することで、ＬＮ変調器４でのＤＣバイアス制御の状態によらず、光送信器の出力値が過大となることがなくなる。

図２は、ＬＤ出力、ＬＤ出力を決定するリファレンス電圧、ＬＮ変調器におけるＬＮ印加バイアス電圧、光送信器出力のそれぞれについて、電源投入時からの時間変化を模式的に示した図である。
図２において、電源投入時は、リファレンス電圧及びＬＤ出力は所定値より低く設定される。しかし、ＬＮ変調器４におけるＤＣバイアス制御の状態により、変調時に光出力が３ｄＢ下がることなく出力される場合には、光送信器出力は規定値となる。
次に、ＬＮ変調器４のバイアスが正常に制御されることで、光送信器出力は変調の効果により３ｄＢ下がる（初期化完了）。３ｄＢ下がった後にリファレンス電圧を変化させ、所望の光送信器出力となる点に設定する（調整完了）。
従って、図２に示すように、光送信器出力が過大な状態がないことがわかる。

また、ＬＮ変調器４のＤＣバイアスドリフトは、少なくとも数分単位で連続的にドリフトする。そのため、何らかの故障が原因でバイアス制御が不能となった場合、バイアス制御回路６から印加されるバイアス電圧の時間変化はそのバイアスドリフトによる時間変化よりも十分小さいものとなる。従って、バイアスモニタ７にて、時間的なバイアス電圧値の変化が通常モニタ時と比較して格段に大きくなった時点で、ＬＤの出力制御回路３に対して、リファレンス電圧を運用中の状態から、所定値より低い前述の電源投入時の値に変化させることで、故障発生時にも光送信器からの光出力が過大となる状態を防止することができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、予め複数のＬＤバイアスを設定可能なバイアス制御回路６、ＬＮ変調器４におけるＤＣバイアスの急変をモニタするバイアスモニタ回路７、モニタ結果に基づいてＬＤ駆動回路２にリファレンス電圧を供給する出力制御回路３を備えることにより、常に光送信器の出力光を所定の範囲内に制御することができ、光送信器に接続される光受信器の２次故障を防止することができる。その結果、信頼性の高い光伝送システムを提供することができる。

この発明の実施の形態１に係る光送信器の一例を示す構成図である。ＬＤ出力、ＬＤ出力を決定するリファレンス電圧、ＬＮ変調器におけるＬＮ印加バイアス電圧、光送信器出力のそれぞれについて、電源投入時からの時間変化を模式的に示した図である。

符号の説明

１ＬＤ（半導体レーザダイオード）、２ＬＤ駆動回路、３出力制御回路、４ＬＮ変調器、５変調器駆動回路、６バイアス制御回路、７バイアスモニタ回路、８ＰＤ（ＰｈｏｔｏＤｅｔｅｃｔｏｒ）、９信号電極。

Claims

ＣＷ光を発出する半導体レーザダイオードと、
前記半導体レーザダイオードの出力を一定に保つＬＤ駆動回路と、
前記半導体レーザダイオードからのＣＷ光を変調するＬＮ変調器と、
入力されるデータ信号に応じて前記ＬＮ変調器へ駆動信号を出力する変調器駆動回路と、
前記ＬＮ変調器でのＤＣバイアスドリフトを防止するバイアス制御回路と、
光送信器が過渡状態の場合に、前記半導体レーザへのバイアス電流を通常の所定値より低く設定するように前記ＬＤ駆動回路の制御を行う出力制御回路と、
前記ＬＮ変調器へ印加されるバイアス電圧をモニタするバイアスモニタ回路を備え、
前記バイアス電圧のモニタ状態に応じて、前記出力制御回路が、前記半導体レーザダイオードへの前記バイアス電流を通常の所定値より低く設定する制御を行うことを特徴とする光送信器。
前記出力制御回路は、前記ＬＤ駆動回路へリファレンス電圧を出力し、
前記ＬＤ駆動回路は、前記リファレンス電圧に基づいて前記半導体レーザダイオードの出力を制御することを特徴とする請求項１記載の光送信器。
前記バイアス制御回路は、予め複数のＤＣバイアス信号を設定可能であり、
前記変調器駆動回路は、入力されたデータ信号に前記バイアス制御回路からの前記ＤＣバイアス信号を重畳して生成した前記駆動信号により、前記ＬＮ変調器でのＤＣバイアスドリフトを防止することを特徴とする請求項１または請求項２項記載の光送信器。