(57)【要約】【課題】  波長切り替えや温度変動等の送信条件の変化により生じるＩ−Ｑインバランスを容易に補償し、送信信号品質を好適に保つことができる、デジタル光送信機、光通信システム及びデジタル光送信方法を提供する。【解決手段】  本発明のデジタル光送信機１０は、送信条件に応じた制御信号を生成するＩ−Ｑバランス制御部２０、制御信号に基づいて第１のデータ及び第２のデータを生成する送信データ系列演算処理部３０、光信号を２分岐する光分岐部４０、分岐された一方の光信号を第１のデータに基づいて光変調して第１の光信号を出力する第１の光変調器５１、他方の光信号を第２のデータに基づいて光変調して第２の光信号を出力する第２の光変調器５２および第１の光信号と第２の光信号とを所定の位相差φで結合する結合部６０を備え、制御信号は位相差φからのずれ量を打ち消す処理を行うための信号であることを特徴とする。【選択図】      図１
2014146915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信条件に応じた制御信号を生成するＩ−Ｑバランス制御部と、
前記制御信号に基づいて、第１のデータ及び第２のデータの２系列のデータを生成する送信データ系列演算処理部と、
入力した光信号を２分岐して出力する光分岐部と、
前記分岐された一方の光信号を前記第１のデータに基づいて光変調し、第１の光信号として出力する第１の光変調器と、
前記分岐された他方の光信号を前記第２のデータに基づいて光変調し、第２の光信号として出力する第２の光変調器と、
前記第１の光信号と前記第２の光信号とを所定の位相差φで結合する結合部と、
を備え、
前記制御信号は、前記位相差φからのずれ量を打ち消す処理を行うための信号であることを特徴とするデジタル光送信機。
【請求項２】
前記Ｉ−Ｑバランス制御部は、前記第１及び第２の光変調器の特性に応じて前記制御信号を生成する、請求項１記載のデジタル光送信機。
【請求項３】
前記特性には、前記第１及び第２の光変調器の波長特性または温度特性が含まれる、請求項２記載のデジタル光送信機。
【請求項４】
前記Ｉ−Ｑバランス制御部は、光信号の波長またはＩ−Ｑバランス制御部の温度に応じて複数の補償量が登録されているルックアップテーブルを保持し、該ルックアップテーブルから抽出した補償量に基づいて制御信号を生成する、請求項３記載のデジタル光送信機。
【請求項５】
前記送信データ系列演算処理部は、
変調方式に応じてデータを符号化する符号化器と、
前記符号化されたデータに対して前記予等化処理を行うＩ−Ｑインバランス補償回路と、
を備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のデジタル光送信機。
【請求項６】
前記光分岐部は、前記入力した光信号に位相差φｉｎを付与して２分岐するＭＭＩカプラであり、
前記結合部は、前記第１の光信号と前記第２の光信号に、位相差φの代わりに位相差φｏｕｔ＝φ−φｉｎを付与して結合するＭＭＩカプラである、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のデジタル光送信機。
【請求項７】
光信号を生成して前記光分岐部へ出力する光源と、
前記光源が生成した光信号の波長と前記第１の光変調器および前記第２の光変調器の温度とを取得して前記送信条件として前記Ｉ−Ｑバランス制御部へ出力する制御部と、
をさらに備える請求項１乃至６のいずれか１項に記載のデジタル光送信機。
【請求項８】
前記第１及び第２の光変調器は、半導体光変調器または分割電極型光変調器である、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のデジタル光送信機。
【請求項９】
波長λ１の送信信号を送信する請求項１乃至８のいずれか１項に記載のデジタル光送信機と、
波長λ２の受信信号を受信するデジタル光受信機と、
波長多重された光信号に前記送信された波長λ１の送信信号を合波すると共に、前記波長多重された光信号から前記波長λ２の受信信号を分離して出力するＲＯＡＤＭ装置と、
を備え、
前記デジタル光送信機は、波長λ１に応じた予等化処理を行うことを特徴とする光通信システム。
【請求項１０】
送信条件に応じた制御信号を生成し、
前記制御信号に基づいて位相差φからのずれ量を打ち消すための予等化処理が行われた第１のデータ及び第２のデータを生成し、
入力した光信号を２分岐して出力し、
前記分岐された一方の光信号を前記第１のデータに基づいて光変調して第１の光信号として出力すると共に他方の光信号を前記第２のデータに基づいて光変調して第２の光信号として出力し、
前記第１の光信号と前記第２の光信号とを所定の位相差φで結合する、
デジタル光送信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル光送信機、光通信システム及びデジタル光送信方法に関し、特に、デジタルコヒーレント光通信を行うデジタル光送信機、光通信システム及びデジタル光送信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットや映像配信等の広帯域マルチメディア通信サービスの爆発的な需要増加に伴い、長距離大容量かつ高信頼な光ファイバ通信システムの導入が進んでいる。光ファイバ通信システムでは、光伝送路である光ファイバの敷設コスト低減や、光ファイバ１本当たりの伝送帯域利用効率を高めることが重要である。このため、デジタル光送受信機を用いたデジタルコヒーレント光通信技術の重要性が増している。
【０００３】
デジタルコヒーレント光通信は、大容量光通信システムにおいて一般的に広く応用されているＯＯＫ（ｏｎ−ｏｆｆ  ｋｅｙｉｎｇ）などの変調方式を用いたアナログ光送受信機に比べ、３〜６ｄＢの受信感度向上を実現できると同時に、波長分散補償や偏波分散補償などの波形歪み補償を、送信側あるいは受信側におけるデジタル信号処理（ＤＳＰ：ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）によって補償できる。従って、デジタルコヒーレント光通信は、通信装置の性能向上、低コスト化などを実現することが可能である。このようなデジタル光送信機においては、ＱＰＳＫ（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  ｐｈａｓｅ  ｓｈｉｆｔ  ｋｅｙｉｎｇ）変調やＱＡＭ（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ  ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）変調を用いた多値変調、あるいは、予等化などを行うためにＤ／Ａ変換器出力を用いた任意波形変調が可能な光変調器が用いられる。
【０００４】
デジタル光送信機で用いられる光変調器として、例えば、光導波路型のマッハツェンダ（以下ＭＺ：Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）型干渉計に光導波路型の光位相変調器を組み込んだ、ＭＺ型光変調器が用いられる。ＭＺ型光変調器では、印加電圧と干渉計の構成を調整することにより、強度変調や位相変調などの種々の光変信号生成することができる。
【０００５】
特許文献１、２には、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３、以下ＬＮ）等の印加された電場強度に比例して屈折率が変化する電気光学結晶からなる基板の表面に、光導波路が形成されたＭＺ型光変調器が開示されている。しかし、ＬＮ変調器を用いた光変調では、光導波路で生じる直流ドリフトを補償するための自動バイアス制御（ＡＢＣ：ａｕｔｏｍａｔｉｃ  ｂｉａｓ  ｃｏｎｔｒｏｌ）が必要である。
【０００６】
そこで、特許文献１には、ＤＱＰＳＫ（ｄｉｆｆｅｒｎｔｉａｌ  ＱＰＳＫ）変調を用いた際のＡＢＣにおいて、直流バイアスを印加する電極に低周波信号を重畳することにより、位相ずれを検出し、フィードバック制御によりＡＢＣを行う手法が開示されている。また、特許文献２には、ＬＮ光変調器を用いた光送信機において、光スペクトラムアナライザを用いて位相シフト電圧や光スペクトラム比の変化を計測し、計測結果に基づいて位相ずれを調整する手法が開示されている。
【０００７】
一方、特許文献３には、低電圧でも駆動可能な光素子として、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）やインジウム燐（ＩｎＰ）などの半導体を用いた光導波路型のＭＺ型光変調器が開示されている。半導体を用いた光導波路では、ＬＮ変調器のようなＡＢＣは必要とされないが、波長切り替えや温度変動により、最適設定値からのずれが生じる。特許文献３にはさらに、最適設定値からのずれを補償する手法として、低周波信号を重畳し、出力信号のスペクトルを監視し、フィードバック制御を行うことにより、分割電極へ印加する電圧の調整を行う手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−８２０９４号公報
【特許文献２】特開２０１２−４２７９６号公報
【特許文献３】ＷＯ２０１１／０４３０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
デジタル光送信機においては、ＬＮ光変調器を用いた際に発生する直流ドリフトや、半導体光変調器を用いた際に発生する波長切り替えや温度変動に伴う位相ずれ等のＩ−Ｑインバランスを、フィードバック制御や各種パラメータをシフトさせる等により補償する必要がある。ＱＡＭなどの多値変調信号や複雑な送信波形を用いる予等化信号を用いた際には、制御の精度が十分とれずに送信波形が歪み、結果として受信性能が劣化する。
【００１０】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、波長切り替えや温度変動等の送信条件の変化により生じるＩ−Ｑインバランスを容易に補償し、送信信号品質を好適に保つことができるデジタル光送信機、光通信システム及びデジタル光送信方法を提供することにある。
【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デジタル光送信機は、送信条件に応じた制御信号を生成するＩ−Ｑバランス制御部と、制御信号に基づいて第１のデータ及び第２のデータの２系列のデータを生成する送信データ系列演算処理部と、入力した光信号を２分岐して出力する光分岐部と、分岐された一方の光信号を第１のデータに基づいて光変調し、第１の光信号として出力する第１の光変調器と、分岐された他方の光信号を第２のデータに基づいて光変調し、第２の光信号として出力する第２の光変調器と、第１の光信号と第２の光信号とを所定の位相差φで結合する結合部と、を備え、制御信号は、位相差φからのずれ量を打ち消す処理を行うための信号であることを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成するために本発明に係る光通信システムは、波長λ１の送信信号を送信する上記のデジタル光送信機と、波長λ２の受信信号を受信するデジタル光受信機と、波長多重された光信号に送信された波長λ１の送信信号を合波すると共に、波長多重された光信号から波長λ２の受信信号を分離して出力するＲＯＡＤＭ装置と、を備え、デジタル光送信機は、波長λ１に応じた予等化処理を行うことを特徴とする。
【００１３】
上記目的を達成するために本発明に係るデジタル光送信方法は、送信条件に応じた制御信号を生成し、制御信号に基づいて位相差φからのずれ量を打ち消すための予等化処理が行われた第１のデータ及び第２のデータを生成し、入力した光信号を２分岐して出力し、分岐された一方の光信号を第１のデータに基づいて光変調して第１の光信号として出力すると共に他方の光信号を第２のデータに基づいて光変調して第２の光信号として出力し、第１の光信号と第２の光信号とを所定の位相差φで結合する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るデジタル光送信機、光通信システム及びデジタル光送信方法は、波長切り替えや温度変動等の送信条件の変化により生じるＩ−Ｑインバランスを容易に補償し、送信信号品質を好適に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るデジタル光送信機１０の構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係るデジタル光送信機１００の構成図である。
【図３】本発明の第２の実施形態の変形例に係るデジタル光送信機３００の構成図ある。
【図４】本発明の第２の実施形態の変形例に係る別のＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器３０１Ｂの構成図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るデジタル光送信機５００の構成図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る光通信システム６００のシステム構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施形態）
本発明に係る第１の実施形態について説明する。本実施形態に係るデジタル光送信機のブロック構成図を図１に示す。図１において、本実施形態に係るデジタル光送信機１０は、Ｉ−Ｑバランス制御部２０、送信データ系列演算処理部３０、光分岐部４０、第１の光変調器５１、第２の光変調器５２および結合部６０を備える。
【００１７】
Ｉ−Ｑバランス制御部２０は、送信条件に応じた制御信号を生成して送信データ系列演算処理部３０へ出力する。本実施形態に係るＩ−Ｑバランス制御部２０は、第１の光変調器５１および第２の光変調器５２の特性に基づいて位相差φからのずれ量Δφを演算し、演算したずれ量Δφを打ち消すための補償量−Δφを２系列のデータに付与するための制御信号を生成する。
【００１８】
具体的には、Ｉ−Ｑバランス制御部２０は、光変調器５１、５２が扱う光信号の波長λおよび光変調器５１、５２の温度Ｔに基づいて、位相差φからのずれ量Δφを演算する。なお、光信号の波長λおよび光変調器５１、５２の温度Ｔごとに予め演算された複数のずれ量Δφが登録されているルックアップテーブルを保持し、Ｉ−Ｑバランス制御部２０が、その時に扱っている波長λおよび計測した光変調器５１、５２の温度Ｔに対応するずれ量Δφをルックアップテーブルから抽出し、抽出したずれ量Δφに基づいて制御信号を生成することもできる。
【００１９】
送信データ系列演算処理部３０は、Ｉ−Ｑバランス制御部２０から入力した制御信号に基づいて第１のデータ及び第２のデータの２系列のデータを生成し、それぞれ第１の光変調器５１及び第２の光変調器５２へ出力する。制御信号を用いることにより、第１のデータ及び第２のデータには、結合部６０において発生する位相差φからのずれ量Δφを打ち消すための補償量−Δφの位相差が付与される。以下、第１のデータ及び第２のデータに補償量−Δφを付与することを、予等化処理と記載する。
【００２０】
光分岐部４０は図示しない光源から出力された光信号を２分割し、一方を第１の光変調器５１へ、他方を第２の光変調器５２へ出力する。
【００２１】
第１の光変調器５１は、光分岐部４０から入力した一方の光信号を送信データ系列演算処理部３０から入力した第１のデータに基づいて光変調し、第１の光信号として出力する。第２の光変調器５２は、光分岐部４０から入力した他方の光信号を送信データ系列演算処理部３０から入力した第２のデータに基づいて光変調し、第２の光信号として出力する。ここで、第１の光信号はＩ−ｃｈの光信号であり、第２の光信号はＱ−ｃｈの光信号である。
【００２２】
結合部６０は、第１の光変調器５１から出力された第１の光信号および第２の光変調器５２から出力された第２の光信号を、所定の位相差φを付与して結合し、送信信号として出力する。ここで、光変調器５１、５２は波長依存性と温度依存性を有することから、第１の光信号と第２の光信号には波長や温度に応じた位相差（ずれ量Δφ）が発生する。しかし、本実施形態においては、光変調器５１及び光変調器５２に入力される第１のデータ及び第２のデータに、ずれ量Δφを打ち消すための補償量−Δφが予め付与されていることから、結合部６０において第１の光信号と第２の光変調器５２が所望の位相差φで結合され、品質が好適に保たれた送信信号が出力される。
【００２３】
以上のように、本実施形態に係るデジタル光送信機１０は、Ｉ−Ｑバランス制御部２０が光変調器５１、５２の特性に基づいて制御信号を生成し、送信データ系列演算処理部３０が該制御信号に基づいて２系列のデータを生成する。制御信号に基づくことにより、光変調器５１、５２に入力される２系列のデータには、ずれ量Δφを打ち消すための補償量−Δφが付与される。
【００２４】
従って、光変調器５１、５２の特性により、結合部６０において位相差を付与した時に所定の位相差φからΔφずれた場合でも、予め付与されている補償量−Δφによってずれ量Δφが補償され、所望の位相差φを有する送信信号を得ることができる。すなわち、波長切り替えや温度変動等の送信条件の変化により生じるＩ−Ｑインバランスを容易に補償し、送信信号品質を好適に保つことができるデジタル光送信機１０を提供することができる。
【００２５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。本実施形態に係るデジタル光送信機のブロック構成図を図２に示す。図２において、本実施形態に係るデジタル光送信機１００は、送信データ系列演算処理部１０１、符号化器１０２、Ｉ−Ｑインバランス補償回路１０３、Ｉ−Ｑバランス制御部１０４、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ：ｄｉｇｉｔａｌ  ｔｏ ａｎａｌｏｇ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１０５、ドライバアンプ１０６、ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器１０７、Ｉ−ｃｈ用光変調器１０８、Ｑ−ｃｈ用光変調器１０９、位相シフト部位相器１１０、光源１１１、及び制御部１１２を備える。
【００２６】
ここで、図２では、同一の機能を備えるユニットが複数ある場合には、参照符号に−１、−２等を付して区別している。説明の際には、特に区別する必要がない限り、例えば「Ｄ／Ａ変換器１０５−１」、「Ｄ／Ａ変換器１０５−２」等を「Ｄ／Ａ変換器１０５」と記載する。
【００２７】
送信データＤＡＴＡ１及びＤＡＴＡ２（データ列）が、送信データ系列演算処理部１０１に入力される。送信データ系列演算処理部１０１に入力されたデータ列は、符号化器１０２において送信信号の変調方式に応じた符号化が行われた後、Ｉ−Ｑインバランス補償回路１０３においてＩ−Ｑバランス制御部１０４からの制御信号に応じたＩ−Ｑインバランス補償が施される。そして、Ｉ−ｃｈ（ｉｎ−ｐｈａｓｅ  ｃｈａｎｎｅｌ）信号とＱ−ｃｈ（ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｃｈａｎｎｅｌ）信号とに分離されて、Ｉ−Ｑインバランス補償回路１０３から出力される。Ｉ−Ｑインバランス補償回路１０３及びＩ−Ｑバランス制御部１０４については後述する。
【００２８】
Ｉ−Ｑインバランス補償回路１０３から出力されたＩ−ｃｈ信号とＱ−ｃｈ信号はそれぞれ、ＤＡＣ１０５−１及び１０５−２においてデジタルの電気信号からアナログの電気信号へ変換された後、ドライバアンプ１０６−１及び１０６−２において増幅され、Ｉ−ｃｈ用光変調器１０８及びＱ−ｃｈ用光変調器１０９に出力される。
【００２９】
一方、光源１１１から出力された光信号は、ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器１０７に入力される。ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器１０７は、Ｉ−ｃｈ用光変調器１０８、Ｑ−ｃｈ用光変調器１０９、及び位相シフト部位相器１１０から構成される。
【００３０】
ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器１０７に入力された光信号は、光導波路に沿ってＩ−ｃｈ光導波路とＱ−ｃｈ光導波路を通過する２つの光信号に分岐され、一方はＩ−ｃｈ用光変調器１０８を通過し、他方はＱ−ｃｈ用光変調器１０９及び位相シフト部位相器１１０を通過する。このとき、Ｉ−ｃｈ用光変調器１０８及びＱ−ｃｈ用光変調器１０９を通過する光信号には、ドライバアンプ１０６−１及び１０６−２から出力された電気信号に応じた光変調が施される。また、Ｑ−ｃｈ用光変調器１０９を通過した光信号は、位相シフト部位相器１１０において位相がπ／２変化する。そして、Ｉ−ｃｈ用光変調器１０８を通過した光とＱ−ｃｈ用光変調器１０９及び位相シフト部位相器１１０を通過した光は、出力段において合波され、ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器１０７から送信信号として出力される。
【００３１】
Ｉ−ｃｈ用光変調器１０８及びＱ−ｃｈ用光変調器１０９としては、特許文献１および特許文献２に記載されているようなＬＮ光変調器や分割電極型ＭＺ型光変調器を用いることができる。従って、ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器１０７は、ＬＮ光変調器や分割電極型ＭＺ型光変調器を、ネスト型に配置した構成を用いることができる。ここで、ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器１０７全体はｐａｒｅｎｔ（親）  ＭＺ型光変調器、Ｉ−ｃｈ用光変調器１０８及びＱ−ｃｈ用光変調器１０９はｃｈｉｌｄ（子）  ＭＺ型変調器などと呼ばれる。
【００３２】
なお、図２では、位相シフト部位相器１１０をＱ−ｃｈ用光変調器１０９と同じ光導波路上に配置したが、必ずしもＱ−ｃｈ用光変調器１０９と同じ導波路上に配置する必要はなく、Ｉ−ｃｈ用光変調器１０８と同じ導波路に配置することもできる。さらに、位相器をＩ−ｃｈ、Ｑ−ｃｈ両方の導波路に配置して、相対的にＩ−ｃｈ光導波路とＱ−ｃｈ光導波路を通った光の位相差がπ／２になるようにしても良い。その場合は、後述するＩ−Ｑバランス制御部１０４のバイアス制御は、Ｉ−ｃｈ光導波路とＱ−ｃｈ光導波路を通った光の位相差が相対的にπ／２となるように行う。
【００３３】
制御部１１２は、光源１１１の波長の切り替えを行う。本実施形態において、制御部１１２は波長切り替えた場合にさらに、後述のＩ−Ｑバランス制御部１０４に波長切り替えについて報知する。
【００３４】
次に、Ｉ−Ｑバランス制御部１０４の詳細動作について説明する。Ｉ−Ｑバランス制御部１０４は、Ｉ−ｃｈ光導波路とＱ−ｃｈ光導波路を通った光の位相差がπ／２になるように、位相シフト部位相器１１０に直流バイアス電圧Ｖπ／２を印加する（バイアス制御）。
【００３５】
一般的に、位相シフト部位相器１１０に印加されるＶπ／２の最適値は、ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器１０７の温度Ｔあるいは光源波長λに依って変化する。このため、経年変化によって温度Ｔが変化する場合や、ＲＯＡＤＭ（ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｄｄ／ｄｒｏｐ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）システムなどで光源波長λが切り替わる場合には最適なＶπ／２が変動し、Ｉ−ｃｈ光導波路とＱ−ｃｈ光導波路の位相差はπ／２＋Δφ（Ｔ，λ）となる。
【００３６】
Ｖπ／２が調整されない場合には、ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器１０７からの出力信号は、Ｉ−ｃｈ成分とＱ−ｃｈ成分が正しく直交状態を保って合波されずに歪んだ信号として送信される。
【００３７】
ここで、Δφ（Ｔ，λ）は温度Ｔ及び光源波長λの関数となるため、Ｔ及びλが指定されればΔφを一意に決定することができる。従って、Ｉ−Ｑバランス制御部１０４はさらに、指定されたＴ及びλに応じて補償量−Δφを決定し、決定した補償量−Δφに基づいて生成した制御信号をＩ−Ｑインバランス補償回路１０３へ出力する
Ｉ−Ｑインバランス補償回路１０３では、Ｉ−Ｑバランス制御部１０４からの制御信号を基に、Ｉ−ｃｈデータとＱ−ｃｈデータの信号波形を演算する。すなわち、Ｉ−Ｑインバランス補償回路１０３において、Ｉ−ｃｈ用光変調器１０８の駆動波形とＱ−ｃｈ用光変調器１０９の駆動波形に−Δφの位相差を発生させるための予等化処理（Ｉ−Ｑインバランス補償）を行う。
【００３８】
予等化処理によって予めＩ−ｃｈ信号及びＱ−ｃｈ信号に−Δφの位相差を付与することにより、ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器１０７からは、Ｉ−ｃｈ成分とＱ−ｃｈ成分が正しく直交状態を保って合波された、好適な出力信号が出力される。
【００３９】
さらに、本実施形態のＩ−Ｑバランス制御部１０４は、制御部１１２において光源１１１の波長の切り替えが行われた場合、光源波長λに応じて補償量−Δφの切り替えを行う。Ｉ−Ｑバランス制御部１０４は、Ｔ及びλの値に応じた好適な補償量−Δφをあらかじめ保持しており、デジタル光送信機１００の立ち上げ時などに、Ｔ及びλの値からプリセット的に好適な補償量−Δφを選択し、選択した補償量−Δφに基づいて制御信号を生成する。このプリセット設定には、あらかじめ用意したルックアップテーブルを用いることができる。
【００４０】
なお、Ｔ及びλの変動は経年的なゆっくりとした変動（切替）であるため、かならずしもプリセット設定値を用いる必要はない。Ｉ−Ｑバランス制御部１０４は、送信信号のアイ開口などの信号品質情報や、受信信号の誤り率などを用いた比較的応答速度の遅いトレーニングあるいは探索的な制御により、好適な補償量−Δφを決定することもできる。
【００４１】
ここで、Ｉ−Ｑバランス制御部１０４や制御部１１２は、ＬＳＩ（ｌａｒｇｅ  ｓｃａｌｅ  ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）などのチップ上に、送信データ系列演算処理部１０１と一緒に実装しても良い。また、制御信号は、Ｉ−Ｑバランス制御部１０４や制御部１１２において生成する代わりに、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｇａｔｅ ａｒｒａｙ）、マイコン、ＰＣ上からの外部信号を用いることもできる。
【００４２】
次に、Ｉ−Ｑインバランス補償回路１０３の詳細動作について説明する。位相シフト部位相器１１０の位相シフト量がπ／２＋Δφであった場合のＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器１０７の出力信号について考える。
【００４３】
ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器１０７の出力信号Ｅ”Ｉ＋ｊＥ”Ｑは、Ｉ−ｃｈ光導波路の電場成分Ｅ’Ｉ及びＱ−ｃｈ光導波路の電場成分Ｅ’Ｑを用いて、Ｅ’Ｉ＋ｅｘｐ｛ｊ（π／２＋Δφ）｝Ｅ’Ｑ＝（Ｅ’Ｉ−ｓｉｎΔφＥ’Ｑ）+ｊｃｏｓΔφＥ’Ｑ（ｊは虚数単位）と記述することができる。
【００４４】
従って、ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器１０７の出力信号をベクトル表記すると（１）式のように表現できる。
2014146915.tif 000003
従って、Ｉ−Ｑインバランス補償回路１０３では（１）式の逆演算として（２）式の演算を行えば良い。
2014146915.tif 000004
すなわち、符号化器１０２からの出力信号のＩ−ｃｈ成分がＥＩ、Ｑ−ｃｈ成分がＥＱであるとき、Ｉ−Ｑインバランス補償回路１０３は、Ｉ−ｃｈ成分としてＥ’Ｉ＝ＥＩ+（ｓｉｎΔφ／ｃｏｓΔφ）ＥＱ、Ｑ−ｃｈ成分としてＥ’Ｑ＝ＥＱ／ｃｏｓΔφを出力すれば良い。
【００４５】
なお、（１）式及び（２）式によるＩ−Ｑインバランス補償は理想的な場合の例である。ＤＡＣ１０５、ドライバアンプ１０６、ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器１０７などのアナログデバイスの特性ばらつきや帯域制限により理想的でない場合には付加的な波形歪みが発生する。このため、必ずしも（１）式及び（２）式による補償を厳密に行う必要はない。概ね（１）式及び（２）式にしたがった補償を行うことで、送信信号のアイ開口などの信号品質情報や、受信信号の誤り率が好適になるような調整を行う。
【００４６】
以上のように、本実施形態のデジタル光送信機１００では、Ｉ−Ｑインバランス補償回路１０３は、Ｉ−Ｑバランス制御部１０４がＴ及びλに応じて決定した補償量−Δφから生成した制御信号に基づいて、予等化処理（Ｉ−Ｑインバランス補償）を行う。この場合、温度変動や波長切り替えによりＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器１０７においてＩ−Ｑインバランスが発生した際にも、Ｉ−Ｑインバランス補償回路１０３において予めＩ−Ｑインバランス補償が施され、好適な送信信号を送信することができる。
【００４７】
なお、図２では、送信データ系列演算処理部１０１の内部機能として代表的に符号化器１０２とＩ−Ｑインバランス補償回路１０３のみを記載したが、実際のデジタル送信器においては、スペクトル整形回路、周波数特性調整回路、予等化回路等の種々の送信デジタル信号処理機能が実装される。
【００４８】
また、ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器１０７として半導体光変調器を用いれば、ＬＮ変調器で発生するような光導波路での直流ドリフトは原理的に無視できる。従って、位相シフト部位相器１１０に対してＡＢＣなどの自動制御を行う必要がなく、より安定にＩ−Ｑインバランス補償を行うことができる。
【００４９】
さらに、上記の説明では位相シフト部１１０で与える位相差がπ／２（直交）の場合について記載したが、使用する変調方式に応じてπ／２以外の値（例えばφ）とすることができる。その場合は、予め決められたＩ−ｃｈ光導波路とＱ−光導波路を通る光の位相差φからの位相ずれ量Δφを補償するように、Ｉ−Ｑインバランス補償回路１０３の演算処理を行う。
【００５０】
（第２の実施形態の変形例）
第２の実施形態の変形例に係るデジタル光送信機の構成を図３に示す。本実施形態のデジタル光送信機３００では、図２のデジタル光送信機のＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器１０７の替わりにＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器３０１を用いる。ここで、図２に示した第２の実施形態のデジタル光送信機１００と同一のものには同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５１】
ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器３０１は、光分岐ＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉ−Ｍｏｄｅ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）カプラ３０２、Ｉ−ｃｈ用光変調器３０３、Ｑ−ｃｈ用光変調器３０４、及び光合波ＭＭＩカプラ３０５を備える。
【００５２】
光源１１１からの光信号は、ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器３０１に入力された後、光分岐ＭＭＩカプラ３０２により、Ｉ−ｃｈ光導波路出力とＱ−ｃｈ光導波路出力間に相対位相差φｉｎが付与されて分岐される。
【００５３】
分岐されたＩ−ｃｈ信号とＱ−ｃｈ信号は、それぞれＩ−ｃｈ用光変調器３０３とＱ−ｃｈ用光変調器３０４で所望の光変調が施された後、光合波ＭＭＩカプラ３０５にそれぞれ入力される。光合波ＭＭＩカプラ３０５は、Ｉ−ｃｈ光導波路を通過してきた光信号とＱ−ｃｈ光導波路を通過してきた光信号に相対位相差φｏｕｔを付与して光合波する。このとき、φｉｎ＋φｏｕｔ＝π／２となるように光分岐ＭＭＩカプラ３０２及び光合波ＭＭＩカプラ３０５を設計することで、Ｉ−ｃｈ信号とＱ−ｃｈ信号の直交状態を実現できる。
【００５４】
しかしながら、φｉｎ、φｏｕｔは、温度Ｔの変動や光源波長λの切り替えによって理想値であるπ／２からの変動Δφが発生する。そこで、Ｉ−Ｑバランス制御部１０４において、Ｔ及びλを用いてΔφを決定し、決定したΔφを打ち消すための制御信号を生成してＩ−Ｑインバランス補償回路１０３へ出力する。Ｉ−Ｑインバランス補償回路１０３の動作については第２の実施形態のデジタル光送信機１００と同様であるので説明を省略する。
【００５５】
なお、第２の実施形態に係るデジタル光送信機１００と同様に、光分岐ＭＭＩカプラ３０２の替わりにＹ分岐光導波路を用いることもできる。この場合のＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器３０１Ｂの構成図を図４に示す。Ｙ分岐光導波路ではＩ−ｃｈ光導波路出力とＱ−ｃｈ光導波路出力が同位相で分岐されるため、光合波ＭＭＩカプラ３０５Ｂで位相差π／２を与える。図４の構成においてもφｉｎ＝０、φｏｕｔ＝π／２になるので、図３のデジタル送信機３００と同様に、Ｉ−Ｑインバランス補償回路において予等化処理（Ｉ−Ｑインバランス補償）が施されることにより、波長切り替えや温度変動等の送信条件の変化が生じた際にも、送信信号を安定的かつ高品質に調整できる。
【００５６】
（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。本実施形態に係るデジタル光送信機の構成を図５に示す。図５において、デジタル光送信機５００は、エンコーダ５０１、ｍ個のＩ−ｃｈ用ドライバアンプ５０２、ｎ個のＱ−ｃｈ用ドライバアンプ５０３、ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器５０４、Ｉ−ｃｈ用分割電極型光変調器５０５、Ｑ−ｃｈ用分割電極型光変調器５０６、ｍ個のＩ−ｃｈ分割電極５０７、ｎ個のＱ−ｃｈ分割電極５０８、Ｉ−ｃｈ位相器５０９、Ｑ−ｃｈ位相器５１０、光源５１１、Ｉ−Ｑバランス制御部５１２、及び制御部５１３を備える。
【００５７】
ここで、図５では、同一の機能を備えるユニットが複数ある場合には、参照符号に−１、−２等を付して区別している。説明の際には、特に区別する必要がない限り、例えば「エンコーダ５０１−１」、「エンコーダ５０１−２」等を「エンコーダ５０１」と記載する。
【００５８】
図５において、エンコーダ５０１−１は、送信光信号の変調方式に応じて、Ｉ−ｃｈの送信デジタル信号を２値もしくは多値のアナログ信号に変換する。エンコーダ５０１−２は、送信光信号の変調方式に応じて、Ｑ−ｃｈの送信デジタル信号を２値もしくは多値のアナログ信号に変換する。エンコーダ５０１において変換されたアナログの電気信号は、ドライバアンプ５０２及びドライバアンプ５０３において増幅されて、それぞれＩ−ｃｈ用分割電極型光変調器５０５及びＱ−ｃｈ用分割電極型光変調器５０６に入力される。
【００５９】
ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器５０４は、Ｉ−ｃｈ用分割電極型光変調器５０５、Ｑ−ｃｈ用分割電極型光変調器５０６、Ｉ−ｃｈ位相器５０９、及びＱ−ｃｈ位相器５１０から構成される。光源５１１から出力された光信号はＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器５０４に入力された後、光導波路に沿ってＩ−ｃｈ光導波路とＱ−ｃｈ光導波路を通過する２つの光信号に分岐され、一方はＩ−ｃｈ用分割電極型光変調器５０５及びＩ−ｃｈ位相器５０９を通過し、他方はＱ−ｃｈ用分割電極型光変調器５０６及びＱ−ｃｈ位相器５１０を通過する。
【００６０】
このときＩ−ｃｈ用分割電極型光変調器５０５及びＱ−ｃｈ用分割電極型光変調器５０６を通過する光信号にはそれぞれ、Ｉ−ｃｈのドライバアンプ５０２−１〜５０２−ｍ及びＱ−ｃｈのドライバアンプ５０３−１〜５０３−ｎから出力された電気信号に応じた光変調が施される。Ｉ−ｃｈ位相器５０９及びＱ−ｃｈ位相器５１０では、Ｉ−ｃｈ光導波路を通過した光信号とＱ−ｃｈ光導波路を通過した光信号の位相差がπ／２になるように、固定の電圧ＶＩｆｉｘ及びＶＱｆｉｘがそれぞれ印加される。
【００６１】
Ｉ−ｃｈ光導波路とＱ−ｃｈ光導波路を通過した光は、出力段において合波され、ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器５０４から送信信号として出力される。なお、Ｉ−ｃｈ用分割電極型光変調器５０５及びＱ−ｃｈ用分割電極型光変調器５０６の詳細な構成については、特許文献２に開示されているので説明を省略する。
【００６２】
次に、Ｉ−Ｑバランス制御部５１２の詳細動作について説明を行う。Ｉ−Ｑバランス制御部５１２からは、Ｉ−ｃｈ光導波路とＱ−ｃｈ光導波路を通った光の位相差がπ／２になるように、固定の電圧ＶＩｆｉｘ及びＶＱｆｉｘをＩ−ｃｈ位相器５０９及びＱ−ｃｈ位相器５１０にそれぞれ印加する。しかしながら、一般的にはＶＩｆｉｘ及びＶＱｆｉｘの最適値は、ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器５０４の温度Ｔあるいは信号波長λに依って変化するため、経年変化によって温度Ｔが変化する場合や、ＲＯＡＤＭ（ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｄｄ／ｄｒｏｐ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）システムなどで、光源波長λが切り替わる場合には、最適なＶＩｆｉｘ及びＶＱｆｉｘが変動し、Ｉ−ｃｈ光導波路とＱ−ｃｈ光導波路の位相差はπ／２+Δφ（Ｔ，λ）となる。従って、ＶＩｆｉｘ及びＶＱｆｉｘが調整されない場合は、ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器５０４の出力信号は、Ｉ−ｃｈ成分とＱ−ｃｈ成分が正しく直交状態を保って合波されずに歪んだ信号として送信される。
【００６３】
ここで、Δφ（Ｔ，λ）は一般的にはＴ及びλの関数となるため、Ｔ及びλが指定されれば、Δφを一意に決定することが可能である。したがって、指定されたＴ及びλに応じて、Δφを補償し、Ｉ−ｃｈ光導波路とＱ−ｃｈ光導波路を通った光の位相差がπ／２になるようにＶＩｆｉｘ及びＶＱｆｉｘを設定することができる。このとき、ＶＩｆｉｘ及びＶＱｆｉｘの設定値には、あらかじめΔφを補償するのに好適な設定値を測定しておき、デジタル送信器５００の立ち上げ時などに、Ｔ及びλの値から、プリセット的に好適な設定値を選択することができる。
【００６４】
また、このプリセット設定にはあらかじめ用意したルックアップテーブルを用いて簡易に設定を行うことが望ましい。また、Ｔ及びλの変動は経年的なゆっくりとした変動（切替）であるため、かならずしもプリセット設定値を用いる必要はなく、送信信号のアイ開口などの信号品質情報や、受信信号の誤り率などを用いた比較的応答速度の遅いトレーニングあるいは探索的な制御により、好適なＶＩｆｉｘ及びＶＱｆｉｘを決定することもできる。さらに、制御部５１３から波長切り替えの制御が行われた場合は、光源５１１の波長切り替えと同時に、Ｉ−Ｑバランス制御部５１２の設置値の切り替えを行うことができる。
【００６５】
（第４の実施形態）
第４の実施形態について説明する。本実施形態に係る光通信システムの構成を図６に示す。図６において、光通信システム６００は、ＲＯＡＤＭ（ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  ｏｐｔｉｃａｌ  ａｄｄ／ｄｒｏｐ  ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）装置６０１、デジタル光送信器１００、制御部１１２、光変調部６０２、及びデジタル光受信機６０３を備える。
【００６６】
図６では、同一の機能を備えるユニットが複数ある場合には、参照符号に−１、−２等を付して区別している。説明の際には、特に区別する必要がない限り、例えば「ＲＯＡＤＭ装置６０１−１」、「ＲＯＡＤＭ装置６０１−２」等を「ＲＯＡＤＭ装置６０１」と記載する。また、図２のデジタル光送信機１００と同一のものには同一符号を付して、その説明を省略する。
【００６７】
光通信システム６００は、第２の実施形態に係るデジタル光送信機１００を、ＲＯＡＤＭシステムに適用した場合の構成例を示している。リング状に構成された光通信システム６００では、波長多重された光信号がＲＯＡＤＭ装置６０１−１を通過する際に、システムからの制御により指定された波長λ１の送信信号をデジタル光送信機１００から送信し、ＲＯＡＤＭ６０１−１において合波（Ａｄｄ／ＭＵＸ）して伝送される。一方で、ＲＯＡＤＭ装置６０１−１において、システムからの制御により指定された波長λ２の受信信号を分離（Ｄｒｏｐ／ＤＥＭＵＸ）した後、デジタル光受信機６０３でそれを受信する。
【００６８】
次に、デジタル光送信機１００の動作について詳細に説明を行う。デジタル送信機１００は、図２に示した第２の実施形態に係るデジタル光送信機１００と同様に構成され、制御部１１２及び光変調部６０２を有する。すなわち、光変調部６０２は、送信データ系列演算処理部１０１、Ｉ−Ｑバランス制御部１０４、ＤＡＣ１０５、ドライバアンプ１０６、ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器１０７、及び光源１１１を備える。
【００６９】
制御部１１２は、システムからの制御により指定された波長λ１と温度Ｔにより、ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器１０７の好適なＩ−Ｑバランス制御部１０４の補償量−Δφの切り替えを行う。この切り替えによりデジタル光送信機１００は複雑なフィードバック制御等を行うことなく、高速かつ安定に波長λ１の送信光信号を送信することができる。
【００７０】
従って、光通信システム６００で、伝送路の切り替えに伴うシステム制御により、デジタル光送信機１００の送信波長λ１が切り替わった際にも、好適な光通信システムを提供することができる。なお、図６ではリング状のＲＯＡＤＭシステムで説明を行ったが、ネットワークトポロジがメッシュネットワーク、リニアネットワークになった場合にも同様な効果を奏する。
【００７１】
以上説明したように、本発明のデジタル光送信機は、デジタル光送信器の送信波長が変化もしくは切り替わった際にも、ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器のＩ−Ｑインバランスを好適に調整し、複雑なフィードバック制御等を行うことなく、高速かつ安定に好適な送信信号を送信することができる。また、本発明のデジタル光送信機を用いた光通信システムは、経路切り替え等により、システム制御による波長切り替えが行われた際にも、高速かつ安定な切り替え性能及びシステム性能を有する。
【００７２】
本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
【符号の説明】
【００７３】
１０    デジタル光送信機
２０    Ｉ−Ｑバランス制御部
３０    送信データ系列演算処理部
４０    光分岐部
５１    第１の光変調器
５２    第２の光変調器
６０    結合部
１００、３００、５００    デジタル光送信機
６００    光通信システム
１０１    送信データ系列演算処理部
１０２    符号化器
１０３    Ｉ−Ｑインバランス補償回路
１０４、５１２    Ｉ−Ｑバランス制御部
１０５    デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）
１０６    ドライバアンプ
１０７、３０１、５０４    ＭＺ型Ｉ−Ｑ光変調器
１０８、３０３    Ｉ−ｃｈ用光変調器
１０９、３０４    Ｑ−ｃｈ用光変調器
１１０    位相シフト部位相器
１１１、５１１    光源
１１２、５１３    制御部
３０２    光分岐ＭＭＩカプラ
３０５    光合波ＭＭＩカプラ
５０１    エンコーダ
５０２    Ｉ−ｃｈ用ドライバアンプ
５０３    Ｑ−ｃｈ用ドライバアンプ
５０５    Ｉ−ｃｈ用分割電極型光変調器
５０６    Ｑ−ｃｈ用分割電極型光変調器
５０７    Ｉ−ｃｈ分割電極
５０８    Ｑ−ｃｈ分割電極
５０９    Ｉ−ｃｈ位相器
５１０    Ｑ−ｃｈ位相器
６０１    ＲＯＡＤＭ装置
６０２    光変調部
６０３    デジタル光受信機
【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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