(57)【要約】【課題】変調度の異なる光が極小値および極大値を示すタイミングを一致させることが容易な光出力装置および光出力方法を提供する。【解決手段】光パルス発生装置１０の光変調器１２は、交流電圧端子に印加された交流電圧とバイアス電圧端子に印加されたバイアス電圧とが合成された印加電圧の周期的な変化に応じて、周期的に透過率を変化させて、入力された光を透過率に応じて変調する。位相器１６は、バイアス切換回路１５により切り換えられたバイアス電圧が所定電圧の場合に光変調器１２で変調された光と、バイアス切換回路１５により切り換えられたバイアス電圧が規定電圧の場合に光変調器１２で変調された光とが、極小値および極大値を示すタイミングが一致するよう、バイアス電圧が所定電圧の場合の交流電圧と、バイアス電圧が規定電圧の場合の交流電圧と、の位相差を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧端子に印加された交流電圧とバイアス電圧端子に印加されたバイアス電圧とが合成された印加電圧の周期的な変化に応じて、周期的に透過率を変化させて、入力された光を透過率に応じて変調する光変調部と、
前記バイアス電圧を、前記透過率を所定値に設定する所定電圧と、前記透過率を前記所定値と異なる規定値に設定する規定電圧と、のいずれかに切り換えるバイアス切換部と、
前記バイアス切換部により切り換えられたバイアス電圧が所定電圧の場合に前記光変調部で変調された光と、前記バイアス切換部により切り換えられたバイアス電圧が規定電圧の場合に前記光変調部で変調された光とが、極小値および極大値を示すタイミングが一致するよう、前記バイアス電圧が所定電圧の場合の交流電圧と、前記バイアス電圧が規定電圧の場合の交流電圧と、の位相差を制御する位相制御部と、
を備える光出力装置。
【請求項２】
前記所定電圧は、前記光変調部が最小の透過率を示す値であり、
前記規定電圧は、前記光変調部が最大の透過率を示す値である、
請求項１に記載の光出力装置。
【請求項３】
前記最小から前記最大まで前記透過率が変化するよう、前記印加電圧の振幅を制御する振幅制御部、
を備える請求項２に記載の光出力装置。
【請求項４】
前記位相制御部は、前記バイアス電圧が所定電圧の場合の交流電圧と、前記バイアス電圧が規定電圧の場合の交流電圧と、の位相差を、π／２に制御する、
請求項２または３に記載の光出力装置。
【請求項５】
前記位相制御部は、前記バイアス電圧が所定電圧または規定電圧の何れか一方である場合に、前記交流電圧の位相を、進めるまたは遅らせ、前記バイアス電圧が前記一方とは異なる他方の場合に、前記交流電圧の位相を、変化させない、
請求項４に記載の光出力装置。
【請求項６】
前記光変調部は、マッハツェンダ干渉型の光変調器から構成されている、
請求項１から５のいずれか１項に記載の光出力装置。
【請求項７】
信号入力端子に入力された交流電気信号であるデータ信号の周期的な変化に応じて、周期的に透過率を変化させて、前記光変調部から出力される変調後の光を、更に、透過率に応じて変調する光信号変調部、
を備える請求項１から６のいずれか１項に記載の光出力装置。
【請求項８】
光出力装置の光出力方法であって、
前記光出力装置が、交流電圧端子に印加された交流電圧とバイアス電圧端子に印加されたバイアス電圧とが合成された印加電圧の周期的な変化に応じて、周期的に透過率を変化させて、入力された光を透過率に応じて変調する光変調ステップと、
前記光出力装置が、前記バイアス電圧を、前記透過率を所定値に設定する所定電圧と、前記透過率を前記所定値と異なる規定値に設定する規定電圧と、のいずれかに切り換えるバイアス切換ステップと、
前記光出力装置が、前記バイアス切換ステップにより切り換えられたバイアス電圧が所定電圧の場合に前記光変調ステップで変調された光と、前記バイアス切換ステップにより切り換えられたバイアス電圧が規定電圧の場合に前記光変調ステップで変調された光とが、極小値および極大値を示すタイミングが一致するよう、前記バイアス電圧が所定電圧の場合の交流電圧と、前記バイアス電圧が規定電圧の場合の交流電圧と、の位相差を制御する位相制御ステップと、
を備える光出力方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光出力装置および光出力方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デューティ比が異なる２つのＲＺ（Return-to-Zero）パルス列を出力可能な装置として、特許文献１に記載の光パルス発生装置がある。
【０００３】
この光パルス発生装置は、動作バイアス電圧（直流電圧）と周波数ｆの交流電圧とが合成された駆動電圧に対して偶関数になる周期的な透過率特性を示し、印加された駆動電圧の値に応じて透過率を変化させて、入力された光に透過率に応じた変調を施す光変調器を備えている。そして、光パルス発生装置は、この光変調器に印加する駆動電圧を切り換えることで、デューティ比が異なる周波数２×ｆの２つのＲＺパルス列の出力を可能にしている。
【０００４】
即ち、光パルス発生装置は、透過率を最小にする電圧を動作バイアス電圧とした駆動電圧を、光変調器に印加することで、入力された光に変調を施し、デューティ比が例えば６６％のＲＺパルス列を出力する。また、光パルス発生装置は、透過率を最大にする電圧を動作バイアス電圧とした駆動電圧を、光変調器に印加することで、入力された光に変調を施し、デューティ比が例えば３３％のＲＺパルス列を出力する。
【０００５】
このように、光パルス発生装置は、光変調器に印加する駆動電圧の動作バイアス電圧を、光変調器の透過率を最小にする電圧か、光変調器の透過率を最大にする電圧か、の何れかに切り換えることで、デューティ比が異なる２つのＲＺパルス列の出力を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−８９１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載の光パルス発生装置は、前述の通り、駆動電圧の動作バイアス電圧を、光変調器の透過率を最小にする電圧か、光変調器の透過率を最大にする電圧か、の何れかにしている。よって、駆動電圧が、動作バイアス電圧→最大値→動作バイアス電圧→最小値と変化した場合、透過率を最小にする動作バイアス電圧が光変調器に印加されていれば、光変調器の透過率が、極小値（最小値）→極大値（最大値）→極小値（最小値）→極大値（最大値）の変化を示し、透過率を最大にする動作バイアス電圧が光変調器に印加されていれば、光変調器の透過率が、極大値（最大値）→極小値（最小値）→極大値（最大値）→極小値（最小値）の変化を示す。
【０００８】
このため、動作バイアス電圧を、透過率を最小にする電圧にした場合と、透過率を最大にする電圧にした場合とでは、光変調器から出力される各々のＲＺパルス列の振幅がピーク（極大（最大）および極小（最小））を示すタイミングが、一致しない。
【０００９】
よって、駆動電圧の動作バイアス電圧を、透過率を最小にする電圧と、透過率を最大にする電圧とで切り換えて、光変調器から出力されるＲＺパルス列のデューティ比を切り換える構成の装置で、例えば、出力されたＲＺパルス列とデータ信号とを同期させる場合、データ信号との正しい同期を実現するためには、次のことが必要である。即ち、デューティ比が異なる２つのＲＺパルス列がピーク値（極大値（最大値）および極小値（最小値））を示すタイミングを、一致させる必要がある。ここで、光変調器から出力されるＲＺパルス列は、駆動電圧の周波数ｆの２倍の周波数である。つまり、駆動電圧と比較して周波数が高い。よって、デューティ比が異なるＲＺパルス列が、言い換えれば、変調度の異なる光が、ピーク値（極大値（最大値）および極小値（最小値））を示すタイミングを一致させることが難しいという問題点があった。
【００１０】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、変調度の異なる光が極小値および極大値を示すタイミングを一致させることが容易な光出力装置および光出力方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係る光出力装置の光変調部は、交流電圧端子に印加された交流電圧とバイアス電圧端子に印加されたバイアス電圧とが合成された印加電圧の周期的な変化に応じて、周期的に透過率を変化させて、入力された光を透過率に応じて変調する。バイアス切換部は、バイアス電圧を、透過率を所定値に設定する所定電圧と、透過率を所定値と異なる規定値に設定する規定電圧と、のいずれかに切り換える。位相制御部は、バイアス切換部により切り換えられたバイアス電圧が所定電圧の場合に光変調部で変調された光と、バイアス切換部により切り換えられたバイアス電圧が規定電圧の場合に光変調部で変調された光とが、極小値および極大値を示すタイミングが一致するよう、バイアス電圧が所定電圧の場合の交流電圧と、バイアス電圧が規定電圧の場合の交流電圧と、の位相差を制御する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、変調度の異なる光が極小値および極大値を示すタイミングを一致させることが容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る光パルス発生装置の構成を示す図である。
【図２】光変調器の透過率および駆動信号を示す図である。
【図３】ＲＺパルス列を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る光パルス発生装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１に係る光パルス発生装置１０（光出力装置）は、図１に示すように、半導体レーザ素子１１と、光変調器１２と、発振器１３と、増幅器１４と、バイアス切換回路１５と、位相器１６と、を備える。
【００１５】
半導体レーザ素子１１は、正弦波のレーザ光を所定の波長で出力するレーザダイオードである。半導体レーザ素子１１の出力端子は、導波路（図示せず）の一端に接続されている。導波路の他端は、光変調器１２の入力端子に接続されている。
【００１６】
光変調器１２は、交流電圧端子に印加された周波数ｆの交流電圧とバイアス電圧端子に印加された直流のバイアス電圧とが合成された駆動電圧（印加電圧）の周期的な変化に応じて、周期的に透過率を変化させて、入力されたレーザ光を透過率に応じて変調する。このため、光変調器１２は、バイアス電圧が異なる駆動電圧が印加された場合、変調度が異なるレーザ光を、言い換えれば、デューティ比が異なるＲＺパルス列を出力する。光変調器１２の入力端子は、導波路の一端に接続されている。導波路の他端は、半導体レーザ素子１１の出力端子と接続されている。
【００１７】
また、光変調器１２は、バイアス電圧端子がバイアス切換回路１５に電気的に接続され、交流電圧端子が位相器１６に電気的に接続されている。この接続により、光変調器１２には、バイアス切換回路１５から出力された直流電圧であるバイアス電圧と、位相器１６から出力された周波数ｆの交流電圧と、が印加される。光変調器１２は、印加されたバイアス電圧と印加された交流電圧との合成電圧、即ち、図２に示すような駆動電圧（バイアス電圧を節とする周波数ｆの印加電圧）に応じて透過率を変化させる（透過率の最小値は、ゼロ）。光変調器１２は、例えば、マッハツェンダ干渉計型の光変調器や方向性結合器型の光変調器が例示される。なお、光変調器１２は、駆動電圧に応じて遇関数で変化する透過率特性を示す。
【００１８】
発振器１３は、周波数ｆの交流電圧を出力する。図１に示すように、発振器１３の一端は、増幅器１４の入力端子に接続され、発振器１３の他端は、グランドされている。発振器１３から出力された交流電圧は、増幅器１４に入力される。
【００１９】
増幅器１４は、入力された交流電圧の振幅を、光変調器１２の透過率が最小値から最大値まで変化するような振幅Ｖａに（即ち、最大値から最小値まで透過率が変化するような振幅Ｖａに）、増幅する（図２参照）。言い換えれば、増幅器１４は、入力された交流電圧の振幅を、光変調器１２の透過率が、例えば最小値からその最小値と隣接する最大値まで変化するような振幅Ｖａに、増幅する。
【００２０】
このように、増幅器１４は、交流電圧のピーク−ピーク（Peak-to-Peak）が２Ｖａになるように、入力された交流電圧の振幅を増幅する。増幅器１４の出力端子は、位相器１６の入力端子に接続されている。よって、入力された増幅後の交流電圧、即ち、周波数ｆで振幅Ｖａの交流電圧は、位相器１６に入力される。位相器１６には、バイアス切換回路１５が接続されている。
【００２１】
バイアス切換回路１５は、例えばコンピュータからの切換信号に対応して、バイアス電圧の電圧値を、光変調器１２の透過率を最小にする電圧（光変調器１２が最小の透過率を示す電圧）、或いは、光変調器１２の透過率を最大にする電圧（光変調器１２が最大の透過率を示す電圧）、の何れかに切り換えて出力する。バイアス切換回路１５は、位相器１６および光変調器１２の各電圧端子に接続されている。よって、バイアス切換回路１５から出力されるバイアス電圧は、位相器１６および光変調器１２に入力される。
【００２２】
位相器１６の出力端子は、光変調器１２に接続されている。位相器１６は、バイアス切換回路１５から出力されるバイアス電圧の電圧値が、光変調器１２の透過率を最大にする電圧の場合、入力された交流電圧の位相をπ／２進めて（或いは、π／２遅らせて）、位相を変えた交流電圧を出力する。一方、位相器１６は、バイアス切換回路１５から出力されるバイアス電圧の電圧値が、光変調器１２の透過率を最小にする電圧の場合、入力された交流電圧の位相を変化させることなく、そのまま、入力された交流電圧を出力する。
【００２３】
ここで、バイアス切換回路１５から出力されるバイアス電圧の電圧値が、光変調器１２の透過率を最小にする電圧の場合、光変調器１２に印加される駆動電圧は、図２に示す駆動電圧ＰＢになる。つまり、バイアス電圧の電圧値が、光変調器１２の透過率を最小にする電圧、即ち、バイアス電圧Ａの場合、駆動電圧ＰＢは、光変調器１２の透過率を最小にする電圧値を節とする、振幅Ｖａ、周波数ｆの正弦波を示す。
【００２４】
一方、バイアス切換回路１５から出力されるバイアス電圧の電圧値が、光変調器１２の透過率を最大にする電圧の場合、光変調器１２に印加される駆動電圧は、図２に示す駆動電圧ＱＢになる。つまり、バイアス電圧の電圧値が、光変調器１２の透過率を最大にする電圧、即ち、バイアス電圧Ｂの場合、駆動電圧ＱＢは、光変調器１２の透過率を最大にする電圧値を節とする、振幅Ｖａ、周波数ｆの正弦波を示す。
【００２５】
ここで、図２に示すように、駆動電圧ＰＢによって変化する光変調器１２の透過率がピーク（最大（極大）および最小（極小））を示すタイミングと、駆動電圧ＱＢによって変化する光変調器１２の透過率がピークを示すタイミングとが一致している。
【００２６】
これは、駆動電圧ＰＢのバイアス電圧の値と駆動電圧ＱＢのバイアス電圧の値との違いが、透過率の半周期分に相当するため、駆動電圧ＰＢと駆動電圧ＱＢとの位相差をπ／２にすることで（駆動電圧ＰＢと駆動電圧ＱＢとの位相差を、駆動電圧ＰＢ（または、駆動電圧ＱＢ）の１／４周期分にすることで）、透過率が最小値（極小値）を示すタイミングと、透過率が最大値（極大値）を示すタイミングと、を一致させているためである。
【００２７】
なお、参考として、バイアス切換回路１５から出力されるバイアス電圧の電圧値が、光変調器１２の透過率を最大にする電圧の場合に（バイアス電圧Ｂの場合に）、増幅器１４から出力された交流電圧が、位相器１６を介さず、光強度増幅器１２に直接入力された場合の波形を、駆動電圧ＱＢ’として示す。この駆動電圧ＱＢ’は、光変調器１２の透過率を最大にする電圧値を節とする、振幅Ｖａ、周波数ｆの正弦波である。ここで、駆動電圧ＱＢ’は、位相器１６で交流電圧の位相を変化させていない（駆動電圧ＱＢ’と駆動電圧ＰＱとの位相が一致している）。よって、駆動電圧ＱＢ’によって変化する光変調器１２の透過率がピークを示すタイミングと、駆動電圧ＰＢによって変化する光変調器１２の透過率がピークを示すタイミングとが、一致していない。
【００２８】
上述した駆動電圧ＰＢが光変調器１２に印加された場合、駆動電圧ＱＢが光変調器１２に印加された場合、および駆動電圧ＱＢ’が光変調器１２に印加された場合に、光変調器１２から出力されるＲＺパルス列を、図３に示す。
【００２９】
上述した３つの場合のいずれにおいても、光変調器１２からは、周波数が２×ｆの、具体的には、駆動電圧の２倍の周波数の、ＲＺパルス列が出力される。ここで、駆動電圧の２倍の周波数のＲＺパルス列が出力されるのは、次の理由による。即ち、駆動電圧ＰＢ，ＱＢ，ＱＢ’の振幅Ｖａが、光変調器１２の透過率を例えば最小値から最大値まで変化させる値に設定されているので、駆動電圧ＰＢ，ＱＢ，ＱＢ’が半周期分変化する間に、光変調器１２の透過率が、例えば、最小値から最大値まで変化し、再び最小値になる変化を示すからである。つまり、駆動電圧ＰＢ，ＱＢ，ＱＢ’が半周期分変化する間に、光変調器１２の透過率が、１周期分変化するからである。
【００３０】
光変調器１２に駆動電圧ＰＢが印加されると、光変調器１２は、駆動電圧ＰＢの値に応じて透過率を変化させて、入力されたレーザ光を変調して、デューティ比が例えば約６６％のＲＺパルス列を出力する。光変調器１２に駆動電圧ＱＢが印加されると、光変調器１２は、駆動電圧ＱＢの値に応じて透過率を変化させて、入力されたレーザ光を変調して、デューティ比が例えば約３３％のＲＺパルス列を出力する。
【００３１】
ここで、光パルス発生装置１０は、駆動電圧ＰＢによって変化する光変調器１２の透過率がピーク（最大（極大）および最小（極小））を示すタイミングと、駆動電圧ＱＢによって変化する光変調器１２の透過率がピークを示すタイミングとを、一致させている。よって、光パルス発生装置１０は、光変調器１２に駆動電圧ＰＢが印加された場合のＲＺパルス列がピーク値（極大値（最大値）および極小値（最小値））を示すタイミングと、光変調器１２に駆動電圧ＱＢが印加された場合のＲＺパルス列がピーク値を示すタイミングとを、一致させることができる。
【００３２】
なお、参考として、駆動電圧ＱＢ’が印加された場合に光変調器１２から出力されるＲＺパルス列を示す。このときに出力されるＲＺパルス列がピーク値を示すタイミングと、駆動電圧ＰＢが印加された場合に光変調器１２から出力されるＲＺパルス列がピーク値を示すタイミングとは、一致してない。
【００３３】
上述した通り、実施の形態１の光パルス発生装置１０は、光変調器１２から出力される、デューティ比が異なる２つのＲＺパルス列がピーク値を示すタイミングを、一致させている。光パルス発生装置１０は、この一致を、駆動電圧ＱＢの交流電圧分の位相を位相器１６で変化させることで実現している。ここで、駆動電圧ＱＢは、ＲＺパルス列の周波数ｆの１／２倍の周波数である。言い換えれば、交流電圧の周波数は、ＲＺパルス列の周波数と比べて低い。このように、光パルス発生装置１０は、ＲＺパルス列と比べて周波数が低い交流電圧の位相を変化させるので、ＲＺパルス列の位相を直接変化させる装置と比較して、デューティ比が異なる２つのＲＺパルス列がピーク値を示すタイミングを一致させることが容易である。
【００３４】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係る光パルス発生装置２０は、図４に示すように、実施の形態１の光パルス発生装置１０に、信号用の光変調器１７を新たに設けたものである。よって、図４では、光パルス発生装置１０と同一の構成には同一の番号を付している。
【００３５】
信号用の光変調器１７は、信号入力端子が信号発生器に接続され、バイアス電圧端子がバイアス切換回路１５に接続されている。また、信号用の光変調器１７の入力端子は、光変調器１２の出力端子に接続されている。信号発生器は、交流電気信号である周波数２×ｆのデータ信号を出力する。
【００３６】
信号用の光変調器１７は、信号入力端子に入力されたデータ信号とバイアス電圧端子に印加されたバイアス電圧との合成電圧、即ち、変調信号の周期的な変化に応じて、周期的に透過率を変化させて、入力されたＲＺパルス列に（光変調器１２から出力されたＲＺパルス列に）、ボーレートが２×ｆの変調を施す。その後、信号用の光変調器１７は、変調を施したＲＺパルス列（具体的には、予め定められた閾値以上の強度を示すＲＺパルス列）を出力する。なお、信号用の光変調器１７は、変調信号に対して遇関数で変化する透過率特性を示す（透過率の最小値は、ゼロ）。
【００３７】
このように、光パルス発生装置２０は、信号用の光変調器１７を有するので、光変調器１２から出力されたＲＺパルス列に、データ信号に対応した変調を施すことができる。
【００３８】
上述した通り、実施の形態２の光パルス発生装置２０は、実施の形態１の光パルス発生装置１０と同様に、光変調器１２から出力される、デューティ比が異なる２つのＲＺパルス列がピーク値を示すタイミングを一致させることが容易である。これは、実施の形態２の光パルス発生装置２０が、実施の形態１の光パルス発生装置１０と同様、駆動電圧ＱＢの交流電圧分の位相を位相器１６で変化させることで、光変調器１２から出力される、デューティ比が異なる２つのＲＺパルス列がピーク値を示すタイミングを、一致させているからである。
【００３９】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、この発明は上記の実施の形態に限定されず、種々の変形および応用が可能である。
【００４０】
例えば、光変調器１２および信号用の光変調器１７は、電圧に対して遇関数で変化する透過率特性を示したが、これに限られるものではない。即ち、光変調器１２および信号用の光変調器１７は、電圧に対して奇関数で変化する透過率特性を示してもよい。
【００４１】
また、増幅器１４は、駆動電圧ＰＢ，ＱＢの振幅Ｖａを、光変調器１２の透過率を例えば最小値から最大値まで変化させる値に設定したが、これに限られるものではない。即ち、増幅器１４は、駆動電圧ＰＢ，ＱＢの振幅Ｖａを、光変調器１２の透過率を例えば最小値から最大値まで変化させる値よりも小さく設定してもよい。この場合であっても、光パルス発生装置１０，２０は、光変調器１２から出力される、デューティ比が異なる２つのＲＺパルス列がピーク値（極大値（最大値）および極小値（最小値））を示すタイミングを、容易に一致させることができる。
【００４２】
また、バイアス切換回路１５は、駆動電圧ＰＢのバイアス電圧を、光変調器１２の透過率を最小にする電圧とし、駆動電圧ＱＢのバイアス電圧を、光変調器１２の透過率を最大にする電圧としたが、これに限られるものではない。即ち、例えば、駆動電圧ＰＢのバイアス電圧を、光変調器１２の透過率を所定値にする電圧値とし、駆動電圧ＱＢのバイアス電圧を、所定値と異なる規定値にする電圧値としてもよい。この場合、位相器１６は、光変調器１２から出力される、デューティ比が異なる２つのＲＺパルス列が、ピーク値を示すタイミングが一致するように、言い換えれば、駆動電圧ＰＢによって変化する光変調器１２の透過率がピークを示すタイミングと、駆動電圧ＱＢによって変化する光変調器１２の透過率がピークを示すタイミングとが一致するように、駆動電圧ＰＢと駆動電圧ＱＢとの位相差を制御すればよい。
【００４３】
本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、上述した実施の形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内およびそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。
【符号の説明】
【００４４】
１０，２０              光パルス発生装置
１１                    半導体レーザ素子
１２                    光変調器
１３                    発振器
１４                    増幅器
１５                    バイアス切換回路
１６                    位相器
１７                    信号用の光変調器
【図１】
2014029411.tif 000003
【図２】
2014029411.tif 000004
【図３】
2014029411.tif 000005
【図４】
2014029411.tif 000006