(57)【要約】【課題】良好な光パルスを発生させることができる光パルス発生装置を提供する。【解決手段】光変調器は光パルス列を変調信号で変調することで該光パルス列に含まれる光パルスの一部が間引かれ、残りの一部の光パルスからなる変調光パルス列を出力し、出力信号検出部は前記光変調器から出力される前記変調光パルス列の信号を検出し、変位信号出力部は前記光変調器に対するバイアス電圧を変位させる変位信号を出力し、バイアス制御部は前記光パルス列のうち間引かれた光パルスの割合である間引き率に応じて、前記変調光パルス列の平均的な出力を極大又は極小になるように前記光変調器に対するバイアス電圧を制御する。【選択図】図３
2014106498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光パルス列を変調信号で変調することで該光パルス列に含まれる光パルスの一部が間引かれ、残りの一部の光パルスからなる変調光パルス列を出力する光変調器と、
前記光変調器から出力される前記変調光パルス列の信号を検出する出力信号検出部と、
前記光パルス列のうち間引かれた光パルスの割合である間引き率に応じて、前記変調光パルス列の平均的な出力を極大又は極小になるように前記光変調器に対するバイアス電圧を制御するバイアス制御部と、
を備えることを特徴とする光パルス発生装置。
【請求項２】
前記光変調器に対するバイアス電圧を変位させる変位信号を出力する変位信号出力部を備え、
前記バイアス制御部は、
前記出力信号検出部により検出される信号から前記変位信号に対応する成分を抽出し、
前記抽出された成分のレベルが所定のレベルとなるように前記バイアス電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載の光パルス発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光パルス発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ネットワークの大容量化を実現するために光信号を伝送する光ネットワークが普及している。光ネットワークの構成要素として、光パルス列からなる光信号を発生させる光信号発生装置が用いられる。例えば、特許文献１に記載の光信号発生装置は、可変波長光源から出射された連続光をＺカットＬＮ変調器と第１ドライバアンプにより変調し、正弦波状の基本光パルス列を発生させる。発生した基本光パルス列はＸカットＬＮ（Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｎｉｏｂａｔｅ、ニオブ酸リチウム）変調器へ入射され、第２ドライブアンプから出力されたゲート信号を用いて光パルス列を構成するパルスを間引く。パルスを間引くことをパルスピッキング、又は単にピッキングと呼ぶことがある。また、このようなパルスピッキングを行う変調器をパルスピッカと呼ぶことがある。このとき、ゲート信号として基準（ＧＮＤ：Ｇｒｏｕｎｄ）レベルを中心として正負の極性を有する信号を用いる場合、このＸカットＬＮ変調器に印加するバイアスの電圧値（バイアス電圧）を変調曲線の中間点におく。このバイアスは、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ、直流）バイアスと呼ばれる。ゲート信号は、通例、２つの電位の時系列で構成される信号である。２つの電位のうち高い方の電位をピークレベル、低い方の電位をボトムレベルと呼ぶ。ピークレベル、ボトムレベルは、それぞれパルスを間引かずに通過させるＯＮ状態、パルスを間引くＯＦＦ状態に対応している。変調曲線とは、変調器に印加される電圧と光出力の値との間の関係を示す曲線である。光出力の値は、印加される電圧の値によって周期的に変動する。
【０００３】
パルスピッカが発生する光パルス列において、ＯＮ−ＯＦＦ消光比が高いことが望ましい。ＯＮ−ＯＦＦ消光比とは、ＯＮ状態の光出力パワーの、ＯＦＦ状態の光出力パワーに対する比である。即ち、ＯＮ−ＯＦＦ消光比は、生成される光パルス列の品質を示す指標値であり、単に消光比と呼ばれることがある。消光比が高い光パルス列を発生させるためには、ＬＮ変調器に固有に発生するＤＣドリフトに追従して、印加されるバイアス電圧を調整する必要がある。ＤＣドリフトとは、変調曲線の中間点に対応する印加電圧が変化し、それに従って、理想的な光変調出力を得るために印加すべきバイアス電圧が変化する現象である。そこで、例えば、特許文献１に記載の光信号発生装置では、ＬＮ変調器の動作点が常に変調曲線の中間に位置するようにオートバイアスコントローラ（ＡＢＣ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｂｉａｓ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、自動バイアス制御器）を用いてＤＣバイアスを調整する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−６０３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の光信号発生装置では、そのボトムレベルがＧＮＤレベルと等しいかＧＮＤレベルに近似するゲート信号を用いると良好な光パルス列が得られないという問題を生ずることがあった。
ゲート信号を生成する際、ＲＦパルスパターンジェネレータ（ＲＦ−ＰＰＧ：Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｐｕｌｓｅ  Ｐａｔｔｅｒｎ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ、無線周波数パルスパターン発生器）において、様々な周期を有する正弦波を重ね合わせて生成することがある。結果として任意のパルスパターンが出力されるため、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）カップリングをしてもゲート信号のボトムレベルが一様でなく、特に間引く割合（間引き率）が大きい時は、ＧＮＤレベルに近似又は等しくなることがある。例えば、ゲート信号のボトムレベルがＧＮＤレベルであって、バイアス点が変調曲線の中間点である場合には、パルスピッキングがなされて出力される光出力値の消光比が２倍程度となることがある。消光比が２倍程度では、良好な光パルス列が得られているとは言い難い。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、良好な光パルス列を発生させることができる光パルス発生装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、光パルス列を変調信号で変調することで該光パルス列に含まれる光パルスの一部が間引かれ、残りの一部の光パルスからなる変調光パルス列を出力する光変調器と、前記光変調器から出力される前記変調光パルス列の信号を検出する出力信号検出部と、前記光パルス列のうち間引かれた光パルスの割合である間引き率に応じて、前記変調光パルス列の平均的な出力を極大又は極小になるように前記光変調器に対するバイアス電圧を制御するバイアス制御部と、を備えることを特徴とする光パルス発生装置である。
【０００８】
本発明のその他の態様は、上述の光パルス発生装置であって、前記光変調器に対するバイアス電圧を変位させる変位信号を出力する変位信号出力部を備え、前記バイアス制御部は、前記出力信号検出部により検出される信号から前記変位信号に対応する成分を抽出し、前記抽出された成分のレベルが所定のレベルとなるように前記バイアス電圧を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、良好な光パルス列を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る光信号発生装置の概略ブロック図を示す。
【図２】本実施形態に係る第１光変調部の概略ブロック図を示す。
【図３】本実施形態に係る第２光変調部及びバイアス制御部の概略ブロック図を示す。
【図４】印加電圧に応じた光出力の例を示す概念図である。
【図５】パルスピッキングの状態の一例を示す図である。
【図６】パルスピッキングの状態の他の例を示す図である。
【図７】本実施形態の変形例に係る周波数分析回路の概略ブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
本実施形態に係る光パルス発生装置（光信号発生装置１）は、光パルスを発生するパルス光源（本実施形態では、光源１０、第１光変調部２０）と、前記光源と同期し前記光パルスのうち特定の一部の光パルスのみが出力されるように設定された信号パターンを有する変調信号で変調することにより、前記特定の一部の光パルスを出力する変調器（本実施形態では、第２光変調器４１）から構成される光パルス発生器（本実施形態では、第２光変調部４０）と、前記変調器から出力された光パルス列の平均光出力を検出するモニタ素子（本実施形態では、モニタ部８０）と、前記変調器のバイアス点を調整するバイアス制御部（本実施形態では、バイアス制御部９０）と、バイアス制御部に出力する低周波信号であって前記変調信号に重畳するための低周波信号を発生する低周波発生器（本実施形態では、オシレータ８５）と、モニタ素子によって検出された光パルス列の平均光出力信号から前記低周波信号の周波数成分の信号を取り出す信号処理器（本実施形態では、同期検波器９２）とを備えるパルス光発生装置である。そして、該バイアス制御部は、前記信号処理器からの出力を一定に保つことでバイアスを制御し、変調器のバイアス点を最適に保つための制御器（本実施形態では、積分制御回路９３）から構成され、光パルスの発生状態を一定に保つことを特徴とする。
【００１２】
また、本実施形態に係る光パルス発生装置は、上述の光パルス発生装置における信号処理器が、前記光出力を前記低周波信号によって同期検波する同期検波器（本実施形態では、同期検波器９２）であることを特徴とするパルス光発生装置である。
また、本実施形態に係る光パルス発生装置は、上述の光パルス発生装置における信号処理器が、前記光出力を周波数分析して前記低周波信号に対応する周波数の成分を抽出する周波数分析回路（本実施形態では、周波数分析回路９２０）であることを特徴とするパルス光発生装置である。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る光信号発生装置１の概略ブロック図を示す。
光信号発生装置１は、光源１０、第１光変調部２０、分散補償器３０、第２光変調部４０、光パルス圧縮器５０、信号発生器６０、ＲＦ−ＰＰＧ（パターン信号源）７０、光カプラ７５、モニタ部（出力信号検出部）８０、オシレータ（変位信号出力部）８５及びバイアス制御部９０を含んで構成される。
【００１４】
光源１０は、所定の波長の連続光を発生させる、例えばレーザ光源である。光源１０は、例えば、波長１．５５μｍ帯のＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ  Ｆｅｅｄｂａｃｋ、分布帰還型）レーザである。光源１０の出射端は、第1光変調部２０の入射端と光ファイバで接続され、光源１０が発生した光波を第1光変調部２０に出力する。
第１光変調部２０は、光源１０から入力された光波を信号発生器６０から入力された変調信号ＳＩＧ１に基づいて変調させて光周波数コムを生成する。光周波数コムは、光コムとも呼ばれ、多数の高次周波数成分を含む光波である。光周波数コムは、パワースペクトルの周波数特性が櫛型を示すことから名づけられた名称である。光周波数コムの時間領域で示された波形は、変調信号ＳＩＧ１の波形と同期した複数の光パルスからなる光パルス列である。第１光変調部２０は、生成した光パルス列を分散補償器３０に出力する。
光周波数コムは、例えば、波長分割多重方式（ＷＤＭ：Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）、高密度波長分割多重方式（ＤＷＤＭ：Ｄｅｎｓｅ  ＷＤＭ）、直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ：Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）用の光源、量子情報通信用の光源として光通信に応用される可能性がある。また、周波数標準、距離計測（測距）といった計測や光コヒーレンストモグラフィ（ＯＣＴ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｃｏｈｅｒｅｎｃｅ  Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）といった医療等に応用されている。
【００１５】
分散補償器３０は、所定の分散特性を有し、第１光変調部２０から入力された光パルス列を構成する各光パルスの波形を狭窄化し、波形を狭窄化された光パルスからなる光パルス列を第２光変調部４０に出力する。分散補償器３０は、例えば、所定の分散特性を有する光ファイバ、その他の光学素子である。ここで、所定の分散特性とは、長波長（低周波数）の光成分（光パルスの前半部分）に対する群速度がより大きく、短波長（高周波数）の光成分（光パルスの後半部分）に対する群速度が小さい分散特性である。かかる分散特性を有する光ファイバとして、例えば、波長分散が波長１．３μｍ帯でゼロとなり、波長と比例する１．３μｍ帯通信用シングルモードファイバがある。
ところで、第１光変調部２０が生成する光パルスは正弦波状の波形を形成し、この正弦波状の光パルスはチャープを有することがある。チャープとは、光の分散によって生じる波形の広がりである。分散補償器３０において、入力された光パルス列を形成する光パルスのそれぞれは、分散シフトを受けて先鋭化される。そこで、分散補償器３０は、光パルスの時間幅を、例えば数pｓに圧縮することを可能にする。
【００１６】
第２光変調部４０は、分散補償器３０から入力された光パルス列を、ＲＦ−ＰＰＧ７０から入力された変調信号ＳＩＧ２に基づいて変調させることで、該光パルス列を構成する光パルスの一部を間引き、その他の光パルスを残す（パルスピッキング）。第２光変調部４０は、残された一部の光パルスからなる光パルス列（変調光パルス列）を、光カプラ７５を介して光パルス圧縮器５０に出力する。ここで、第２光変調部４０は、バイアス制御部９０から入力されたバイアス信号が示すバイアス電圧値に変調信号ＳＩＧ２が示す電圧値を加算する。第２光変調部４０は、加算した電圧値に基づいて入力された光パルス列を変調させる。第２光変調部４０の構成については後述する。
【００１７】
光パルス圧縮器５０は、第２光変調部４０から入力された光パルス列を、例えば、ＥＤＦＡ（Ｅｒｂｉｕｍ  Ｄｏｐｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ、エルビウム添加光ファイバ増幅器）を用いて増幅する。
光パルス圧縮器５０は、増幅した光パルス列を構成する光パルスのパルス幅を狭めながらピークパワーを増大させることで、該光パルスを断熱圧縮（ソリトン圧縮）する。断熱圧縮において、光パルス圧縮器５０は、例えば、高非線形ファイバと高分散ファイバを交互に接続して構成されたファイバモジュールを用いる。
光パルス圧縮器５０は、断熱圧縮した光パルスからなる光パルス列を増幅し、増幅した光パルス列を出射する。これにより要求される出力パワーを有する光パルス列が得られる。なお、断熱圧縮によりパルス幅が圧縮（例えば、１個当たり０．２ｐｓ）されているため、光パルス列を増幅するために広帯域（例えば、パルス幅が０．２ｐｓのとき、帯域幅は約４０ｎｍ）で入力光を増幅することができる増幅器を備えることが望ましい。
このように時間的に非常に短いパルスは、超短パルス（Ｕｌｔｒａｓｈｏｒｔ  Ｐｕｌｓｅ）と呼ばれる。超短パルスは、光時分割多重方式（ＯＴＤＭ：Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）等の光源として光通信に応用される。また、超短パルスは、測距、テラヘルツ（ＴＨｚ）分光用の光源、非線形顕微鏡用の光源として計測、その他に応用される。
【００１８】
信号発生器６０が変調信号ＳＩＧ１を出力する出力端は、第１光変調部２０の入力端とＲＦ−ＰＰＧ７０の入力端にそれぞれ接続されている。信号発生器６０は、所定の周波数の変調信号ＳＩＧ１（例えば、正弦波）を生成し、生成した変調信号ＳＩＧ１を分配器２２に出力する。変調信号ＳＩＧ１は、例えば、その周波数が無線周波数（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）に相当するＲＦ信号である。信号発生器６０は、第１光変調部２０及びＲＦ−ＰＰＧ７０にそれぞれ変調信号ＳＩＧ１を出力する。
【００１９】
ＲＦ−ＰＰＧ７０は、信号発生器６０から入力された変調信号ＳＩＧ１と同期した変調信号ＳＩＧ２を生成する。ＲＦ−ＰＰＧ７０の出力端は、第２光変調部４０の入力端とバイアス制御部９０の入力端に接続され、生成した変調信号ＳＩＧ２を第２光変調部４０及びバイアス制御部９０に出力する。
変調信号ＳＩＧ２は、上述したように変調信号ＳＩＧ１に基づいて生成された光パルス列を構成する一部の光パルスを間引くために用いられる信号であり、上述のゲート信号に相当する。変調信号ＳＩＧ２は、例えば、予め定めた電圧値（ボトムレベル：例えば、−１Ｖ）と当該電圧値よりも高い予め定めた電圧値（ピークレベル：例えば、＋１Ｖ）の電圧値の変化を示す時系列からなる電気信号である。低電圧値をとる区間は、光パルスを間引く区間を示し、高電圧値をとる区間は光パルスを間引かずに残す区間を示す。
【００２０】
また、変調信号ＳＩＧ１と変調信号ＳＩＧ２が同期しているとは、変調信号ＳＩＧ２の周波数が変調信号ＳＩＧ１の周波数と等しい、又は変調信号ＳＩＧ１の周波数の整数分の１であることを意味する。例えば、ＲＦ−ＰＰＧ７０は、変調信号ＳＩＧ１と、変調信号ＳＩＧ１を周波数逓倍した信号を、それぞれ異なる重み係数を用いて重み付き加算して変調信号ＳＩＧ２を生成する。ＲＦ−ＰＰＧ７０は、重み付き加算において用いられる重み係数のセットを変更することで、その重み係数のセットに応じた電圧値の時系列（パターン形状）を有する変調信号ＳＩＧ２を生成する。
なお、ＲＦ−ＰＰＧ７０は、上述のように信号発生器６０と別個に構成されていてもよいし、一体化されていてもよい。
【００２１】
光カプラ７５は、第２光変調器から入力された光パルス列の一部（例えば、入力パワーの５％）を分岐してモニタ部８０に出力し、入力された光パルス列の残りの大部分（例えば、入力パワーの９５％）を通過させて光パルス圧縮器５０に出力する。分岐される光パルス列のパワーを、通過される光パルス列のパワーよりも小さくすることによって、分岐されることによるパワーの損失を低減する。
【００２２】
モニタ部８０の入力端は、光カプラ７５の出力端に接続され、光カプラ７５から光パルス列が入力される。モニタ部８０は、入力された光パルス列のパワーをモニタし、このパワーに比例する電圧値を示す検出信号を生成し、生成した検出信号が示す電圧値の時間平均をとって得られる時間平均値（検出電圧値）Ｖｐｄを示す検出信号を生成する。即ち、この検出電圧値Ｖｐｄは、第２光変調部４０から出力される光パルス列（変調光パルス列）のパワーの時間平均値（平均光出力）に比例する値である。
モニタ部８０は、光パルス列のパワーをモニタする部材として、例えば、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム等の半導体からなるフォトダイオード（ＰＤ：ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）素子を備える。時間平均値をとる際の時間幅（平均時間）は、例えば、約１μｓ〜１００μｓである。モニタ部８０は、生成した検出信号をバイアス制御部９０に出力する。
【００２３】
オシレータ８５は、所定の振幅で周期的に変位する電圧値を有するディザー信号（変位信号）を生成する。該電圧値が変位する周波数は、変調信号ＳＩＧ１、ＳＩＧ２の周波数や積分制御回路９３（後述）における積分時間の逆数よりも十分に低い周波数（例えば、１ｋＨｚ）である。当該電圧値の振幅は、ＤＣ４５（後述）が生成する直流バイアス信号の電圧値よりも小さい値である。これにより、第２光変調部４０から出力される光パルス列において該ディザー信号によって伝送される光信号の品質（例えば、消光比）の劣化を抑制する。該電圧値の波形は、該電圧値が周期的に変位することを示す波形、例えば、正弦波、矩形波、三角波、等のうちのいずれであってもよい。オシレータ８５は、生成したディザー信号を同期検波器９２（後述）及び加算器４６（後述）に出力する。
【００２４】
バイアス制御部９０は、第２光変調部４０において間引かれる光パルスの割合である間引き率に応じて、モニタ部８０から入力された検出信号が示す検出電圧値Ｖｐｄが極小化又は極大化されるようにバイアス電圧を定める。ここで、バイアス制御部９０は  、その時間変動がゼロに近似されるように検出電圧値Ｖｐｄを制御する。この制御された検出電圧値Ｖｐｄを与えるバイアスの変動成分（変動バイアス電圧）が定められる。バイアス制御部９０は、定めた変動バイアス電圧を示す制御信号を生成し、生成した制御信号を第２光変調部４０に出力する。バイアス制御部９０の構成については後述する。
【００２５】
次に、第１光変調部２０の構成について説明する。
図２は、本実施形態に係る第１光変調部２０の概略ブロック図を示す。
第１光変調部２０は、第１光変調器２１、分配器２２、振幅増幅器２３、可変振幅増幅器２４及びＤＣ２５を含んで構成される。
なお、第１光変調部２０は、光源１０と一体化されていてもよいし、別個に構成されていてもよい。
【００２６】
第１光変調器２１は、入力導波路２１１、２つの分岐導波路２１２Ａ、２１２Ｂ、出力導波路２１３、２つの変調電極２１４Ａ、２１４Ｂ、及びバイアス電極２１５を含んで構成される。
入力導波路２１１の一端には入射端が備えられており、該入力端は光源１０の出力端に接続され、光源１０が出力する光波が入力される。入力導波路２１１の他端は、２つの分岐導波路２１２Ａ、２１２Ｂのそれぞれの一端に接続され、入力された光波を分岐導波路２１２Ａ、２１２Ｂのそれぞれに分岐する。
分岐導波路２１２Ａ、２１２Ｂは、それぞれその他端が出力導波路２１３の一端に接続されている。出力導波路２１３の他端は出射端と接続され、当該出射端は、分散補償器３０の入射端と光ファイバで接続されている。入力導波路２１１、２つの分岐導波路２１２Ａ、２１２Ｂ及び出力導波路２１３は、マッハツェンダー型干渉計を構成している。
【００２７】
変調電極２１４Ａは、分岐導波路２１２Ａ上に形成され、変調電極２１４Ｂは、分岐導波路２１２Ｂ上に形成されている。
変調電極２１４Ａ、２１４Ｂには、それぞれ振幅増幅器２３で増幅された変調信号ＳＩＧ１と可変振幅増幅器２４で増幅された変調信号ＳＩＧ１による電圧が印加され、分岐導波路２１２Ａ、２１２Ｂに電界を生じる。
バイアス電極２１５は、分岐導波路２１２Ｂ上に形成され、ＤＣ２５からバイアス信号（ＤＣバイアス）による電圧が印加されることによって、分岐導波路２１２Ｂに電界を生じる。
【００２８】
ここで、第１光変調器２１では、例えば、ＺカットＬＮ基板上に各導波路と電極を形成されていてもよい。ＺカットＬＮ基板とは、ＬＮからなる基板であって、ＬＮの結晶光学軸が基板表面に垂直な方向になるように基板を切り出してあり、基板表面に垂直な方向に電界を印加する基板である。基板表面に垂直な方向に電界が印加されることにより最も効果的に光変調が行なわれる。この構成により、第１光変調器２１において、分岐導波路２１２Ａ、２１２Ｂを伝搬する光波の位相が独立に制御される。
第１光変調器２１は、ＬＮを用いて構成された変調器に限らず、その他の電気光学効果を有する物質を用いて構成された光変調器であってもよい。
本実施形態では、電気光学効果を有する物質として、例えば、次の物質を用いることができる；タンタル酸リチウム（ＬＴ：Ｌｉｔｈｉｕｍ  Ｔａｎｔａｌａｔｅ、（ＬｉＴａＯ３））等の強誘電体結晶、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ：Ｌｅａｄ  Ｌａｎｔｈａｎｕｍ  Ｚｉｒｃｏｎａｔｅ  Ｔｉｔａｎａｔｅ（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）等のセラミクス、シリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ（Ｓｉ））半導体、リン化インジウム（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ（ＩｎＰ））やその派生物であるリン化インジウムガリウム（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ（ＩｎＧａＰ））、リン化ガリウムアルミニウムインジウム（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｇａｌｌｉｕｍ  Ａｌｕｍｉｎｕｍ  Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ（ＩｎＧａＡｌＰ））、砒化インジウムガリウム（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｇａｌｌｉｕｍ  Ａｒｓｅｎｉｄｅ（ＩｎＧａＡｓ））、砒化リン化インジウムガリウム（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｇａｌｌｉｕｍ  Ａｒｓｅｎｉｄｅ  Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ（ＩｎＧａＡｓＰ））、等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、など。
【００２９】
分配器２２の入力端は、信号発生器６０の出力端に接続され、信号発生器６０から変調信号ＳＩＧ１が入力される。分配器２２の出力端は、振幅増幅器２３の入力端と可変振幅増幅器２４の入力端に接続され、入力された変調信号ＳＩＧ１を振幅増幅器２３及び可変振幅増幅器２４に出力する。
振幅増幅器２３の入力端は、分配器２２の出力端に接続され、分配器２２から変調信号ＳＩＧ１が入力される。振幅増幅器２３は、入力された変調信号ＳＩＧ１を所定の増幅率で増幅させて変調信号ＳＩＧ１の振幅を調整する。振幅増幅器２３は振幅を調整した変調信号ＳＩＧ１を変調信号ＳＩＧ１ａとして、その電圧を変調電極２１４Ａに印加する。
【００３０】
可変振幅増幅器２４の入力端は、分配器２２の出力端に接続され、分配器２２から変調信号ＳＩＧ１が入力される。可変振幅増幅器２４は、入力された変調信号ＳＩＧ１を所定の増幅率で増幅させて変調信号ＳＩＧ１の振幅を調整する。可変振幅増幅器２４は振幅を調整した変調信号ＳＩＧ１を変調信号ＳＩＧ１ｂとして、その電圧を変調電極２１４Ｂに印加する。可変振幅増幅器２４において、増幅率は調整可能である。振幅増幅器２３と可変振幅増幅器２４における増幅率は、例えば、変調度差分ΔＡが０．５πとなるように定められている。変調度差分ΔＡとは、変調電極２１４Ａにより分岐導波路２１２Ａの伝搬光に与えられる位相変調の振幅Ａ１から変調電極２１４Ｂにより分岐導波路２１２Ｂの伝搬光に与えられる位相変調の振幅Ａ２が差し引かれた値である。
【００３１】
ＤＣ２５は、所定の電圧値を有する直流のバイアス信号（ＤＣバイアス）を生成し、生成したＤＣバイアスによる電圧をバイアス電極２１５に印加する直流電源である。該バイアス電圧は、位相差Δθが０．５πとなるように定められている。位相差Δθは、分岐導波路２１２Ａと分岐導波路２１２Ｂを伝搬することにより発生する伝搬光の位相差であり、バイアス電極２１５にバイアス電圧が印加されていない時の位相差がないものとして、バイアス電極２１５に印加されるバイアス電圧により分岐導波路２１２Ｂの伝搬光に与えられる位相Ｂ２の極性を反転した値に相当する。
変調度差分ΔＡ、位相差Δθがともに０．５πという条件は、歪がない光パルス列が得られる条件の１つである（例えば、特開２００７−２４８６６０号公報）。この関係を満たすことで、第１光変調部２０は、スペクトル包絡が平坦な光周波数コムを発生することができる。
【００３２】
図３は、本実施形態に係る第２光変調部４０及びバイアス制御部９０の概略ブロック図を示す。
第２光変調部４０は、第２光変調器４１、位相調整器４３、ドライバアンプ４４、ＤＣ４５及び加算器４６を含んで構成される。
【００３３】
第２光変調器４１は、入力導波路４１１、２つの分岐導波路４１２Ａ、４１２Ｂ、出力導波路４１３、変調電極（光変調部）４１４、及びバイアス電極（位相制御部）４１５を含んで構成される。
入力導波路４１１の一端には入射端が備えられており、該入射端は分散補償器３０の出力端に接続され、分散補償器３０が出力する光パルス列が入力される。入力導波路４１１の他端は、２つの分岐導波路４１２Ａ、４１２Ｂのそれぞれの一端に接続され、入力された光波を分岐導波路４１２Ａ、４１２Ｂのそれぞれに分岐する。
分岐導波路４１２Ａ、４１２Ｂは、それぞれその他端が出力導波路４１３の一端に接続されている。出力導波路４１３の他端は出射端と接続され、当該出射端は、光カプラ７５を介して光パルス圧縮器５０の入射端と光ファイバで接続されている。入力導波路４１１、２つの分岐導波路４１２Ａ、４１２Ｂ及び出力導波路４１３は、マッハツェンダー型干渉計を構成している。
【００３４】
変調電極４１４は、分岐導波路４１２Ａと分岐導波路４１２Ｂとの間に形成され、ドライバアンプ４４で増幅された変調信号ＳＩＧ２による電圧が印加され、分岐導波路４１２Ａ、４１２Ｂに電界を生じる。
バイアス電極（位相制御部）４１５は、分岐導波路４１２Ａと分岐導波路４１２Ｂとの間に形成され、加算器４６から出力されたバイアス信号による電圧が印加されることで分岐導波路４１２Ａ、４１２Ｂに電界を生じる。
【００３５】
第２光変調器４１は、例えば、ＸカットＬＮ基板上に各導波路と電極を形成したＬＮ変調器である。ＸカットＬＮ基板とは、ＬＮからなる基板であって、ＬＮの結晶光学軸が基板表面に平行になるように基板を切り出してあり、基板表面に平行な方向に電界を印加する基板である。各導波路への電界を揃えることができるので、プッシュプル駆動が可能となるためチャープの発生をゼロにすることができる。プッシュプル駆動とは、各導波路を伝搬する光波にそれぞれ等しい位相変化を加えることであり、プッシュプル変調とも呼ばれる。本実施形態では、プッシュプル駆動が可能であれば、かかる構成には限られない。
【００３６】
第２光変調器４１において、ＸカットＬＮ基板の代わりに第１光変調器２１（図２）と同様にＺカットＬＮ基板を用いてもよい。ＺカットＬＮ基板を用いた場合、チャープが発生するが２つの分岐導波路の一方（例えば、分岐導波路４１２Ａ）に信号電極を設け、他方（例えば、分岐導波路４１２Ｂ）に接地電極を設けて変調電極４１４を形成することで、チャープ量を抑制することができる。
なお、第２光変調器４１は、ＬＮを用いて構成された変調器に限らず、前述した電気光学効果を有する物質を用いて構成された光変調器であってもよい。
【００３７】
位相調整器４３の入力端は、ＲＦ−ＰＰＧ７０の出力端に接続され、ＲＦ−ＰＰＧ７０から変調信号ＳＩＧ２が入力される。位相調整器４３は、所定の位相調整量で入力された変調信号ＳＩＧ２の位相を調整する。位相調整器４３は位相を調整した変調信号ＳＩＧ２をドライバアンプ４４に出力する。該位相調整量は、第２光変調器４１に分散補償器３０から入力される光パルス列の位相と、ＲＦ−ＰＰＧ７０から入力される変調信号ＳＩＧ２の位相が一致するように予め定めておく。
【００３８】
ドライバアンプ４４の入力端は、位相調整器４３の出力端に接続され、位相調整器４３から変調信号ＳＩＧ２が入力される。ドライバアンプ４４は、入力された変調信号ＳＩＧ２を所定の増幅率で増幅させて変調信号ＳＩＧ２の振幅を調整する。ドライバアンプ４４は、振幅を調整した変調信号ＳＩＧ２の電圧を変調電極４１４に印加する。
【００３９】
ＤＣ４５は、所定の電圧値を有するＤＣバイアスを生成し、生成したＤＣバイアスを加算器４６に出力する。
加算器４６には、ＤＣ４５から入力されたＤＣバイアスと、オシレータ８５から入力されたディザー信号と、極性反転部９４から入力された制御信号とが入力される。加算器４６は、入力されたＤＣバイアス、ディザー信号及び制御信号それぞれの電圧値を加算することにより重畳し、重畳した電圧値を有するバイアス信号を生成する。加算器４６は、生成したバイアス信号によるバイアス電圧をバイアス電極４１５に印加する。
【００４０】
次に、バイアス制御部９０の構成について説明する。
バイアス制御部９０は、同期検波器９２、積分制御回路９３及び極性反転部９４を含んで構成される。
【００４１】
同期検波器９２は、モニタ部８０から入力された検出信号について、オシレータ８５から入力されたディザー信号の周波数で同期検波を行い、ディザー信号と相関を有する変位成分を抽出する。抽出した変位成分の電圧値を検出電圧値Ｖｐｄと呼ぶ。検出電圧値Ｖｐｄは、平均光出力に与えられた変位の振幅や位相を示す。
同期検波器９２は、例えば、該検出信号が有する検出電圧値Ｖｐｄの波形とディザー信号の電圧値の波形を乗算し、乗算によって得られた電圧値の波形のうち不要成分をフィルタリングによって除去する。不要成分とは、変位成分として期待されていない周波数帯域の成分である。これにより、検出信号からディザー信号との相関がない成分が除去されて変位成分が抽出される。
同期検波器９２は、抽出した変位成分の電圧値（変位電圧値Ｖｖａｒ）を示す変位電圧信号を生成し、生成した変位電圧信号を積分制御回路９３に出力する。
【００４２】
変位電圧値Ｖｖａｒは、平均光出力が極大値又は極小値をとるとき０Ｖとなる。他方、バイアス電極４１５に印加されるバイアス電圧が理想的な電圧（バイアス点）から変動すると、平均光出力が増加又は減少し、これに応じて変位電圧値Ｖｖａｒも０Ｖとは有意に異なる値をとる。この有意に異なる値はバイアス電圧が変動する方向に対応した極性を有する。つまり、バイアス電圧が増加して平均光出力が増加する場合には変位電圧値Ｖｖａｒは正の値をとり、バイアス電圧が減少して平均光出力が減少する場合には変位電圧値Ｖｖａｒは負の値をとる。
【００４３】
積分制御回路９３の入力端は同期検波器９２の出力端に接続され、同期検波器９２から変位電圧信号が入力される。積分制御回路９３は、入力された変位電圧信号が示す変位電圧値Ｖｖａｒを予め定めた期間（積分時間）にわたり積分する。積分制御回路９３は、積分して得られた積分値に予め定めた係数ｋｉを乗じた値と、変位電圧値Ｖｖａｒに係数ｋｉとは別個の予め定めた係数ｋｐを乗じた値とを合成した値を制御電圧として定める。積分制御回路９３は、定めた制御電圧を示す制御信号を生成し、生成した制御信号を極性反転部９４に出力する。
【００４４】
積分制御回路９３は、例えば、オペアンプ（演算増幅器）、コンデンサ及び抵抗素子を有する積分回路を含んで構成されてもよい。その場合、係数ｋｉ、ｋｐや積分時間の目安になる時定数は、該コンデンサの容量や該抵抗素子の抵抗値といった回路定数に基づいて与えられる。また、係数ｋｉ、ｋｐは、上述したバイアス電極４１５に印加するバイアス電圧について負帰還特性を有するように予め定めておく。積分時間は、変調信号ＳＩＧ１、ＳＩＧ２の周波数に係る周期よりも十分に長く、かつ、ディザー信号の周波数にかかる周期よりも短い時間であればよい。
【００４５】
このように、バイアス電極４１５、モニタ部８０及びバイアス制御部９０は、出力導波路４１３からの光出力のパワーに基づく検出電圧値Ｖｐｄについて、ディザー信号と相関を有する成分である変位電圧値Ｖｖａｒを制御する制御系を構成する。該制御系は、変位電圧値Ｖｖａｒを所定のレベル（目標値）、例えば０に制御するＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ、比例積分）制御系を構成する。これにより、平均光出力の変動が最小化されるように、即ち平均光出力が極大又は極小となるようにバイアス電圧が制御される。ここで、所定のレベルとは、必ずしも特定の値に限らず、その特定の値から予め定めた範囲内にある値や、時間経過に応じて特定の値もしくはその特定の値から予め定めた範囲に収束する傾向を有する値も含まれる。
【００４６】
極性反転部９４は、電圧値の極性を反転する反転回路（図示せず）を備え、光パルスの間引き率に基づいて積分制御回路９３から入力された制御信号が示す制御電圧の極性を反転するか否かを判定する。極性を反転しないと判定した場合には、極性反転部９４は、制御電圧の極性を反転せずに、入力された制御信号を加算器４６に出力する。極性を反転すると判定した場合には、極性反転部９４は、制御電圧をこの反転回路に入力して極性を反転させ、極性が反転した制御電圧を有する制御信号を生成する。極性反転部９４は、生成した制御信号を加算器４６に出力する。
【００４７】
極性反転部９４は、例えば、ＲＦ−ＰＰＧ７０から入力された変調信号ＳＩＧ２が示す間引き率に基づいて極性を反転するか否かの判定を行う。間引き率は、所定時間において間引かれる光パルスの数を、光パルスの総数で正規化した値である。従って、変調信号ＳＩＧ２の電圧値がボトムレベルをとる時間の割合が間引き率に相当する。極性反転部９４は、例えば、低域通過フィルタ（図示せず）を備え、変調信号ＳＩＧ２を該低域通過フィルタに入力してその電圧値を平均した平均化信号を生成する。該平均化信号が示す平均電圧値は、間引き率に対して線形に変化する値である。間引き率が０である場合には、該平均電圧値は最大となり、間引き率が１００％である場合には、該平均電圧値は最小となる。該低域通過フィルタは、例えば、コンデンサや抵抗素子を備えたアナログの低域通過フィルタであってもよいし、複数の遅延器と加算器を備えたディジタルの低域通過フィルタであってもよい。
【００４８】
極性反転部９４は、該平均電圧値が所定の判定閾値よりも大きいか、もしくは小さいかを判定し、判定閾値よりも大きい場合には制御電圧が負値となるようにその極性を反転するか否かを判定する。つまり、極性反転部９４は、変位バイアス電圧が正値である場合には、その極性を反転すると判定し、制御電圧が負値である場合には、その極性を反転しないと判定する。
他方、極性反転部９４は、該平均電圧値が所定の判定閾値よりも小さい場合には制御電圧が正値となるようにその極性を反転するか否かを判定する。つまり、極性反転部９４は、制御電圧が正値である場合には、その極性を反転すると判定し、制御電圧が負値である場合には、その極性を反転しないと判定する。
【００４９】
判定閾値とは、間引き率が５０％である場合に得られる変調信号ＳＩＧ２の電圧値の平均電圧値である。これにより、間引き率が５０％よりも大きい場合、即ち、間引かれる光パルスの方が残される光パルスよりも多いならば、ディザー信号を与えることによる平均光出力変動を０に近似、つまり最小化することで平均光出力を極小にすることができる。他方、間引き率が５０％よりも小さい場合、即ち、間引かれる光パルスの方が残される光パルスよりも少ないならば、平均光出力の変動を０に近似することで平均光出力を極大にすることができる。このようにして、変調信号ＳＩＧ２及び制御電圧の極性を考慮して、平均光出力を極小に制御するか、又は極大に制御するかを切り替えることができる。
【００５０】
（光出力の例）
次に、印加電圧に応じた光出力の例について説明する。
図４は、印加電圧に応じた光出力の例を示す概念図である。
図４左上において、横軸は第２光変調器４１への印加電圧を示し、縦軸は前記印加電圧に対応した第２光変調部４０の透過率、すなわち入力光量が一定の時に第２光変調部４０から出力される光出力を示す。
図４左上に示されている曲線は、変調曲線Ｃｍｏｄである。変調曲線Ｃｍｏｄは、光出力が印加電圧によって周期的に変化し、正弦曲線に近似される。変調曲線Ｃｍｏｄにおいて、光出力の最大値、最小値は、それぞれＰＯＮ，０、ＰＯＦＦ，０であり、印加電圧の周期は２・Ｖπである。ここで、ＰＯＦＦ，０は０である。
【００５１】
例えば、ＤＣ４５が供給するＤＣバイアスの電圧値が、変調曲線Ｃｍｏｄの中間点、つまり、光出力の中央値ＰＯＮ，０／２を与える電圧ＶＢ，０であるとする。また、変調電極４１４が生じる電界によってバイアス電極４１５においてＤＣバイアスと重畳される電圧の振幅Ｖπがドライバアンプ４４を用いて一定に調整されているものとする。重畳される電圧が−Ｖπ／２（ボトムレベル）から＋Ｖπ／２（ピークレベル）までの幅Ｖπの範囲で変動すると、光出力は、その最小値ＰＯＦＦ，０から最大値ＰＯＮ，０まで変動し、変動幅が最大となる。このとき、消光比ＰＯＮ，０／ＰＯＦＦ，０が最大となる。つまり、ＤＣバイアスの電圧値の最適値は、変調曲線Ｃｍｏｄの中間点である電圧ＶＢ，０が最適値である。
【００５２】
変調信号ＳＩＧ２は、そのパターン形状によってボトムレベルが異なることがある。例えば、ＤＣバイアスと重畳される電圧が０（ボトムレベル）又はＶπ（ピークレベル）となるように、変調曲線Ｃｍｏｄの極大点（ピーク部）を与える電圧ＶＢ，１を中心とする値になることがある。その場合には、光出力は、中央値ＰＯＮ，０／２のまま変動しないため、バイアス電圧を変調曲線Ｃｍｏｄの極小点（ボトム部）を与える電圧に制御することが望ましい。
逆に、ＤＣバイアスと重畳される電圧が−Ｖπ（ボトムレベル）又は０（ピークレベル）となるように、変調曲線Ｃｍｏｄの極小点（ボトム部）を与える電圧を中心にとする値になることがある。その場合にも、光出力は、中央値ＰＯＮ，０／２のまま変動しないが、バイアス電圧を変調曲線Ｃｍｏｄの極大点（ピーク部）を与える電圧に制御することが望ましい。
【００５３】
しかし、変調信号ＳＩＧ２のボトムレベルが変化する場合には、バイアス電圧の調整が困難になる。例えば、個々の変調信号ＳＩＧ２のパターン形状毎に予めバイアス電圧を記憶しておき、入力された変調信号ＳＩＧ２のパターン形状に応じてバイアス電圧を調整することは非常に煩雑であり実用性に乏しい。
そこで、本実施形態では、パルスピッキング後の光パルス列の平均光出力をモニタし、その平均光出力が最大もしくは最小になるようにバイアス電極２１５に印加するバイアス電圧を調整する。これにより、煩雑な処理を行わずにバイアス電圧を最適値に調整することができる。
【００５４】
次に、変調信号ＳＩＧ２が変調電極４１４に印加される場合の光出力の例について説明する。
図４左下において、縦軸は時刻、横軸は電圧を示す。図４左下に示されているラインｖ０、ｖ１は、それぞれ変調信号ＳＩＧ２の電圧値にＤＣバイアスによるバイアス電圧ＶＢ，０が重畳した電圧値、変調信号ＳＩＧ２の電圧値にバイアス電圧ＶＢ，１が重畳した電圧値を示す。変調信号ＳＩＧ２のボトムレベルの電圧値、トップレベルの電圧値は、それぞれ−Ｖπ／２、＋Ｖπ／２である。ラインｖ０、ｖ１の右横に示されている数値０、１は、それぞれボトムレベル、トップレベルを示す。数値０又は１の時系列が伝送される情報を形成する。図４左下に示す例では、変調信号ＳＩＧ２は、１１０１という時系列で伝送される情報を示している。
【００５５】
図４右上において、縦軸は光出力、横軸は時刻を示す。図４右上に示されているラインｐ０、ｐ１は、それぞれラインｖ０、ｖ１に示される電圧値の時系列に対応した、光出力の時系列を示す。ラインｐ０、ｐ１の上方に示されている数値０、１は、それぞれ変調信号ＳＩＧ２のボトムレベルの電圧値、トップレベルの電圧値に対応付けられている。ラインｐ０では、数値が１の場合に光出力が最大値ＰＯＮ，０であり、数値が０の場合に光出力が最小値ＰＯＦＦ，０になる。従って、バイアス電圧がＶＢ，０に制御されている場合には、１１０１という時系列が、光出力の時系列で構成される光信号で示される。ラインｐ１では、数値が１の場合、０の場合を問わず、中央値ＰＯＮ，０／２となる。従って、バイアス電圧がＶＢ，１である場合には、１１０１という時系列は、光出力の時系列には表れなくなる。ＬＮ変調器では、バイアス電圧が時間経過に伴って変動する現象（ＤＣドリフト）が生じることがあるが、バイアス電圧を最適値ＶＢ，０に制御することで、光出力の品質を最適化することができる。
【００５６】
次に、バイアス電圧と平均光出力との関係について説明する。
間引き率が５０％よりも小さくなると、平均光出力は間引き率が５０％である場合の平均光出力よりも大きくなる。以下の説明では、間引き率が５０％である場合の平均光出力を５０％間引き出力と呼ぶ。また、図４では説明の都合上５０％間引き出力を中央値ＰＯＮ，０／２に誇張して示すが、実際に５０％間引き出力が中央値ＰＯＮ，０／２になることを意味するものではない。
ここで、図４のラインｐ０に示される光出力の例では、間引き率は２５％であり、平均光出力ＰＡＶＧ，０は、５０％間引き出力よりも大きくなる。これに対し、例えば、ラインｐ１に示される光出力の例では、平均光出力ＰＡＶＧ，１は、５０％間引き出力とほぼ等しくなり、ラインｐ０に示される光出力の例よりも低下する。つまり、バイアス電圧がＶＢ，０からＶＢ，０＋Ｖπ／２まで上昇すると、平均光出力は５０％間引き出力よりも大きい極大値から５０％間引き出力まで単調に減少する。言い換えれば、上述したように間引き率が５０％よりも小さい場合には、本実施形態のように平均光出力を極大化するという規範のもとでバイアス電圧が最適に制御されることを示す。つまり、本実施形態に係るバイアス電圧の制御では、ディザー信号を用いてバイアス電圧を変位させ、これに伴う平均光出力を極大化することが利用されている。この場合、理想的なバイアス点より実際のバイアス電圧が高い場合は、ディザー信号によるバイアス電圧の変化と平均光出力の変化が逆相になり、理想的なバイアス点より実際のバイアス電圧が低い場合は、ディザー信号によるバイアス電圧の変化と平均光出力の変化が同相になるので、これらの同期検波出力を用いて、ディザー信号による平均光出力変動が最小となる状態に制御することにより、上記平均光出力の極大化を達成することができる。
【００５７】
逆に、間引き率が５０％よりも大きくなると、平均光出力は５０％間引き出力よりも小さくなり、バイアス電圧が最適に制御されると平均光出力が極小化する。バイアス電圧がＶＢ，０からＶＢ，０−Ｖπ／２まで低下すると、平均光出力は５０％間引き出力よりも小さい極小値から５０％間引き出力まで単調に増加する。即ち、間引き率が５０％よりも大きい場合には、本実施形態のように平均光出力を極小化するという規範のもとでバイアス電圧が最適に制御されることを示す。つまり、本実施形態に係るバイアス電圧の制御では、ディザー信号を用いてバイアス電圧を変位させ、これに伴う平均光出力を極小化することが利用されている。この場合、理想的なバイアス点より実際のバイアス電圧が高い場合は、ディザー信号によるバイアス電圧の変化と平均光出力の変化が同相になり、理想的なバイアス点より実際のバイアス電圧が低い場合は、ディザー信号によるバイアス電圧の変化と平均光出力の変化が逆相になるので、これらの同期検波出力を用いて、ディザー信号による平均光出力変動が最小となる状態に制御することにより、上記平均光出力の極小化を達成することができる。
ただし、前述のように、間引き率が５０％以上のときと、５０％以下のときとでは、バイアス電圧の変化に対する平均光出力の変化の方向が反対になるので、極性反転部９４により、間引き率によって、制御の極性を変更する必要がある。
【００５８】
（ピッキングの例）
次に、変調信号ＳＩＧ２に基づいてピッキングされて出力される光パルス列の例について説明する。
図５は、パルスピッキングの状態の一例を示す図である。
図５に示す例では、バイアス電圧が最適に制御されている場合における、変調信号による光パルス列の透過率を図５（ａ）の縦軸に示し、パワーを図５（ｂ）の縦軸に示す。図５（ｂ）ではパワーの最大値が１に規格化されている。図５（ａ）、（ｂ）ともに横軸は、時刻を示す。この例では、間引き率は、６６．７％（約２／３）と５０％よりも大きいため平均光出力は極小となる。
図５（ｂ）において、実線及び破線は、入力された光パルス列のパワーを示し、実線は出力された光パルス列のパワーを示す。入力された光パルス列は、所定の時間間隔（この例では約７０ｐｓ間隔）で鋭いピーク（光パルス）を有する。そのピークをとる各時刻において、図５（ａ）に示す透過率は、極大値（ほぼ１）又は極小値（ほぼ０）となる。そのため、該透過率が極大値となる時刻の光パルス（ｐｃ１、ｐｃ４）は、ほぼそのまま通過して出力光パルス列Ｐｃを形成し、該透過率が極小値となる時刻の光パルスは、ほぼ完全に遮断される。従って、本実施形態を用いてバイアス電圧を制御することで極めて高い消光比が得られることが示されている。
【００５９】
図６は、パルスピッキングの状態の他の例を示す図である。
図６に示す例では、バイアス電圧が最適値から離れた値に制御されている場合における、変調信号による光パルス列の透過率を図６（ａ）に示し、パワーを図６（ｂ）に示す。間引き率は、図５に示す例と同様である。また、図６において横軸と縦軸の関係は、図５と同様である。
図６（ｂ）において、出力された光パルス列のパワーを示す。入力された光パルス列のパワーは、図５（ｂ）に示すものと同様である。
入力された光パルス列がピークをとる各時刻において、図６（ａ）に示す透過率は、極大値よりも小さく極小値よりも大きい値となる。そのため、透過率が比較的大きい時刻の光パルス（ｐｃ１、ｐｃ４）は完全に通過せず、透過率が比較的小さい時刻の光パルスは完全に遮断されずに、出力光パルス列Ｐｃが形成される。従って、バイアス電圧が最適値から離れると消光比が低下することが示されている。
【００６０】
（変形例）
次に、本実施形態の変形例について説明する。
光信号発生装置１は、モニタ部８０から入力された検出信号からディザー信号と相関を有する変位成分を抽出する周波数分析回路９２０を、同期検波器９２の代わりに備えてもよい。
【００６１】
図７に、本変形例に係る周波数分析回路９２０の概略ブロック図を示す。
周波数分析回路９２０は、時間周波数変換部９２１、変位信号分析部９２２、周波数成分選択部９２３、変位成分算出部９２４及び周波数時間変換部９２５を含んで構成される。
時間周波数変換部９２１には、モニタ部８０から検出信号が入力され、該検出信号を、例えば、フーリエ変換を行って時間領域から周波数領域に変換する。時間周波数変換部９２１は、周波数領域に変換された検出信号を周波数成分選択部９２３に出力する。時間周波数変換部９２１は、例えば、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ、高速フーリエ変換）回路から構成される。
【００６２】
変位信号分析部９２２は、オシレータ８５からディザー信号が入力され、時間領域で表された該ディザー信号の周波数及び極性を分析する。変位信号分析部９２２は、周波数の分析に際して、例えば、入力されたディザー信号の自己相関を、現時刻を基準とした時刻毎に算出し、算出した自己相関が極大値をとる時刻を該ディザー信号の周期と定める。変位信号分析部９２２は、定めた周期の逆数を周波数と定める。変位信号分析部９２２は、定めた周波数を示す周波数信号を生成し、生成した周波数信号を周波数成分選択部９２３に出力する。
また、変位信号分析部９２２は、例えば、該ディザー信号の信号値が正値か負値かを示す極性を判定し、判定した極性を示す極性信号を変位成分算出部９２４に出力する。
周波数成分選択部９２３には、時間周波数変換部９２１から周波数領域に変換された検出信号が入力され、変位信号分析部９２２から周波数信号が入力される。周波数成分選択部９２３は、周波数領域に変換された検出信号を構成する周波数成分毎の振幅から、周波数信号が示す周波数成分の振幅を選択する。周波数成分選択部９２３には、選択した周波数成分の振幅を示す選択周波数成分信号を変位成分算出部９２４に出力する。
【００６３】
変位成分算出部９２４は、周波数成分選択部９２３から入力された選択周波数成分信号が示す周波数成分の振幅に、変位信号分析部９２２から入力された極性信号が示す極性を付与して周波数領域の変位成分を算出する。変位成分算出部９２４は、算出した周波数領域の変位成分を示す変位成分信号を周波数時間変換部９２５に出力する。
周波数時間変換部９２５は、変位成分算出部９２４から入力された変位成分信号を、例えば、逆フーリエ変換を行って周波数領域から時間領域に変換する。周波数時間変換部９２５は、時間領域に変換された変位成分の電圧値を示す変位電圧信号を積分制御回路９３に出力する。周波数時間変換部９２５は、例えば、ＩＦＦＴ（Ｉｎｖｅｒｓｅ  Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ、逆高速フーリエ変換）回路から構成される。出力された変位電圧信号は、上述したバイアス電圧の制御に用いられる。
【００６４】
なお、変位信号分析部９２２は、オシレータ８５から入力されたディザー信号の周期を定めた後、各時刻について該時刻が属する周期の起点からの経過時間を定め、定めた経過時間と周期に基づいて、そのディザー信号の位相を定めてもよい。その場合、変位成分算出部９２４は、変位信号分析部９２２が定めた位相を選択周波数成分信号が示す周波数成分の振幅に付与して周波数領域の変位成分を算出してもよい。
また、ディザー信号の周波数が既知である場合には、変位信号分析部９２２において、その周波数を予め設定しておけばディザー信号の周波数や周期を分析する処理を省略してもよい。その場合、周波数成分選択部９２３は、変位信号分析部９２２から入力された周波数信号から予め設定したディザー信号の周波数に係る周波数成分の振幅を選択する。
【００６５】
上述では、積分制御回路９３が積分回路からなるＰＩ制御系を構成している場合を例にとって説明したが、本実施形態では、これには限られない。本実施形態では、変位電圧値Ｖｖａｒの目標値を所定のレベル、例えば０としてバイアス電圧を制御するフィードバック制御系を構成していれば、いかなる制御系を採用してもよい。
本実施形態では、例えば、積分制御回路９３が備える積分回路と並列して微分回路を備えることで、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御系を構成してもよい。即ち、積分制御回路９３は、積分して得られた積分値に予め定めた係数ｋｉを乗じた値と、変位電圧値Ｖｖａｒに予め定めた係数ｋｐを乗じた値と、更に変位電圧値Ｖｖａｒを微分して得られた微分値に予め定めた係数ｋｄを乗じた値とを合成した値を変位バイアス電圧として有する制御信号を生成する。この微分回路も、オペアンプ、コンデンサ及び抵抗素子を含んで構成され、該積分回路や該微分回路の回路定数によって係数ｋｉ、ｋｐならびにｋｄや積分時間の目安になる時定数が与えられる。さらに、これらのＰＩ制御系又はＰＩＤ制御系を複数個直列に接続した制御系を構成してもよい。
【００６６】
なお、上述では、同期検波器９２並びに周波数分析回路９２０等の信号処理器や積分制御回路９３がアナログ回路で構成され、アナログ制御を行う場合を主として説明したが、積分制御回路９３はディジタル演算によって上述の変位電圧値Ｖｖａｒに基づいて制御電圧を算出する処理を行ってもよい。即ち、同期検波器９２並びに周波数分析回路９２０等の信号処理器や積分制御回路９３は、それらの処理をコンピュータで実現するようにしてもよく、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。また、同期検波器９２並びに周波数分析回路９２０等の信号処理器や積分制御回路９３はＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現してもよい。
【００６７】
上述では、極性反転部９４が、ＲＦ−ＰＰＧ７０から入力された変調信号ＳＩＧ２を直に用いて極性を反転するか否かの判定を行う場合を例にとって説明したが、本実施形態ではこれには限られない。本実施形態では、極性反転部９４は、バイアス電極４１５に印加されるバイアス電圧を検出し、検出したバイアス電圧に基づいて制御電圧の極性を反転するか否かの判定を行ってもよい。バイアス電圧は、変調信号ＳＩＧ２によって重畳される電位によっても変化するため、例えば、間引き率が低いほど高くなり、間引き率が高くなるほど低くなる傾向がある。そこで、間引き率が５０％である場合には、変調信号ＳＩＧ２が重畳されたバイアス電圧の中心値が最適値ＶＢ，０となるようにＤＣ４５がバイアス電極４１５に印加するＤＣバイアスの電圧を予め設定しておく。その場合、上述したように最適な光パルスが出力される。そして、バイアス電圧が最適値ＶＢ，０よりも高い場合、つまり、間引き率が５０％よりも低い場合には、極性反転部９４は、制御電圧が負値となるように極性を反転するか否かを判定する。バイアス電圧が最適値ＶＢ，０よりも低い場合、つまり、間引き率が５０％よりも高い場合には、極性反転部９４は、制御電圧が正値となるように極性を反転するか否かを判定する。極性反転部９４は、最適値ＶＢ，０と比較するバイアス電圧として、その瞬時値を時間平均した平均電圧値を用いてもよい。その場合には、極性反転部９４は、バイアス電圧の平均電圧を取得するための構成、例えば、低域通過フィルタを備える。
なお、バイアス電圧に基づいて制御電圧の極性を反転するか否かの判定を行う場合には、極性反転部９４において、変調信号ＳＩＧ２の平均電圧値を取得するための構成を省略してもよい。
【００６８】
上述では、極性反転部９４が積分制御回路９３の直後に直列に接続されている場合を例にとって説明したが、本実施形態では極性反転部９４の直後に積分制御回路９３が接続されていてもよい。
上述では、位相調整器４３とドライバアンプ４４が直列に接続されている場合を例にとって説明したが、本実施形態ではドライバアンプ４４の直後に位相調整器４３が接続されていてもよい。
【００６９】
上述では、分配器２２と変調電極２１４Ａの間に振幅増幅器２３を備え、分配器２２と変調電極２１４Ｂの間に可変振幅増幅器２４を備える例について説明したが、本実施形態では、これには限られない。本実施形態では分配器２２と変調電極２１４Ａの間に可変振幅増幅器２４を備え、分配器２２と変調電極２１４Ｂの間に振幅増幅器２３を備えてもよい。
なお、バイアス電極２１５は、分岐導波路２１２Ｂの代わりに、分岐導波路２１２Ａ上に形成されるようにしてもよい。また、バイアス電極２１５は、分岐導波路２１２Ａ上及び分岐導波路２１２Ｂ上にそれぞれ形成されていてもよい。分岐導波路２１２Ａ上に形成されているバイアス電極をバイアス電極２１５Ａ、分岐導波路２１２Ｂ上に形成されているバイアス電極をバイアス電極２１５Ｂと呼ぶことがある。
バイアス電極２１５Ａ、２１５Ｂが分岐導波路２１２Ａ、２１２Ｂ上にそれぞれ形成されている場合には、ＤＣ２５は、バイアス電極２１５Ａ、２１５Ｂにそれぞれ異なる電圧を印加する。この場合、位相差Δθは、バイアス電極２１５Ａにより分岐導波路２１２Ａの伝搬光に与えられる位相Ｂ１からバイアス電極２１５Ｂにより分岐導波路２１２Ｂの伝搬光に与えられる位相Ｂ２を差し引いた値に相当する。
【００７０】
上述では、分散補償器３０が第１光変調部２０の直後に接続されている場合を例にとって説明したが、本実施形態ではこれには限られない。分散補償器３０は、第１光変調部２０よりも後段に備えられていれば、例えば、第１光変調部２０の直後に第２光変調部４０が接続され、その直後に分散補償器３０が接続されていてもよい。
なお、本実施形態において、光源１０、第１光変調部２０からなるパルス光源を用いたが、モードロックレーザなど、その他あらゆる種類パルス光源が適用可能である。
また、本実施形態では、例えば、従来のオートバイアスコントロールの手法でバイアス制御を行う第２のバイアス制御部を併設してもよい。ここで、間引き率が５０％またはその近傍、つまり５０％から予め定めた範囲内である場合には、第２のバイアス制御部を用いたバイアス制御を行い、間引き率が５０％近傍でない場合には、上述した手法によるバイアス制御を行う、というように処理を切り替えてもよい。
【００７１】
このように、本実施形態では、複数の光パルスのうちのいずれを間引くか否かを示す変調信号を生成し、変調信号に基づいて所定の周期で発生させた光パルスからなる光パルス列から一部の光パルスを間引き、間引かれた光パルス列の平均光出力を検出する。本実施形態では、バイアス電圧を変位される変位信号を生成し、検出した平均光出力から変位信号と相関する変位成分を抽出し、変位成分が最小化されるように変調信号に重畳されるバイアス電圧を制御する。そのため、平均光出力が極大値又は極小値に制御されるため、ＯＮ−ＯＦＦ消光比が高い良好な光パルスを発生させることができる。
【００７２】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１…光信号発生装置、１０…光源、
２０…第１光変調部、２１…第１光変調器、
２１１…入力導波路、２１２Ａ、２１２Ｂ…分岐導波路、２１３…出力導波路、
２１４Ａ、２１４Ｂ…変調電極、２１５…バイアス電極、
２２…分配器、２３…振幅増幅器、２４…可変振幅増幅器、２５…ＤＣ、
３０…分散補償器、
４０…第２光変調部、４１…第２光変調器、
４１１…入力導波路、４１２Ａ、４１２Ｂ…分岐導波路、４１３…出力導波路、
４１４…変調電極、４１５…バイアス電極、
４３…位相調整器、４４…ドライバアンプ、４５…ＤＣ、４６…加算器、
５０…光パルス圧縮器、６０…信号発生器、
７０…ＲＦ−ＰＰＧ、７５…光カプラ、８０…モニタ部、８５…オシレータ、
９０…バイアス制御部、９２…同期検波器、９３…積分制御回路、９４…極性反転部
９２０…周波数分析回路、９２１…時間周波数変換部、９２２…変位信号分析部、
９２３…周波数成分選択部、９２４…変位成分算出部、９２５…周波数時間変換部
【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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【図６】
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【図７】
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