(57)【要約】      （修正有）【課題】ＬＮ結晶を用いた光強度変調器においてｄｃドリフトが発生しても、所定の範囲内で動作させることを可能とする。【解決手段】光導波路３と、変調部と、駆動部と、バイアス供給部６と、を含んで構成される、光強度変調器において、バイアス電圧が予め設定された上限値以上になったときは、強制的に負極性側の安定な動作点となるバイアス電圧に切り換え、またはバイアス電圧が予め設定された下限値以下になったときは、強制的に正極性側の安定な動作点となるバイアス電圧に切り換る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路と、変調部と、駆動部と、バイアス供給部と、を含んで構成される光強度変調器の制御方法であって、
前記光導波路は、分岐導波路と、第１分岐光導波路および第２分岐光導波路と、合成導波路を有しており、
前記分岐導波路は、入射した光を前記第１および第２分岐光導波路に分岐し、
前記合成導波路は、前記第１および第２分岐光導波路からそれぞれ出射する光を合成しおり、
前記変調部は、前記第１および第２分岐光導波路にそれぞれ設けられた第１電極および第２電極を利用して、前記第１および第２分岐光導波路におけるそれぞれの屈折率を制御し、当該屈折率差に応じた周期的な光強度特性を得る構成を有しており、
前記駆動部は、前記変調部がその光強度特性の１周期に対応して変調動作するように、前記第１および第２電極の少なくとも一方に駆動信号を与えており、
前記バイアス供給部は、前記変調部に制御用のバイアス電圧を供給して動作点を調整しており、
前記光強度変調器において、前記バイアス電圧が予め設定された上限値以上になったときは、強制的に負極性側の安定な動作点となるバイアス電圧に切り換え、または前記バイアス電圧が予め設定された下限値以下になったときは、強制的に正極性側の安定な動作点となるバイアス電圧に切り換えることを特徴とする光強度変調器の制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光強度変調器の制御方法において、
前記バイアス電圧が予め設定された上限値以上になったときに切り換える前記動作点は、負極性側で最もゼロに近い動作点とする光強度変調器の制御方法。
【請求項３】
請求項１に記載の光強度変調器の制御方法において、
前記バイアス電圧が予め設定された下限値以下になったときに切り換える前記動作点は、正極性側で最もゼロに近い動作点とする光強度変調器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光強度変調器の制御方法に関し、特にニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）結晶を用いた光強度変調器の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬｉＮｂＯ3結晶が合成されるようになり、その強誘電物性を応用したデバイスが開発されている。特に、ＬｉＮｂＯ3（以下、ＬＮともいう）結晶の電気光学定数の大きいことが注目され、導波路型電気光学デバイスを中心に開発が進められている。
【０００３】
ＬＮ結晶を用いたデバイスとして変調器が挙げられる。ＬＮ変調器は広く光通信で用いられ、光強度変調器と位相変調器の２種類がある。光強度変調器は電気信号を光信号に変換する外部変調器であり、位相変調器は伝搬光の位相を外部電圧で変化させる機能を持ち、光信号の色分散の補正や偏光度の制御に用いられる。
【０００４】
光強度変調器には、ｄｃドリフトと温度ドリフトとが発生する。
永田、箕輪は、光速光通信用ＬｉＮｂＯ3変調器におけるドリフト現象について述べている。
以下、この文献を参考にしながら説明する。
【非特許文献１】永田、箕輪：「光速光通信用ＬｉＮｂＯ3変調器の信頼性」、日本信頼性学会誌，Vol.21. No.2, pp.86-93, 1999
【０００５】
ｄｃドリフトとは、光強度変調器の動作状態において、光出力の変調状態を調整するために、ｄｃバイアスが印加されると、経時的に変調波形の流れる現象のことをいう。
【０００６】
一方、温度ドリフトについて、その原因は非常に複雑だが、以下のようなメカニズムが考えられている。すなわち、ＬＮ結晶の焦電効果によりチップ表面に誘起される電荷や、バッファ層や表面電極を形成したことによる内部応力の温度依存などが、導波路の屈折率を変動させることとなる。その結果、変調波形がドリフトしてしまう現象のことを、温度ドリフトという。
【０００７】
さて、ｄｃドリフトは、ｄｃバイアスを印加することで誘起される現象であるが、元々ｄｃバイアスは、温度ドリフトしてしまう光出力を一定に保つために、印加されるものである。したがって、ｄｃドリフトと温度ドリフトとは、複雑に絡み合っている。
【０００８】
ｄｃドリフトを発生させる物理的なメカニズムは、未だ明らかになっていない。しかし、その挙動は、デバイスを構成する誘電体に関する等価回路で説明できる。図１は、清野らによって示された、最も基本的な等価回路のモデルである。
【非特許文献２】清野  他:ＬｉＮｂＯ3導波路変調器のＤＣドリフト改善の検討、信学技報、OCS95-66, 55/60 (1995)
【０００９】
図１に示したように、ＬＮ変調器は、光導波路を埋設したＬＮ単結晶基板と、それを覆うＳｉＯ2バッファ層や、高周波用表面電極から構成される。これに対応する等価回路を検討すると、初期のドリフトは構成材料の容量Ｃ、長期のドリフトは抵抗Ｒに影響されることがわかる。特に、ＬＮ結晶の抵抗ＲLNが充分に大きくないため、印加したｄｃバイアスがゆっくりと電圧降下し、これが長期ドリフトの主要因となる。また、バッファ層の抵抗ＲBや容量ＣBに依存して、初期ドリフトの方向が変わる。実際の変調器では、このことを利用して、初期に負方向のドリフトを誘起し正方向のドリフトを打ち消すように、バッファ層が設計されている。
【００１０】
一方、ドリフトを低減するには、
・焦電効果を無視できる結晶面を使う、
・誘起された表面電荷を一様分布させるために半導体膜コートする、
・応力分布が一様になるよう対称性の高い導波路／電極パターンを採用する、
・内部応力自体を小さくできる構造／プロセス条件を選ぶ、
などの方法で対処できる。
【００１１】
図２は、ＬＮ光強度変調器について測定された、出力変調波形のピーク位置の温度依存性が示されている。なお測定中、ｄｃバイアスは印加されていない。温度０℃から７０℃の間で、約２．５Ｖ変調波形がドリフトしている。つまり、変調器出力を一定に維持するために印加するｄｃバイアス電圧が、環境温度の変化を反映して、本サンプルでは最大２．５Ｖ変動している。
【００１２】
商用の変調器では、前述の温度ドリフト要因のうち、焦電効果の影響はほとんど除かれており、電極デザインの変更でドリフト量を、図２の一割程度に低減することも可能である。しかし、デバイスの高速化を目指すと、電極を厚くするなど、内部応力の上昇につながる設計が必要で、温度ドリフトを完全に無くすことは難しい。
【００１３】
さて、変調器の変調方式としては、直接変調と外部変調の２方式がある。これらのうち、伝送速度の高速化に対応可能とされる外部変調方式の技術に関しては、例えば特開平０３−２５１８１５号公報や特開２００８−１３４６６３号公報に開示されている。
【特許文献１】特開平０３−２５１８１５号公報
【特許文献２】特開２００８−１３４６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特開平０３−２５１８１５号公報に開示された外部変調器の制御方式では、低周波信号の位相から動作点のドリフト方向を検出し、その方向に応じて外部変調器の動作点をドリフト方向と同じ方向に制御するようにしている。
【００１５】
特開２００８−１３４６６３号公報に開示された光変調器の制御方法では、光変調部から出力される信号光の変化に基づいて、光変調部の動作点ずれを判断し、その動作点ずれが小さくなるように、バイアス供給部を制御することを特徴としている。
【００１６】
上述したように、ＬＮ結晶の用いた変調器では温度ドリフトの問題があり、そのため光出力が変動してしまう。これを防ぐために、ｄｃバイアスは印加される。しかし、このｄｃバイアスを印加することで、ｄｃドリフトが誘起されてしまう。しかもｄｃドリフトが発生すると、ドリフト量が増大することがわかっている。
【００１７】
そこで、特開２００８−１３４６６３号公報では、動作点ずれが小さくなるように制御されている。しかし、動作点のずれの上限値や下限値に関する言及は、何らなされていない。
【００１８】
なお、光コム用の光強度変調器においては、大きなｄｃバイアスが印加されることが多く、ｄｃドリフトも大きくなる、という問題が指摘されている。
【００１９】
本発明は、例えばＬＮ結晶の用いた光強度変調器においてｄｃドリフトが発生しても、所定の範囲内で動作させることを可能とする光強度変調器の制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上述した課題を解決するために、本発明による光強度変調器の制御方法は、
光導波路と、変調部と、駆動部と、バイアス供給部と、を含んで構成される光強度変調器の制御方法であって、
前記光導波路は、分岐導波路と、第１分岐光導波路および第２分岐光導波路と、合成導波路を有しており、
前記分岐導波路は、入射した光を前記第１および第２分岐光導波路に分岐し、
前記合成導波路は、前記第１および第２分岐光導波路からそれぞれ出射する光を合成しおり、
前記変調部は、前記第１および第２分岐光導波路にそれぞれ設けられた第１電極および第２電極を利用して、前記第１および第２分岐光導波路におけるそれぞれの屈折率を制御し、当該屈折率差に応じた周期的な光強度特性を得る構成を有しており、
前記駆動部は、前記変調部がその光強度特性の１周期に対応して変調動作するように、前記第１および第２電極の少なくとも一方に駆動信号を与えており、
前記バイアス供給部は、前記変調部に制御用のバイアス電圧を供給して動作点を調整しており、
前記光強度変調器において、前記バイアス電圧が予め設定された上限値以上になったときは、強制的に負極性側の安定な動作点となるバイアス電圧に切り換え、または前記バイアス電圧が予め設定された下限値以下になったときは、強制的に正極性側の安定な動作点となるバイアス電圧に切り換えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明による光強度変調器の制御方法では、バイアス電圧が、予め設定された上限値または下限値を超えたときに、それぞれ負極側と正極側の安定な動作点で動作するように、バイアス電圧が強制的に切り換えているので、発生するｄｃドリフトを所定の範囲内とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】清野らによって示された、最も基本的なＬＮ変調器における等価回路のモデルである。
【図２】ＬＮ光強度変調器について測定された、出力変調波形のピーク位置の温度依存性を示すグラフである。
【図３】本発明による制御方法が適用可能な光強度変調器の一例を示す図である。
【図４】本発明による制御方法が適用可能なバイアス制御回路の一例を示す図である。
【図５】本発明による制御方法において、動作点の説明をするための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図３に、本発明による制御方法が適用可能な光強度変調器の一例を示す。
光強度変調器１００は、光源１と、入力カプラ２と、光導波路３と、出力カプラ４を備え、さらに発振器５と、バイアス制御回路６とを備えている。
【００２４】
レーザダイオード（ＬＤ）を発光素子とする光源１は、例えば波長１５５０ｎｍの光を出射しており、出射された光は、入力カプラ２を通じて、光導波路３に入射している。
【００２５】
また、発振器５から出力された信号は、前段アッテネータ７１と前段ＲＦアンプ８１とを経由した後２つに分岐され、一方は第１アッテネータ７２と第１ＲＦアンプ８２とを経由して、第１分岐光導波路３１に設けられた第１電極に供給され、他方は移相器９を経由して、第２分岐光導波路３２に設けられた第２電極に供給されている。
【００２６】
さらに、バイアス制御回路６には、光入力のモニタ信号と光出力のモニタ信号とが入力されている。バイアス制御回路６は、それぞれのモニタ信号の電位差から、バイアス電圧が予め設定された上限値以上であるか、または予め設定された下限値以下であるか、を判断する機能を有している。
【００２７】
そしてバイアス制御回路６は、バイアス電圧が、予め設定された上限値以上になったときは強制的に負極性側の安定な動作点となるバイアス電圧に切り換え、または、バイアス電圧が予め設定された下限値以下になったときは強制的に正極性側の安定な動作点となるバイアス電圧に切り換える機能を有している。
【００２８】
具体的には、図４に示すように、バイアス制御回路の入力１と入力２に、それぞれ入力されるモニタ信号から差動アンプ６１により出力される電位差の信号が、予め設定された上限値または下限値とＯＰアンプ６２，６３によって比較している。電位差の信号が、予め設定された上限値または下限値を予め設定した所定時間を超えたときは、それぞれ負極側と正極側の安定な動作点で動作するように、それぞれスイッチ６４，６５をオンにすることによって、バイアス電圧が強制的に切り換えて出力されている。
【００２９】
本発明による光強度変調器の制御方法における、動作点について図５を用いて説明する。図５において、横軸はバイアス電圧を表しており、縦軸は透過率を表している。
ここで、光強度変調器が図中の第二動作点で動作しているとする。光強度変調器では、図中左側から入力された光信号が、この光強度変調器によって変調され、変調された光信号として出射されている。
【００３０】
そして、ｄｃドリフトの発生により、動作点が第二動作点からより高い電圧へとドリフトしていくと、動作点の上限値以上となることも起こりえる。本発明では、動作点が上限値以上になると、図中、負極性側の安定な動作点である第一動作点に、強制的にバイアス電圧に切り換える制御を行っている。さらに、この第一動作点は、負極性側の安定な動作点のうち、最もゼロに近いバイアス電圧であることが好ましい。
【００３１】
動作点がより高い電圧へとドリフトしていく場合には、負極性側の安定な動作点にバイアス電圧に切り換えると、さらに動作点が高い電圧へとドリフトしても、所定の範囲内でより長く光強度変調器を動作させることができるので、好ましい。
【００３２】
また、光強度変調器が図中の第一動作点で動作しているとし、ｄｃドリフトの発生により、動作点が第一動作点からより低い電圧へとドリフトしていくと、動作点が下限値以下になることも起こりえる。本発明では、動作点が下限値以下になると、図中、正極性側の安定な動作点である第二動作点に、強制的にバイアス電圧に切り換える制御を行っている。さらに、この第二動作点は、正極性側の安定な動作点のうち、最もゼロに近いバイアス電圧であることが好ましい。
【００３３】
動作点がより低い電圧へとドリフトしていく場合には、正極性側の安定な動作点にバイアス電圧に切り換えると、さらに動作点が低い電圧へとドリフトしても、所定の範囲内でより長く光強度変調器を動作させることができるので、好ましい。
【００３４】
本発明による光強度変調器の制御方法は、特に光コムを発生させるのに好適な光強度変調器に適用されることが好ましい。
なお、「光コム」とは、いろいろな波長の光が櫛（Comb：コム）の歯のように、等間隔に並んでいるレーザ光のことである。
【００３５】
本発明による光強度変調器の制御方法では、強制的にバイアス電圧を切り換えるので、光強度の変調が瞬間的ではあるが途切れることになる。しかし、光コムの用途であれば、光強度の変調が瞬間的に途切れたとしても、問題となることはないので、本発明を好ましく適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明による光強度変調器の制御方法によれば、ｄｃドリフトの発生により、動作点がドリフトしても、強制的に安定な動作点となるようにバイアス電圧に切り換えているので、光強度変調器を安定して動作させることができる。したがって、本発明による光強度変調器の制御方法は、特にｄｃドリフトの発生しやすい光コムの用途に好ましく利用することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１００  光強度変調器、
１  光源、
２  入力カプラ、
３  光導波路、
３１  第１分岐光導波路、
３２  第２分岐光導波路、
４  出力カプラ、
５  発振器、
６  バイアス制御回路、
６１  差動アンプ、
６２，６３  ＯＰアンプ、
６４，６５  スイッチ、
７１  前段アッテネータ、
７２  第１アッテネータ、
８１  前段ＲＦアンプ、
８２  第１ＲＦアンプ、
９  移相器、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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