(57)【要約】【課題】低周波信号の周波数管理が容易になる光送信器を提供すること。【解決手段】光送信器は、マッハツェンダ型変調器からなる複数の光変調部と前記複数の光変調部から出力される光を合波する合波部とを含む光変調器と、前記各光変調部に対するランダム信号であって電位がランダムに変化するランダム信号を生成するランダム信号生成部と、前記ランダム信号に基づいて、前記各光変調部に対するランダム性を有する信号を該光変調部に対するバイアス電圧に重畳した電圧を該光変調部に向け出力するバイアス制御部と、前記合波部で合波された光の出力強度と前記各光変調部に対する前記ランダム信号とに基づいて、該光変調部の光出力強度を最大に近づける前記バイアス電圧を決定する復調部と、を含み、前記各光変調部に対するランダム信号は互いに異なる。【選択図】図１
2010268191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マッハツェンダ型変調器からなる複数の光変調部と前記複数の光変調部から出力される光を合波する合波部とを含む光変調器と、
前記各光変調部に対するランダム信号であって電位がランダムに変化するランダム信号を発生するランダム信号発生部と、
前記ランダム信号に基づいて、前記各光変調部に対するランダム性を有する信号を該光変調部に対するバイアス電圧に重畳した電圧を該光変調部に向け出力するバイアス制御部と、
前記合波部で合波された光の出力強度と前記各光変調部に対する前記ランダム信号とに基づいて、該光変調部の光出力強度を最大にする前記バイアス電圧の生成を前記バイアス制御部に指示する復調部と、
を含み、
前記各光変調部に対するランダム信号は互いに異なる、
ことを特徴とする光送信器。
【請求項２】
前記ランダム信号発生部は疑似乱数に基づいて前記ランダム信号を生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
【請求項３】
前記ランダム信号は２値の疑似乱数系列である、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の光送信器。
【請求項４】
前記ランダム信号をＢＰＳＫ変調して前記ランダム性を有する信号を生成するＢＰＳＫ信号生成部をさらに含み、
前記復調部は前記光の出力強度を示す信号を遅延検波した信号と前記ランダム信号とに基づいて前記バイアス電圧の生成を前記バイアス制御部に指示する、
ことを特徴とする請求項３に記載の光送信器。
【請求項５】
前記光変調器は二つの光変調部を含み、
前記二つの光変調部に対する前記ランダム性を有する信号の搬送波の位相は互いに９０度異なる、
ことを特徴とする請求項４に記載の光送信器。
【請求項６】
前記合波部で合波された光の出力強度と前記ランダム信号とに基づいて、少なくとも一つの前記変調部に対する前記ランダム性を有する信号の振幅を調整する振幅調整部をさらに含む、
ことを特徴とする請求項５に記載の光送信器。
【請求項７】
前記バイアス制御部は、前記各光変調部に対する前記ランダム信号を該光変調部に対するバイアス電圧に重畳した電圧を該光変調部に向け出力し、
前記復調部は、前記光の出力強度を示す信号と前記ランダム信号とを同期検波した信号に基づいて、前記バイアス電圧の生成を前記バイアス制御部に指示する、
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光送信器。
【請求項８】
マッハツェンダ型変調器からなる複数の光変調部と前記複数の光変調部から出力される光を合波する合波部とを含む光変調器と、
前記各光変調部に対するランダム信号であって電位がランダムに変化するランダム信号を発生するランダム信号発生部と、
前記ランダム信号に基づいて、前記各光変調部に対するランダム性を有する信号を該光変調部に対するバイアス電圧に重畳した電圧を該光変調部に向け出力するバイアス制御部と、
前記合波部で合波された光の出力強度と前記各光変調部に対する前記ランダム信号とに基づいて、該光変調部の光出力強度を最大に近づける前記バイアス電圧の生成を前記バイアス制御部に指示する復調部と、
を含み、
前記各光変調部に対する前記ランダム信号は互いに異なる、
ことを特徴とする光変調装置。
【請求項９】
マッハツェンダ型変調器からなる複数の光変調部と前記複数の光変調部から出力される光を合波する合波部とを含む光変調装置の制御方法であって、
前記各光変調部に対するランダム信号であって電位がランダムに変化するランダム信号を発生するステップと、
前記ランダム信号に基づいて、前記各光変調部に対するランダム性を有する信号を該光変調部に対するバイアス電圧に重畳した電圧を該光変調部に向け出力するステップと、
前記合波部で合波された光の出力強度と前記各光変調部に対する前記ランダム信号とに基づいて、該光変調部の光出力強度を最大に近づける前記バイアス電圧の生成を指示するステップと、
を含み、
前記各光変調部に対する前記ランダム信号は互いに異なる、
ことを特徴とする光変調装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマッハツェンダ型変調器を用いた光変調装置、光変調装置の制御方法および光送信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の通信需要の増大に伴い、ネットワークの大容量化が必要不可欠となっている。ネットワークの大容量化を実現するには波長（周波数）軸方向に信号を多重化する高密度波長多重（ＤＷＤＭ）技術が広く用いられており、今までは、１チャネルあたりの伝送レートを10 Gb/sとしたＤＷＤＭ光伝送技術が主流となっている。従来のＤＷＤＭ光伝送システムはノード間を単純に結ぶポイント・ツウ・ポイントシステムに主に採用され、長距離基幹伝送系における中継器や伝送路ファイバといった設備を共用化することで情報量１ビットあたりの単価を削減し、経済化を実現してきた。今後はＩＰトラヒックを中心とした需要に対応するために、送信光源をチューナブルレーザにし、各ノードにおいて波長チャネルを自由に分岐挿入できるＲＯＡＤＭ（reconfigurable optical add/drop multiplexer）の実現が求められている。チューナブルレーザを搭載した光トランスポンダにはマッハツェンダ型（以下ＭＺ型と記す）変調器、特に波長依存性の少ないニオブ酸リチウム(ＬｉＮｂＯ３：以下ＬＮと記す)を基板材料として用いたＭＺ型変調器が採用されることが多い。
【０００３】
これまでネットワークの大容量化には波長（周波数）軸方向に多重化する高密度波長多重（ＤＷＤＭ）技術やビットレートを高速化して時間軸方向に多重化する時分割多重（ＴＤＭ）技術が用いられてきた。従来の光通信ネットワークではビットレートが10Gb/sであるものが普及しているが、ビットレートを40Gb/sとするための研究開発が広く進められている。しかしながら、ビットレートを40Gb/sにすることで従来の10Gb/sのビットレートでは影響が軽微であった偏波モード分散(ＰＭＤ：Polarization-Mode-Dispersion)が伝送距離制限の一要因となる。近年ＰＭＤ耐力を備えた、差動四相位相シフトキーイング(ＤＱＰＳＫ：Differential Quadrature Phase Shift Keying)を用いた変調方式についても検討が盛んに行われている。
【０００４】
図１３はＤＱＰＳＫ方式に用いる光変調器（以下ではＤＱＰＳＫ用光変調器と記す）１００の一般的な構成である。ＤＱＰＳＫ用光変調器１００は、Ｉ用光変調部１０１と、Ｑ用光変調部１０２と、Ｉ用光変調部１０１からの出力光とＱ用光変調部１０２の出力光とで位相が直交関係になるように制御する位相シフト部１０３と、を含んでおり、Ｉ用光変調部１０１もしくはＱ用光変調部１０２を経た外部出力光の一部は、フォト・ディテクタ（ＰＤ：Photo Detector)１０４によって受光され光電変換される。Ｉ用光変調部１０１およびＱ用光変調部１０２のそれぞれは、ＭＺ型光変調器である。ＭＺ型光変調器はその基板材料であるニオブ酸リチウムの物性によって、電圧が印加される時間や温度に伴って所定の光出力を得るための最適な入力電圧が変動するドリフト特性を有している。そこで、駆動信号の他にＭＺ型光変調器の動作点に対応するバイアス電圧をかけるようにし、その最適な動作点がドリフト特性によって変動してもそれに追従してバイアス電圧（動作点）を変化させるようなフィードバックを行うＡＢＣ（Automatic Bias Control）回路を設けている。このような光変調器のＡＢＣ制御方法に関して、特許文献１や２には低周波信号をバイアス電圧に重畳して出力光のその低周波成分を取出すことにより動作点を制御する方法が記載されている。また特許文献３には、複数の光変調部を有する光変調器に関して、各光変調部に異なる周波数の低周波信号をバイアス電圧に重畳してバイアスを補正する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭４９−４２３６５号公報
【特許文献２】特開平３−２５１８１５号公報
【特許文献３】特開２００４−３１８０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
低周波信号を用いてＭＺ型変調器からなる光変調部のＡＢＣ制御を行う場合、低周波信号検出の精度を高めるために、例えば低周波信号の周波数を、他の光変調部に重畳する低周波信号の周波数と異なる周波数であって互いに整数倍となることが無い周波数に設定することが必要である。このため、周波数管理が複雑化していた。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、低周波信号の周波数管理が容易になる光送信器、光変調装置、光変調装置の変調方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本出願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下
の通りである。
【０００９】
本発明にかかる光送信器は、マッハツェンダ型変調器からなる複数の光変調部と前記複数の光変調部から出力される光を合波する合波部とを含む光変調器と、前記各光変調部に対するランダム信号であって電位がランダムに変化するランダム信号を発生するランダム信号発生部と、前記ランダム信号に基づいて、前記各光変調部に対するランダム性を有する信号を該光変調部に対するバイアス電圧に重畳した電圧を該光変調部に向け出力するバイアス制御部と、前記合波部で合波された光の出力強度と前記各光変調部に対する前記ランダム信号とに基づいて、該光変調部の光出力強度を最大にする前記バイアス電圧の生成を前記バイアス制御部に指示する復調部と、を含み、前記各光変調部に対するランダム信号は互いに異なる、ことを特徴とする。
【００１０】
また本発明の一態様では、前記ランダム信号生成部は疑似乱数に基づいて前記ランダム信号を生成してもよい。
【００１１】
また本発明の一態様では、前記ランダム信号は２値の疑似乱数系列であってもよい。
【００１２】
また本発明の一態様では、前記ランダム信号をＢＰＳＫ変調して前記ランダム性を有する信号を生成するＢＰＳＫ信号生成部をさらに含み、前記復調部は前記光の出力強度を示す信号を遅延検波した信号と前記ランダム信号とに基づいて前記バイアス電圧の生成を前記バイアス制御部に指示してもよい。
【００１３】
また本発明の一態様では、前記光変調器は二つの光変調部を含み、前記二つの光変調部に対する前記ランダム性を有する信号の搬送波の位相は互いに９０度異なってもよい。
【００１４】
また本発明の一態様では、前記合波部で合波された光の出力強度と前記ランダム信号とに基づいて、少なくとも一つの前記変調部に対する前記ランダム性を有する信号の振幅を調整する振幅調整部をさらに含んでもよい。
【００１５】
また本発明の一態様では、前記バイアス制御部は、前記各光変調部に対する前記ランダム信号を該光変調部に対するバイアス電圧に重畳した電圧を該光変調部に向け出力し、前記復調部は、前記光の出力強度を示す信号と前記ランダム信号とを同期検波した信号に基づいて、前記バイアス電圧の生成を前記バイアス制御部に指示してもよい。
【００１６】
本発明にかかる光変調装置は、マッハツェンダ型変調器からなる複数の光変調部と前記複数の光変調部から出力される光を合波する合波部とを含む光変調器と、前記各光変調部に対するランダム信号であって電位がランダムに変化するランダム信号を発生するランダム信号発生部と、前記ランダム信号に基づいて、前記各光変調部に対するランダム性を有する信号を該光変調部に対するバイアス電圧に重畳した電圧を該光変調部に向け出力するバイアス制御部と、前記合波部で合波された光の出力強度と前記各光変調部に対する前記ランダム信号とに基づいて、該光変調部の光出力強度を最大に近づける前記バイアス電圧の生成を前記バイアス制御部に指示する復調部と、を含み、前記各光変調部に対する前記ランダム信号は互いに異なる、ことを特徴とする。
【００１７】
本発明にかかる光変調装置のバイアス制御方法は、マッハツェンダ型変調器からなる複数の光変調部と前記複数の光変調部から出力される光を合波する合波部とを含む光変調装置の制御方法であって、前記各光変調部に対するランダム信号であって電位がランダムに変化するランダム信号を発生するステップと、前記ランダム信号に基づいて、前記各光変調部に対するランダム性を有する信号を該光変調部に対するバイアス電圧に重畳した電圧を該光変調部に向け出力するステップと、前記合波部で合波された光の出力強度と前記各光変調部に対する前記ランダム信号とに基づいて、該光変調部の光出力強度を最大に近づける前記バイアス電圧の生成を指示するステップと、を含み、前記各光変調部に対する前記ランダム信号は互いに異なる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、複数の光変調部を有する光変調器のＡＢＣ制御において、低周波信号として光変調部と同数の周波数を準備する必要がなくなり、周波数管理を容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光送信器の構成を示す図である。
【図２Ａ】Ｉ用変調部が最適駆動している状態の光出力特性と入力信号との関係を示す図である。
【図２Ｂ】Ｉ用変調部が最適駆動している状態のＩ用変調部の光出力信号を示す図である。
【図２Ｃ】Ｑ用変調部が最適駆動している状態の光出力特性と入力信号との関係を示す図である。
【図２Ｄ】Ｑ用変調部が最適駆動している状態のＱ用変調部の光出力信号を示す図である。
【図２Ｅ】Ｉ用変調部およびＱ用変調部が最適動作している状態の信号の時間推移を示す波形図である。
【図３Ａ】Ｉ用変調部の動作点が最適動作点よりずれた状態の光出力特性と入力信号との関係を示す図である。
【図３Ｂ】Ｉ用変調部の動作点が最適動作点よりずれた状態のＩ用変調部の光出力信号を示す図である。
【図３Ｃ】Ｉ用変調部の動作点が最適動作点からずれ、Ｑ用変調部が最適動作している状態の信号の時間推移を示す波形図である。
【図４Ａ】Ｑ用変調部の動作点が最適動作点よりずれた状態の光出力特性と入力信号との関係を示す図である。
【図４Ｂ】Ｑ用変調部の動作点が最適動作点よりずれた状態のＱ用変調部の光出力信号を示す図である。
【図４Ｃ】Ｉ用変調部が最適動作し、Ｑ用変調部の動作点が最適動作点からずれている状態の信号の時間推移を示す波形図である。
【図５Ａ】Ｉ用変調部が最適動作点よりずれた状態の光出力特性と入力信号との関係を示す図である。
【図５Ｂ】Ｉ用変調部の動作点が最適動作点よりずれた状態のＩ用変調部の光出力信号を示す図である。
【図５Ｃ】Ｑ用変調部の動作点が最適動作点よりずれた状態の光出力特性と入力信号との関係を示す図である。
【図５Ｄ】Ｑ用変調部の動作点が最適動作点よりずれた状態のＱ用変調部の光出力信号を示す図である。
【図５Ｅ】Ｉ用変調部およびＱ用変調部の動作点が最適動作点からずれた状態の信号の時間推移を示す波形図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る光送信器の構成を示す図である。
【図７】ランダム信号とＢＰＳＫ信号との例を示す図である。
【図８Ａ】光変調部が最適動作している状態の光出力特性と入力信号との関係を示す図である。
【図８Ｂ】光変調部が最適動作している状態の出力光の出力強度を示す図である。
【図９】第２の実施形態においてＩ用変調部及びＱ用変調部が最適動作している場合のＢＰＳＫ信号および光出力強度を示す図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る光送信器の構成を示す図である。
【図１１】Ｉ用変調部およびＱ用変調部の電圧対光出力特性に差異がある場合の光出力を示す図である。
【図１２】同期検波の場合におけるＰＳＫ方式とＡＳＫ方式との信号対雑音比に対する符号誤り率を示す図である。
【図１３】ＤＱＰＳＫ方式における光変調器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係る光送信器の構成を示す図である。光送信器は、所望の発振波長で連続発光するレーザダイオード(ＬＤ)１、ＬＤ１からのＣＷ（Continuous Wave）光を変調するためのＤＱＰＳＫ用光変調器２、ＤＱＰＳＫのＩ成分（In-phase component）の駆動信号を供給するＩ用駆動信号発生回路６、ＤＱＰＳＫのＱ成分（Quadrature component）の駆動信号を供給するＱ用駆動信号発生回路７、そしてＤＱＰＳＫ用光変調器２からの光信号の一部を取り出すための光分岐部８、光分岐部８から取り出された光信号の一部を光電変換し、帯域制限することによって低周波信号を電気信号に変換する光電変換回路３１と、低周波信号発生器３２と、I用ランダム信号発生回路３３と、Ｑ用ランダム信号発生回路３６と、Ｉ用復調回路３４と、Ｑ用復調回路３７と、Ｉ用バイアス制御回路３５と、Ｑ用バイアス制御回路３８とを含んでいる。ＤＱＰＳＫ用光変調器２は、出力光信号であるＤＱＰＳＫ信号のＩ成分を制御するためのＩ用変調部２１と、ＤＱＰＳＫ信号のＱ成分を制御するためのＱ用変調部２２と、Ｉ成分とＱ成分の位相を９０度ずらすための位相シフト部２３と、Ｉ用変調部２１を経た光と、Ｑ用変調部２２および位相シフト部２３を経た光とを合波する合波部２４とを有している。Ｉ用変調部２１およびＱ用変調部２２のそれぞれは、ＭＺ型光変調器である。以下ではこれらのそれぞれを光変調部と記す。Ｉ用駆動信号発生回路６は、Ｉ用変調部２１へ振幅が２Ｖπの駆動信号を与え、Ｑ用駆動信号発生回路７は、Ｑ用変調部２２へ振幅が２Ｖπの駆動信号を与える。なお、この光送信器においては、Ｉ用ランダム信号発生回路３３、Ｉ用復調回路３４、およびＩ用バイアス制御回路３５、はＩ用変調部２１に対応して設けられており、Ｑ用ランダム信号発生回路３６、Ｑ用復調回路３７、およびＱ用バイアス制御回路３８、はＱ用変調部２２に対応して設けられている。以下では、Ｉ用ランダム信号発生回路３３およびＱ用ランダム信号発生回路３６を指す場合はランダム信号発生回路と呼び、Ｉ用復調回路３４およびＱ用復調回路３７を指す場合は復調回路と呼び、Ｉ用バイアス制御回路３５およびＱ用バイアス制御回路３８を指す場合はバイアス制御回路と呼ぶ。
【００２１】
Ｉ用ランダム信号発生回路３３およびＱ用ランダム信号発生回路３６は、低周波信号発生器３２からの低周波信号をクロック信号として用い、その低周波信号の周期ごとに電位がランダムに変化するランダム信号（ランダムパタン）をそれぞれの光変調部に対して発生する。Ｉ用ランダム信号発生回路３３が発生するランダム信号はＩ用変調部２１に対するランダム信号（Ｉ用ランダム信号）であり、Ｑ用ランダム信号発生回路３６が発生するランダム信号はＱ用変調部２２に対するランダム信号（Ｑ用ランダム信号）である。Ｉ用変調部２１に対するランダム信号とＱ用変調部２２に対するランダム信号とは互いに異なり、ランダム信号どうしは直交の関係、言い換えれば無相関あるいは相関が十分に低い関係をもつ。Ｉ用バイアス制御回路３５は、Ｉ用変調部２１に対するバイアス電圧にＩ用ランダム信号を重畳させた信号電圧をＩ用変調部２１のバイアス端子へ出力する。同様にＱ用バイアス制御回路３８は、Ｑ用変調部２２に対するバイアス電圧にＱ用ランダム信号を重畳させた信号電圧をＱ用変調部２２のバイアス端子に出力する。それにより、バイアス電圧が適切に制御されていれば、Ｉ用変調部２１およびＱ用変調部２２のそれぞれにより変調され出力される光の出力強度が最大となり、さらに重畳されたランダム信号によってその出力強度が駆動信号の変化と比べて十分にゆっくりと変化する。
【００２２】
Ｉ用復調回路３４は、光電変換回路３１からの信号をＩ用ランダム信号を用いて同期検波し復調する。Ｑ用復調回路３７は、光電変換回路３１からの信号をＱ用ランダム信号を用いて同期検波し復調する。Ｉ用復調回路３４およびＱ用復調回路３７のそれぞれが復調により出力する信号は、対応する光変調部の光出力強度を最大とするバイアス電圧からのずれを示している。Ｉ用バイアス制御回路３５は、Ｉ用復調回路３４によって復調（再生）された信号に基づいて、Ｉ用変調部２１のバイアス電圧が最適、つまり光出力強度を最大にするように制御する。またＱ用バイアス制御回路３８は、Ｑ用復調回路３７によって復調（再生）された信号に基づいて、Ｑ用変調部２２のバイアスが最適になるように制御する。
【００２３】
次に本実施形態に係る光送信器の制御方法についてより具体的に説明する。ＤＱＰＳＫ方式の信号出力は、Ｉ用変調部２１及びＱ用変調部２２を最も消光する動作電圧と最も発光する動作電圧間の振幅（Ｖπ）の２倍の振幅（２Ｖπ）で駆動し、かつそれらの変調部の動作点が最も消光する点（最適動作点）になるようなバイアス電圧に設定することで実現される。図２Ａ〜図２Ｄは最適動作点で光変調部が動作している場合の駆動信号と光強度の関係を示した図である。図２ＡはＩ用変調部２１の光出力特性と入力信号との関係を示す図であり、図２ＢはＩ用変調部２１の光出力信号を示す図であり、図２ＣはＱ用変調部２２の光出力特性と入力信号との関係を示すであり、図２ＤはＱ用変調部２２の光出力信号を示す図である。
【００２４】
図２Ａの上側にはＩ用変調部２１の入力信号と光出力強度との関係を示す特性曲線のグラフがあり、図２Ｃの上側にはＱ用変調部２２の入力信号と光出力強度との関係を示す特性曲線のグラフがある。なお、これらの特性曲線のグラフでは、縦軸が光出力強度であるため、光出力強度最小の点を境に位相が１８０度異なる。電圧が特性曲線の右側の山の範囲にある際に出力される光は、電圧が特性曲線の左側の山の範囲にある際に出力される光と位相が１８０度異なっている。図２Ａの下側にはＩ用変調部２１への入力信号のグラフがあり、図２Ｃの下側にはＱ用変調部２２への入力信号のグラフがある。縦軸が時間であり横軸は電位である。グラフは下に向かうにつれ時間が進む。横軸は特性曲線のグラフと共用している。ここで、光変調部の入力信号は、そのバイアス端子に入力されるバイアス電圧およびランダム信号と、駆動信号とを重ねたものである。図２Ａおよび図２Ｃで示されるグラフでは、入力信号からランダム信号の成分を取り除いた信号（駆動信号とバイアス電圧を重畳した信号）は、左右の破線を最大／最小電位となる振幅で電位変化している。中央のこの振幅の中心となる中央の破線が光変調部の動作点である。ここで、駆動信号の変化が低周波信号に比べて十分に速いため、グラフではその最大電圧どうし、また最小電圧どうしをつないだ線を示している。入力信号にはさらにランダム信号が重畳されているため、このグラフにおいて実線で示される入力信号は、左右の破線に対してずれが生じている。この場合は、バイアス電圧は既に動作点が光出力強度最小の点になる最適な電圧になっている。図２Ｂは図２Ａの下側に示す入力信号によるＩ用光変調部からの光の出力強度を示し、図２Ｄは図２Ｃの下側に示す入力信号によるＱ用光変調部からの光の出力強度を示す。これらの図は縦軸が出力強度、横軸が時間である。入力信号におけるランダム信号の成分の増減に応じて、光出力強度も増減する。なお以下でも説明するが、ランダム信号の増減に対する光出力強度の増減の比率は、動作点が光出力強度最小の点（最適点）からのずれによって変化する。
【００２５】
図２Ｅはこの場合の各種信号の時間推移を示す図である。本図に示されている信号は上から、光電変換回路３１の出力、Ｉ用ランダム信号、Ｑ用ランダム信号、Ｉ用復調回路３４の出力、Ｑ用復調回路３７の出力、Ｉ用バイアス制御回路３５の出力およびＱ用バイアス制御回路３８の出力である。本実施形態ではランダム信号は２値の疑似乱数に基づく疑似ランダム信号、具体的には７つのシフトレジスタと１つの排他的論理和で構成される回路により生成される擬似ランダム信号である。Ｑ用ランダム信号はＩ用ランダム信号に対し１ビットの遅れを生じさせている。Ｉ用変調部２１およびＱ用変調部２２のバイアス端子に入力される電圧はランダム信号に応じて変化しているため、Ｉ用変調部２１とＱ用変調部２２との出力にはそれに応じた光強度の変化が発生する。従ってそれらの光が合波された光の出力強度を示す光電変換回路出力にはそれぞれの変調部で生じた変化量の合計が現れる。なおここでは光分岐部８により光変調器２の出力光（合波部２４で合波された光）を分岐し、分岐した光を光電変換回路３１にて光電変換しているが、光変調器２内部に配置されたＰＤによって光変調器２内部に漏れた光を検出する方法や、光変調器２内部に設けられた光分岐部８の出力を光変調器２内部に配置されたＰＤにて検出するなどの方法をとってもよい。Ｉ用復調回路３４は光電変換回路３１の出力に対しＩ用ランダム信号発生回路３３のランダム信号を乗算した結果をＩ用復調回路出力として出力する。Ｑ用復調回路３７も同様に光電変換回路３１の出力に対しＱ用ランダム信号発生回路３６のランダム信号を乗算した結果をＱ用復調回路出力として出力する。これらの乗算をするためには例えばミキサが使用される。Ｉ用バイアス制御回路３５およびＱ用バイアス制御回路３８では対応する復調回路からの出力を平均化する。Ｉ用ランダム信号とＱ用ランダム信号との間が無相関あるいは十分に低い相関であれば、各ランダム信号と光出力強度との乗算結果を時間平均することで異なるランダム信号による光出力強度の変化はキャンセルされ、目的の変調部における光出力強度の変化が検出できる。図２ＥではＩ用バイアス制御回路３５およびＱ用バイアス制御回路３８の出力のバイアス電圧成分はどちらも０となる。これはＩ用変調部２１およびＱ用変調部２２のそれぞれが最適動作点で駆動していることに対応している。
【００２６】
次にＩ用変調部２１の動作点にドリフトが生じた場合について図３Ａから図３Ｃを用いて説明する。図３ＡはＩ用変調部２１の光出力特性と入力信号との関係を示す図であり、図３ＢはＩ用変調部２１の光出力信号を示す図である。図３Ａの上側に示すように動作点が最適点から図中右方向にずれているため、入力信号のランダム信号の成分の増減によって図２Ｂに示す場合より大きな光出力強度の増減があらわれている（図３Ｂ参照）。Ｑ用変調部２２については、図２Ｃや図２Ｄを用いて説明した場合と同じである。図３Ｃはこの場合の各種信号の時間推移を示す図である。Ｉ用変調部２１の動作点が最適動作点からずれて光出力信号が最適動作の場合と比べ変化したため、この場合は図２Ｅに示される場合とは異なりＩ用バイアス制御回路３５の出力は０とはならない。一方Ｑ用バイアス制御３８の出力は図２Ｅで示す場合と同様に０となる。なおこの結果からもわかるように、Ｉ用変調部２１の状態によらず制御が可能である。
【００２７】
次にＱ用変調部２２の動作点にドリフトが生じた場合について図４Ａ〜図４Ｃを用いて説明する。図４ＡはＱ用変調部２２の光出力特性と入力信号との関係を示すであり、図４ＢはＱ用変調部２２の光出力信号を示す図である。図４Ａに示すように動作点が最適点から図中右方向にずれているため、入力信号のランダム信号成分の増減によって図２Ｄに示す場合より大きな光出力強度の増減があらわれている（図４Ｂ参照）。Ｉ用変調部２１については最適動作点で動作しているため、その入力信号や出力信号は図２Ａや図２Ｂを用いて説明した場合と同じである。図４Ｃは上記条件の際の各種信号の時間推移を示す図である。Ｑ用変調部２２の動作点が最適動作点からずれているため、図４Ｃの通りＱ用バイアス制御回路３８の出力は０とはならない。一方Ｉ用バイアス制御回路３５の出力は図２Ｅで説明された場合と同様に０である。この結果からもわかるようにＱ用変調部２２の状態によらず制御が可能である。
【００２８】
次にＩ用変調部２１及びＱ用変調部２２のそれぞれの動作点にドリフトが生じた場合について図５Ａ〜図５Ｅを用いて説明する。図５ＡはＩ用変調部２１の光出力特性と入力信号との関係を示す図であり、図５ＢはＩ用変調部２１の光出力信号を示す図であり、図５ＣはＱ用変調部２２の光出力特性と入力信号との関係を示すであり、図５ＤはＱ用変調部２２の光出力信号を示す図である。Ｉ用変調部２１において、図５Ａに示すように動作点が最適点から図中左方向にずれているため、動作点が最適点から右方向にずれる場合（図３Ｂ）と比べてランダム信号の増減の向きによる増減の向きが反対となる光出力強度の変化があらわれている（図５Ｂ参照）。また、Ｑ用変調部２２では図５Ｃに示すように動作点が最適点から図中右方向にずれているため、ランダム信号に応じた光出力強度の向きは図４Ｂ等で説明した場合と同じである（図５Ｄ参照）。
【００２９】
図５Ｅは上記条件の際の各種信号の時間推移を示す図である。Ｉ用バイアス制御回路３５およびＱ用バイアス制御回路３８のそれぞれの出力は０にはならず、最適動作点からのずれに応じた値を出力する。Ｉ用バイアス制御回路３５の出力について図３Ｃと図５Ｅとを比べると、最適点からのずれの方向に応じてＩ用バイアス制御回路３５の出力の符号が反転していることがわかる。よって、この方法を用いれば、バイアス点からのずれ方向を検出することができるので、動作点を最適動作点に制御できる。
【００３０】
なお本実施形態ではＮＲＺ（Non-Return to Zero：非ゼロ復帰）−ＤＱＰＳＫ方式の光送信機における変調器のバイアス制御について説明したが、このバイアス制御方法をＲＺ（Return to Zero：ゼロ復帰）−ＤＱＰＳＫ方式や直交振幅変調（ＱＡＭ：Quadrature Amplitude Modulation）方式やＱＰＳＫ方式の光送信器に適用してもよい。また、ＬＤ１を含まず、外部から入力される光を変調する光変調装置に用いてもよい。
【００３１】
［第２の実施形態］
第２の実施形態においては、各光変調部の入力信号にランダム信号を直接重畳させず、代わりにＢＰＳＫ変調した信号を重畳させている点に特徴がある。以下では、主に第１の実施形態との相違点について説明する。なお説明において同じ要素については同じ符号を用い、説明が必要な相違が無い場合その説明は省略する。
【００３２】
図６は本発明の第２の実施形態に係る光送信器の構成を示す図である。第１の実施形態における構成との違いは、Ｉ用ＢＰＳＫ信号発生回路４１およびＱ用ＢＰＳＫ信号発生回路４３が付加されている点、および、Ｉ用復調回路３４およびＱ用復調回路３７に代えて、Ｉ用ＢＰＳＫ復調回路４２およびＱ用ＢＰＳＫ復調回路４４が設けられている点である。
【００３３】
Ｉ用ＢＰＳＫ信号発生回路４１はＩ用ランダム信号と低周波信号に基づきＩ用ＢＰＳＫ信号（ＢＰＳＫパタン）を発生する。Ｑ用ＢＰＳＫ信号発生回路４３は前記Ｉ用ＢＰＳＫ信号と直交し、かつ位相がＩ用ＢＰＳＫ信号とは９０度異なるＱ用ＢＰＳＫ信号を発生する。
【００３４】
Ｉ用ＢＰＳＫ信号発生回路４１およびＱ用ＢＰＳＫ信号発生回路４３は低周波信号発生器３２からの低周波信号を逓倍する機能を有しており、低周波信号を逓倍した信号を搬送波とし各ランダム信号をＢＰＳＫ変調し、それぞれＩ用ＢＰＳＫ信号とＱ用ＢＰＳＫ信号を発生する。なお、低周波信号を逓倍した信号は正弦波であり、本実施形態では、例えばその周波数は低周波信号の４倍である。
【００３５】
図７は生成するランダム信号とＢＰＳＫ信号の例を示している。図７のグラフは縦方向が電圧を示し、横方向は時間を示す。図７は上からＩ用ランダム信号、Ｉ用ＢＰＳＫ信号、Ｑ用ランダム信号、Ｑ用ＢＰＳＫ信号の順に波形を示している。Ｉ用ランダム信号およびＱ用ランダム信号どうしが無相関あるいは十分に小さい相関とするために、それぞれのランダム信号には第１の実施形態と同様に２値の疑似乱数系列である擬似ランダム信号を用いている。またランダム信号どうしは互いに異なる。さらにＩ用ＢＰＳＫ信号およびＱ用ＢＰＳＫ信号の搬送波の位相は互いに９０度異なる。搬送波の位相を制御するため例えば遅延器等を用いる。Ｉ用バイアス制御回路３５およびＱ用バイアス制御回路３８ではＩ用ＢＰＳＫ信号発生回路やＱ用ＢＰＳＫ信号発生回路で生成されたＢＰＳＫ信号を用いて、各光変調部のバイアス電圧にその光変調部に対するＢＰＳＫ信号を重畳する。その重畳された信号をそれぞれ対応する光変調部のバイアス端子に入力する。
【００３６】
Ｉ用ＢＰＳＫ復調回路４２は光電変換回路３１からの信号をＩ用ランダム信号を用いて復調する。Ｑ用ＢＰＳＫ復調回路４４は光電変換回路３１からの信号をＱ用ランダム信号を用いて復調する。具体的には、各光変調部に対応するＢＰＳＫ復調回路は光電変換回路３１からの信号に遅延干渉計等を用いて遅延検波した後、遅延検波の結果得られた信号とその変調部に対応するランダム信号と乗算した結果を出力する。乗算方法として第１の実施形態と同様に、例えばミキサを用いればよい。それぞれのランダム信号の相関が十分に小さければ、第１の実施形態と同様の理由で、それぞれの変調部の動作点の最適点からのずれを検出可能である。それにより、それぞれの変調部の動作点を最適な点となるよう動作させることが可能となる。
【００３７】
図８Ａは光変調部が最適動作している場合の光出力特性と入力信号との関係を示し、図８Ｂは光変調部が最適動作している状態の出力光の出力強度を示す。バイアス電圧により定まる動作点が光変調部の最適点である場合の光出力強度の変化についてみると、ＢＰＳＫ信号の電圧が最低のタイミングおよび最高のタイミングでは、光出力強度は最低となり、ＢＰＳＫ信号の電圧が振幅の中心にあるタイミングに光出力強度は最高となる。ＢＰＳＫ信号の電圧が最高もしくは最低のタイミングでは、駆動信号が０を示す時も１を示す時も、その入力信号に対応する特性曲線上の位置が光出力強度最高の点から最もずれる。一方、ＢＰＳＫ信号の電圧が振幅の中心にある場合は、光出力強度が最高となるからである。これは図８Ｂに示すように、各光変調部から出力される光の出力強度がＢＰＳＫ信号の搬送波周波数(ｆ０)の２倍の周波数(２ｆ０)で変化することを示す。図９はＩ用変調部２１およびＱ用変調部２２が最適条件で動作している場合のＢＰＳＫ信号および光出力強度を示す。前述のとおり、Ｉ用ＢＰＳＫ信号とＱ用ＢＰＳＫ信号とで搬送波の位相が９０度異なっているため、周波数が２倍となるＩ用変調部２１の光出力およびＱ用変調部２２の光出力どうしの位相は１８０度異なる。Ｉ用変調部２１とＱ用変調部２２の出力光の絶対値が等しい場合は、特性曲線による波形のひずみの影響を考慮しなければ振幅が等しく逆位相となるため互いに相殺し、光変調器出力におけるＢＰＳＫ信号、言い換えればＡＢＣ制御を目的とした低周波成分を抑制する効果がある。これにより、伝送特性劣化の一要因を抑制することが出来る。また図１２に示すとおりＢＰＳＫ信号はＯＯＫ信号と比較し信号対雑音比に対する誤り率が低くなるため、検出に必要な光変調器出力内のＢＰＳＫ信号成分の振幅を小さくすることが出来るため、重畳信号の振幅を小さくすることが可能であり、最適動作時以外の条件に於いても伝送特性劣化要因を抑制することが出来る。また、光変調器を複数接続する構成においては、ランダム信号を互いに異ならせるだけで動作するため、各検出回路の複雑化が回避できる。
【００３８】
［第３の実施形態］
第３の実施形態においては、第２の実施形態と同じくＢＰＳＫ変調を用い、かつＩ用変調部２１とＱ用変調部２２の出力光の絶対値が異なる場合においても最大の効果を得るためのものである。以下では主に第２の実施形態との相違点を説明する。なお説明において同じ要素については同じ符号を用い、特に違いが無い場合その説明は省略する。
【００３９】
図１０は本発明の第３の実施形態に係る光送信器の構成を示す図である。Ｉ用ＢＰＳＫ信号振幅制御回路４５が付加されている点が第２の実施形態と異なっている。Ｉ用ＢＰＳＫ信号振幅制御回路４５はＩ用ＢＰＳＫ復調回路４２の出力及びＱ用ＢＰＳＫ復調回路４４の出力に基づいて、Ｉ用ＢＰＳＫ信号発生回路から出力され、Ｉ用バイアス制御回路３５へ入力されるＩ用ＢＰＳＫ信号の振幅を調整する機能を有する。
【００４０】
図１１は、Ｉ用変調部２１およびＱ用変調部２２の電圧対光出力特性に差異がある場合の光出力を示す。第２の実施形態で説明した通り、Ｉ用変調部２１及びＱ用変調部２２の動作点がそれぞれ最適となる点で動作している場合、各光変調部からの光出力変動が逆位相となっているが、図１１に示すようにそれぞれの変調部の電圧対光強度特性に差異が存在する場合は相殺されず、いくらかの振幅で光出力強度の変化が現れてしまう。Ｉ用ＢＰＳＫ信号振幅制御回路４５は、Ｉ用ＢＰＳＫ復調回路４２の出力及びＱ用ＢＰＳＫ復調回路４４の出力がゼロの場合（最適動作点で動作している場合）、光電変換回路３１の出力のピークを検出し、ピークが検出される場合はそれに応じてＩ用ＢＰＳＫ信号の振幅を制御する。これにより、Ｉ用変調部２１及びＱ用変調部２２の制御状態が最適な場合に各光変調部からの光出力は強度が等しく位相が１８０度異なった状態となり、残存する光強度の変調成分を相殺することができる。結果、このような場合でも、伝送特性劣化の一要因を抑制するなど第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、振幅の制御はＩ用ＢＰＳＫ信号のみには限られず、Ｑ用ＢＰＳＫ信号の振幅を制御してもよいし、それら両方の振幅を制御してもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１  レーザダイオード、２  ＤＱＰＳＫ用光変調器、６  Ｉ用駆動信号発生回路、７  Ｑ用駆動信号発生回路、８  光分岐部、２１  Ｉ用変調部、２２  Ｑ用変調部、２３  位相シフト部、２４  合波部、３１  光電変換回路、３２  低周波信号発生器、３３  Ｉ用ランダム信号発生回路、３４  Ｉ用復調回路、３５  Ｉ用バイアス制御回路、３６  Ｑ用ランダム信号発生回路、３７  Ｑ用復調回路、３８  Ｑ用バイアス制御回路、４１  Ｉ用ＢＰＳＫ信号発生回路、４２  Ｉ用ＢＰＳＫ復調回路、４３  Ｑ用ＢＰＳＫ信号発生回路、４４  Ｑ用ＢＰＳＫ復調回路、４５  Ｉ用ＢＰＳＫ信号振幅制御回路、１００  ＤＱＰＳＫ用光変調器、１０１  Ｉ用光変調部、１０２  Ｑ用光変調部、１０３  位相シフト部、１０４  フォトディテクタ。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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