(57)【要約】【課題】少なくとも一対の光変調部における各直流バイアスを制御するのに際して、一方の光変調部のバイアス点を制御している間に、他方の光変調部に印加される直流バイアスの悪影響を防止することで、正確な制御を可能とすることである。【解決手段】電気光学効果を有する基板と、基板上に形成された光導波路４と、光導波路に対して変調信号を印加することで光波を変調するための並列に配列された少なくとも一対の光変調部２Ａ、１Ｂと、一対の光変調部２Ａ、２Ｂで変調された光波を合波する合波部を設ける。一対の光変調部２Ａ、２Ｂにおける各直流バイアスを制御する。一方の光変調部２Ａに印加される直流バイアスを変化させ、他方の光変調部２Ｂに低周波信号を重畳することで、合波後の光波の光量変化を検出する。この検出された光量変化に基づき、一方の光変調部２Ａの直流バイアスを制御する。【選択図】          図９
2010002850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学効果を有する基板と、この基板上に形成された光導波路と、この光導波路に対して変調信号を印加することで光波を変調するために並列に配列された少なくとも一対の光変調部と、前記一対の光変調部で変調された光波を合波する合波部を備えている光変調器に対し、前記一対の光変調部における各直流バイアス電圧を制御するバイアス制御方法であって、
一方の前記光変調部に印加される直流バイアス電圧を変化させ、他方の前記光変調部に低周波信号を重畳することで、前記合波後の光波の光量変化を検出し、この検出された光量変化に基づき、前記一方の光変調部の直流バイアス電圧を制御することを特徴とする、光変調器のバイアス制御方法。
【請求項２】
前記他方の光変調部に印加する前記低周波信号の振幅を、前記他方の光変調部の駆動電圧Ｖπ以上とすることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記他方の光変調部に印加する前記低周波信号の振幅を、前記他方の光変調部の駆動電圧Ｖπの２倍以上とすることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記合波後の光波の消光カーブにおいて、この消光カーブの隣り合うピークトップの光量が等しくなるように制御することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項５】
前記低周波信号の波形がノコギリ波であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項６】
電気光学効果を有する基板と、この基板上に形成された光導波路と、この光導波路に対して変調信号を印加することで光波を変調するために並列に配列された少なくとも一対の光変調部と、前記一対の光変調部で変調された光波を合波する合波部を備えている光変調器であって、
一方の前記光変調部に印加される直流バイアス電圧を変化させ、他方の前記光変調部に低周波信号を重畳することで、前記合波後の光波の光量変化を検出し、この検出された光量変化に基づき、前記一方の光変調部の直流バイアス電圧を制御することを特徴とする、光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器のバイアス制御方法および光変調器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信分野において、電気／光変換素子として光変調器が用いられている。光変調器には、電気光学効果を利用したものをはじめ、多種存在している。ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を持つ基板を用いた光変調器は、駆動制御のための直流電流の印加量や使用温度の変化により、出力される光特性について、経過時間により変化が起こる。これはドリフトと呼ばれている。
【０００３】
ドリフト現象を制御する方法として、特許文献１、２では、光変調器の駆動信号に低周波数信号を重畳させ、該光変調器からの出力光に含まれる低周波信号に係る光量変化をモニタして、実印加電圧に対するバイアス点を検出している。そして、光変調器に印加する直流バイアスを制御するバイアス補償回路に対してフィードバックすることにより、光応答特性が最適となるようにバイアス点を自動的に補正する。
【特許文献１】特開昭49-42365号公報
【特許文献２】特開昭3-251815号公報
【０００４】
特許文献３では、光変調器に複数の光変調部を設け、各光変調部ごとに低周波信号を重畳し、各光変調部ごとに低周波信号に係る光量変化をモニタし、各変調部ごとのバイアス点をフィードバック制御する。
【特許文献３】特開2004-318052号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の光変調部を有する光変調器について、特許文献３記載のようにバイアス点を制御するには、以下の問題がある。まず、光変調部に入力した低周波信号の光量が最小になるポイントをバイアス点とする（図１）。図２を参照しつつ、バイアス点の制御方法について述べる。光変調器１上に光導波路４を形成しており、マッハツェンダー型の光変調部２Ａと２Ｂとを並列に配列し、光変調部２Ａと２Ｂとをさらに合波させ、位相調整して出力する。光源６からの光を偏波コントローラー７を通して光導波路４に入射させ、光変調部２Ａ、２Ｂで強度変調を行い、合波して出力し、パワーメーター８で光量を測定する。
【０００６】
ここで、特許文献３記載のようなドリフト現象の制御方法を用いるとすると、３つの直流バイアス５Ａ（DC-I）、５Ｂ（DC-Q）、５Ｃ（DC-P）をそれぞれ別個に制御することが必要になる。こうした補償制御する方法としては、以下の二つが考えられる。
【０００７】
（１）  図３に示すように、３つの光変調部２Ａ、２Ｂ、２Ｃにそれぞれ対応して受光器１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃを設置する。そして、それぞれ低周波信号に係る出力光量を測定し、それぞれ制御回路１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃを介して、各光変調部に入力する直流バイアスのフィードバック制御を行う。しかし、この制御方法では、各光変調部に対してそれぞれ受光器を設ける必要があり、装置が煩雑になる。光変調部の数が増えてくると現実的ではない。
【０００８】
（２）  各光変調部ごとに受光器を設けない場合には、例えば図４に示すように、合波後の光光変調部２Ｃの下流に受光器１１を設置する。しかし、光変調器２Ａと２Ｂの出力とが合波されるので、印加する低周波信号が同一信号であると、出力信号がどの光変調部からの信号であるか判別できない。
【０００９】
このため、図４に示すように、低周波信号発生源９Ａ、９Ｂ、９Ｃから発振する各低周波信号１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの周波数を互いに異ならせる。これによって、同じ受光素子１１で受光する出力光の中から、異なる周波数の低周波信号に係る信号をそれぞれ分けて分析し、フィードバックすることができる。しかし、この方法では、異なる信号発生源９Ａ、９Ｂ、９Ｃを必要とする。また別の方法として、低周波信号１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの周波数を同じとし、しかし発振のタイミングをずらすことも考えられる。
【００１０】
しかし、これらの方法では、一方の光変調部２Ａのバイアス点を制御しているときに、別の光変調部２Ｂに印加している直流バイアスによって、DCドリフトが発生し、出力光波の波形が変化することがある。このため、正確な制御は非常に困難である。
【００１１】
本発明の課題は、少なくとも一対の光変調部における各直流バイアスを制御するのに際して、一方の光変調部のバイアス点を制御している間に、他方の光変調部に印加される直流バイアスの干渉を防止することで、正確な制御を可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、電気光学効果を有する基板と、この基板上に形成された光導波路と、この光導波路に対して変調信号を印加することで光波を変調するための並列に配列された少なくとも一対の光変調部と、一対の光変調部で変調された光波を合波する合波部を備えている光変調器に対し、一対の光変調部における各直流バイアス電圧を制御するバイアス制御方法であって、
一方の光変調部に印加される直流バイアス電圧を変化させ、他方の光変調部に低周波信号を重畳することで、合波後の光波の光量変化を検出し、この検出された光量変化に基づき、一方の光変調部の直流バイアス電圧を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
図５〜図１１を参照しつつ、本発明による動作原理を述べる。
図９に示すように、一対の光変調部２Ａと２Ｂとの各出力を合波部２０で合波して出力するものとする。一方の光変調部は例えばＩ−ａｒｍであり、他方の光変調部は例えばＱ−ａｒｍとする。各光変調部２Ａ、２Ｂには、それぞれ、所定の制御ポート（電極）３Ａ、３Ｂが設けられているものとする。
【００１４】
ここで、一方の光変調器２Ａを制御対象とする。この場合には、一方の光変調部２Ａに印加される直流バイアス５Ａを変化させ、他方の光変調部２Ｂに低周波信号１２Ｂを重畳する。そして、合波後の光波の光量変化を検出し、この検出された光量変化に基づき、一方の光変調部２Ａの直流バイアスを制御する。この方法では、一方の光変調部２Ａのバイアス点を制御している間に、他方の光変調部２Ｂには直流バイアスを印加せずに制御できる。従って、他方の光変調部に印加される直流バイアスの干渉を防止し、正確な制御を行うことができる。
【００１５】
更に、バイアス点の制御に用いる信号周波数は同一のものを使用できるので、その場合には、制御回路を単純にできる。
【００１６】
更に、オフ光状態にすることができるために、制御対象である光変調部の駆動電圧Vπを測定することもできる。
【００１７】
以下、本発明の作動原理を説明する。
光変調部で光波に高周波変調がかけられている場合、変調部からの出力光Eoutは、入力光E0に対して、式（１）で表される。
Eout＝E0(exp(jφ1)+exp(jφ2))                      (1)
(φ1−φ2＝位相差)
【００１８】
変調部２Ｂに低周波信号を印加し続けたものとする。この状態で変調部２Ａからの出力光が最大となるときには、出力光強度E1は式（2）のように示せる。
E1=E0(exp(jφ１）+exp(jφ2））/4                                   (2)
【００１９】
従って、合波された出力光Eonは式（3）で示せる。
Eon=E1 + E0/2
Eon=E0(exp(jφ１）+exp(jφ2））/4+E0/2                       (3)
合波された出力光Eonの波形は、例えば図５のようになる。
【００２０】
また、光変調部２Ａの出力光強度が最小、つまりオフ状態であると、出力光E2は、式（4）のように示せる。
E2=E0(exp(jφ１）+exp(jφ2））/4                                       （４）
従って、合波された出力光波Eoffは、式（5）のように示せる。
Eoff=E2 + 0                               
Eoff=E0(exp(jφ１）+exp(jφ2））/4                      （５）
【００２１】
従って、合波された出力光波Eoffの波形は、図７のようになる。つまり、オフ状態では、出力光波の強度の波形はコサイン二乗カーブ（ｃｏｓθ）２となり、隣接するピークトップの強度がほぼ等しくなる。
【００２２】
また、オン状態（図５）とオフ状態（図７）との間（変化途中）では、図６のような状態になる。この場合には、出力光波の波形は（ｃｏｓθ）２から歪み、隣接するピークトップの強度が大きく食い違うことになる。
【００２３】
具体的な制御例について述べる。図９に示すように、光変調部２Ａのバイアス点を制御するものとする。
（１）  まず、光変調器から出力される光量が最大となるように、三カ所の変調部２Ａ、２Ｂ、２Ｃに直流バイアス電圧を印加する。
（２）  図９のように、制御対象でない光変調部２Ｂに印加していたポート３Ｂに、低周波電圧（周波数は例えば１kHz）を駆動電圧Vπ以上の値で印加する。この際、出力される信号は、例えば図１２のような波形となる。
【００２４】
（３）  制御対象である光変調部２Ａに印加している直流バイアス電圧を、０Ｖから徐々に上昇させ、変調器から出力された波形の変化をオシロスコープで観察していく。
（４）  ある一定の直流バイアス電圧に達すると、オシロスコープに現れる出力光の波形が、図１３に示すように、コサイン二乗（（ｃｏｓθ）２）カーブへ変化してくる。この波形に整った際に、印加されていた直流バイアス電圧を以って、変調部２Ａ側からの出力がオフ光状態と判断する。これは、隣接するピークトップの値が等しくなったポイントである。
【００２５】
なお、例えば特許文献３記載の制御方法では、例えば図１０に示すように、制御対象となる変調部２Ａに直流バイアス電圧と低周波信号電圧とを同時に印加する。しかも、低周波信号は微小振幅とする必要がある。この方法は、図９に示すような本発明方法と基本的に異なる。
【００２６】
一方、光変調部２Ｂのバイアス点を制御するには、上と同じ方法をとればよい。この例について、図１１を参照しつつ述べる。この場合には、光変調部２Ｂを一方の光変調部と考え、光変調部２Ａを他方の光変調部と考える。
【００２７】
（１）  まず、光変調器から出力される光量が最大となるように、三カ所の変調部２Ａ、２Ｂ、２Ｃに直流バイアス電圧を印加する。
（２）  図１１のように、制御対象でない光変調部２Ａに印加していたポート３Ａに、低周波電圧を駆動電圧Vπ以上の値で印加する。この際、出力される信号は、例えば図１２のような波形となる。
【００２８】
（３）  制御対象である光変調部２Ｂに印加している直流バイアス電圧を、０Ｖから徐々に上昇させ、変調器から出力された波形の変化をオシロスコープで観察していく。
（４）  ある一定の直流バイアス電圧に達すると、オシロスコープに現れる出力光の波形が、図１３に示すように、コサイン二乗（（ｃｏｓθ）２）カーブへ変化してくる。この波形に整った際に、印加されていた直流バイアス電圧を以って、変調部２Ｂ側からの出力がオフ光状態と判断する。これは、隣接するピークトップの値が等しくなったポイントである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の光変調器は、光の特性に変調を加えるものであれば限定されず、光強度変調器、光位相変調器であってよい。光強度変調器は、マッハツェンダー型光導波路を利用した光振幅変調器であってよい。光位相変調器とは、入射光に対して位相変調を加え、出射光から位相変調信号を取り出すものを意味する。その種類は特に限定されず、DQPSK、SSB等の各種位相変調方式を利用できる。
【００３０】
複数の位相変調部を用いた位相変調方式は特に限定されず、ＤＱＰＳＫ(Differential Quadrature Phase Shift
Keying)、SSB(Single Side Band amplitude modulation)、DPSK「Differential
Phase Shift Keying：差動位相偏移変調」など、種々の位相変調方式を採用できる。
【００３１】
好適な実施形態においては、他方の光変調部に印加する低周波信号の振幅を、光変調部の駆動電圧Ｖπ以上とする。
【００３２】
本発明によれば、他方の光変調部に印加する低周波信号の振幅を、光変調部の駆動電圧Ｖπとした場合にも、オフ光状態の判断が可能である。即ち、図８には、Vpi＝5[V]とした場合、振幅5Vを印加し、得られる消光カーブを示す。
【００３３】
ここで、変調部がオン状態のときには、振幅電圧５Ｖではその傾きが０ではなく、その絶対値はかなり大きくなっている。変調部がオン状態のときには、振幅電圧＝０Ｖで傾きが０となり、また振幅電圧＝10Ｖで傾きが０となる。
【００３４】
一方、変調部がオフ状態のときには、振幅電圧＝０Ｖの場合と、振幅電圧＝５Ｖの場合とで、傾きが０となる。従って、振幅電圧５Ｖのときには消光していると判断でき、つまりオフ状態の判断が可能である。
【００３５】
また、好適な実施形態においては、他方の光変調部に印加する低周波信号の振幅を、光変調部の駆動電圧Ｖπの２倍（２Ｖπ）以上とする。
【００３６】
本発明の方法では、合波後の光波の消光カーブにおいて、この消光カーブの隣り合うピークトップの光量が接近するように制御する。好適な実施形態においては、消光カーブの隣り合うピークトップの光量の比率が１：０．９８〜１．０２であり、特に好ましくは両者が等しくなるようにする。
【００３７】
低周波信号の波形は特に限定されず、正弦波、矩形波、三角波があるが、ノコギリ波が特に好ましい。
【００３８】
低周波信号の周波数は、100Hz〜1GHｚが好ましく、100Hz〜300MHｚが特に好ましい。
【００３９】
本発明では、各変調部に対応してそれぞれ周波数の異なる低周波信号を印加することも可能である。例えば図４の例では、各変調部に対応してそれぞれ低周波信号源９Ａ、９Ｂ、９Ｃを設けている。
【００４０】
しかし、好適な実施形態においては、各変調部に対して同じ周波数の低周波信号を印加する。この場合には、各変調部に対応して異なる低周波信号源を設ける必要がないので、装置が極めて単純になり，有利である。例えば図１４、図１５の例では、各変調部２Ａ、２Ｂ、２Ｃに対して、共通の低周波信号源９から同じ周波数の低周波信号１２を印加する。
【００４１】
なお、図１４の例では、変調部３Ｃからの出力の一部を、分岐光導波路を介して受光器１１で受光している。また，図１５の例では、変調部３Ｃから出力の一部を、例えば方向性結合器１３を介して受光器１１で受光している。
【００４２】
本発明においては、各光変調部に対して、高周波変調信号（ＲＦ）、直流バイアス電圧（ＤＣ）および低周波信号（ＡＣ）を印加する必要がある。この印加方法は特に限定されない。
【００４３】
例えば、図１６（ａ）に模式的に示すように、同一のポート３０に対して、高周波変調信号（ＲＦ）、直流バイアス電圧（ＤＣ）および低周波信号（ＡＣ）を印加できるように構成する。
【００４４】
あるいは、図１６（ｂ）に模式的に示すように、ポート３１に対して、高周波変調信号（ＲＦ）を印加し、別のポート３２に対して、直流バイアス電圧（ＤＣ）および低周波信号（ＡＣ）を印加できるように構成する。
【００４５】
あるいは、図１６（ｃ）に模式的に示すように、ポート３３に対して、高周波変調信号（ＲＦ）および低周波信号（ＡＣ）を印加し、別のポート３４に対して、直流バイアス電圧（ＤＣ）を印加できるように構成する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】消光カーブとバイアス点との関係を示すグラフである。
【図２】光変調器の全体構成を模式的に示す図である。
【図３】比較例の制御装置を模式的に示すブロック図である。
【図４】本発明で使用可能な制御装置を模式的に示すブロック図である。
【図５】制御対象の光変調部がオン状態のときの消光カーブを示すグラフである。
【図６】制御対象の光変調部がオンとオフとの間の状態のときの消光カーブを示すグラフである。
【図７】制御対象の光変調部がオフ状態のときの消光カーブを示すグラフである。
【図８】低周波電圧の振幅が変調部の駆動電圧と等しいときの、振幅電圧と光量との関係を示すグラフである。
【図９】本発明による制御方法を説明するための模式図である。
【図１０】対照例の制御方法を説明するための模式図である。
【図１１】本発明による制御方法を説明するための模式図である。
【図１２】制御対象の光変調部がオン状態のときの消光カーブである(実施例)。
【図１３】制御対象の光変調部がオフ状態のときの消光カーブを示すグラフである[実施例]。
【図１４】本発明で使用可能な制御装置を模式的に示すブロック図である。
【図１５】本発明で使用可能な制御装置を模式的に示すブロック図である。
【図１６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ、高周波変調信号（ＲＦ）、直流バイアス電圧（ＤＣ）および低周波信号（ＡＣ）の印加ポートを示す模式図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  光変調器            ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ  光変調部            ３Ａ、３Ｂ、３Ｃ  印加ポート            ４  チャンネル型光導波路            ５Ａ、５Ｂ、５Ｃ  直流バイアス源            ９Ａ、９Ｂ、９Ｃ  低周波信号源            １０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  制御回路            １１、１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ  受光器
【図１】
2010002850.tif 000003
【図２】
2010002850.tif 000004
【図３】
2010002850.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010002850.tif 000009
【図８】
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【図９】
2010002850.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2010002850.tif 000013
【図１２】
2010002850.tif 000014
【図１３】
2010002850.tif 000015
【図１４】
2010002850.tif 000016
【図１５】
2010002850.tif 000017
【図１６】
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