光信号发生方法和光信号发生装置与流程

本发明涉及一种光信号发生方法和光信号发生装置(method for generatingoptical signal and device for generating optical signal)，其能够在具有高消光比(high-extinction ratio)的光调制器(optical modulator)中通过简易的偏置电压(bias voltage)调整来保持具有所期望的消光比的光信号品质。

背景技术：

毫米波-太赫兹频段(Millimeter wave and Terahertz Frequency Bands)雷达能够通过其短波长和宽频带特性来实现小异物检测和高雷达分辨率。因此，毫米波-太赫兹频段雷达作为检测侵入社会基础设施内的异物的异物检测技术是有用的。然而，毫米波-太赫兹频段的传输损耗(propagation loss)(与波长的平方成正比的自由空间传输损耗和大气中的水蒸气等对其的吸收)大。因此，即使使用毫米波-太赫兹频段雷达单体，也难以大面积检测异物。除此之外，为了高精度地检测异物，需要昂贵、高精度的信号发生装置，因此，各雷达头均具有毫米波-太赫兹频段雷达是不现实的。

已知有以下方式：通过射频光纤传输(RoF：Radio over Fiber)技术，将从配置于中央的高精度信号源发出的信号叠加于光信号，且通过低损耗的光纤网络向各雷达头进行发送。一般而言，为了实现高信噪(SN)比，需要高消光比(具有高SN比)的光调制器。通过使用高消光比调制器，能够抑制不必要的边带(Sideband)，因此能够实现高光SN比，因此认为高消光比光调制器最适于高精度的毫米波-太赫兹信号的发生。

在实现例如具有光二倍频的光双音信号发生(optical two-tone signal generation)的双边带抑制载波(Double Side-Band Suppressed Carrier；DSB-SC)调制中，将偏置电压控制在马赫-曾德光调制器(Mach-Zehnder optical modulator)的传递函数的最小点。即，以在没有施加RF信号时光输出成为最小的方式来控制偏置电压。另外，例如在光四倍频时，同样地以在没有施加RF信号时光输出成为最大的方式来控制偏置电压(例如，参照日本发明专利授权公报特许第4849621号(下述专利文献1)。)。

在使用光调制器的光二倍频技术中，使用载波抑制双边带调制方式，因此，作为偏置电压需要进行最小点调制。然而，在高消光比调制器中，其消光比还达到60dB以上，因此，表示光最小点和最大点的偏置控制允许范围非常窄，从而廉价、通用的AD转换器和控制板难以将偏压电压控制到该最小点和最大点。事实上，有时即使对偏置且能够可调的电压12V左右进行0.1mV以下的控制也不会达到最小点而继续寻找最优点。另外，还可能发生由控制算法判定为最小点和最大点的点实际上是由于设备故障等而产生的局部的最小点和最大点，并不是所期望的控制点。另外，在现有技术的消光比为30dB左右的光调制器中，具有雷达等所要求的高SN比的信号必须在光最小点和最大点进行动作。

光最小点和最大点(偏置零点(bias null point)、偏置满点(bias full point))的调整方法和光调制器的特性的评价方法例如被记载在日本发明专利授权公报特许第5035411号、日本发明专利授权公报特许第5137042号和日本发明专利授权公报特许第5354528号中。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本发明专利授权公报特许第4849621号

专利文献2：日本发明专利授权公报特许第5035411号

专利文献3：日本发明专利授权公报特许第5137042号

专利文献4：日本发明专利授权公报特许第5354528号

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种方法和实现该方法的装置，其中使用高消光比调制器，据此，即使使用通用的AD转换器和控制板，也能控制能够容易地实现所要求的消光比的偏置电压。另外，本发明的目的在于，提供一种能够避免锁定在局部的最小点或最大点的局部锁定动作(local lock-in operation)的方法、和实现该方法的装置。

本发明是基于以下见解：在具有高消光比的光调制器中，即使进行比较相邻的2个偏置电压下的输出强度而进行优化的简易偏置控制，也能够容易地达到所要求的消光比。

具体地进行说明，使控制电压的阶跃量(突变量)ΔV为半波电压(half-wavelength voltage)VΠ[V]的0.1倍以下。例如，在寻找最小点的情况下，以当前的偏置电压为基准，计测施加比当前的偏置电压大阶跃电压(step voltage)ΔV的偏置电压和比当前的偏置电压小阶跃电压ΔV的偏置电压时的光强度，使偏置电压向其中小的一方移动。然后，反复执行以下处理：以该移动后的偏置电压为基准，比较位于左右相邻的电位的偏置点的光强度，改变成为基准的偏置电压。此时，也可以使ΔV按照规定的算法逐渐地变小。

通过仅对左右相邻两点进行比较来使偏置电压始终移动，据此能够避免锁定在局部的最小点或最大点(极小点或极大点)的局部锁定动作。

本发明能够提供一种通过使用高消光比调制器，即使使用通用的AD转换器和控制板，也能够控制用于容易地实现所要求的消光比的偏置电压的方法、和实现该方法的装置。另外，本发明能够提供一种避免向局部的最小点或最大点的局部锁定动作的方法、和实现该方法的装置。

附图说明

图1是用于说明本发明的光调制器的框图。

图2是用于说明施加给本发明的光调制器的偏置电压的调整方法的概念图。

图3是用于说明施加给本发明的光调制器的偏置电压的调整方法的概念图。

具体实施方式

下面，使用附图对本发明的实施方式进行说明。本发明并不限定于以下说明的方式，还包括本领域的技术人员根据以下的方式在周知的范围内适当地进行修正得到的方式。

对施加给本发明的光调制器的偏置电压的调整装置和具有偏置电压调整部的光调制器进行说明。下面对以成为光输出最小的点(在仅对光调制器施加偏置电压的情况下，光输出理论上成为0的点，并不是严格意义上的最小，而是实质上光输出接近最小的点，以下还简称为“最小点”)的方式来调整偏置电压的方法进行说明。在以下的说明中，设光调制器的半波电压为VΠ[V]来进行说明。光调制器的半波电压是公知的，其求出方法也是公知的。

图1是用于说明本发明的光调制器的框图。如图1所示，该光调制器是具有偏置电压调整部11的光调制器13。这样，本发明还提供一种用于光调制器的偏置电压的调整装置。优选为该装置具有光检测器15，该光检测器15用于接收从光调制器输出的光信号，且测定按照该光输出的频率的光强度。另外，优先为，偏置电压调整部11能够接收来自光检测器15的电气信号，调整施加给光调制器的从电源17输出的偏置电压。

优选为，光调制器具有高消光比。具体的消光比的例子为40dB以上，可以在50dB以上，也可以在60dB以上。驱动电压的例子为0.1VΠ[V]以上0.9VΠ[V]以下。相位调整用偏置电压的例子为产生0.95π以上1.05π以下的相对感应相位量(relative induced phase)的电压，通常，在该范围内对光调制器施加驱动电压、偏置电压。

光调制器的例子是具有马赫-曾德波导的马赫-曾德光调制器。马赫-曾德光调制器也可以具有一个马赫-曾德波导。另外，光调制器也可以例如如日本发明专利授权公报特许第5035411号、日本发明专利授权公报特许第5137042号和日本发明专利授权公报特许第5354528号所记载的那样，包括具有第1臂和第2臂的主马赫-曾德波导，第1臂具有第1子马赫-曾德波导，第2臂具有第2子马赫-曾德波导。

图2是用于说明施加给本发明的光调制器的偏置电压的调整方法的概念图。将当前的偏置电压作为基准电压(规定的偏置电压V0)。偏置电压调整部11从存储部读出与ΔV1有关的信息，且控制从电源17输出的偏置电压的电压值。然后，对光调制器施加比偏置电压V0小ΔV1(0.001VΠ[V]以上且0.1VΠ[V]以下)的第1下侧偏置电压V11。光调制器在被施加偏置电压V0-ΔV1[V]的状态下输出光。光检测器15接收该状态的光信号，测定按照频率的光输出。光检测器15将测定到的光信号的强度信息转换为电信号，且将其传输给偏置电压调整部11。此时，偏置电压调整部11将测定到的光强度存储为第1光输出IV11。

ΔV1[V]还根据VΠ[V]的大小而变动，例如，可以在1mV以上1V以下，也可以在10mV以上500mV以下，也可以在20mV以上300mV以下，也可以在50mV以上200mV以下。

接着，偏置电压调整部11对光调制器施加比偏置电压V0大ΔV1(0.001VΠ[V]以上0.1VΠ[V]以下)的第1上侧偏置电压V12。光调制器在被施加偏置电压V0+ΔV1[V]的状态下输出光。光检测器15接收该状态的光信号，测定按照频率的光输出。光检测器15将测定到的光信号的强度信息转换为电信号，且将其传输给偏置电压调整部11。此时，偏置电压调整部11将测定到的光强度存储为第2光输出IV12。

偏置电压调整部11从存储部读出第1光输出IV11和第2光输出IV12，且将其值进行比较。然后，在求出光最小点的情况下，采用提供第1光输出IV11和第2光输出IV12中较小一方的光输出的偏置电压作为基准电压。提供该小的一方的光输出的偏置电压成为候选的提供最小值的偏置零点。偏置电压调整部11可以调整来自电源17的输出电压，作为施加给光调制器13的偏置电压，将上述的被作为候选的光最小点的电压作为新的基准电压来施加。

可以每隔规定时间而进行上述那样的偏置电压的调整。

图3是用于说明施加给本发明的光调制器的偏置电压的调整方法的概念图。并且，将如上述那样求出的新的基准电压作为第2规定偏置电压V02，比较对光调制器施加下侧偏置电压V21时的光输出与对光调制器施加偏置电压V22时的光输出，将提供小的光输出的偏置电压作为新的基准电压(候选的光最小点)，其中，所述下侧偏置电压V21比偏置电压V02小ΔV2[V](0.001VΠ[V]以上0.1VΠ[V]以下)；所述偏置电压V22比偏置电压V02大ΔV2[V]。也可以如此反复执行以下工序：比较施加比新的基准电压大规定电压部分的偏置电压和比新的基准电压小规定电压部分的偏置电压时的光输出，将提供小的值的偏置电压作为基准电压(候选的偏置零点)。ΔV1[V]和ΔV2[V]可以相同，也可以发生变化。

在寻找光输出最大的点(光最大点)的情况下，可以采用提供2个光输出中的强度大的一方的偏置电压作为基准电压。

接着，对求出最小点的与上述不同的方法进行说明。

该方法设作为光调制器的目标的光强度为IT[V]。偏置电压调整部11可以在存储部中预先存储与IT[V]有关的信息，且适当地读取。

将当前的偏置电压作为基准电压(规定的偏置电压V0)。在之前说明的方法中，偏置电压调整部11存储第1光输出IV11。偏置电压调整部11读出与IT[V]有关的信息，求出第1光强度差VD1且将其存储于存储部，其中所述第1光强度差VD1是作为目标的光强度IT与第1光输出IV11的差。

接着，通过之前说明的方法，偏置电压调整部11存储第2光输出IV12。偏置电压调整部11读出与IT[V]有关的信息，求出第2光强度差VD2并将其存储于存储部，所述第2光强度差VD2是作为目标的光强度IT与第2光输出IV12的差。

偏置电压调整部11读出第1光强度差VD1和第2光强度差VD2，采用提供第1光强度差VD1和第2光强度差VD2中较小一方的光输出的偏置电压作为新的基准电压(候选的实现所期望的消光比的点)。

如此反复执行以下工序：比较施加比新的基准电压大规定电压部分的偏置电压与比新的基准电压小规定电压部分的偏置电压时的光强度差，将提供小的值的偏置电压作为基准电压(候选的实现所期望的消光比的点)。

【实施例1】

在偏置电压调整部中安装了以下的控制程序。该程序发挥以下作用：

从存储部读出与ΔV1有关的信息，向电源发出控制指令，以使电源对光调制器施加第1下侧偏置电压V11(V0-ΔV1[V])，且从光检测器接收与第1光输出IV11有关的信息并进行存储，

向电源发出控制指令以使电源对光调制器施加第1上侧偏置电压V12(V0+ΔV1[V])，且从光检测器接收与第2光输出IV12有关的信息并进行存储，

从存储部读出第1光输出IV11和第2光输出IV12，对其值进行比较，

将提供第1光输出IV11和第2光输出IV12中较小一方的光输出的偏置电压作为新的基准电压来存储，

向电源发出控制指令以使电源施加新的基准电压作为光调制器的偏置电压。

作为光调制器，使用消光比为50dB的光调制器。光调制器的半波电压VΠ[V]为12V，驱动电压为0.5VΠ[V]。作为提供30dB以上的抑制比的相位用偏置电压的允许范围为11.4～12.6V。此时，ΔV使用100mV。如果是现有方法，为了进行偏置电压调整需要每隔0.1mV左右测定光强度，但是，尽管是100mV这样的粗略的调整，也始终保持了30dB以上的抑制比。

【实施例2】

在偏置电压调整部中安装了以下的控制程序。该程序发挥以下作用：

从存储部读出与ΔV1有关的信息，向电源发出控制指令以使电源对光调制器施加第1下侧偏置电压V11(V0-ΔV1[V])，且从光检测器接收与第1光输出IV11有关的信息并进行存储，

向电源发出控制指令以使电源对光调制器施加第1上侧偏置电压V12(V0+ΔV1[V])，且从光检测器接收与第2光输出IV12有关的信息并进行存储，

从存储部读出与IT[V]有关的信息、第1光输出IV11和第2光输出IV12，

求出第1光强度差VD1，其中所述第1光强度差VD1是作为目标的光强度IT与第1光输出IV11的差，

求出第2光强度差VD2，其中所述第2光强度差VD2是作为目标的光强度IT与第2光输出IV12的差，

将提供第1光强度差VD1和第2光强度差VD2中较小一方的光输出的偏置电压作为新的基准电压来存储，

向电源发出控制指令以使电源施加新的基准电压作为光调制器的偏置电压。

以与实施例1同样的驱动电压和偏置电压调整光调制器的结果，尽管是100mV这样的粗略的调整，也始终保持了30dB以上的抑制比。

【工业上的可利用性】

本发明能够用于光信息通信的领域。

附图标记说明

11：偏置电压调整部；13：光调制器。