(57)【要約】【課題】波長測定が可能な位相変調方式の光送信器を提供すること。【解決手段】光送信器は、光源と、光源からの光が入力されて、第１の電位と第２の電位とを選択的に付与される変調信号であって、第１の電位と第２の電位との間で電位が徐々に変化する変調信号に応じた振幅の光を出力するマッハツェンダ型光変調器と、通信モードでは、変調信号が第１の電位から第２の電位に向かうにつれ、前記マッハツェンダ型光変調器が出力する光が互いにπ異なる２つの位相のうち一方の位相から、光出力強度が最小となる電位を境に他方の位相になり、かつ、前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器が出力する一方の位相の光と他方の位相の光とで光パワーが同じになるようマッハツェンダ型光変調器を制御する通信時制御を行う制御手段と、を含み、制御手段は、波長測定モードでは、通信時制御と異なる制御を行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
光源からの光が入力されて、第１の電位と前記第１の電位より大きい第２の電位とを選択的に付与される変調信号であって、前記第１の電位と前記第２の電位との間で電位が徐々に変化する変調信号に応じた振幅の光を出力するマッハツェンダ型ＬＮ光変調器と、
制御切替信号を取得する手段と、
前記制御切替信号が通信モードを示す場合には、前記変調信号が前記第１の電位から前記第２の電位に向かうにつれ、前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器が出力する光が互いにπ異なる２つの位相のうち一方の位相から、光出力強度が最小となる電位を境に前記他方の位相になり、かつ、前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器が出力する前記一方の位相の光の光パワーと前記他方の位相の光の光パワーとが同じになるよう前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器を制御する通信時制御を行う制御手段と、を含み、
前記制御手段は、前記制御切替信号が波長測定モードを示す場合には、前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器に対し前記通信時制御と異なる波長測定時制御を行う、
ことを特徴とする光送信器。
【請求項２】
前記制御手段は、前記制御切替信号が波長測定モードを示す場合には、前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器が出力する前記一方の位相の光の光パワーと前記他方の位相の光の光パワーとが異なるよう前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器を制御する前記波長測定時時制御を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
【請求項３】
前記制御手段は、前記制御切替信号が前記通信モードを示す場合には前記第１の電位と前記第２の電位の中間に対応する動作点を前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器の光出力強度最小の点とするよう前記通信時制御を行い、前記制御切替信号が前記波長測定モードを示す場合には、前記動作点を前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器の光出力強度最小の点としないよう前記波長測定時制御を行う、
ことを特徴とする請求項２に記載の光送信機。
【請求項４】
前記制御手段は、前記制御切替信号が前記波長測定モードを示す場合には前記動作点を前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器の光出力強度最大の点となるよう前記波長測定時制御を行う、
ことを特徴とする請求項３に記載の光送信機。
【請求項５】
前記制御切替信号が前記波長測定モードを示す場合における前記第１の電位と前記第２の電位との電位差は、前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器の半波長電圧の２倍より小さい、
ことを特徴とする請求項３または４に記載の光送信機。
【請求項６】
前記制御手段は、前記制御切替信号が波長測定モードを示す場合には、前記変調信号が前記第１の電位から前記第２の電位に向かうにつれ、前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器が出力する光の位相が変化することなしに光出力強度が最大となる電位を経るよう前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器を制御する波長測定時制御を行う、
ことを特徴とする請求項２に記載の光送信器。
【請求項７】
前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器が出力する光の光パワーを計測するモニタ手段、をさらに含み、
前記制御手段は、
前記変調信号を生成して出力する変調信号出力手段と、
第１のパイロット信号を出力するパイロット信号出力手段と、
前記制御切替信号が前記通信モードを示す場合には、前記第１のパイロット信号を前記第２のパイロット信号として出力し、前記制御切替信号が前記波長測定モードを示す場合には、前記第１のパイロット信号の極性を反転させた前記第２のパイロット信号を出力する極性反転手段と、
バイアス電圧と前記第２のパイロット信号の電圧を加えた電圧を発生し、該電圧を前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器に入力するバイアス電圧発生手段と、
前記モニタ手段により計測された光パワーに基づいて、前記第１のパイロット信号による光パワーの変化を検出するパイロット成分検出手段と、
前記光パワーの変化に基づいて、仮に前記第１のパイロット信号と前記第２のパイロット信号とが同じ極性であるとした場合に前記動作点が前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器の前記光出力強度最小の点となるように前記バイアス電圧を算出するバイアス算出手段と、を含む、
ことを特徴とする請求項４に記載の光送信機。
【請求項８】
前記第１のパイロット信号は前記変調信号よりも低い周波数の低周波信号であり、
前記パイロット成分検出手段は、前記モニタ手段が計測した光パワーに含まれる前記低周波信号の周波数成分を前記光パワーの変化として検出する、
ことを特徴とする請求項７に記載の光送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光伝送に用いられる光送信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光伝送システムにおいては、従来、２値強度変調方式が広く用いられている。２値強度変調方式はＯＯＫ（On-Off Keying）方式とも呼ばれ、送信すべき信号ビットの論理“１”、論理“０”をそれぞれ光強度の大小に対応させる方式である。この方式は、送信器および受信器の構成が単純であるという利点から広く用いられている。また、他の方式として光位相が０°の大強度信号、位相が１８０°の大強度信号、および小強度信号の３種類の光信号を用いる光デュオバイナリ変調方式（ＯＤＢ方式）も用いられている。
【０００３】
近年は、光デュオバイナリ変調方式で実用化されている光位相を切り替える技術を発展させ、光位相によって情報を伝達する光位相変調方式が注目を集めている。例えば２値の差動位相シフトキーイング（Differential Phase Shift Keying：ＤＰＳＫ）方式は、光位相変調方式としては最も単純な形態で光送受信器を構成できること、および雑音に強く高い受信感度を実現できること等の利点から近い将来の実用化が期待されており精力的な研究が行われている。
【０００４】
図８は、従来の光送信器の概略を示す図である。本図はＤＰＳＫ方式の光送信機の例を示す。外部からデータ入力線４１およびクロック線４２を介して複数のデータがマルチプレクサ２１に入力され、マルチプレクサ２１は複数のデータを基にマルチプレクサ２１に内蔵されたＣＭＵ(Clock Multiplication Unit)も用いてシリアルデータ信号を生成する。生成されたシリアルデータ信号は差動エンコーダ２２に入力される。差動エンコーダ２２は入力されたシリアルデータ信号から変調信号の基となる信号を生成し、その信号を変調器ドライバ２３に入力する。変調器ドライバ２３は、入力された振幅を増幅し、その振幅（電位差）が半波長電圧の２倍となる変調信号を生成し、生成した変調信号を光変調器モジュール２４内のマッハツェンダ型ニオブ酸リチウム（ＬＮ）光変調器１０１に入力する。マッハツェンダ型ＬＮ光変調器１０１には可変波長光源であるチューナブルレーザー２６から光が入力され、マッハツェンダ型ＬＮ光変調器１０１は変調した光信号を光出力端子１２を通じて出力する。なお、チューナブルレーザー２６の波長等は、レーザー制御回路２７によって制御されている。
【０００５】
上述のように、位相変調方式の光変調器としてはマッハツェンダ型ＬＮ光変調器がよく用いられる。その一つの理由は、ＬＮ光変調器は半導体光変調器と比較して光学特性に優れていることである。もう一つの理由は、マッハツェンダ型光変調器を半波長電圧（Ｖπ）の２倍程度の振幅の変調信号で駆動する方法によって、変調器の駆動振幅が変化した場合にも１８０°（π）の光位相シフト量を維持できることである。マッハツェンダ型光変調器は、２つの位相変調器を並列に接続して干渉計を構成したものである。
【０００６】
しかしながら、マッハツェンダ型ＬＮ光変調器は温度変化や経年変化などによって動作点がドリフトするというよく知られた問題を有する。この問題に対応するためにＭＺ型ＬＮ光変調器には外部から変調信号を入力する端子の他に動作点を制御するためのバイアス電圧が供給される端子も設けており、このバイアス電圧をドリフトに追従して自動的に設定するようにしている。このバイアス電圧を設定する手段は、自動バイアス制御回路（Automatic Bias Control：以下ではＡＢＣ回路という）と呼ばれる。ドリフト対策としてのＡＢＣ回路は、マッハツェンダ型ＬＮ光変調器を使う場合に変調方式にかかわらず必要となるが、ＡＢＣ回路の実現方式そのものはマッハツェンダ型ＬＮ光変調器の駆動方法すなわち採用する変調方式によって異なる。たとえば特許文献１には位相変調方式を採用した場合のＡＢＣ回路の方式の例が開示されている。ＡＢＣ回路がバイアス電圧の制御を行うことにより、０°の位相と１８０°の位相の２種類の光の光パワーが同じかつ最大になるよう制御される。
【０００７】
図８の例において、ＡＢＣ回路２５について説明する。ＡＢＣ回路２５は、パイロット信号発生回路１０５と、バイアス電圧発生回路１０４と、加算器１０８と、パイロット成分検出器１０６と、バイアス計算器１０７と、を含む。マッハツェンダ型ＬＮ光変調器１０１から出力する光の一部がモニタ用フォトダイオード１０２で受光されて電力に変換され、光パワー検出回路１０３はその電力を信号に変換しＡＢＣ回路２５のパイロット成分検出器１０６に入力する。パイロット成分検出器１０６は、光パワー検出回路１０３からの信号から光パワーの時間変化のパイロット信号の周波数成分を検出する。これによりパイロット信号による光パワーの変化を検出することができる。バイアス計算器１０７は、バイアス電圧をフィードバック制御によって求める。加算器１０８は、パイロット信号発生回路１０５で発生したパイロット信号とバイアス電圧発生回路１０４で求めたバイアス電圧を加算する。バイアス電圧発生回路１０４は加算された値の電圧を発生し、マッハツェンダ型ＬＮ光変調器１０１に入力する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−３１０２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＤＰＳＫ方式などの位相変調方式を採用する光送信機の適用先としては、例えば波長多重（Wavelength Division Multiplexing：ＷＤＭ）技術を用いた長距離基幹系光伝送システムがある。上記システムに上記位相変調方式を適用すると、その利点である高い受信感度を活用できるからである。近年はこういった光伝送システム等への適用を考慮して、光送信器の出力信号波長をある範囲内の任意の波長に調整可能ないわゆるチューナブル（波長可変）光送信器が広範に採用されるようになっている。一般にチューナブル光送信器は、波長可変光源であるチューナブルレーザーの出力を光変調器に接続し、光変調器の出力を送信器の出力とする構成をとる。
【００１０】
ここで、光送信器の出力は、光源であるレーザーの出力そのものではなく、光変調器によって変調された光信号である。このような構成をとるチューナブル光送信器において、例えば送信器の検査のために波長を測定する場合には変調された光信号を光波長測定器、たとえばマイケルソン干渉計を用いた波長計に接続して測定する。しかし、光波長測定器でこの波長の測定ができないという問題がある。
【００１１】
この問題の影響は、単にチューナブル光送信器の出力波長を検査する場合のみに限られない。例えば較正の際にも光変調器で変調された光信号を測定しなければならない。一般にチューナブル光送信器を製造する際には、レーザー駆動回路を有する光送信器にチューナブルレーザーを組み込んで発光させ、光波長と光出力レベルを較正する必要があるからである。
【００１２】
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、精度よく波長測定が可能な位相変調方式の光送信器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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。
【００１４】
本発明にかかる光送信器は、光源と、光源からの光が入力されて、第１の電位と前記第１の電位より大きい第２の電位とを選択的に付与される変調信号であって、前記第１の電位と前記第２の電位との間で電位が徐々に変化する変調信号に応じた振幅の光を出力するマッハツェンダ型ＬＮ光変調器と、制御切替信号を取得する手段と、前記制御切替信号が通信モードを示す場合には、前記変調信号が前記第１の電位から前記第２の電位に向かうにつれ、前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器が出力する光が互いにπ異なる２つの位相のうち一方の位相から、光出力強度が最小となる電位を境に前記他方の位相になり、かつ、前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器が出力する前記一方の位相の光の光パワーと前記他方の位相の光の光パワーとが同じになるよう前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器を制御する通信時制御を行う制御手段と、を含み、前記制御手段は、前記制御切替信号が波長測定モードを示す場合には、前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器に対し前記通信時制御と異なる波長測定時制御を行う、ことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の一態様では、前記制御手段は、前記制御切替信号が波長測定モードを示す場合には、前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器が出力する前記一方の位相の光の光パワーと前記他方の位相の光の光パワーとが異なるよう前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器を制御する前記波長測定時時制御を行ってもよい。
【００１６】
また、本発明の一態様では、前記制御手段は、前記制御切替信号が前記通信モードを示す場合には前記第１の電位と前記第２の電位の中間に対応する動作点を前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器の光出力強度最小の点とするよう前記通信時制御を行い、前記制御切替信号が前記波長測定モードを示す場合には、前記動作点を前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器の光出力強度最小の点としないよう前記波長測定時制御を行ってもよい。
【００１７】
また、本発明の一態様では、前記制御手段は、前記制御切替信号が前記波長測定モードを示す場合には前記動作点を前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器の光出力強度最大の点となるよう前記波長測定時制御を行ってもよい。
【００１８】
また、本発明の一態様では、前記制御切替信号が前記波長測定モードを示す場合における前記第１の電位と前記第２の電位との電位差は、前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器の半波長電圧の２倍より小さくてもよい。
【００１９】
また、本発明の一態様では、前記制御手段は、前記制御切替信号が波長測定モードを示す場合には、前記変調信号が前記第１の電位から前記第２の電位に向かうにつれ、前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器が出力する光の位相が変化することなしに光出力強度が最大となる電位を経るよう前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器を制御する波長測定時制御を行ってもよい。
【００２０】
また、本発明の一態様では、前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器が出力する光の光パワーを計測するモニタ手段、をさらに含み、前記制御手段は、前記変調信号を生成して出力する変調信号出力手段と、第１のパイロット信号を出力するパイロット信号出力手段と、前記制御切替信号が前記通信モードを示す場合には、前記第１のパイロット信号を前記第２のパイロット信号として出力し、前記制御切替信号が前記波長測定モードを示す場合には、前記第１のパイロット信号の極性を反転させた前記第２のパイロット信号を出力する極性反転手段と、バイアス電圧と前記第２のパイロット信号の電圧を加えた電圧を発生し、該電圧を前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器に入力するバイアス電圧発生手段と、前記モニタ手段により計測された光パワーに基づいて、前記第１のパイロット信号による光パワーの変化を検出するパイロット成分検出手段と、前記光パワーの変化に基づいて、仮に前記第１のパイロット信号と前記第２のパイロット信号とが同じ極性であるとした場合に前記動作点が前記マッハツェンダ型ＬＮ光変調器の前記光出力強度最小の点となるように前記バイアス電圧を算出するバイアス算出手段と、を含んでもよい。
【００２１】
また、本発明の一態様では、前記第１のパイロット信号は前記変調信号よりも低い周波数の低周波信号であり、前記パイロット成分検出手段は、前記モニタ手段が計測した光パワーに含まれる前記低周波信号の周波数成分を前記光パワーの変化として検出してもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、光送信器から出力される光によって、十分な精度で波長測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る光送受信器の構成の一例を示したブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係る光送信部の構成を示す図である。
【図３】通信モードにおけるＭＺ型ＬＮ変調器の光出力特性と入出力信号の関係を示す図である。
【図４】マイケルソン干渉計の構成を示す模式図である。
【図５】通信モードの光信号により生成される干渉縞を示す模式図である。
【図６】波長測定モードにおけるＭＺ型ＬＮ変調器の光出力特性と入出力信号の関係の一例を示す図である。
【図７】波長測定モードにおけるＭＺ型ＬＮ変調器の光出力特性と入出力信号の関係の他の例を示す図である。
【図８】従来の光送信機の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら順を追って説明する。以下では位相変調方式の一つである２値のＤＰＳＫ方式を用いた光送受信器について説明する。
【００２５】
図１は本発明の実施形態に係る光送受信器１の構成の一例を示したブロック図である。図１の上側に光送信部２があり、これが光送信器に対応する。光送信部２のマルチプレクサ２１（ＭＵＸ）にはコネクタ１１を経由して外部からのデータ入力線４１とクロック線４２がつながっている。マルチプレクサ２１はデータ入力線４１より比較的低速でパラレルに入力されたデータと、クロック線４２から入力されたクロックとを多重化し、さらにマルチプレクサ２１内のＣＭＵ（Clock Multiplication Unit）を用いることで高ビットレートのシリアルデータ信号に変換される。このシリアルデータ信号は差動エンコーダ２２でエンコードされる。差動エンコーダ２２としては、例えばＯＤＢ方式の送信器に搭載されるＯＤＢプリコーダと同じものを利用してよい。なおマルチプレクサ２１に差動エンコーダ２２を内蔵していてもよい。
【００２６】
差動エンコーダ２２の出力は変調器ドライバ２３に入力され、マッハツェンダ型ＬＮ光変調器（以下ＭＺ型ＬＮ変調器と記す）１０１を駆動するのに十分な振幅に増幅される。マッハツェンダ型変調器を用いる場合は、変調器１０１の駆動振幅はマッハツェンダ型ＬＮ変調器の半波長電圧（Ｖπ）の２倍程度とするとよい。理論上は半波長電圧（Ｖπ）の２倍の振幅とすると変調に伴う光損失が最小になるからである。しかし駆動振幅が２倍から大きく離れた値、たとえば１倍や３倍であっても、０，π（１８０°）の光位相変調をかけることができる。
【００２７】
変調器ドライバ２３で増幅された信号は変調信号としてＭＺ型ＬＮ変調器１０１に入力される。ＭＺ型ＬＮ変調器１０１は光源から光を入力され、変調信号やＡＢＣ回路２５からのバイアス電圧に応じた振幅の光（光信号）を光出力端子１２を介して出力する。ここで、ＭＺ型ＬＮ変調器１０１から出力される光の振幅はプラスマイナス両方が可能である。マイナスの振幅の光は、プラスの振幅の光の位相がπずれた光として観測される。
【００２８】
ここで、光変調器としてマッハツェンダ型光変調器のうちＭＺ型ＬＮ変調器を選択しているのは、光学特性の優位性があるからである。一方、ＭＺ型ＬＮ変調器には温度変化や経年変化にともなってドリフトを起こす性質があるため、一般的にＭＺ型ＬＮ変調器には外部からバイアス電圧を取得する端子が設けられ、外部からドリフトに対応する制御をすることを可能としている。このバイアス電圧を自動的に制御する回路が自動バイアス制御回路２５である。自動バイアス制御回路はＡＢＣ（Automatic Bias Control）回路とも呼ばれる。ＡＢＣ回路２５は、ＭＺ型ＬＮ変調器１０１が出力する光の光パワーをモニタ用フォトダイオード（ＰＤ）１０２でモニタしてＭＺ型ＬＮ変調器１０１のバイアス電圧を設定するフィードバック制御回路である。ここで光パワーは、１ビットに相当する信号が送信される時間より十分に長い時間での光出力強度の時間平均である。
【００２９】
ＭＺ型ＬＮ変調器１０１に入力する可変波長光源として、チューナブルレーザー２６を利用している。チューナブルレーザー２６の出力を制御するためにレーザー制御回路２７がチューナブルレーザー２６に接続される。なお、ＭＺ型ＬＮ変調器１０１とモニタ用フォトダイオード１０２とは光変調器モジュール２４を構成している。
【００３０】
図１の下側には光受信部３が示されている。光入力端子１３を介して光受信部３に入力された光信号は遅延干渉計３１によって遅延検波される。遅延検波された光はバランストＰＤ−ＴＩＡ（Photodiode-Transfer Impedance Amplifier）３２に入力され、光／電気変換（Ｏ／Ｅ変換）される。図１では遅延干渉計の２つの光出力をバランストＰＤ―ＴＩＡ３２の各フォトダイオード（ＰＤ）に接続する構成を示している。なお、遅延干渉計の１つの出力のみを１入力のＰＤ―ＴＩＡに接続する構成でも光信号を受信可能であるが、その場合原理的には図１の構成と比較して受信感度が３ｄＢ劣化する。バランストＰＤ−ＴＩＡ３２の出力はデマルチプレクサ３４（ＤｅＭｕｘ）に内蔵されたクロックデータリカバリ（ＣＤＲ）回路に入力され、クロックの抽出およびデータの識別再生が行われる。識別再生されたデータは、デマルチプレクサ３４内部で、低速のパラレルデータおよびクロックに変換され、それぞれ光受信部３のデータ出力線４３およびクロック線４４からコネクタ１１を介して出力される。
【００３１】
以下では、光送信部２についてより詳細に説明する。図２は本発明の実施形態に係る光送信部２の構成を示す図である。なお、ここでは光送受信器１として説明しているが、光受信部３を取り除いて単体の光送信器としても構成に変わりはない。図２は特にＡＢＣ回路２５の構成を詳細に説明する図である。
【００３２】
図２に示されるデータ入力線４１，クロック線４２、マルチプレクサ２１、差動エンコーダ２２、変調器ドライバ２３、光変調器モジュール２４、チューナブルレーザー２６、レーザー制御回路２７、は図１で説明したものと同じである。ＡＢＣ回路２５は、パイロット信号発生回路１０５と、バイアス電圧発生回路１０４と、加算器１０８と、パイロット成分検出器１０６と、バイアス計算器１０７と、極性反転回路１０９とを含む。
【００３３】
パイロット信号発生回路１０５は、バイアス制御のために変調信号よりも十分に周波数が低い信号、たとえば１ｋＨｚの低周波信号をパイロット信号として出力する。パイロット信号は正弦波であってもよいし、矩形波など他の波形であってもよい。
【００３４】
極性反転回路１０９は、本発明の特徴的な部分であり、ＡＢＣ回路２５が行うＭＺ型ＬＮ変調器１０１のバイアス電圧の制御の方法を切り替えるための手段である。具体的には、データの通信を行う通信モードと、波長測定を行う際の波長測定モードとで制御方法を切り替える。極性反転回路１０９はパイロット信号発生回路１０５からパイロット信号を入力され、加算器１０８に信号を出力する。極性反転回路１０９は、出力される信号の極性をパイロット信号と同じとするか反対にするかを切り替える機能を備えている。出力される信号の極性を切り替えるための信号は、光送受信器１の外部から入力される。たとえば、３００ｐｉｎ光送受信器ではＩ２Ｃインタフェースを経由して外部から光送受信器１を操作したりデータを授受したりする方法が標準化されているので、上述の通信モードと波長測定モードとを切り替えるコマンドを追加してＩ２Ｃインタフェースから光送信器に送るようにしてもよい。
【００３５】
極性反転回路１０９は、通信モードではパイロット信号と同じ極性の信号を出力し、波長測定モードではパイロット信号の極性を反転した信号を出力する。極性反転回路１０９が出力した信号は加算器１０８において、バイアス計算器１０７で計算されたＭＺ型ＬＮ変調器１０１にかけるべきバイアス電圧に加算される。加算された電圧が、バイアス電圧発生回路１０４を経由してＭＺ型ＬＮ変調器１０１に印加される。
【００３６】
ＭＺ型ＬＮ変調器１０１は変調器ドライバ２３から入力される変調信号とバイアス電圧発生回路１０４から入力される電圧とに応じた振幅の光を出力する。モニタ用フォトダイオード１０２は、ＭＺ型ＬＮ変調器１０１の光出力を分岐した光またはＭＺ型ＬＮ変調器１０１の消光時に発生する漏れ光を検出し、電流に変換する。モニタ用フォトダイオード１０２で変換した電流は、光パワー検出回路１０３で電圧信号に変換される。電圧信号に変換された信号は、ＡＢＣ回路２５のパイロット成分検出器１０６に入力される。パイロット成分検出器１０６は、その電圧信号とパイロット信号発生回路１０５から入力されるパイロット信号とから、パイロット信号による光パワーの変化を検出する。パイロット成分検出器１０６からの出力はバイアス計算器１０７に入力される。バイアス計算器１０７は、バイアス電圧をフィードバック制御によって求める。
【００３７】
図３は、通信モードにおけるＭＺ型ＬＮ変調器１０１の光出力特性と入出力信号の関係を示す図である。本図の左上にはＭＺ型ＬＮ変調器１０１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。ＭＺ型ＬＮ変調器１０１の入力信号はバイアス電圧および変調信号である。なお、本図ではパイロット信号は図示していない。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π異なる。電位Ｖ-1の山で出力される光は、電位Ｖ１の山で出力される光と位相がπ異なっている。
【００３８】
本図の左下には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。示されるグラフは電位Ｖ０を中心とする振幅に応じた電位変化をする変調信号を表している。変調信号は、その電位としてＶ-1とＶ１とを選択的に付与される。例えば、シリアルデータ信号のビットの論理“０”なら前に付与された電位と同じ電位が、論理“１”なら前に付与された電位と異なる電位が付与される。変調信号に付与された電位が直前と異なる場合、つまり電位Ｖ-1とＶ１とで切り替わる場合は、電位を徐々に（連続的に）変化させて切り替わる。なお、電位Ｖ-1とＶ１の中間の電位がＶ０である。ここで、ＭＺ型ＬＮ変調器１０１の特性曲線上で振幅の中心の電位Ｖ０に対応する点がどこに位置するかは、バイアス電圧によって決まる。この点を動作点と呼んでいる。この図では、動作点が光出力強度最小の点になるようにバイアス電圧が制御されている。
【００３９】
なお、本図に示される入力信号は、あらゆるシリアルデータ信号によって取り得る全ての入力信号の変化を重ねたものである。グラフから、電位がＶ-1またはＶ１のまま一定時間変化しない期間と、電位がＶ-1からＶ１へ、Ｖ１からＶ-1へ、Ｖ１のまま、およびＶ-1のままのうちいずれかの推移をする期間とがあることがわかる。上述の２つの期間をセットにした期間が、光送信器から送信される１ビット分の情報を送信する時間に相当する。本実施形態では、Ｖ１とＶ-1との電位差は、半波長電圧の２倍である２Ｖπより若干小さい。この理由については波長測定モードの説明で後述する。
【００４０】
本図の右側には、ＭＺ型ＬＮ変調器１０１から出力される光信号の光出力強度を示すグラフがある。横軸は時間であり、縦軸は光出力強度である。縦軸は特性曲線のグラフと共用している。このグラフは、左側の二つのグラフを用いて時間毎に、入力信号（変調信号）の電位における特性曲線上の光出力強度をプロットして作成されるものである。本図左上の特性曲線をみてわかるように、変調信号の電位がＶ-1もしくはＶ１の時は光出力強度が最大（Ｐ１）であり、光信号の光出力強度のグラフの山となる。変調信号の電位がＶ-1とＶ１との間で切り替わる際には特性曲線上で光出力強度が最小となる電位Ｖ０を経由するため、光信号の光出力強度のグラフの谷となる。変調信号の電位がＶ-1とＶ１との間で変わらない場合は、光出力強度はＰ１のまま変わらない。なお、光出力強度最小の点では、ＭＺ型ＬＮ変調器１０１内部で光の位相が０およびπの成分が打ち消しあっており、これらの位相に限定すれば振幅および光出力強度は０となっている。
【００４１】
以下では通信モードでＡＢＣ回路２５が行うフィードバック制御について詳しく説明する。通信モードでは動作点が特性曲線上の光出力強度最小の点となるようにＭＺ型ＬＮ変調器１０１に印加されるバイアス電圧がフィードバック制御される。パイロット成分検出器１０６は、モニタ用フォトダイオード１０２等で測定された光パワーに基づいて、パイロット信号による光パワーの変化を検出する。パイロット成分検出器１０６の具体的な例としては、乗算器で当該信号とパイロット信号とを積算しローパスフィルタを通す同期検波器がある。そうすると、光パワーのパイロット信号の周波数成分が光パワーの変化として検出される。バイアス計算器１０７は、パイロット成分検出器１０６で検出されたパイロット信号と光パワーの変化から光パワー出力の一定時間での平均値を最大にするようにバイアス電圧を制御する。より具体的には、パイロット信号が正の場合に光パワーが増えた場合はその量に応じバイアス電圧を増やし、減った場合もその量に応じバイアス電圧を減らせば、最終的に光パワー出力の時間平均値が最大になるように制御できる。なお、特許文献１に記載されているような方法を用いても良い。
【００４２】
ここで光パワー出力が最大になる場合は、変調信号の電位Ｖ-1およびＶ１に対応する特性曲線上の点は、２値の位相変調方式では図３に示すような光出力強度が等しく最大となる点となる。特性曲線は光出力強度最小となる電位を境に対称的であるので、電位Ｖ０は光出力強度最小となる電位であり、光出力強度最小点は動作点となる。なお、上述の関係は２値の位相変調方式の場合に当てはまる（理論上は振幅がＶπより大きく３Ｖπより小さい場合である）。
【００４３】
通信モードでは上述のように変調信号の電位Ｖ-1に対応する光信号（位相０）と電位Ｖ１に対応する光信号（位相π）の光出力強度が等しく最大となる。さらに、光位相が０である場合とπである場合とは統計的に同じ頻度で発生することから、電位が切り替る期間以外は位相０の光も位相πの光も光パワーは同じである。さらに、変調信号の電位が切り替わる期間も、光出力強度の変化が動作点の電位を中心として対称的であり、さらに動作点の電位を境に位相が反対であるので、上記二つの位相の光パワーは同じになる。つまり、ＭＺ型ＬＮ変調器１０１から出力される位相０の光の光パワーも位相πの光の光パワーも同じとなる。
【００４４】
このような光信号を波長計で測定する場合に波長を精度よく測定することができないという問題の詳細について以下に説明する。図４は、マイケルソン干渉計の構成の概略を示す図である。マイケルソン干渉計は、レーザー光の波長測定によく用いられる。マイケルソン干渉計では、同じ光源から出力された光をハーフミラー５１で図中上方向と右方向の二つのルートに分け、上方の固定ミラー５２に反射されハーフミラー５１を通過して受光器５４に達した光と、右側の可動ミラーに反射されハーフミラー５１で下方向に反射し受光器５４に達した光とが起こす干渉を計測する。可動ミラー５３を動かすことによって、光路差を変えることができ、光路差ごとの干渉光の強さを受光器５４で計測すれば、干渉縞と同様に光路差による干渉光の強度の変化を計測することができる。マイケルソン干渉計では、十分な波長の数に相当する長さ（光路差）について、干渉縞の山と谷の数を数えることによって波長を算出する。なお、可動ミラー５３の移動速度は光信号の変化に比べ十分に遅いので、受光器５４が計測する干渉光の強さは、干渉光の強さを十分に長い時間平均したものとなる。
【００４５】
図５は、通信モードの光信号により生成される干渉縞を示す模式図である。光送信器の信号が４０Ｇｂｐｓとすると、一つのビットに相当する光路長は約７．５ｍｍ（以下αとする）である。光路差がこれより大きくなると、必ず別のビットの光とのみ干渉することになる。その場合、干渉する二つのビットの光の位相が同じ場合とπずれる場合とは、統計的に見て同じ割合で起こる。また、前述のように、双方の位相で光パワーが同じである。そのため、時間平均した干渉光の強さの分布は、同じ位相の光の干渉縞と、位相がπずれた光の干渉縞とを重ね合わせ平均した分布となる。同じ位相の光の干渉縞と位相がπずれた光の干渉縞とでは、その干渉光の強度の山と谷の位置が正反対になる。図５の光路差αより大きい範囲において破線で記す２つの線はこれらの干渉縞を示している。光強度の振幅が同じで山谷が反対の二つの干渉光を重ね合わせた結果、図５に直線で記したように、光路差がαより大きい場合、光強度は光路差に関わらず一定となる。
【００４６】
一定の光強度となる範囲では、計測される光強度から干渉縞の山と谷の数を数えられないため、結果として計測される波長の精度が悪くなる。
【００４７】
図６は、波長測定モードにおけるＭＺ型ＬＮ変調器の光出力特性と入出力信号の関係の一例を示す図である。本図の左上はＭＺ型ＬＮ変調器１０１のバイアス電圧および変調信号と光出力強度との関係を示す特性曲線のグラフであり、図３で説明したものと同様である。
【００４８】
本図の左下は入力信号のグラフであり、変調信号の振幅の中心となる電位Ｖ０を中心としてある振幅で電位が変化する変調信号を表している。グラフの軸は図３と同様である。変調信号の与え方も通信モードと同様である。本図では、動作点が光出力強度最大の点になるようにバイアス電圧が制御されている。Ｖ-1とＶ１との電位差は、図３と同じく半波長電圧の２倍である２Ｖπより若干小さい。
【００４９】
本図の右側は、ＭＺ型ＬＮ変調器１０１から出力される光信号の光出力強度を示すグラフである。グラフの軸は図３と同様である。特性曲線のグラフをみてわかるように、変調信号の電位がＶ-1もしくはＶ１の時は光出力強度が他の電位の切り替り時等と比べ小さく（Ｐ０）なるため、光信号の光出力強度のグラフの谷となる。変調信号の電位がＶ-1とＶ１との間で切り替わる際には特性曲線上で光出力強度が最大となる電位Ｖ０を経由するため、光信号の光出力強度のグラフの山となる。ここで、光出力強度の山に相当する光信号はパルス列状になっている。変調信号の電位がＶ-1とＶ１との間で変わらない場合は、光出力強度はＰ０のまま変わらない。図６をみてわかるように、変調信号の振幅が２Ｖπより小さければ、ＭＺ型ＬＮ変調器から出力される光信号の位相は同じ（本図ではπ）となる。
【００５０】
波長測定モードの場合は、パイロット信号の極性反転によって、ＡＢＣ回路２５によって自動的に変調器に印加されるバイアス電圧は変化する。ＭＺ型ＬＮ変調器の入力電圧に対する光出力強度特性は正弦曲線であるのでその対称性より、パイロット信号の極性を切り替えた場合には図６に示すように動作点が光出力強度最大の点になるようバイアス電圧が制御される。
【００５１】
すると、ＭＺ型ＬＮ変調器１０１からは同一の位相の光信号しか出力されないので、通信モードで問題になったように干渉縞の山と谷が重なり合い消える事態は生じない。よって、波長を測定できるようになる。本実施形態では極性反転回路を設けるという簡易な構成によって、波長の測定を可能としている。
【００５２】
ここで、厳密には変調信号の振幅が厳密に２Ｖπとなる場合、電位がＶ-1またはＶ１の場合に位相０またはπの光が出力されないため、光路差によって干渉が生じなくなる恐れがある。これに対応するためには、変調信号の振幅を２Ｖπからずらしておくと良い。そうすれば、電位がＶ-1またはＶ１の時も光が出力され、小さいながらも干渉がおこるからである。さらにいえば、変調信号の振幅を２Ｖπより小さくしておくとよい。図６に示す通り出力される光は常に同一の位相となり、干渉縞が弱められることなく計測できるからである。
【００５３】
図６に示すように、光出力強度の最大の点が動作点になるようバイアスを設定した場合、ＭＺ型ＬＮ変調器１０１からの出力光波形はＲＺ−ＯＯＫ（Return to Zero ‐ On Off Keying）変調方式と同様に光出力強度の強弱によって表される。例えば、ＤＰＳＫ送信器の通信モードにおいて論理“１”が光位相変化、論理“０”が光位相無変化である出力論理を選んだ場合には、論理“１”で電気入力のＨｉ／Ｌｏｗが遷移するため光ＯＮ、論理“０”で電気入力のＨｉ／Ｌｏｗは遷移しないため光ＯＦＦとなる、正論理のＲＺ−ＯＯＫ光信号が得られる。逆に、論理“１”が光位相無変化、論理“０”が光位相変化である出力論理を選んだ場合は、論理“１”で光ＯＦＦ、論理“０”で光ＯＮとなる負論理のＲＺ−ＯＯＫ光信号が得られる。後者の場合は、パイロット信号の極性反転に連動して差動エンコーダの出力論理を反転させて論理“１”で電気入力のＨｉ／Ｌｏｗが遷移、論理“０”で遷移しないようにすれば、正論理のＲＺ−ＯＯＫ光信号が得られる。
【００５４】
すなわち、本実施形態の光送信器はパイロット信号の極性を切り替えることによって簡易にＲＺ−ＯＯＫ送信器としても動作する。ＲＺ−ＯＯＫ信号であれば、ＲＺ−ＯＯＫ用光受信器や広く普及しているＮＲＺ―ＯＯＫ用光受信器で受信可能であるので、本機能によってＤＰＳＫ既存の光伝送装置や光測定器等にＤＰＳＫ光送信器を簡単に接続することもできる。
【００５５】
以下では、本実施形態に係るチューナブルＤＰＳＫ光送信器においてチューナブルレーザーを較正する方法について説明する。はじめに、較正が必要な理由について説明する。
たとえば、現在普及しているＤＦＢ（Distributed Feed-Back）アレイ方式のチューナブルレーザーでは、レーザーの温度とレーザーへの注入電流によって波長と光パワーを制御している。波長はチューナブルレーザーモジュール内部に搭載されたたとえばエタロンフィルタなどの波長ロッカーで計測し、光パワーはチューナブルレーザーモジュールに搭載されたモニタ用フォトダイオードまたは変調器モジュールに搭載されたモニタ用フォトダイオードで計測する。光送信器の動作時は、これらの計測した値を用いて波長と光パワーを制御している。この制御を行うには、波長モニタである波長ロッカーおよび光パワーモニタであるモニタ用フォトダイオードで計測した値と実際の波長や光パワーとの関係が予めわかっている必要がある。具体的には、波長ロッカーおよびモニタ用フォトダイオードで計測した値がどの値となったときに光送信器出力の光波長と光パワーが仕様値に対応するかを測定し、波長ロッカーモニタ値と光パワーをモニタするＰＤのモニタ値との制御目標値を決定する。この決定を行うことがチューナブルレーザーの較正である。
【００５６】
したがって、チューナブルレーザーの較正の際には、送信器出力の光波長と光パワーの両方を測定しなくてはならない。従来のＯＯＫ方式においては、送信器出力の光波長と光パワーは同時または順に波長計と光パワーメータとを用いて測定することができる。ＤＰＳＫ方式では通常の動作時には送信器出力の光波長は精度よく測定できないため、まず通常の動作で光パワーを測定し、次に前述のとおりパイロット信号の極性を反転させ光変調器の動作点（バイアス点）を移動させて波長を測定すればよい。再度光パワーを測定する場合には、パイロット信号の極性反転をやめて通常のＤＰＳＫ送信器としての動作に復帰する。
【００５７】
なお、この際には自動バイアス制御をリセットして、動作点の初期値から制御を再開するか、パイロット信号極性反転の直前の動作点を送信器内部に保持しておき、保持した値を初期値に自動バイアス制御を再開することが好ましい。その理由は、バイアス電圧の制御をリセットすることなくパイロット極性の切替えを繰り返した場合には、切替えのたびに変調器バイアス電圧が光出力強度の最大点と最小点とを探して一方向への移動を繰り返し、最後には変調器に印加することのできる電圧の上限または下限に達する恐れがあるからである。
【００５８】
これまでの説明では、波長を測定するためにＭＺ型ＬＮ光変調器の動作点を完全に反転させているが、必ずしも動作点を反転させなくてもよい。バイアス電圧により決まる動作点が光出力強度最小の点からいくらかでもずれていれば、波長を測定することができる。
【００５９】
図７は、波長測定モードにおけるＭＺ型ＬＮ変調器の光出力特性と入出力信号の関係の他の例を示す図である。
【００６０】
本図の左上はＭＺ型ＬＮ変調器１０１のバイアス電圧および変調信号と光出力強度との関係を示す特性曲線のグラフであり、図３で説明したものと同様である。
【００６１】
本図の左下は入力信号のグラフであり、変調信号の振幅の中心となる電位Ｖ０を中心にある振幅で電位が変化する変調信号を表している。グラフの軸は図３と同様である。変調信号の与え方も通信モードと同様である。本図では、動作点が光出力強度最小の点からずれるようにバイアス電圧が制御されている。Ｖ-1とＶ１との電位差は、図３と同じく半波長電圧の２倍である２Ｖπより若干小さい。電位Ｖ-1と電位Ｖ１とで出力される光の位相は互いにπずれている。変調信号の電位がＶ-1とＶ１との間で切り替わる際には、特性曲線の位相πの山の頂上で光出力強度が最大となる。また、動作点が位相πの山にあるので、切り替わる際には位相０の光を出力する期間より位相πの光を出力する期間の方が長い。
【００６２】
本図の右側は、ＭＺ型ＬＮ変調器１０１から出力される光信号の光出力強度を示すグラフである。グラフの軸は図３と同様である。特性曲線との対応をみればわかるように、光出力強度最小の点から始まり光出力強度が最大（Ｐａ）となる小ピークを経た後に、光出力強度がＰｂで安定し、その後再び光出力強度が最大（Ｐａ）となる小ピークを経て光出力強度最小の点で終わる山が位相πの光信号の山であり、光出力強度最小の点から始まり、光出力強度がＰｃとなって安定し、その後光出力強度最小の点で終わる山が位相０の光信号の山である。位相πの光信号は少なくとも位相πの山に二つある小ピークの部分に相当する時間および光出力強度の分、位相０の光信号より光パワーが大きくなっている。これにより、マイケルソン干渉計において同位相の干渉縞と位相がπずれた光の干渉縞とを重ねても、片方の位相（本図ではπ）の干渉縞の光強度の強弱が残る。よって、波長を測定することができる。また、振幅が２Ｖπより小さい場合は、電位Ｖ-1の際の光出力強度Ｐｃより電位Ｖ１の際の光出力強度Ｐｂの方が大きくなるため、これによって位相πの干渉縞が振幅２Ｖπ以上の場合よりも強く残り、より確実に波長を測定することができる。
【００６３】
バイアス制御の具体的な方法としては、例えば、波長測定モードの場合には、ＡＢＣ回路２５の制御によって通信モードでＭＺ型ＬＮ変調器１０１に印加されているバイアス電圧から適当量だけバイアス電圧をシフトした値に固定するという方法がある。なお、さらにバイアス電圧をシフトする直前に印加していたバイアス電圧値を保持する手段を設けておくとよい。解除から復帰する場合に保持したバイアス値を制御の初期値として再設定することで、先の自動バイアス制御に円滑に復帰することができるからである。この方法では、ＤＰＳＫ方式光送信器を簡易的なＲＺ−ＯＯＫ送信器として利用することは難しいものの、レーザー較正時に光送信器出力波長を精度よく測定するという目的は達することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１  光送受信器、２  光送信部、３  光受信部、１１  コネクタ、１２  光出力端子、１３  光入力端子、２１  マルチプレクサ、２２  差動エンコーダ（差動符号化部）、２３  変調器ドライバ、２４  光変調器モジュール、２５  自動バイアス制御回路、２６  チューナブルレーザー、２７  レーザー制御回路、３１  遅延干渉計、３２  バランストＰＤ−ＴＩＡ、３３  制御回路、３４  デマルチプレクサ、４１  データ入力線、４２，４４  クロック線、４３  データ出力線、５１  ハーフミラー、５２  固定ミラー、５３  可動ミラー、５４  受光器、１０１  マッハツェンダ型ＬＮ光変調器、１０２  モニタ用フォトダイオード、１０３  光パワー検出回路、１０４  バイアス電圧発生回路、１０５  パイロット信号発生回路、１０６  パイロット成分検出器、１０７  バイアス計算器、１０８  加算器、１０９  極性反転回路。
【図１】
2010233176.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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