(57)【要約】  バイアス制御回路の制御部は、第２のバイアス電圧を固定しかつ第３のバイアス電圧を半波長電圧だけ増加または減少させた前後のそれぞれにおいて、光変調器が出力する多値のＱＡＭ信号の光パワを最大値又は最小値の近傍に収束させるよう制御したときの第１のバイアス電圧である第一候補バイアス電圧及び第二候補バイアス電圧の組を記録する処理を、第２のバイアス電圧を所定範囲で変化させながら繰り返すループ処理を行う。制御部は、記録された複数の組それぞれについて第一候補バイアス電圧と第二候補バイアス電圧との差分を算出し、算出した差分に基づいて選択した組の第一候補バイアス電圧と第二候補バイアス電圧との間の値を、第１のバイアス電圧の値として決定する。
2019013278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調器のバイアス制御を行うバイアス制御回路であって、
前記光変調器は、
入力される光の位相又は強度を、ｎ種類の値を有する第１のｎ値データ信号に応じて変更する第１の光位相変調部と、
入力される光の位相又は強度を、ｎ種類の値を有する第２のｎ値データ信号に応じて変更する第２の光位相変調部と、
前記第１の光位相変調部からの出力光及び前記第２の光位相変調部からの出力光の少なくとも一方に遅延を与えることにより＋π／２または−π／２の光位相差を与える光位相シフタと、
少なくとも一方に前記光位相シフタによる前記光位相差が与えられた前記第１の光位相変調部からの前記出力光及び前記第２の光位相変調部からの前記出力光を合波して生成した多値のＱＡＭ信号を出力する合波部とを有しており、
前記バイアス制御回路は、
前記第１のｎ値データ信号がゼロレベルであるときに前記第１の光位相変調部からの出力光が消光するよう設定するための第１のバイアス電圧を発生する第１のバイアス電源と、
前記第２のｎ値データ信号がゼロレベルであるときに前記第２の光位相変調部からの出力光が消光するよう設定するための第２のバイアス電圧を発生する第２のバイアス電源と、
前記光位相シフタの位相シフト量を調整するための第３のバイアス電圧を発生する第３のバイアス電源と、
前記光変調器からの出力光の光パワをモニタする光パワモニタと、
前記光パワモニタによるモニタ結果に基づいて、前記第１のバイアス電源が発生する前記第１のバイアス電圧、前記第２のバイアス電源が発生する前記第２のバイアス電圧及び前記第３のバイアス電源が発生する前記第３のバイアス電圧を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第２のバイアス電圧を固定しかつ前記第３のバイアス電圧を半波長電圧だけ増加または減少させた前後のそれぞれにおいて、前記光パワを最大値又は最小値の近傍に収束するよう制御したときの前記第１のバイアス電圧である第一候補バイアス電圧及び第二候補バイアス電圧の組を記録する処理を、前記第２のバイアス電圧を所定範囲で変化させながら繰り返すループ処理を行い、記録された複数の前記組それぞれについて前記第一候補バイアス電圧と前記第二候補バイアス電圧との差分を算出し、算出した前記差分に基づいて選択した組の前記第一候補バイアス電圧と前記第二候補バイアス電圧との間の値を、前記第１のバイアス電源から発生させる前記第１のバイアス電圧として決定する電圧決定処理を行う、
バイアス制御回路。
【請求項２】
光変調器のバイアス制御を行うバイアス制御回路であって、
前記光変調器は、
入力される光の位相又は強度を、ｎ種類の値を有する第１のｎ値データ信号に応じて変更する第１の光位相変調部と、
入力される光の位相又は強度を、ｎ種類の値を有する第２のｎ値データ信号に応じて変更する第２の光位相変調部と、
前記第１の光位相変調部からの出力光及び前記第２の光位相変調部からの出力光の少なくとも一方に遅延を与えることにより＋π／２または−π／２の光位相差を与える光位相シフタと、
少なくとも一方に前記光位相シフタによる前記光位相差が与えられた前記第１の光位相変調部からの前記出力光及び前記第２の光位相変調部からの前記出力光を合波して生成した多値のＱＡＭ信号を出力する合波部とを有しており、
前記バイアス制御回路は、
前記第１のｎ値データ信号がゼロレベルであるときに前記第１の光位相変調部からの出力光が消光するよう設定するための第１のバイアス電圧を発生する第１のバイアス電源と、
前記第２のｎ値データ信号がゼロレベルであるときに前記第２の光位相変調部からの出力光が消光するよう設定するための第２のバイアス電圧を発生する第２のバイアス電源と、
前記光位相シフタの位相シフト量を調整するための第３のバイアス電圧を発生する第３のバイアス電源と、
前記光変調器からの出力光の光パワをモニタする光パワモニタと、
前記光パワモニタによるモニタ結果に基づいて、前記第１のバイアス電源が発生する前記第１のバイアス電圧、前記第２のバイアス電源が発生する前記第２のバイアス電圧及び前記第３のバイアス電源が発生する前記第３のバイアス電圧を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第２のバイアス電圧を固定しかつ前記第１のｎ値データ信号の振幅又は前記第１のバイアス電圧に所定の周波数のディザリングを加えかつ前記第３のバイアス電圧を半波長電圧だけ増加または減少させた前後のそれぞれにおいて、前記光パワに重畳される前記所定の周波数の整数倍の成分を０、最大又は最小の近傍に収束するよう制御したときの前記第１のバイアス電圧である第一候補バイアス電圧及び第二候補バイアス電圧の組を記録する処理を、前記第２のバイアス電圧を所定範囲で変化させながら繰り返すループ処理を行い、記録された複数の前記組それぞれについて前記第一候補バイアス電圧と前記第二候補バイアス電圧との差分を算出し、算出した前記差分に基づいて選択した組の前記第一候補バイアス電圧と前記第二候補バイアス電圧との間の値を、前記第１のバイアス電源から発生させる前記第１のバイアス電圧として決定する電圧決定処理を行う、
バイアス制御回路。
【請求項３】
前記制御部は、選択された前記組が得られたときの前記第２のバイアス電圧を、前記第２のバイアス電源から発生させると決定する、
請求項１又は請求項２に記載のバイアス制御回路。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１のバイアス電圧と前記第２のバイアス電圧とを入れ替えて前記ループ処理及び前記電圧決定処理を行い、前記第２のバイアス電源から発生させる前記第２のバイアス電圧を決定する、
請求項１又は請求項２に記載のバイアス制御回路。
【請求項５】
前記制御部は、決定された前記第１のバイアス電圧及び決定された前記第２のバイアス電圧を用いて前記第３のバイアス電圧を制御し、当該バイアス制御回路の立ち上げ処理を終了する、
請求項３又は請求項４に記載のバイアス制御回路。
【請求項６】
前記第１のバイアス電圧、前記第２のバイアス電圧及び前記第３のバイアス電圧による光位相の調整に、ポッケルス効果または光導波路の熱膨張を用いる、
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のバイアス制御回路。
【請求項７】
バイアス制御回路が実行する光変調器のバイアス制御方法であって、
前記光変調器は、
入力される光の位相又は強度を、ｎ種類の値を有する第１のｎ値データ信号に応じて変更する第１の光位相変調部と、
入力される光の位相又は強度を、ｎ種類の値を有する第２のｎ値データ信号に応じて変更する第２の光位相変調部と、
前記第１の光位相変調部からの出力光及び前記第２の光位相変調部からの出力光の少なくとも一方に遅延を与えることにより＋π／２または−π／２の光位相差を与える光位相シフタと、
少なくとも一方に前記光位相シフタによる前記光位相差が与えられた前記第１の光位相変調部からの前記出力光及び前記第２の光位相変調部からの前記出力光を合波して生成した多値のＱＡＭ信号を出力する合波部とを備えており、
前記バイアス制御回路において、
第１のバイアス電源が、前記第１のｎ値データ信号がゼロレベルであるときに前記第１の光位相変調部からの出力光が消光するよう設定するための第１のバイアス電圧を発生し、第２のバイアス電源が、前記第２のｎ値データ信号がゼロレベルであるときに前記第２の光位相変調部からの出力光が消光するよう設定するための第２のバイアス電圧を発生し、第３のバイアス電源が、前記光位相シフタの位相シフト量を調整するための第３のバイアス電圧を発生するバイアス電圧発生ステップと、
制御部が、前記光変調器からの出力光の光パワのモニタ結果に基づいて、前記第１のバイアス電源が発生する前記第１のバイアス電圧、前記第２のバイアス電源が発生する前記第２のバイアス電圧及び前記第３のバイアス電源が発生する前記第３のバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御ステップと、
前記制御部が、前記第２のバイアス電圧を固定しかつ前記第３のバイアス電圧を半波長電圧だけ増加または減少させた前後のそれぞれにおいて、前記光パワを最大値又は最小値の近傍に収束するよう制御したときの前記第１のバイアス電圧である第一候補バイアス電圧及び第二候補バイアス電圧の組を記録する処理を、前記第２のバイアス電圧を所定範囲で変化させながら繰り返すループ処理ステップと、
前記制御部が、前記ループ処理ステップにおいて記録された複数の前記組それぞれについて前記第一候補バイアス電圧と前記第二候補バイアス電圧との差分を算出し、算出した前記差分に基づいて選択した組の前記第一候補バイアス電圧と前記第二候補バイアス電圧との間の値を、前記第１のバイアス電源から発生させる前記第１のバイアス電圧として決定する電圧決定ステップと、
を有するバイアス制御方法。
【請求項８】
バイアス制御回路が実行する光変調器のバイアス制御方法であって、
前記光変調器は、
入力される光の位相又は強度を、ｎ種類の値を有する第１のｎ値データ信号に応じて変更する第１の光位相変調部と、
入力される光の位相又は強度を、ｎ種類の値を有する第２のｎ値データ信号に応じて変更する第２の光位相変調部と、
前記第１の光位相変調部からの出力光及び前記第２の光位相変調部からの出力光の少なくとも一方に遅延を与えることにより＋π／２または−π／２の光位相差を与える光位相シフタと、
少なくとも一方に前記光位相シフタによる前記光位相差が与えられた前記第１の光位相変調部からの前記出力光及び前記第２の光位相変調部からの前記出力光を合波して生成した多値のＱＡＭ信号を出力する合波部とを備えており、
前記バイアス制御回路において、
第１のバイアス電源が、前記第１のｎ値データ信号がゼロレベルであるときに前記第１の光位相変調部からの出力光が消光するよう設定するための第１のバイアス電圧を発生し、第２のバイアス電源が、前記第２のｎ値データ信号がゼロレベルであるときに前記第２の光位相変調部からの出力光が消光するよう設定するための第２のバイアス電圧を発生し、第３のバイアス電源が、前記光位相シフタの位相シフト量を調整するための第３のバイアス電圧を発生するバイアス電圧発生ステップと、
制御部が、前記光変調器からの出力光の光パワのモニタ結果に基づいて、前記第１のバイアス電源が発生する前記第１のバイアス電圧、前記第２のバイアス電源が発生する前記第２のバイアス電圧及び前記第３のバイアス電源が発生する前記第３のバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御ステップと、
前記制御部が、前記第２のバイアス電圧を固定しかつ前記第１のｎ値データ信号の振幅又は前記第１のバイアス電圧に所定の周波数のディザリングを加えかつ前記第３のバイアス電圧を半波長電圧だけ増加または減少させた前後のそれぞれにおいて、前記光パワに重畳される前記所定の周波数の整数倍の成分を０、最大又は最小の近傍に収束するよう制御したときの前記第１のバイアス電圧である第一候補バイアス電圧及び第二候補バイアス電圧の組を記録する処理を、前記第２のバイアス電圧を所定範囲で変化させながら繰り返すループ処理ステップと、
前記制御部が、前記ループ処理ステップにおいて記録された複数の前記組それぞれについて前記第一候補バイアス電圧と前記第二候補バイアス電圧との差分を算出し、算出した前記差分に基づいて選択した組の前記第一候補バイアス電圧と前記第二候補バイアス電圧との間の値を、前記第１のバイアス電源から発生させる前記第１のバイアス電圧として決定する電圧決定ステップと、
を有するバイアス制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイアス制御回路及びバイアス制御方法に関する。
本願は、２０１７年７月１４日に日本へ出願された日本特願２０１７−１３８４１０号に対して優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
光伝送システムに用いる伝送符号として、低いシンボルレートで大容量の光信号を送信可能なＱＡＭ（Quadrature Amplitude modulation）信号が注目を集めている。最も単純なＱＡＭは４値ＱＡＭであり、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）と呼ばれる。本願では簡単のために主としてＱＰＳＫで説明を行うが、本願はＱＰＳＫに限らず、全てのＱＡＭ信号に用いることが可能である。なお、以下の説明において、図面及び数式上では、文字の上にバーが付与された符号があるが、明細書中では、「￣」の次に文字を記すことでこれを表す。【０００３】
図６は、従来技術による、ＩＱ光変調器を用いてｎ２値ＱＡＭ信号を生成する光送信器の典型的な構成例を示す図である。簡単のために、ここでは前置分散補償などの複雑な処理は行わないものとする。ＩＱ光変調器Ｍに入力されたＣＷ光（連続光）は、第１の光カプラ１により２つに分割され、第１の光位相変調部２と第２の光位相変調部３とに入力される。これら第１の光位相変調部２及び第２の光位相変調部３は、通常、ＭＺＩ（Mach-Zehnder Interferometer：マッハツェンダ干渉計）型の光変調器によって構成され、第１のｎ値データ信号Ｄａｔａ１、￣Ｄａｔａ１、及び第２のｎ値データ信号Ｄａｔａ２、￣Ｄａｔａ２のロジックに対応して、光位相または光強度を相対的に変化させる機能を持つ。【０００４】
第１の光位相変調部２の出力及び第２の光位相変調部３の出力は、後述する第３のバイアス電圧が印加される直交バイアス電極１０１を有する、光位相シフタ４によってθ３の位相差が加えられた上で、第２の光カプラ５により合波され、合波により得られた信号がｎ２値光ＱＡＭ信号として出力される。光の位相差θ３が＋π／２または−π／２で最良の光ＱＡＭ信号が得られる。これは、キャリア波長の１／４に相当するが、波長は一般にマイクロメータのオーダであるため、調整は、極めてシビアである。また、光ＱＡＭ信号の光品質は、光位相シフタ４の誤差に敏感であるため、光位相シフタ４の位相変化量を正しい値に調整するのは極めて重要である。【０００５】
一般に、θ３の調整は、光位相シフタ４に与える、第３のバイアス電源１０から供給される第３のバイアス電圧（直交バイアス電圧）Ｖｂｉａｓ３を調整することで行われる。同図において、光位相シフタ４は、第２の光位相変調部３の後段に配置しているが、第１の光位相変調部２の後段に光位相シフタ４が配置されていても良く、また、双方に光位相シフタを備えても良い。以下、説明を簡単にするために、第２の光位相変調部３の後段にのみ光位相シフタが配置されているものとする。【０００６】
次に、第１のｎ値データ信号及び第２のｎ値データ信号の各々がもつｎ種の値と、第１の光位相変調部２及び第２の光位相変調部３の出力における光位相及び光強度の関係について説明する。前述の通り、第１の光位相変調部２及び第２の光位相変調部３には、ＭＺＩ型の光変調器を用いるのが一般的である。第１の光位相変調部２は、第１のｎ値データ信号により駆動され、第２の光位相変調部３は、第２のｎ値データ信号により駆動される。これらのデータ信号は各々、ｎ値の信号である。第１の駆動アンプ６は、第１のｎ値データ信号を正相、逆相の２種類の信号に増幅してＤａｔａ１及び￣Ｄａｔａ１を生成し、第２の駆動アンプ７は、第２のｎ値データ信号を正相、逆相の２種類の信号に増幅し、Ｄａｔａ２及び￣Ｄａｔａ２を生成する。【０００７】
増幅されたｎ値データ信号Ｄａｔａ１及び￣Ｄａｔａ１はそれぞれ、第１の光位相変調部２が持つ２つのアームの各々に、第１の駆動信号用電極６１ａ、６１ｂを介して印加され、図６に示すように、±φ１の位相シフトを生じさせる。同様に、増幅されたｎ値データ信号Ｄａｔａ２及び￣Ｄａｔａ２はそれぞれ、第２の光位相変調部３が持つ２つのアームの各々に、第２の駆動信号用電極７１ａ、７１ｂを介して印加され、図６に示すように、±φ２の位相シフトを生じさせる。位相遅延φ１及びφ２の値は、各データ信号が持つｎ種の値に対応して変化する。【０００８】
また、第１のバイアス電源８及び第１の差動出力ＤＣアンプ２０３は、ＤＣ電圧（データバイアス電圧）Ｖｂｉａｓ１及び−Ｖｂｉａｓ１を発生し、第１のデータバイアス電極８１ａ、８１ｂを介して、＋θ１及び−θ１の光位相シフトを更に追加する。同様に、第２のバイアス電源９及び第２の差動出力ＤＣアンプ２０４は、ＤＣ電圧（データバイアス電圧）Ｖｂｉａｓ２、−Ｖｂｉａｓ２を発生し、第２のデータバイアス電極９１ａ、９１ｂを介して、＋θ２、−θ２の光位相シフトを更に追加する。【０００９】
次に、上記各種の電圧の表記を以下のように定義する。第１の駆動アンプ６によって生成される差動信号（Ｄａｔａ１−￣Ｄａｔａ１）が有するｎ種類の信号レベルを、Ｖ０、Ｖ１、…Ｖｍ、−Ｖｍ、…−Ｖ１、−Ｖ０と表記し、Ｖ０〜Ｖｍ＞０であるものとする。ここでｍ＝（ｎ／２）−１である。一般に、第１の光位相変調部２と第２の光位相変調部３の光学特性は同等であるので、第２の駆動アンプ７によって生成される差動信号（Ｄａｔａ２−￣Ｄａｔａ２）が有するｎ種類の信号レベルも、やはりＶ０、Ｖ１、…Ｖｍ、−Ｖｍ、…−Ｖ１、−Ｖ０とする。【００１０】
Ｖｂｉａｓ１、Ｖｂｉａｓ２は、第１の光位相変調部２及び第２の光位相変調部３がヌル点にバイアスされるように選ぶ。すなわち、第１の駆動アンプ６、第２の駆動アンプ７によって生成される信号の差動電圧が０である時に、第１の光位相変調部２及び第２の光位相変調部３の出力光が消光するように設定する。【００１１】
ここで、第１の光位相変調部２及び第２の光位相変調部３の半波長電圧Ｖπについて、図６を用いて説明する。第１の光位相変調部２はＭＺＩ型変調器であり、ここには２つの導波路が組み込まれている。これら２つの導波路に加わる電圧Ｄａｔａ１及び￣Ｄａｔａ１が共に０であるときに、前述のとおり第１の光位相変調部２の出力が消光する。Ｄａｔａ１＝Ｖｘ、￣Ｄａｔａ１＝−Ｖｘに変化した時、第１の光位相変調部２の光出力が最大強度に達するならば、２Ｖｘを第１の光位相変調部２のＲＦポートにおける半波長電圧Ｖπと呼ぶ。Ｄａｔａ１＝−Ｖｘ、￣Ｄａｔａ１＝Ｖｘの場合でも、第１の光位相変調部２の光出力はやはり最大になるが、この場合は先の例と比較して、光出力の光位相はπだけ異なっている。第１の光位相変調部２はこの性質を利用して光の位相を変更するので、Ｄａｔａ１及び￣Ｄａｔａ１は各々最大で２Ｖｘ＝Ｖπの振幅を持ち、（Ｄａｔａ１―￣Ｄａｔａ１）は最大で２Ｖπの振幅を持つよう設計されている。第２の光位相変調部３も同様である。【００１２】
なお、図６に示したＩＱ光変調器Ｍは、各駆動信号用電極が２つの導波路に正負の相反する電圧を印加する構成となっており、合計４つの電極が存在する。このようなタイプのＩＱ光変調器をデュアル駆動型とよぶ。一方、シングル駆動型のＩＱ光変調器は駆動信号用電極が２つしかない。このような構成では、第１の駆動信号用電極で第１の光位相変調部２の内部の２つの光導波路に同時に電界を加え、第２の駆動信号用電極で第２の光位相変調部３の内部の２つの光導波路に同時に電界を加える。これら４つの光導波路の異方性により、デュアル駆動型と同様の機能を実現できる。このような変調器構成の場合においても、第１の駆動信号用電極及び第２の駆動信号用電極に与えられるｎ値のデータ信号はＶ０、Ｖ１、…Ｖｍ、−Ｖｍ、…−Ｖ１、−Ｖ０のｎ種類の電圧であり、各駆動信号の振幅は半波長電圧Ｖπの２倍を超えないように設定する。【００１３】
以上の説明はＲＦポート（第１の駆動信号用電極６１ａ、６１ｂ、第２の駆動信号用電極７１ａ、７１ｂ）におけるＶπについての説明であるが、各バイアス電圧が印加されるＤＣポートについてもＶπを定義できる。Ｖｂｉａｓ１を増加させると、光位相θ1も変化するが、光導波路間の光位相差（図６の構成では２×θ1）をπだけ増加させるのに要するバイアス電圧の変化量（図６の構成では２×Ｖｂｉａｓ１の変化量）が、ＤＣポート（第１のデータバイアス電極８１ａ、８１ｂ）におけるＶπとなる。第２のデータバイアス電極９１ａ、９１ｂにおいても同様である。直交バイアス電極１０１では、光位相θ３をπだけ増加させるのに要するバイアス電圧の変化（図６の構成ではＶｂｉａｓ３の変化）が、ＤＣポート（直交バイアス電極１０１）のＶπとなる。【００１４】
第１の光位相変調部２の出力光の電場Ｅ１と、Ｖ０、Ｖ１、…Ｖｍ、−Ｖｍ、…−Ｖ１、−Ｖ０及びＶｂｉａｓ１の関係を図７に示す。以下、説明を容易にするために、ｎ＝２、ｍ＝０のＱＰＳＫ信号に限定して説明を行う。駆動信号の電位を横軸、出力光の電場Ｅ１を縦軸にとると、正弦波を描くが、データバイアス電圧Ｖｂｉａｓ１が正常に印加されている場合は、符号Ｌ１の線とその線上の点で示したように、Ｖ０、−Ｖ０によって生成される出力光の電場Ｅ１１及びＥ１２は０レベルに対して対称的な値となる。一方で、データバイアス電圧Ｖｂｉａｓ１が適正でなくΔＶｂｉａｓ１だけずれている場合は、符号Ｌ２の線とその線上の点で示したように、Ｖ０、−Ｖ０によって生成される出力光の電界Ｅ１１−とＥ１２＋は０レベルに対して非対称となる。ずれの量が−ΔＶｂｉａｓ１である場合は、符号Ｌ３の線とその線上の点で示したように、Ｖ０、−Ｖ０によって生成される出力光の電界Ｅ１１＋とＥ１２−は０レベルに対して非対称となる。ここで注意すべきことは、｜Ｅ１１−｜＝｜Ｅ１２−｜であり、かつ｜Ｅ１１＋｜＝｜Ｅ１２＋｜である。【００１５】
第２の光位相変調部３の出力光の電場Ｅ２と、Ｖ０、−Ｖ０及びＶｂｉａｓ２の関係についても、図７と同様である。なお、図７ではグラフが右上がりの傾斜であるが、駆動信号が０のときＥ１、Ｅ２が０となるならばグラフが右下がりの傾斜であってもよい。傾斜の向きをどちらにするかは、前置分散補償などの信号処理を行う場合には重要となるが、ここでは説明を割愛する。【００１６】
Ｖｂｉａｓ３が光位相シフタ４に正常に印加されている場合は、θ３＝π／２または−π／２であり、第１の光位相変調部２及び第２の光位相変調部３の出力光の光電界のベクトルは直交するよう保たれているので、ＩＱ光変調器Ｍの出力光のコンスタレーションは、図８に示すような格子状のものになる。光電界Ｅ１、光電界Ｅ２はそれぞれ、In-Phase成分及びQuadrature成分であり、これらを略してＩ成分、Ｑ成分と呼ぶこともある。【００１７】
ところで、Ｖｂｉａｓ１、Ｖｂｉａｓ２、及びＶｂｉａｓ３の最適値はバイアスドリフトと呼ばれる現象により時間と共に変動することが知られている。この経時変化は、ＬｉＮｂＯ３を用いた変調器において大きく、半導体型の変調器においては小さいことが知られている。しかし、半導体型の変調器においても、Ｖｂｉａｓ１、Ｖｂｉａｓ２、及びＶｂｉａｓ３の最適値は信号波長やＭＺＩの光路長の僅かな製造誤差に依存し、一意には定まらない。このため商用のトランシーバにおいては、自動バイアス制御（ＡＢＣ：Auto Bias Control）が必須となる。ＱＡＭ信号生成用のＩＱ光変調器の自動バイアス制御は、非特許文献１、２、３に詳細に記載した非対称バイアスディザリングを用いることによって可能となる。【００１８】
図９を用いて、典型的な非対称バイアスディザリングによるバイアス制御回路の動作を説明する。図９は、このバイアス制御回路を備えるｎ２値ＱＡＭ送信器の構成を示すブロック図である。図９において、図６と同一の部分には同一の符号を付している。非対称バイアスディザリングでは、Ｖ０、Ｖ１、…Ｖｍのうちの少なくとも一つはＶπより小さく設定し、かつ±Ｖｂｉａｓ１及び±Ｖｂｉａｓ２には位相が直交する低速なディザ信号を重畳させる。ここでは、±Ｖｂｉａｓ１及び±Ｖｂｉａｓ２のそれぞれに印加されるディザ信号を複号同順で各々±ｃｏｓ（ωｄ×ｔ）、±ｓｉｎ（ωｄ×ｔ）と表すことにする。ここでｔは時間であり、ωｄは角周波数である。【００１９】
このディザリングは、第１の発振器８２から出力されたｃｏｓ（ωｄ×ｔ）のディザ信号を第１の加算器８３により第１のバイアス電源８の出力電圧に重畳し、第２の発振器９２から出力されたｓｉｎ（ωｄ×ｔ）のディザ信号を、第２の加算器９３により第２のバイアス電源９の出力電圧に重畳することにより実現される。【００２０】
ここで、Ｖｂｉａｓ１、Ｖｂｉａｓ２及びＶｂｉａｓ３のうち２つは最適値近傍であるが、他の一つがバイアスドリフトによって最適値からシフトした時に、変調器出力（ＩＱ光変調器Ｍからの出力光）の光パワが非対称バイアスディザリングによりどのように変化するかを考える。ここで、「光パワ」とは、信号のシンボル周期（典型値は１００ｐｓｅｃ）よりは遥かに長く、かつディザリングの周期（典型値は１ｍｓｅｃ）よりは短い周期で平均を取った値であるものとする。【００２１】
非特許文献１〜３において詳細に説明しているように、Ｖｂｉａｓ１がドリフトしているときは変調器出力の光パワはｃｏｓ（ωｄ×ｔ）に同期して変動する。Ｖｂｉａｓ２がドリフトしているときは変調器出力の光パワはｓｉｎ（ωｄ×ｔ）に同期して変動する。Ｖｂｉａｓ３がドリフトしているときは変調器出力の光パワはｓｉｎ（２ωｄ×ｔ）に同期して変動する。この性質を利用して、各バイアスのドリフトを補正し、バイアス電圧を制御することができる。【００２２】
この制御は、以下のようにして実現できる。変調器出力光を光分波カプラ１１で分岐し、光パワモニタ１２でその光パワをモニタする。次に、得られた光パワの値を、第１の同期検波回路８４、第２の同期検波回路９４及び第３の同期検波回路１０３を用いて同期検波する。これら各同期検波回路のリファレンスクロックは、前述の第１の発振器８２及び第２の発振器９２と、第３の発振器１０２との出力を用いる。ここで第３の発振器１０２は、ｓｉｎ（２ωｄ×ｔ）の正弦波を出力する。第１の同期検波回路８４、第２の同期検波回路９４及び第３の同期検波回路１０３によって得られる同期検波結果は、各バイアスのドリフトの大きさと方向によって定まる正または負の値をもつ。この同期検波結果を誤差信号として、第１のループゲイン調整回路５０４、第２のループゲイン調整回路５０５、第３のループゲイン調整回路５０３を介して、第１のバイアス電源８、第２のバイアス電源９、第３のバイアス電源１０へ帰還することにより、各バイアスを適正値に保つことが出来る。【００２３】
図１０に、Ｖｂｉａｓ１のみがドリフトし、最適値（ヌル点）から量ΔＶｂｉａｓ１だけシフトした場合における、第１の同期検波回路８４の出力の例をシミュレーションで示す。横軸のΔＶｂｉａｓ１は、単位をＶπとする。図１０には、右上がりまたは右下がりのスロープの０クロスポイントが複数点現れる。これら２種類の０クロスポイントは、変調器出力光の最大値または最小値にそれぞれ対応する。この例では、最良のＶｂｉａｓ１（ΔＶｂｉａｓ１＝０）において、右上がりのスロープの０クロスポイントとなるが、どちらのスロープでＶｂｉａｓ１が最良となるかは変調フォーマット及び駆動振幅に依存する。詳細な議論は非特許文献２を参照されたい。第１のループゲイン調整回路５０４を用いて、第１の同期検波回路８４の出力が正であればＶｂｉａｓ１を減少させ、第１の同期検波回路８４の出力が負であればＶｂｉａｓ１を増加させるようフィードバックループを構成すれば、常にＶｂｉａｓ１を最適の値に保つことが可能となる。なお、ΔＶｂｉａｓ１＝±２Ｖπにおいても右上がりの０クロスポイントが生じるが、これはＭＺＩの周期性によるものであり、フィードバックループがこれらの値に収束しても最良なＱＡＭ信号を得ることが出来る。【００２４】
Ｖｂｉａｓ２のみがドリフトを起こした場合も同様である。Ｖｂｉａｓ３のみがドリフトした場合は処理が若干異なるが、非特許文献１〜２に詳細に記したように、概ね似たような処理でバイアス電圧の制御が可能である。【００２５】
以上の説明では、Ｖｂｉａｓ１、Ｖｂｉａｓ２及びＶｂｉａｓ３のいずれか一つのみがドリフトするものとして説明を行った。しかし、バイアス制御処理を開始した直後においては、Ｖｂｉａｓ１、Ｖｂｉａｓ２及びＶｂｉａｓ３が各々最適値にあるとは限らない。複数のバイアスが同時にドリフトしている場合は、各バイアスの狂いが相互作用を起こすため、同期検波特性は複雑なものとなる。【００２６】
図１１に、Ｖｂｉａｓ２のドリフト量ΔＶｂｉａｓ２が−０．２Ｖπ、Ｖｂｉａｓ３のドリフト量ΔＶｂｉａｓ３が＋０．２Ｖπであるという条件下における、ΔＶｂｉａｓ１と第１の同期検波回路８４の出力の関係をシミュレーションで示す。図１０と比較すると、右上がりのスロープの０クロスポイントが大幅にずれる（図１１図中の矢印を参照）。このため、フィードバックループはＶｂｉａｓ１を適正でない値に収束させてしまう。【００２７】
この例からわかるように、バイアス制御回路の立ち上げ直前において複数のバイアスが甚だしく最適値からずれている場合は、適切な立ち上げシーケンスを用いないと、全バイアスを適正値に制御することは難しい。最悪な場合は、偽の安定点にはまり込んで、各バイアスが最適でない状態でＡＢＣがロックしてしまう。【００２８】
特許文献１では、複数のバイアスが同時に最適値からずれている場合においても正しいバイアス制御が可能となる立ち上げシーケンスを提案している。この技術は、Ｖｂｉａｓ３を半波長電圧Ｖπだけ変動させた時に生じる同期検波特性の変化量の対称性を利用する。【００２９】
特許文献１の立ち上げシーケンスを説明するために、まず、図１０、図１１に見られる、同期検波結果の０クロスポイントのずれがなぜ生じるのかを簡単に説明する。説明を容易にするために、まずＩＱ光変調器は理想的な構成で、ＭＺＩにはインバランスがないものとし、かつ各バイアスの相互作用が無視できるものと仮定する。また、θ1〜θ３の変化量は各々Ｖｂｉａｓ１〜Ｖｂｉａｓ３に比例するものとする。【００３０】
図１２Ａ〜図１２Ｃは、ｎ２値光ＱＡＭ信号のコンスタレーションの例を示す図である。ここではｎ＝２であり、差動の駆動信号（Ｄａｔａｊ−￣Ｄａｔａｊ）の振幅はＲＦポートにおける半波長電圧Ｖπの半分よりも小さく設定している（ｊ＝１，２）。各バイアス電圧が適正値であるならば、光ＱＡＭ信号のコンスタレーションは、図１２Ｂに示す形となる。光ＱＡＭ信号の光パワＰは、シンボルＡ〜Ｄの光電界のベクトルの大きさの二乗の和に比例する。図７に示したように、データバイアス電圧Ｖｂｉａｓｊが最適、すなわちΔＶｂｉａｓｊ＝０であれば｜Ｅｊ１｜＝｜Ｅｊ２｜であり、各シンボルのＥｊ成分の光電界の絶対値は全て等しくなる（ｊ＝１，２）。【００３１】
図１２Ｂの状態から、データバイアス電圧Ｖｂｉａｓ１のみがΔＶｂｉａｓ１＝＋０．５Ｖπまたは−０．５Ｖπだけドリフトし、他のバイアスは適正値を保ち続けるとする。図１２Ａは、ΔＶｂｉａｓ１が−０．５Ｖπだけドリフトした場合のコンスタレーションを示し、図１２Ｃは、ΔＶｂｉａｓ１が＋０．５Ｖπだけドリフトした場合のコンスタレーションを示す。ΔＶｂｉａｓ３＝０であるからθ３＝π／２であるが、コンスタレーションの外形は正方形ではなくなり、また光パワＰは、ΔＶｂｉａｓ１に依存して変化する。図７に示したように｜Ｅ１１−｜＝｜Ｅ１２−｜かつ｜Ｅ１１＋｜＝｜Ｅ１２＋｜の関係があるため、ドリフトがΔＶｂｉａｓ１＝−０．５Ｖπである場合のコンスタレーション（図１２Ａ）と、ΔＶｂｉａｓ１の符号が反転してドリフトが＋０．５Ｖπとなった場合のコンスタレーション（図１２Ｃ）とでは、コンスタレーションの形状がＥ２軸を対称軸とする鏡像の関係になる。このため光パワＰはΔＶｂｉａｓ１の絶対値のみに依存し、ΔＶｂｉａｓ１の符号によらない。【００３２】
図１３に、ΔＶｂｉａｓ２＝ΔＶｂｉａｓ３＝０の条件での、ΔＶｂｉａｓ１に対する光パワＰの変化を示す。同図のグラフ中に示した１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃのシンボルはそれぞれ、図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃのコンスタレーションに対応する。図１３から、光パワＰはΔＶｂｉａｓ１＝０で最小値を作ることがわかる。図９に示す第１の同期検波回路８４は、Ｅ１成分の光電界をディザリングした結果の光パワＰの変動を検出しているが、ΔＶｂｉａｓ１＝０では光パワＰが最小値をとるため、第１の同期検波回路８４の出力はΔＶｂｉａｓ１＝０で０となる。これは、図１０において示したシミュレーション結果と一致する。【００３３】
図１４Ａ〜図１４Ｃは、Ｖｂｉａｓ２及びＶｂｉａｓ３のバイアス電圧が適正値と異なっている場合のｎ２値光ＱＡＭ信号のコンスタレーションの例を示す図である。Ｖｂｉａｓ２及びＶｂｉａｓ３のバイアス電圧が適正値と異なっている場合、θ３は直角ではないため、コンスタレーションは例えば図１４Ｂに示すように歪む。この場合は先述の例とは異なり、Ｖｂｉａｓ１のドリフトがΔＶｂｉａｓ１＝＋０．５Ｖπであるときのコンスタレーションの形状（図１４Ｃ）と、ΔＶｂｉａｓ１＝−０．５Ｖπであるときのコンスタレーションの形状（図１４Ａ）とは鏡像の関係にならない。このため光パワＰはΔＶｂｉａｓ１＝０では最小値を作らない。【００３４】
図１５に、ΔＶｂｉａｓ２＝−０．２Ｖπ、ΔＶｂｉａｓ３＝０．２Ｖπの条件での、ΔＶｂｉａｓ１に対する光パワＰの変化を示す。同図のグラフ中に示した１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃのシンボルはそれぞれ、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃのコンスタレーションに対応する。図１５では、光パワＰの最小値がΔＶｂｉａｓ１＝０からずれている。図１５にΔＶｂｉａｓ１＝０からのずれの量ｄ１を矢印で示す。このずれのため、第１の同期検波回路８４の出力も、ΔＶｂｉａｓ１＝０からずれたところで０となる。このずれが、図１１に示したシミュレーション結果で現れたずれの原因となる。【００３５】
次に、図１４Ａ〜図１４Ｃに示した各コンスタレーションについて、θ３をθ３＋πに変換することを考える。これは、直交バイアス電圧Ｖｂｉａｓ３を人為的にＶπだけ変更し、ΔＶｂｉａｓ３＝−０．８Ｖπとすることで実現できる。ここでは各バイアスの相互作用が無視できると仮定しているから、Ｖｂｉａｓ３が変化してもΔＶｂｉａｓ１及びΔＶｂｉａｓ２は不変である。【００３６】
結果として、図１６Ａ〜図１６Ｃに示すようなコンスタレーションが得られる。図１４Ａ〜図１４Ｃと比較すると、コンスタレーションと原点の位置関係は、図１４Ａ及び図１４Ｃと図１６Ａ及び図１６Ｃとが入れ替わる。すなわち、図１６Ｃを１８０度回転させると、シンボルの配置およびＥ１軸の正負が変わるものの、コンスタレーションの形状と原点との位置関係は図１４Ａと同じになる。また、図１６Ａを１８０度回転させると、シンボルの配置およびＥ１軸の正負が変わるものの、コンスタレーションの形状と原点との位置関係は図１４Ｃと同じになる。前述のとおり、光ＱＡＭ信号の光パワＰは、シンボルＡ〜Ｄの光電界のベクトルの大きさの二乗の和で決まる。このため、シンボル配置の入れ替えやＥ１軸の正負とは無関係に、図１４Ａにおける光パワＰと図１６Ｃにおける光パワＰとは同一である。また、図１４Ｃにける光パワＰと図１６Ａにおける光パワＰとは同一である。図１７に、ΔＶｂｉａｓ２＝−０．２Ｖπ、ΔＶｂｉａｓ３＝−０．８Ｖπの条件での、ΔＶｂｉａｓ１に対する光パワＰの変化を示す。同図のグラフ中に示した１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃのシンボルはそれぞれ、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１６Ｃのコンスタレーションに対応する。光パワＰが最小値となるΔＶｂｉａｓ１の値のΔＶｂｉａｓ１＝０からのずれｄ２は、図１５とは逆の符号となる（図１７の矢印参照）。【００３７】
先述のとおり、ＩＱ光変調器Ｍは理想的な構成で、ＭＺＩにはインバランスがないものとし、かつ各バイアスの相互作用が無視できるという仮定したが、この仮定のもとではｄ１＝−ｄ２の関係がある。特許文献１ではこの反対称性を利用して、Ｖｂｉａｓ３を人為的にＶπ変更しつつ第１の同期検波回路８４の出力が０となるＶｂｉａｓ１を探し、得られたＶｂｉａｓ１の平均値を取ることによって、Ｖｂｉａｓ１の最適値（すなわちΔＶｂｉａｓ１＝０となるＶｂｉａｓ１）を求めている。Ｖｂｉａｓ２についても同様の手段で最適化が可能となる。Ｖｂｉａｓｊ（ｊ＝１，２）が最適化されたならば、非特許文献１、２の技術を用いてＶｂｉａｓ３を容易に最適化することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３８】
【特許文献１】日本特許第５６７１１３０号公報
【非特許文献】
【００３９】
【非特許文献１】Hiroto Kawakami, Eiji Yoshida, and Yutaka Miyamoto, "Auto Bias Control Technique Based on Asymmetric Bias Dithering for Optical QPSK Modulation", Journal of Lightwave Technology, Vol. 30, No. 7, April 2012, pp. 962-968
【非特許文献２】Hiroto Kawakami, Takayuki Kobayashi, Eiji Yoshida, and Yutaka Miyamoto, "Auto bias control technique for optical 16-QAM transmitter with asymmetric bias dithering", Optics Express B308, Vol. 19, No. 26, December 2011
【非特許文献３】Hiroto Kawakami, Shoichiro Kuwahara, Akira Hirano, "Drive-amplitude-independent Auto Bias Control Circuit for QAM Signals and Its Demonstration with an InP-based IQ Modulator", 42nd European Conference and Exhibition on Optical Communications, W4 P1 SC 4, September 2016, pp. 815-817
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００４０】
しかしながら、今日ではＩＱ光変調器のバリエーションが増えたため、前述の特許文献１に示した技術では対応が困難な例が出てきた。一つの例として、半導体型のＩＱ光変調器では、第１の光位相変調部２あるいは第２の光位相変調部３の各々が持つ２つのアームで生じる非線形光学効果の大きさがインバランスになりがちであり、図６に示した位相シフト量＋φｊ及び−φｊ（ｊ＝１，２）の反対称性が崩れることがある。また別の例として、最近では図６における位相シフト量±θｊ（ｊ＝１，２）および＋θ３を調整するにあたり、従来広く用いられたポッケルス効果に代えてヒータによる光導波路の熱膨張を利用するＩＱ光変調器も開発されている。このようなＩＱ光変調器においては、比較的狭い領域に複数のヒータが配列されるため熱クロストークが無視できず、ΔＶｂｉａｓ１を０に調整していく過程でΔＶｂｉａｓｊ（ｊ＝２，３）が０から乖離してゆく、という現象が起こり得る。このような例では、特許文献１に示した技術では迅速な収束が見込めず、立ち上げシーケンスを終了後もしばらくは各バイアス値が不安定な状態が続いてしまう。【００４１】
上記事情に鑑み、本発明は、多値ＱＡＭ用光送信器のバイアス値をより早く収束させることが可能なバイアス制御回路及びバイアス制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００４２】
本発明の一態様は、光変調器のバイアス制御を行うバイアス制御回路であって、前記光変調器は、入力される光の位相又は強度を、ｎ種類の値を有する第１のｎ値データ信号に応じて変更する第１の光位相変調部と、入力される光の位相又は強度を、ｎ種類の値を有する第２のｎ値データ信号に応じて変更する第２の光位相変調部と、前記第１の光位相変調部からの出力光及び前記第２の光位相変調部からの出力光の少なくとも一方に遅延を与えることにより＋π／２または−π／２の光位相差を与える光位相シフタと、少なくとも一方に前記光位相シフタによる前記光位相差が与えられた前記第１の光位相変調部からの前記出力光及び前記第２の光位相変調部からの前記出力光を合波して生成した多値のＱＡＭ信号を出力する合波部とを有しており、前記バイアス制御回路は、前記第１のｎ値データ信号がゼロレベルであるときに前記第１の光位相変調部からの出力光が消光するよう設定するための第１のバイアス電圧を発生する第１のバイアス電源と、前記第２のｎ値データ信号がゼロレベルであるときに前記第２の光位相変調部からの出力光が消光するよう設定するための第２のバイアス電圧を発生する第２のバイアス電源と、前記光位相シフタの位相シフト量を調整するための第３のバイアス電圧を発生する第３のバイアス電源と、前記光変調器からの出力光の光パワをモニタする光パワモニタと、前記光パワモニタによるモニタ結果に基づいて、前記第１のバイアス電源が発生する前記第１のバイアス電圧、前記第２のバイアス電源が発生する前記第２のバイアス電圧及び前記第３のバイアス電源が発生する前記第３のバイアス電圧を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記第２のバイアス電圧を固定しかつ前記第３のバイアス電圧を半波長電圧だけ増加または減少させた前後のそれぞれにおいて、前記光パワを最大値又は最小値の近傍に収束するよう制御したときの前記第１のバイアス電圧である第一候補バイアス電圧及び第二候補バイアス電圧の組を記録する処理を、前記第２のバイアス電圧を所定範囲で変化させながら繰り返すループ処理を行い、記録された複数の前記組それぞれについて前記第一候補バイアス電圧と前記第二候補バイアス電圧との差分を算出し、算出した前記差分に基づいて選択した組の前記第一候補バイアス電圧と前記第二候補バイアス電圧との間の値を、前記第１のバイアス電源から発生させる前記第１のバイアス電圧として決定する電圧決定処理を行う。【００４３】
また、本発明の一態様は、光変調器のバイアス制御を行うバイアス制御回路であって、前記光変調器は、入力される光の位相又は強度を、ｎ種類の値を有する第１のｎ値データ信号に応じて変更する第１の光位相変調部と、入力される光の位相又は強度を、ｎ種類の値を有する第２のｎ値データ信号に応じて変更する第２の光位相変調部と、前記第１の光位相変調部からの出力光及び前記第２の光位相変調部からの出力光の少なくとも一方に遅延を与えることにより＋π／２または−π／２の光位相差を与える光位相シフタと、少なくとも一方に前記光位相シフタによる前記光位相差が与えられた前記第１の光位相変調部からの前記出力光及び前記第２の光位相変調部からの前記出力光を合波して生成した多値のＱＡＭ信号を出力する合波部とを有しており、前記バイアス制御回路は、前記第１のｎ値データ信号がゼロレベルであるときに前記第１の光位相変調部からの出力光が消光するよう設定するための第１のバイアス電圧を発生する第１のバイアス電源と、前記第２のｎ値データ信号がゼロレベルであるときに前記第２の光位相変調部からの出力光が消光するよう設定するための第２のバイアス電圧を発生する第２のバイアス電源と、前記光位相シフタの位相シフト量を調整するための第３のバイアス電圧を発生する第３のバイアス電源と、前記光変調器からの出力光の光パワをモニタする光パワモニタと、前記光パワモニタによるモニタ結果に基づいて、前記第１のバイアス電源が発生する前記第１のバイアス電圧、前記第２のバイアス電源が発生する前記第２のバイアス電圧及び前記第３のバイアス電源が発生する前記第３のバイアス電圧を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記第２のバイアス電圧を固定しかつ前記第１のｎ値データ信号の振幅又は前記第１のバイアス電圧に所定の周波数のディザリングを加えかつ前記第３のバイアス電圧を半波長電圧だけ増加または減少させた前後のそれぞれにおいて、前記光パワに重畳される前記所定の周波数の整数倍の成分を０、最大又は最小の近傍に収束するよう制御したときの前記第１のバイアス電圧である第一候補バイアス電圧及び第二候補バイアス電圧の組を記録する処理を、前記第２のバイアス電圧を所定範囲で変化させながら繰り返すループ処理を行い、記録された複数の前記組それぞれについて前記第一候補バイアス電圧と前記第二候補バイアス電圧との差分を算出し、算出した前記差分に基づいて選択した組の前記第一候補バイアス電圧と前記第二候補バイアス電圧との間の値を、前記第１のバイアス電源から発生させる前記第１のバイアス電圧として決定する電圧決定処理を行う。【００４４】
上述のバイアス制御回路において、前記制御部は、選択された前記組が得られたときの前記第２のバイアス電圧を、前記第２のバイアス電源から発生させると決定するようにしてもよい。【００４５】
上述のバイアス制御回路において、前記制御部は、前記第１のバイアス電圧と前記第２のバイアス電圧とを入れ替えて前記ループ処理及び前記電圧決定処理を行い、前記第２のバイアス電源から発生させる前記第２のバイアス電圧を決定するようにしてもよい。【００４６】
上述のバイアス制御回路において、前記制御部は、決定された前記第１のバイアス電圧及び決定された前記第２のバイアス電圧を用いて前記第３のバイアス電圧を制御し、当該バイアス制御回路の立ち上げ処理を終了するようにしてもよい。【００４７】
上述のバイアス制御回路において、前記第１のバイアス電圧、前記第２のバイアス電圧及び前記第３のバイアス電圧による光位相の調整に、ポッケルス効果または光導波路の熱膨張を用いるようにしてもよい。【００４８】
本発明の一態様は、バイアス制御回路が実行する光変調器のバイアス制御方法であって、前記光変調器は、入力される光の位相又は強度を、ｎ種類の値を有する第１のｎ値データ信号に応じて変更する第１の光位相変調部と、入力される光の位相又は強度を、ｎ種類の値を有する第２のｎ値データ信号に応じて変更する第２の光位相変調部と、前記第１の光位相変調部からの出力光及び前記第２の光位相変調部からの出力光の少なくとも一方に遅延を与えることにより＋π／２または−π／２の光位相差を与える光位相シフタと、少なくとも一方に前記光位相シフタによる前記光位相差が与えられた前記第１の光位相変調部からの前記出力光及び前記第２の光位相変調部からの前記出力光を合波して生成した多値のＱＡＭ信号を出力する合波部とを備えており、前記バイアス制御回路において、第１のバイアス電源が、前記第１のｎ値データ信号がゼロレベルであるときに前記第１の光位相変調部からの出力光が消光するよう設定するための第１のバイアス電圧を発生し、第２のバイアス電源が、前記第２のｎ値データ信号がゼロレベルであるときに前記第２の光位相変調部からの出力光が消光するよう設定するための第２のバイアス電圧を発生し、第３のバイアス電源が、前記光位相シフタの位相シフト量を調整するための第３のバイアス電圧を発生するバイアス電圧発生ステップと、制御部が、前記光変調器からの出力光の光パワのモニタ結果に基づいて、前記第１のバイアス電源が発生する前記第１のバイアス電圧、前記第２のバイアス電源が発生する前記第２のバイアス電圧及び前記第３のバイアス電源が発生する前記第３のバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御ステップと、前記制御部が、前記第２のバイアス電圧を固定しかつ前記第３のバイアス電圧を半波長電圧だけ増加または減少させた前後のそれぞれにおいて、前記光パワを最大値又は最小値の近傍に収束するよう制御したときの前記第１のバイアス電圧である第一候補バイアス電圧及び第二候補バイアス電圧の組を記録する処理を、前記第２のバイアス電圧を所定範囲で変化させながら繰り返すループ処理ステップと、前記制御部が、前記ループ処理ステップにおいて記録された複数の前記組それぞれについて前記第一候補バイアス電圧と前記第二候補バイアス電圧との差分を算出し、算出した前記差分に基づいて選択した組の前記第一候補バイアス電圧と前記第二候補バイアス電圧との間の値を、前記第１のバイアス電源から発生させる前記第１のバイアス電圧として決定する電圧決定ステップと、を有する。【００４９】
本発明の一態様は、バイアス制御回路が実行する光変調器のバイアス制御方法であって、前記光変調器は、入力される光の位相又は強度を、ｎ種類の値を有する第１のｎ値データ信号に応じて変更する第１の光位相変調部と、入力される光の位相又は強度を、ｎ種類の値を有する第２のｎ値データ信号に応じて変更する第２の光位相変調部と、前記第１の光位相変調部からの出力光及び前記第２の光位相変調部からの出力光の少なくとも一方に遅延を与えることにより＋π／２または−π／２の光位相差を与える光位相シフタと、少なくとも一方に前記光位相シフタによる前記光位相差が与えられた前記第１の光位相変調部からの前記出力光及び前記第２の光位相変調部からの前記出力光を合波して生成した多値のＱＡＭ信号を出力する合波部とを備えており、前記バイアス制御回路において、第１のバイアス電源が、前記第１のｎ値データ信号がゼロレベルであるときに前記第１の光位相変調部からの出力光が消光するよう設定するための第１のバイアス電圧を発生し、第２のバイアス電源が、前記第２のｎ値データ信号がゼロレベルであるときに前記第２の光位相変調部からの出力光が消光するよう設定するための第２のバイアス電圧を発生し、第３のバイアス電源が、前記光位相シフタの位相シフト量を調整するための第３のバイアス電圧を発生するバイアス電圧発生ステップと、制御部が、前記光変調器からの出力光の光パワのモニタ結果に基づいて、前記第１のバイアス電源が発生する前記第１のバイアス電圧、前記第２のバイアス電源が発生する前記第２のバイアス電圧及び前記第３のバイアス電源が発生する前記第３のバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御ステップと、前記制御部が、前記第２のバイアス電圧を固定しかつ前記第１のｎ値データ信号の振幅又は前記第１のバイアス電圧に所定の周波数のディザリングを加えかつ前記第３のバイアス電圧を半波長電圧だけ増加または減少させた前後のそれぞれにおいて、前記光パワに重畳される前記所定の周波数の整数倍の成分を０、最大又は最小の近傍に収束するよう制御したときの前記第１のバイアス電圧である第一候補バイアス電圧及び第二候補バイアス電圧の組を記録する処理を、前記第２のバイアス電圧を所定範囲で変化させながら繰り返すループ処理ステップと、前記制御部が、前記ループ処理ステップにおいて記録された複数の前記組それぞれについて前記第一候補バイアス電圧と前記第二候補バイアス電圧との差分を算出し、算出した前記差分に基づいて選択した組の前記第一候補バイアス電圧と前記第二候補バイアス電圧との間の値を、前記第１のバイアス電源から発生させる前記第１のバイアス電圧として決定する電圧決定ステップと、を有する。
【発明の効果】
【００５０】
本発明により、多値ＱＡＭ用光送信器のバイアス値をより早く収束させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態によるバイアス制御回路を備えた光送信器の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態によるバイアス制御回路の処理を示すフロー図である。
【図３】第２実施形態によるバイアス制御回路の処理を示すフロー図である。
【図４】同実施形態によるバイアス制御回路の処理を示すフロー図である。
【図５】第３実施形態によるｎ２値ＱＡＭ送信器のバイアス制御回路を備えた光送信器の構成を示すブロック図である。
【図６】従来技術による光送信器の構成例を示す図である。
【図７】従来技術による光送信器の第１の光位相変調部の出力光の電場と、データ信号の電圧及びデータバイアス電圧の関係を示す図である。
【図８】従来技術によるＩＱ光変調器の出力光のコンスタレーションを示す図である。
【図９】従来技術によるバイアス制御回路を備えた光送信器の構成を示すブロック図である。
【図１０】従来技術による第１の同期検波回路の出力例を示す図である。
【図１１】従来技術による第１の同期検波回路の出力例を示す図である。
【図１２Ａ】従来技術によるｎ２値光ＱＡＭ信号のコンスタレーションの例を示す図である。
【図１２Ｂ】従来技術によるｎ２値光ＱＡＭ信号のコンスタレーションの例を示す図である。
【図１２Ｃ】従来技術によるｎ２値光ＱＡＭ信号のコンスタレーションの例を示す図である。
【図１３】従来技術による光パワの変化を示す図である。
【図１４Ａ】従来技術によるｎ２値光ＱＡＭ信号のコンスタレーションの例を示す図である。
【図１４Ｂ】従来技術によるｎ２値光ＱＡＭ信号のコンスタレーションの例を示す図である。
【図１４Ｃ】従来技術によるｎ２値光ＱＡＭ信号のコンスタレーションの例を示す図である。
【図１５】従来技術による光パワの変化を示す図である。
【図１６Ａ】従来技術によるｎ２値光ＱＡＭ信号のコンスタレーションの例を示す図である。
【図１６Ｂ】従来技術によるｎ２値光ＱＡＭ信号のコンスタレーションの例を示す図である。
【図１６Ｃ】従来技術によるｎ２値光ＱＡＭ信号のコンスタレーションの例を示す図である。
【図１７】従来技術による光パワの変化を示す図である。
【図１８Ａ】θ３をπ増減させる前のｎ２値光ＱＡＭ信号のコンスタレーションを示す図である。
【図１８Ｂ】θ３をπ増減させた後のｎ２値光ＱＡＭ信号のコンスタレーションを示す図である。
【図１９】θ３をπ増減させた前後のＶｂｉａｓ１に対する光パワの変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
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。本発明の実施形態は、多値ＱＡＭ用光送信器のバイアス電圧自動制御に関する。特に、自動制御の開始時点においてより確実にバイアスを最適値に制御する立ち上げシーケンスをつかさどるコントローラに関する。
【００５３】
本発明の実施形態を説明する前に、「任意のθ３について、θ３をθ３＋πに変換するという操作を行っても、光パワＰが最大値または最小値となるＶｂｉａｓｊ（ｊ＝１，２）が殆ど変化しない」という条件が満たされるのはどのような場合であるかを考える。この条件は、言い換えれば「任意の直交バイアス電圧Ｖｂｉａｓ３について、Ｖｂｉａｓ３を人為的にＶπだけ変更するという操作を行っても、図１５に示すｄ１と図１７に示すｄ２の符号と絶対値がほぼ等しい」となる。
【００５４】
ＩＱ光変調器は理想的な構成で、ＭＺＩにはインバランスがないものとし、かつ各バイアスの相互作用が無視できるものと仮定できるなら、先述の条件を満たすには、ｄ１＝ｄ２＝０であればよい。このとき、θ３の変換の前後でΔＶｂｉａｓｊ＝０であり、図７及び図８に示したＥ１１、Ｅ１２、Ｅ２１、Ｅ２２は、Ｅｊ１＝−Ｅｊ２となる（ｊ＝１，２）。図１８Ａおよび図１８Ｂは、ｄ１とｄ２が等しいときにθ３をπ増減させた前後のｎ２値光ＱＡＭ信号のコンスタレーションを示す図である。ここではｎ＝２である。図１８Ａはθ３をπ増加させる前のコンスタレーションを示し、図１８Ｂはθ３をπ増加させた後のコンスタレーションを示している。図１８Ａおよび図１８Ｂに示すように、θ３をπ増減させても、シンボルの配置が入れ替わるもののコンスタレーションの形状としては同一であり、コンスタレーションの形状と原点との位置関係は変わらない。
【００５５】
図１９は、θ３をπ増減させた前後の光パワＰの変化を示す図である。同図では、ΔＶｂｉａｓ２＝０．０、ΔＶｂｉａｓ３＝−０．８Ｖπまたは＋０．２Ｖπの条件での、ΔＶｂｉａｓ１に対する光パワＰの変化を示している。駆動振幅などの条件は、図１３〜図１７と同じである。ΔＶｂｉａｓ３が−０．８Ｖπと＋０．２Ｖπのどちらであっても光パワＰは同一であり、ΔＶｂｉａｓ１＝０で光パワＰの値は最小値となる。
【００５６】
ここから次のことが言える。すなわち、「任意の直交バイアス電圧Ｖｂｉａｓ３について、Ｖｂｉａｓ３を人為的にＶπだけ変更するという操作の前後で、光パワＰが最大値または最小値を維持するならば、そのときＶｂｉａｓｊは最適値（ΔＶｂｉａｓｊ＝０）である（ｊ＝１，２）」。
【００５７】
ここまでの説明では、ＩＱ光変調器は理想的な構成で、ＭＺＩにはインバランスがないものとし、かつ各バイアスの相互作用が無視できるものと仮定してきた。この仮定が成り立たない、あまり理想的ではないＩＱ光変調器においては、Ｖｂｉａｓ３を人為的にＶπ変更する過程でΔＶｂｉａｓｊが変動することがある。また、インバランスなＩＱ光変調器では図１８Ａ及び図１８Ｂに示すようなひし形のコンスタレーションにならず、辺ＡＤと辺ＢＣが平行にならないこともある。このような場合は、図１５に示したｄ１と図１７に示したｄ２の片方が０であっても、他方が０とはやや異なる値をとることがありえる。
【００５８】
このため、先述の結論は下記のように修正される。すなわち、「任意の直交バイアス電圧Ｖｂｉａｓ３について、Ｖｂｉａｓ３を人為的にＶπだけ変更するという操作の前後で、光パワＰが最大値または最小値となるＶｂｉａｓｊの値がほぼ等しいのであれば、Ｖｂｉａｓｊは最適値（ΔＶｂｉａｓｊ＝０）にほぼ等しい（ｊ＝１，２）」。
【００５９】
本発明の実施形態ではこの性質を使って、Ｖｂｉａｓ１、Ｖｂｉａｓ２を粗調整し、最適値近傍に引き込む。Ｖｂｉａｓ３の激しい変動を伴うために光通信サービスの運用中には行うことは困難な場合があるが、ＡＢＣ回路の立ち上げシーケンスに適用することにより、偽の最適点にはまり込む状況を回避できる。立ち上げシーケンス終了後、インサービスでのＡＢＣ実行時においてバイアスドリフトが生じたとしても、各バイアスが最適値近傍の値であるため、非特許文献１〜３に記載の方法でＡＢＣが可能となる。
【００６０】
本発明の実施形態では、特許文献１に示した技術とは異なり、まずｄ１とｄ２（図１５、図１７参照）の絶対値が小さい領域を探し出してからＶｂｉａｓ１、Ｖｂｉａｓ２を決めるため、例えＩＱ光変調器の構成が理想的でない場合であっても、特許文献１に示した技術より高い精度でＡＢＣを実現できる。
【００６１】
上記の説明は、小振幅の光ＱＰＳＫ信号を例としたが、一般のＱＡＭ信号についても概ね同様の議論が成立する。駆動振幅及び信号フォーマットによっては若干の修正が必要であるが、それについては第２実施形態にて説明を行う。
【００６２】
［Ａ．第１実施形態］
本発明の第１実施形態では、ＩＱ光変調器の出力の光パワＰの値が最大値または最小値となるようにＶｂｉａｓ１及びＶｂｉａｓ２を制御する。各バイアス値が最適である時に光パワＰが最大値をとるか最小値をとるかは、駆動振幅と信号フォーマットに依存するため、非特許文献２において示される判別式Ｄなどを用いて予め調べておく必要がある。
【００６３】
ＩＱ光変調器の出力の光パワＰの値を最大または最小とするには、山登り法などを使うこともできるが、より現実的には、背景技術で説明したように、Ｖｂｉａｓ１またはＶｂｉａｓ２をディザリングして同期検波を行い、同期検波結果の傾斜を選択した上で同期検波結果を０とすればよい。
【００６４】
図１は、本発明の第１実施形態による光送信器１００の構成を示すブロック図である。同図において、図９に示す従来技術のＱＡＭ送信器と同一の部分には同一の符号を付している。光送信器１００は、ｎ２値ＱＡＭ送信器である。光送信器１００は、ＩＱ光変調器Ｍと、第１の駆動アンプ６と、第２の駆動アンプ７と、バイアス制御回路４００とを有する。バイアス制御回路４００は、光分波カプラ１１、光パワモニタ１２、第１の発振器８２、第１の同期検波回路８４、第１のループゲイン調整回路５０４、第１のバイアス電源８、第１の加算器８３、第１の差動出力ＤＣアンプ２０３、第２の発振器９２、第２の同期検波回路９４、第２のループゲイン調整回路５０５、第２のバイアス電源９、第２の加算器９３、第２の差動出力ＤＣアンプ２０４、第３の発振器１０２、第３の同期検波回路１０３、第３のループゲイン調整回路５０３、第３のバイアス電源１０及びコントローラ６００を備える。図１に示す光送信器１００が、図９に示すＱＡＭ送信器と異なる点は、ＡＢＣ回路であるバイアス制御回路４００がコントローラ６００を備える点である。
【００６５】
第１の駆動アンプ６は、第１のｎ値データ信号を正相、逆相の２種類の信号に増幅してＤａｔａ１及び￣Ｄａｔａ１を生成する。第２の駆動アンプ７は、第２のｎ値データ信号を正相、逆相の２種類の信号に増幅し、Ｄａｔａ２及び￣Ｄａｔａ２を生成する。
【００６６】
ＩＱ光変調器Ｍは、図６に示す構成と同様であり、ｎ２値ＱＡＭ信号を生成する。第１の光カプラ１（図６）は、ＣＷ光（連続光）を２つに分割し、第１の光位相変調部２（図６）及び第２の光位相変調部３（図６）に入力する。第１の光位相変調部２（図６）は、第１の光カプラ１（図６）から入力したＣＷ光を２つの導波路に分岐し、第１の駆動アンプ６が生成したＤａｔａ１及び￣Ｄａｔａ１を第１の駆動信号用電極６１ａ、６１ｂを介して各導波路の光信号に印加する。第１のデータバイアス電極８１ａ、８１ｂは、第１の差動出力ＤＣアンプ２０３からのＤＣ電圧（第１のバイアス電圧）Ｖｂｉａｓ１及び−Ｖｂｉａｓ１により、＋θ１及び−θ１の光位相シフトを追加する。第１の光位相変調部２（図６）は、光位相差が調整された２つの導波路の光信号を合波した後、合波により得られた光信号を出力する。
【００６７】
第２の光位相変調部３（図６）は、第１の光カプラ１（図６）から入力したＣＷ光を２つの導波路に分岐し、第２の駆動アンプ７が生成したＤａｔａ２及び￣Ｄａｔａ２を第２の駆動信号用電極７１ａ、７１ｂを介して各導波路の光信号に印加する。第２のデータバイアス電極９１ａ、９１ｂは、第２の差動出力ＤＣアンプ２０４からのＤＣ電圧（第２のバイアス電圧）Ｖｂｉａｓ２及び−Ｖｂｉａｓ２により、＋θ２及び−θ２の光位相シフトを追加する。第２の光位相変調部３（図６）は、光位相差が調整された２つの導波路の光信号を合波した後、合波により得られた光信号を出力する。
【００６８】
第１の光位相変調部２の出力及び第２の光位相変調部３の出力の少なくとも一方は、直交バイアス電圧が印加される直交バイアス電極１０１を有する光位相シフタ４（図６）によってθ３の位相差が加えられた上で、第２の光カプラ５（図６）により合波され、合波により得られた信号がｎ２値ＱＡＭ光信号として出力される。
【００６９】
バイアス制御回路４００において、光分波カプラ１１はＩＱ光変調器Ｍからの出力光を分岐して光パワモニタ１２に出力する。光パワモニタ１２は、光分波カプラ１１が分岐した出力光の光パワをモニタする。
【００７０】
第１の同期検波回路８４は、第１の発振器８２から出力されるリファレンスクロックと、光パワモニタ１２によるモニタ結果を基に、同期検波を行う。第１の同期検波回路８４は、第１のループゲイン調整回路５０４を介して第１のバイアス電源８に同期検波結果を誤差信号として帰還する。第１の加算器８３は、第１の発振器８２から出力されたｃｏｓ（ωｄ×ｔ）のディザ信号を第１のバイアス電源８の出力電圧に重畳する。第１の差動出力ＤＣアンプ２０３は、第１の加算器８３の出力電圧から発生させたＤＣ電圧Ｖｂｉａｓ１及び−Ｖｂｉａｓ１を第１のデータバイアス電極８１ａ、８１ｂに供給する。
【００７１】
第２の同期検波回路９４は、第２の発振器９２から出力されるリファレンスクロックと、光パワモニタ１２によるモニタ結果を基に、同期検波を行う。第２の同期検波回路９４は、第２のループゲイン調整回路５０５を介して第２のバイアス電源９に同期検波結果を誤差信号として帰還する。第２の加算器９３は、第２の発振器９２から出力されたｓｉｎ（ωｄ×ｔ）のディザ信号を第２のバイアス電源９の出力電圧に重畳する。第２の差動出力ＤＣアンプ２０４は、第２の加算器９３の出力電圧から発生させたＤＣ電圧Ｖｂｉａｓ２及び−Ｖｂｉａｓ２を第２のデータバイアス電極９１ａ、９１ｂに供給する。
【００７２】
第３の同期検波回路１０３は、第３の発振器１０２から出力されるリファレンスクロックと、光パワモニタ１２によるモニタ結果を基に、同期検波を行う。第３の同期検波回路１０３は、第３のループゲイン調整回路５０３を介して第３のバイアス電源１０に、同期検波結果を誤差信号として帰還する。第３のバイアス電源１０は、直交バイアス電圧Ｖｂｉａｓ３を直交バイアス電極１０１に供給する。コントローラ６００は、光パワモニタ１２によるモニタ結果から得られた前述の３種の誤差信号を参照して、第１のバイアス電源８、第２のバイアス電源９及び第３のバイアス電源１０を制御し、第１のバイアス電源８、第２のバイアス電源９及び第３のバイアス電源１０のそれぞれから出力されるＶｂｉａｓ１、Ｖｂｉａｓ２及びＶｂｉａｓ３を変化させ、その変化を記録する。
【００７３】
本実施形態のバイアス制御回路４００の構成では、制御ループが３種類あるが、送信器立ち上げ直後の立ち上げシーケンスにおいて、コントローラ６００はこれら３種の制御ループをタイムシェアリングで動かす。順番は、データバイアスのＶｂｉａｓ１またはＶｂｉａｓ２の制御を先に行い、次にＶｂｉａｓ３の制御を行う。Ｖｂｉａｓ１の制御とＶｂｉａｓ２の制御はどちらが先であっても構わないが、ここではＶｂｉａｓ１を先に制御するものとする。
【００７４】
図２は、バイアス制御回路４００の処理を示すフロー図である。同図に示すフローを用いて、立ち上げシーケンスの各ステップの処理を説明する。
ステップＳ１０５において、コントローラ６００は、Ｖｂｉａｓ２及びＶｂｉａｓ３の値を初期値に固定する。これは、コントローラ６００から第２のループゲイン調整回路５０５及び第３のループゲイン調整回路５０３にコマンドを送り、これらのループゲインを０（−∞ｄＢ）とすることで実現される。次にステップＳ１１０において、コントローラ６００は、変数ｊに初期値１を代入する。この変数ｊはデータテーブルの行数を示す変数である。
【００７５】
次に、ステップＳ１１５において、コントローラ６００は、第１の同期検波回路８４の出力が０に近づくよう、Ｖｂｉａｓ１を制御する。より具体的には、コントローラ６００は、Ｖｂｉａｓ１の振幅に周波数ｆのディザリングを加えたときに、光パワモニタ１２からの出力に重畳される周波数ｆの整数倍の周波数成分が０の近傍となるようにＶｂｉａｓ１を制御する。これは、コントローラ６００から第１のループゲイン調整回路５０４にコマンドを送り、ループゲインを適切な値にすることで実現される。最適なループゲインの大きさは、ＩＱ光変調器Ｍに入力されるＣＷ光のパワ及び光パワモニタ１２の感度で決まる。帰還信号の正負は、ターゲットとする０クロスポイントの、スロープの正負により決まる。
【００７６】
制御ループが収束した後、処理が図２のステップＳ１２０に移行する。ステップＳ１２０において、コントローラ６００は、Ｖｂｉａｓ１の収束値をデータテーブルの第１列ｊ行に記録して、処理がステップＳ１２５に移行する。ステップＳ１２５において、コントローラ６００は、Ｖｂｉａｓ３をＶπだけ増加させる。ステップＳ１３０において、コントローラ６００はステップＳ１１５と同様に、第１の同期検波回路８４の出力が０に近づくよう、Ｖｂｉａｓ１のみについて制御ループを動かす。
【００７７】
制御ループが収束した後、処理が図２のステップＳ１３５に移行する。ステップＳ１３５において、コントローラ６００は、Ｖｂｉａｓ１の収束値をデータテーブルの第２列ｊ行に記録して、処理がステップＳ１４０に移行する。ステップＳ１４０において、コントローラ６００は、Ｖｂｉａｓ２の値をデータテーブルの第３列ｊ行に記録する。
【００７８】
ステップＳ１４５において、コントローラ６００は、Ｖｂｉａｓ２の値を予め定められた刻み幅だけ増加させる。ステップＳ１５０において、コントローラ６００は、Ｖｂｉａｓ２の値を増加させた結果、Ｖｂｉａｓ２が予め定められた調査範囲内に収まっているか否かを判定する。Ｖｂｉａｓ２が調査範囲内に収まっていると判断した場合、コントローラ６００は、ステップＳ１５５の処理を行い、ｊの値に１を加算し、処理がステップＳ１１５に戻る。
【００７９】
ステップＳ１５０において、コントローラ６００は、Ｖｂｉａｓ２が予め定められた調査範囲内を越えたと判断したときにループを抜け、処理がステップＳ１６０に移行する。ステップＳ１６０において、コントローラ６００は、データテーブルをチェックし、１列目と２列目の値の差が最も小さくなるｊを得る。ステップＳ１６５において、コントローラ６００は、Ｖｂｉａｓ１の値を、データテーブルの第ｊ行１列目と第ｊ行２列目の平均値に固定する。ステップＳ１７０において、コントローラ６００は、Ｖｂｉａｓ２の値を、データテーブルの第ｊ行３列目の値に固定する。この段階で、Ｖｂｉａｓ１及びＶｂｉａｓ２は最適値（ΔＶｂｉａｓ１＝０、ΔＶｂｉａｓ２＝０）の近傍にある。そこで、ステップＳ１７５において、コントローラ６００は、従来技術、例えば、非特許文献１、２に記載の方法を用いて、Ｖｂｉａｓ３の制御を行い、Ｖｂｉａｓ３を最適値（ΔＶｂｉａｓ３＝０）とする。ここで、バイアス制御回路４００は、このＡＢＣの立ち上げシーケンスを終了して通常運用状態に移行し、インサービスでのＡＢＣを行う。
なお、ＩＱ光変調器の出力の光パワＰの値を最大または最小とするために上述した山登り法を用いる場合には、図２のステップＳ１１５およびステップＳ１３０において、ＩＱ光変調器の出力の光パワＰの値が最大または最小となるようにＶｂｉａｓ１を制御すればよい。また、Ｖｂｉａｓ１を最大とすべきか最小とすべきかは、上述の通り、非特許文献２において示される判別式Ｄなどを用いて一意に定めることができる。
【００８０】
［Ｂ．第１実施形態のバリエーション］
上記の「Ａ．第１実施形態」で説明した実施形態では、ステップＳ１２５において、Ｖｂｉａｓ３をＶｂｉａｓ３＋Ｖπに変更している。しかし通常は、Ｖｂｉａｓ３の制御範囲には限界があるため、常にＶｂｉａｓ３を増加させる（または常にＶｂｉａｓ３を減少させる）のは困難である。そのため、ｊが奇数であったらＶｂｉａｓ３をＶπだけ増加し、ｊが偶数であったらＶｂｉａｓ３をＶπだけ減少させる（またはその逆）という方法をとってもよい。
【００８１】
また、「Ａ．第１実施形態」では、Ｖｂｉａｓ２が調査範囲を越えるまでループを繰り返しているが、ループ中においてデータテーブルのｊ行目の１列目と２列目の値の差が０になったなら、それ以上はループを回してデータを集積する必要はない。ただし現実問題として、第１の同期検波回路８４の回路雑音やＩＱ光変調器Ｍの不完全さ、及びＶｂｉａｓ２の刻み幅がノンゼロであることから、データテーブルの１列目と２列目の値の差が厳密に０になる確率は非常に小さい。そこで、コントローラ６００は、図２のステップＳ１４０とステップＳ１４５の間でデータテーブルのｊ行目の１列目と２列目の差を計算し、その値が予め定められたしきい値よりも小さくなったらループを抜け、そのときのｊの値により、ステップＳ１６０からの処理を行うようにしても良い。
【００８２】
［Ｃ．第２実施形態］
上記の「Ａ．第１実施形態」及び「Ｂ．第１実施形態のバリエーション」では、Ｖｂｉａｓ２の刻み幅の大きさが、立ち上げシーケンス終了時のＶｂｉａｓ２の誤差（ΔＶｂｉａｓ２）の大きさを決める。刻み幅が小さければ誤差は小さくなる一方、収束に要する時間が増大する。この問題を解消するため、第２実施形態では、図２に示すステップＳ１０５〜ステップＳ１６５を終了した時点で、Ｖｂｉａｓ１とＶｂｉａｓ２を入れ替えた上で再度ステップＳ１０５〜ステップＳ１６５を繰り返す。
【００８３】
図３及び図４は、本実施形態のバイアス制御回路４００の処理を示すフロー図である。図３のステップＳ２０５〜ステップＳ２５０までのバイアス制御回路４００の処理は、第１実施形態の図２のステップＳ１０５〜ステップＳ１５５とほぼ同様であるが、本実施形態では、図２のステップＳ１４０は実行せず、データテーブルの第３列にＶｂｉａｓ２の値を記録はしない。
【００８４】
図４のステップＳ３０５〜ステップＳ３５０までは、バイアス制御回路４００は、Ｖｂｉａｓ１とＶｂｉａｓ２とを入れ替えた上で、図３のステップＳ２０５〜ステップＳ２５０までとほぼ同じ処理を行う。ただし、ステップＳ３２０、ステップＳ３３５においては、Ｖｂｉａｓ２の候補値をデータテーブルの第３列と第４列に記録する。
【００８５】
すなわち、ステップＳ３０５において、コントローラ６００は、Ｖｂｉａｓ１及びＶｂｉａｓ３の値を初期値に固定し、ステップＳ３１０において、変数ｊに初期値１を代入する。ステップＳ３１５において、コントローラ６００は、第２の同期検波回路９４の出力が０に近づくようＶｂｉａｓ２を制御し、制御ループが収束した後、ステップＳ３２０において、Ｖｂｉａｓ２の収束値をデータテーブルの第３列ｊ行に記録する。ステップＳ３２５において、コントローラ６００は、Ｖｂｉａｓ３をＶπだけ増加させる。ステップＳ３３０において、コントローラ６００は第２の同期検波回路９４の出力が０に近づくよう、Ｖｂｉａｓ２のみについて制御ループを動かし、制御ループが収束した後、ステップＳ３３５において、Ｖｂｉａｓ２の収束値をデータテーブルの第４列ｊ行に記録する。ステップＳ３４０において、コントローラ６００は、Ｖｂｉａｓ１の値を予め定められた刻み幅だけ増加させ、ステップＳ３４５において、増加させたＶｂｉａｓ１が予め定められた調査範囲内に収まっているか否かを判定する。増加させたＶｂｉａｓ１が調査範囲内に収まっていると判断した場合、コントローラ６００は、ステップＳ３５０の処理を行ってｊの値に１を加算し、処理がステップＳ３１５に戻る。ステップＳ３４５において、コントローラ６００は、Ｖｂｉａｓ１が予め定められた調査範囲内を越えたと判断したときにループを抜け、処理がステップＳ３５５に移行する。
【００８６】
図４のステップＳ３５５及びステップＳ３６０は、図２に示す第１実施形態のステップＳ１６０及びＳ１６５と同じである。つまり、ステップＳ３５５において、コントローラ６００は、データテーブルをチェックし、１列目と２列目の値の差が最も小さくなるｊを得る。ステップＳ３６０において、コントローラ６００は、Ｖｂｉａｓ１の値を、データテーブルの第ｊ行１列目と第ｊ行２列目の平均値に固定する。
【００８７】
図４のステップＳ３６５及びステップＳ３７０において、コントローラ６００は、データテーブルの第３列と、第４列とを用いて、Ｖｂｉａｓ１と同様の手順でＶｂｉａｓ２を固定する。つまり、ステップＳ３６５において、コントローラ６００は、データテーブルをチェックし、３列目と４列目の値の差が最も小さくなるｊを得る。ステップＳ３７０において、コントローラ６００は、Ｖｂｉａｓ２の値を、データテーブルの第ｊ行３列目と第ｊ行４列目の平均値に固定する。
【００８８】
この段階で、Ｖｂｉａｓ１及びＶｂｉａｓ２は最適値（ΔＶｂｉａｓ１＝０、ΔＶｂｉａｓ２＝０）の近傍にある。そこで、ステップＳ３７５では、コントローラ６００は、従来技術、例えば、非特許文献１、２に記載の方法を用いてＶｂｉａｓ３の制御を行い、Ｖｂｉａｓ３を最適値（ΔＶｂｉａｓ３＝０）とする。ここで、バイアス制御回路４００は、このＡＢＣの立ち上げシーケンスを終了して通常運用状態に移行し、インサービスでのＡＢＣを行う。
【００８９】
［Ｄ．第３実施形態］
上記の実施形態では全て、ＩＱ光変調器Ｍの出力の光パワＰの値が最大値または最小値、あるいは、最大値または最小値の近傍となるようにＶｂｉａｓ１、Ｖｂｉａｓ２を制御した。しかしながら、非特許文献２に記載の判別式Ｄが０または０に非常に近い場合は、Ｖｂｉａｓ１、Ｖｂｉａｓ２がどのような値であれ光パワＰの値が殆どあるいは全く変化しない。具体的には、これは信号フォーマットがＱＰＳＫであり、図６に記載のＤａｔａｊ及び￣Ｄａｔａｊの振幅が各々第ｊの光位相変調部のＲＦポートにおける半波長電圧Ｖπの約半分に等しい場合に生じる（ここでｊ＝１，２）。このような駆動振幅依存性を避けるためには、非特許文献３に記載の手法を用いることができる。
【００９０】
図５は、非特許文献３に記載の手法を併用した第１及び第２実施形態のバリエーションによる、光送信器１００ａの構成を示すブロック図である。同図において、図１に示す光送信器１００と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図に示す光送信器１００ａが、図１に示す光送信器１００と異なる点は、バイアス制御回路４００に代えてバイアス制御回路４００ａを備える点である。バイアス制御回路４００ａは、図１に示すコントローラ６００に代えて、コントローラ６００ａを備える。
【００９１】
さらに、本実施形態のバイアス制御回路４００ａの構成では、第１の発振器８２の出力の一部に第１のスイッチ３０１を設ける。第１のスイッチ３０１はコントローラ６００ａにより周期的に切り替えが行われる。Ｖｂｉａｓ１の制御時には、第１の発振器８２の出力は第１の駆動アンプ６の利得調整端子に送られ、駆動振幅をディザリングする。Ｖｂｉａｓ３の制御時には、第１の発振器８２の出力は、第１の加算器８３に送られ、Ｖｂｉａｓ１をディザリングする。
【００９２】
また、本実施形態のバイアス制御回路４００ａの構成では、第２の発振器９２の出力の一部に第２のスイッチ３１１を設ける。第２のスイッチ３１１はコントローラ６００ａにより周期的に切り替えが行われる。Ｖｂｉａｓ２の制御時には、第２の発振器９２の出力は第２のスイッチ３１１により第２の駆動アンプ７の利得調整端子に送られ、駆動振幅をディザリングする。Ｖｂｉａｓ３の制御時には第２の発振器９２の出力は、第２のスイッチ３１１により第２の加算器９３に送られ、Ｖｂｉａｓ２をディザリングする。
【００９３】
本実施形態における立ち上げシーケンスの制御フローは図２（あるいは図３〜図４）と殆ど同一ではあるが、図２のステップＳ１１５およびステップＳ１３０、図３のステップＳ２１５およびステップＳ２３０において、第１の同期検波回路８４の出力が０ではなく、最大または最小に近づくようにＶｂｉａｓ１を制御する。より具体的には、コントローラ６００ａは、第１の駆動アンプ６の駆動振幅に周波数ｆのディザリングを加えたときに、光パワモニタ１２からの出力に重畳される周波数ｆの整数倍の周波数成分が最大又は最小の近傍となるようにＶｂｉａｓ１を制御する。また、コントローラ６００ａは、図４のステップＳ３１５およびステップＳ３３０において、第２の同期検波回路９４の出力が０ではなく、最大または最小に近づくようにＶｂｉａｓ２を制御する。最大を選ぶか最小を選ぶかは、利得調整端子への制御信号と実際の利得の増減との比例係数の正負によって決まる。本実施形態によって駆動振幅無依存にＶｂｉａｓ１、Ｖｂｉａｓ２の制御が可能となる。
なお、いま述べたように、第１の同期検波回路８４の出力または第２の同期検波回路９４の出力が、どの値に近づくようにＶｂｉａｓ１またはＶｂｉａｓ２を制御するかは、利得調整端子への制御信号と実際の利得の増減との比例係数の正負によって決まる。また第１実施形態では、Ｖｂｉａｓ１あるいはＶｂｉａｓ２をディザリングして同期検波結果を０とする構成について説明したが、同期検波の対象が高次のディザ周波数成分である場合には、同期検波結果を０ではなく最大または最小とした方が良いこともありうる。したがって、同期検波結果を最大、最小、または０のいずれに近付けるべきかは、信号フォーマットと同期検波回路の構成が定まった時点で装置試験により実験的に確認するようにしてもよい。
【００９４】
［Ｅ．第１〜３実施形態のバリエーション］
今まで述べた実施形態では、光位相θ1、θ２、θ３（図６参照）の制御をポッケルス効果で行うものと仮定して、正負の電圧Ｖｂｉａｓ１、Ｖｂｉａｓ２及び電圧Ｖｂｉａｓ３を用いた。しかし、近年では光位相θ1、θ２、θ３の制御をヒータの熱で行うタイプのＩＱ光変調器も存在する。このような変調器においてもシーケンスの制御フローは、図２〜図４に示す制御フローと本質的な変更はない。しかし、ヒータ電力の変化は印加電圧の正負によらないため、このタイプのＩＱ光変調器では第１の差動出力ＤＣアンプ２０３や第２の差動出力ＤＣアンプ２０４を用いることは無意味であるから省く。Ｖｂｉａｓ１、Ｖｂｉａｓ２を第１及び第２のデータバイアス電極の片端８１ａ、９１ａのみに印加し、他端の８１ｂ、９１ｂは接地しておくなどの変更で、他の実施形態と同様に制御が可能となる。
【００９５】
以上説明した実施形態によれば、光送信器（例えば、光送信器１００、１００ａ）は、光変調器（例えば、ＩＱ光変調器Ｍ）と、光変調器のバイアス制御を行うバイアス制御回路（例えば、バイアス制御回路４００、４００ａ）とを有する。光変調器は、第１の光位相変調部（例えば、第１の光位相変調部２）と、第２の光位相変調部（例えば、第２の光位相変調部３）と、光位相シフタ（例えば、光位相シフタ４）と、合波部（例えば、第２の光カプラ５）とを有する。第１の光位相変調部は、入力される光の位相又は強度を、ｎ種類の値を有する第１のｎ値データ信号に応じて変更し、位相又は強度が変更された光を出力する。第２の光位相変調部は、入力される光の位相又は強度を、ｎ種類の値を有する第２のｎ値データ信号に応じて変更し、位相又は強度が変更された光を出力する。光位相シフタは、第１の光位相変調部からの出力光及び第２の光位相変調部からの出力光の少なくとも一方に遅延を与えることにより、それら出力光に＋π／２または−π／２の光位相差を与える。合波部は、少なくとも一方に光位相シフタによる光位相差が与えられた第１の光位相変調部からの出力光及び第２の光位相変調部からの出力光を合波して生成した多値のＱＡＭ信号を出力する。
【００９６】
バイアス制御回路は、第１のバイアス電源（例えば、第１のバイアス電源８）と、第２のバイアス電源（例えば、第２のバイアス電源９）と、第３のバイアス電源（例えば、第３のバイアス電源１０）と、光パワモニタ（例えば、光パワモニタ１２）と、制御部（例えば、コントローラ６００、６００ａ）とを備える。第１のバイアス電源は、第１のｎ値データ信号がゼロレベルであるときに第１の光位相変調部からの出力光が消光するよう設定するための第１のバイアス電圧（例えば、Ｖｂｉａｓ１）を発生する。第２のバイアス電源は、第２のｎ値データ信号がゼロレベルであるときに第２の光位相変調部からの出力光が消光するよう設定するための第２のバイアス電圧（例えば、Ｖｂｉａｓ２）を発生する。第３のバイアス電源は、光位相シフタの位相シフト量を調整するためのバイアス電圧である第３のバイアス電圧（例えば、Ｖｂｉａｓ３）を発生する。光パワモニタは、光変調器からの出力光の光パワをモニタする。制御部は、光パワモニタによるモニタ結果に基づいて、第１のバイアス電源が発生する第１のバイアス電圧、第２のバイアス電源が発生する第２のバイアス電圧及び第３のバイアス電源が発生する第３のバイアス電圧を制御する。
【００９７】
制御部は、バイアス制御回路の立ち上げシーケンスにおいて、第２のバイアス電圧を固定しかつ第３のバイアス電圧を半波長電圧だけ増加または減少させた前後のそれぞれにおいて、光パワを最大値又は最小値の近傍に収束するよう制御したときの第１のバイアス電圧である第一候補バイアス電圧及び第二候補バイアス電圧の組を記録する処理を、第２のバイアス電圧を所定範囲で変化させながら繰り返すループ処理を行う。あるいは、制御部は、バイアス制御回路の立ち上げシーケンスにおいて、第２のバイアス電圧を固定しかつ第１のｎ値データ信号の振幅又は第１のバイアス電圧に所定の周波数のディザリングを加えかつ第３のバイアス電圧を半波長電圧だけ増加または減少させた前後のそれぞれにおいて、光パワに重畳される所定の周波数の整数倍の成分を０、最大又は最小の近傍に収束するよう制御したときの第１のバイアス電圧である第一候補バイアス電圧及び第二候補バイアス電圧の組を記録する処理を、第２のバイアス電圧を所定範囲で変化させながら繰り返すループ処理を行う。なお、ディザリングを加えていないｎ値データ信号はＲＦ信号であるため振幅を持っており、ディザリング印加後のｎ値データ信号の振幅は僅かに増減する。一方、バイアス電圧はＤＣであるため振幅を持たず、ディザリング印加後は、第１のバイアス電圧はほぼ一定ながら、僅かな振幅で変動を持つ。制御部は、上記のいずれかのループ処理を行った後、記録された複数の組それぞれについて第一候補バイアス電圧と第二候補バイアス電圧との差分を算出し、算出した差分に基づいて選択した組の第一候補バイアス電圧と第二候補バイアス電圧との間の値、具体的には、選択した組に含まれる第一候補バイアス電圧と第二候補バイアス電圧との平均を、第１のバイアス電源から発生させる第１のバイアス電圧として決定する電圧決定処理を行う。
【００９８】
制御部は、選択された組が得られたときの第２のバイアス電圧を、第２のバイアス電源から発生させると決定する。あるいは、制御部は、第１のバイアス電圧と第２のバイアス電圧とを入れ替えて上記のループ処理及び電圧決定処理を行って第２のバイアス電圧を決定してもよい。制御部は、決定した第１のバイアス電圧及び決定した第２のバイアス電圧を用いて既存の自動バイアス制御を行って第３のバイアス電圧を制御し、当該バイアス制御回路の立ち上げ処理を終了する。第１のバイアス電圧、第２のバイアス電圧及び第３のバイアス電圧による光位相の調整には、ポッケルス効果または光導波路の熱膨張が用いられる。
【００９９】
以上説明した実施形態によれば、非対称バイアスディザリングまたはその応用による多値ＱＡＭ用光変調器のバイアス制御回路において、制御回路の動作開始時における各バイアスの初期値がいかなる値であろうとも、また変調器の動作のインバランスや各バイアスの相互作用が無視できない場合においても、各バイアスが不適切な値に収束することなく適切なバイアス値に収束し、かつその状態を保持することが可能となる。
【０１００】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明は、多値ＱＡＭ光信号を生成する送信器に利用可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
Ｍ…ＩＱ光変調器
１…第１の光カプラ
２…第１の光位相変調部
３…第２の光位相変調部
４…光位相シフタ
５…第２の光カプラ
６…第１の駆動アンプ
７…第２の駆動アンプ
８…第１のバイアス電源
９…第２のバイアス電源
１０… 第３のバイアス電源
１１…光分波カプラ
１２…光パワモニタ
６１ａ、６１ｂ…第１の駆動信号用電極
７１ａ、７１ｂ…第２の駆動信号用電極
８１ａ、８１ｂ…第１のデータバイアス電極
８２…第１の発振器
８３…第１の加算器
８４…第１の同期検波回路
９１ａ、９１ｂ…第２のデータバイアス電極
９２…第２の発振器
９３…第２の加算器
９４…第２の同期検波回路
１００、１００ａ…光送信器
１０１…直交バイアス電極
１０２…第３の発振器
１０３…第３の同期検波回路
２０３…第１の差動出力ＤＣアンプ
２０４…第２の差動出力ＤＣアンプ
３０１…第１のスイッチ
３１１…第２のスイッチ
４００、４００ａ…バイアス制御回路
５０３…第３のループゲイン調整回路
５０４…第１のループゲイン調整回路
５０５…第２のループゲイン調整回路
６００、６００ａ…コントローラ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１６Ｃ】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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