(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を出射するレーザ光源と、
前記光を第１偏波と第２偏波とに分離する偏波分離部と、
前記第１偏波をＱＰＳＫ変調して、第１変調信号として出力する第１ＱＰＳＫ変調部と、
前記第２偏波をＱＰＳＫ変調して、第２変調信号として出力する第２ＱＰＳＫ変調部と、
前記第１変調信号と前記第２変調信号とを偏波多重して偏波多重光信号として出力する偏波合成部と、
前記第１ＱＰＳＫ変調部の反転側の出力に設けられ、前記第１変調信号の光パワーに応じた第１モニタ電流を出力する第１光パワーモニタと、
前記第２ＱＰＳＫ変調部の反転側の出力に設けられ、前記第２変調信号の光パワーに応じた第２モニタ電流を出力する第２光パワーモニタと、
前記第１ＱＰＳＫ変調部に第１バイアス電圧を印加する第１電圧源と、
前記第２ＱＰＳＫ変調部に第２バイアス電圧を印加する第２電圧源と、
前記第１モニタ電流に基づいて算出される、前記偏波合成部の出力における前記第１変調信号の第１出力パワーと、前記第２モニタ電流に基づいて算出される、前記偏波合成部の出力における前記第２変調信号の第２出力パワーと、を比較した結果に基づいて、前記第１電圧源に前記第１バイアス電圧を変更させ、前記第２電圧源に前記第２バイアス電圧を変更させるように制御する偏波パワー制御部と、
前記レーザ光源にバイアス電流を供給し、前記バイアス電流を変更して前記レーザ光源が出射する前記光のパワーを変更する光源制御部と、
を備え、
前記第１ＱＰＳＫ変調部は、
前記第１偏波をＢＰＳＫ変調して、第３変調信号として出力する第１マッハツェンダ干渉部と、
前記第１偏波をＢＰＳＫ変調して、第４変調信号として出力する第２マッハツェンダ干渉部と、
前記第３変調信号が通過する第１光導波路と、
前記第４変調信号が通過する第２光導波路と、
前記第１光導波路に設けられた第１電極と、
前記第２光導波路に設けられた第２電極と、
前記第１光導波路を通過した前記第３変調信号と前記第２光導波路を通過した前記第４変調信号とを合波して、前記第１変調信号を生成する第１出力合波部と、
を有し、
前記第２ＱＰＳＫ変調部は、
前記第２偏波をＢＰＳＫ変調して、第５変調信号として出力する第３マッハツェンダ干渉部と、
前記第２偏波をＢＰＳＫ変調して、第６変調信号として出力する第４マッハツェンダ干渉部と、
前記第５変調信号が通過する第３光導波路と、
前記第６変調信号が通過する第４光導波路と、
前記第３光導波路に設けられた第３電極と、
前記第４光導波路に設けられた第４電極と、
前記第３光導波路を通過した前記第５変調信号と前記第４光導波路を通過した前記第６変調信号とを合波して、前記第２変調信号を生成する第２出力合波部と、
を有し、
前記第１光導波路、前記第２光導波路、前記第３光導波路、及び前記第４光導波路は、いずれもシュタルク効果を有する半導体材料により構成され、
前記第１電圧源は、前記第１電極及び前記第２電極のそれぞれに前記第１バイアス電圧を印加し、
前記第２電圧源は、前記第３電極及び前記第４電極のそれぞれに前記第２バイアス電圧を印加し、
前記偏波パワー制御部は、前記第１出力パワー及び前記第２出力パワーの和と目標の出力パワーとを比較した結果に基づいて、前記光源制御部に前記バイアス電流を変更させることを特徴とする半導体変調器。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体変調器の出力パワー制御方法であって、
前記第１出力パワーおよび前記第２出力パワーのいずれが大きいか判定するステップと、
前記第１出力パワーが前記第２出力パワーよりも大きいと判定されたことに応じて、前記第１電圧源に前記第１バイアス電圧を変化させて、前記第１出力パワーが前記第２出力パワーと等しくなるように制御するステップと、
前記第２出力パワーが前記第１出力パワーよりも大きいと判定されたことに応じて、前記第２電圧源に前記第２バイアス電圧を変化させて、前記第２出力パワーが前記第１出力パワーと等しくなるように制御するステップと、を備えることを特徴とする半導体変調器の出力パワー制御方法。
【請求項３】
前記第１出力パワーと前記第２出力パワーとが等しくなるように制御した後、前記第１出力パワーおよび前記第２出力パワーの和が目標の出力パワーと等しくなるように、前記レーザ光源に供給されるバイアス電流を変更させるステップをさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の半導体変調器の出力パワー制御方法。
【請求項４】
前記第１モニタ電流と予め定められた第１係数との積を演算することにより前記第１出力パワーを算出するステップと、
前記第２モニタ電流と予め定められた第２係数との積を演算することにより前記第２出力パワーを算出するステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の半導体変調器の出力パワー制御方法。
【請求項５】
前記第１係数は、前記第２バイアス電圧を変化させて、前記第２ＱＰＳＫ変調部の前記第２変調信号を消光した上で得られた前記第１モニタ電流に基づいて定められ、
前記第２係数は、前記第１バイアス電圧を変化させて、前記第１ＱＰＳＫ変調部の前記第１変調信号を消光した上で得られた前記第２モニタ電流に基づいて定められることを特徴とする請求項４に記載の半導体変調器の出力パワー制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体変調器および半導体変調器の出力パワー制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信の大容量化を実現するために、スペクトル利用効率の高い位相変調を用いた伝送方式が利用されている。この位相変調の中でも、４値位相偏移変調（Quadrature  Phase  Shift  Keying：QPSK）を用いた伝送方式と、さらに光の２つの偏波に対してそれぞれ変調を行う偏波多重方式と、を組み合わせたＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual  Polarization  Quadrature  Phase  Shift  Keying）方式が実用化され、有望視されている。
【０００３】
このようなＤＰ−ＱＰＳＫ方式の変調器においては、出力パワーを一定に制御するために、出力光をモニタする必要がある。下記の特許文献１および特許文献２には、変調器の出力光を一定の割合で分岐し、出力のパワー、位相ずれ、偏波間のパワーアンバランスを制御する構成が開示されている。
【０００４】
下記の非特許文献１には、各ＱＰＳＫ変調部の反転側出力にパワーモニタを内蔵するＤＰ−ＱＰＳＫ変調器の構成が開示されている。この構成によれば、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器の駆動時において、各ＱＰＳＫ変調部の出力のパワーと反転側出力のパワーとが等しくなる。このため、各パワーモニタの測定値を加算することにより、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器の出力パワーを検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２８０８７号公報
【特許文献２】特開２０１１−４４９０６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】“Implementation Agreement for Integrated Polarization MultiplexedQuadrature Modulated Transmitters”, Optical Internetworking Forum, Mar. 2010.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ＤＰ−ＱＰＳＫ伝送方式では、各偏波の出力パワーに差が生じないようにすることが求められており、変調器に生じる挿入損失が偏波ごとに規定されている。特許文献１および特許文献２に記載の構成では、一方のＱＰＳＫ変調器内の信号の位相差を１８０°に設定して変調信号を消光状態にすることによって、他方のＱＰＳＫ変調部の出力パワーを検出している。しかしながら、位相差が正確に設定されない場合には、一方のＱＰＳＫ変調器の出力信号がＤＰ−ＱＰＳＫ変調器の出力信号に混入してしまい、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器の出力において、各偏波を変調した信号の出力パワーを正確に測定できない。また、非特許文献１に記載の構成では、各ＱＰＳＫ変調部における光パワーを検出できるが、偏波回転素子および偏波合成素子のばらつきなどの影響を考慮する必要がある。このため、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器の出力において、各偏波を変調した信号の出力パワーを精度よく検出できない。このため、上記文献に記載の発明ではいずれも、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器の出力において、各偏波を変調した信号の出力パワーに差が生じないように精度よく調整することができない。
【０００８】
そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、出力部における各偏波に基づく出力パワーの差を低減可能な構造を有する半導体変調器および半導体変調器の出力パワー制御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】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体変調器は、光を出射するレーザ光源と、光を第１偏波と第２偏波とに分離する偏波分離部と、第１偏波をＱＰＳＫ変調して、第１変調信号として出力する第１ＱＰＳＫ変調部と、第２偏波をＱＰＳＫ変調して、第２変調信号として出力する第２ＱＰＳＫ変調部と、第１変調信号と第２変調信号とを偏波多重して偏波多重光信号として出力する偏波合成部と、第１変調信号の光パワーを測定し、測定した光パワーに応じた第１モニタ電流を出力する第１光パワーモニタと、第２変調信号の光パワーを測定し、測定した光パワーに応じた第２モニタ電流を出力する第２光パワーモニタと、第１ＱＰＳＫ変調部に第１バイアス電圧を印加する第１電圧源と、第２ＱＰＳＫ変調部に第２バイアス電圧を印加する第２電圧源と、第１電圧源に第１バイアス電圧を変更させ、第２電圧源に第２バイアス電圧を変更させるように制御する偏波パワー制御部と、を備え、第１ＱＰＳＫ変調部は、シュタルク効果を有する半導体材料により構成された光導波路を有し、第２ＱＰＳＫ変調部は、シュタルク効果を有する半導体材料により構成された光導波路を有し、第１光パワーモニタは、第１ＱＰＳＫ変調部の反転側の出力に設けられ、第２光パワーモニタは、第２ＱＰＳＫ変調部の反転側の出力に設けられ、偏波パワー制御部は、第１モニタ電流に基づいて、偏波合成部の出力における第１変調信号に基づく第１出力パワーを算出し、偏波パワー制御部は、第２モニタ電流に基づいて、偏波合成部の出力における第２変調信号に基づく第２出力パワーを算出し、偏波パワー制御部は、第１出力パワーと第２出力パワーとを比較した結果に基づいて、第１電圧源の第１バイアス電圧を変更させ、第２電圧源の第２バイアス電圧を変更させる。
【００１０】
このような半導体変調器によれば、第１ＱＰＳＫ変調部は、シュタルク効果を有する半導体材料により構成された光導波路を有し、第２ＱＰＳＫ変調部は、シュタルク効果を有する半導体材料により構成された光導波路を有する。このため、第１ＱＰＳＫ変調部に印加される第１バイアス電圧を変更することにより、第１ＱＰＳＫ変調部の光導波路を通過する光信号の吸収量を調整することができる。また、第２ＱＰＳＫ変調部に印加される第２バイアス電圧を変更することにより、第２ＱＰＳＫ変調部の光導波路を通過する光信号の吸収量を調整することができる。一方、第１ＱＰＳＫ変調部の出力である第１変調信号の光パワーを測定して得られた第１モニタ電流に基づいて、偏波合成部の出力における第１変調信号に基づく第１出力パワーが算出され、第２ＱＰＳＫ変調部の出力である第２変調信号の光パワーを測定して得られた第２モニタ電流に基づいて、偏波合成部の出力における第２変調信号に基づく第２出力パワーが算出される。そして、算出された第１出力パワーと第２出力パワーとを比較した結果に基づいて、第１バイアス電圧および第２バイアス電圧が変更され、その結果、第１出力パワーおよび第２出力パワーが変更される。このため、例えば、第１バイアス電圧および第２バイアス電圧を変更することにより、第１出力パワーと第２出力パワーとの差を低減することが可能となる。また、第１ＱＰＳＫ変調部および第２ＱＰＳＫ変調部においては、反転側出力にも光信号が出力される。この反転側出力の光信号をそれぞれ第１光パワーモニタおよび第２光パワーモニタによって測定することにより、第１変調信号および第２変調信号を分岐することなく、第１変調信号の光パワーおよび第２変調信号の光パワーを測定できる。
【００１１】
レーザ光源にバイアス電流を出力する光源制御部をさらに備えてもよく、レーザ光源は、バイアス電流に基づいて出射する光のパワーを変更し、偏波パワー制御部は、第１出力パワーおよび第２出力パワーの和と目標の出力パワーとを比較した結果に基づいて、光源制御部にバイアス電流を変更させてもよい。この場合、第１出力パワーおよび第２出力パワーの和と目標の出力パワーとを比較した結果に基づいて、レーザ光源に出力されるバイアス電流が変更され、その結果、レーザ光源の出射光のパワーが変更される。そして、レーザ光源の光のパワーが変更されることにより、その光を変調して得られる偏波多重光信号の光パワー（すなわち、半導体変調器の出力パワー）が変更される。このため、例えば、第１バイアス電圧を第１ＱＰＳＫ変調部に印加することにより第１出力パワーが減少し、第２バイアス電圧を第２ＱＰＳＫ変調部に印加することにより第２出力パワーが減少したとしても、バイアス電流を変更することにより、半導体変調器の出力パワーが目標の出力パワーと等しくなるように制御することが可能となる。
【００１２】
第１ＱＰＳＫ変調部は、第１偏波をＱＰＳＫ変調して、第３変調信号として出力する第１マッハツェンダ干渉部と、第１偏波をＱＰＳＫ変調して、第４変調信号として出力する第２マッハツェンダ干渉部と、第３変調信号が通過する第１光導波路と、第４変調信号が通過する第２光導波路と、第１光導波路に設けられた第１電極と、第２光導波路に設けられた第２電極と、第３変調信号と第４変調信号とを合波して、第１変調信号として出力する第１出力合波部と、を有してもよく、第２ＱＰＳＫ変調部は、第２偏波をＱＰＳＫ変調して、第５変調信号として出力する第３マッハツェンダ干渉部と、第１偏波をＱＰＳＫ変調して、第６変調信号として出力する第４マッハツェンダ干渉部と、第５変調信号が通過する第３光導波路と、第６変調信号が通過する第４光導波路と、第３光導波路に設けられた第３電極と、第４光導波路に設けられた第４電極と、第５変調信号と第６変調信号とを合波して、第２変調信号として出力する第２出力合波部と、を有してもよい。また、第１光導波路、第２光導波路、第３光導波路および第４光導波路は、いずれもシュタルク効果を有する半導体材料により構成され、第１電圧源は、第１電極および第２電極に第１バイアス電圧を印加し、第２電圧源は、第３電極および第４電極に第２バイアス電圧を印加してもよい。この場合、第１電極および第２電極に第１バイアス電圧を印加することにより、第３変調信号および第４変調信号の光パワーを調整できる。このため、第３変調信号と第４変調信号とを合波した第１変調信号の光パワーを調整でき、第１出力パワーの調整が可能となる。また、第３電極および第４電極に第２バイアス電圧を印加することにより、第５変調信号および第６変調信号の光パワーを調整できる。このため、第５変調信号と第６変調信号とを合波した第２変調信号の光パワーを調整でき、第２出力パワーの調整が可能となる。
【００１３】
本発明に係る半導体変調器の出力パワー制御方法は、第１出力パワーおよび第２出力パワーのいずれが大きいか判定するステップと、第１出力パワーが第２出力パワーよりも大きいと判定されたことに応じて、第１電圧源に第１バイアス電圧を増加させて、第１出力パワーが第２出力パワーと等しくなるように制御するステップと、第２出力パワーが第１出力パワーよりも大きいと判定されたことに応じて、第２電圧源に第２バイアス電圧を増加させて、第２出力パワーが第１出力パワーと等しくなるように制御するステップと、を備える。
【００１４】
このような半導体変調器の出力パワー制御方法によれば、第１出力パワーが第２出力パワーよりも大きい場合には、第１バイアス電圧を増加させることにより、第１出力パワーを減少させる。また、第２出力パワーが第１出力パワーよりも大きい場合には、第２バイアス電圧を増加させることにより、第２出力パワーを減少させる。このため、第１出力パワーと第２出力パワーとが等しくなるように制御することができる。
【００１５】
第１出力パワーと第２出力パワーとが等しくなるように制御した後、第１出力パワーおよび第２出力パワーの和が目標の出力パワーと等しくなるように、レーザ光源に供給されるバイアス電流を変更させるステップをさらに備えてもよい。この場合、レーザ光源に供給されるバイアス電流を変更することにより、第１出力パワーおよび第２出力パワーの和と目標の出力パワーとが等しくなるよう制御することができる。このため、第１出力パワーと第２出力パワーとが等しくなるように制御する際に、第１バイアス信号または第２バイアス信号の印加によって、第１出力パワーまたは第２出力パワーが減少したとしても、半導体変調器の出力パワーを目標の出力パワーと等しくすることができる。
【００１６】
第１モニタ電流と予め定められた第１係数との積を演算することにより第１出力パワーを算出するステップと、第２モニタ電流と予め定められた第２係数との積を演算することにより第２出力パワーを算出するステップと、をさらに備えてもよい。この場合、第１モニタ電流から第１出力パワーを算出でき、第２モニタ電流から第２出力パワーを算出できる。また、偏波多重光信号の光パワー（すなわち、半導体変調器の出力パワー）は、第１出力パワーと第２出力パワーとの和である。このため、偏波多重光信号を分岐することなく、半導体変調器の出力パワーを算出できる。
【００１７】
第１係数は、第２バイアス電圧を増加させて、第２ＱＰＳＫ変調部の第２変調信号を消光した上で得られた偏波多重光信号の出力パワーと、第１モニタ電流とに基づいて定められ、第２係数は、第１バイアス電圧を増加させて、第１ＱＰＳＫ変調部の第１変調信号を消光した上で得られた偏波多重光信号の出力パワーと、第２モニタ電流と、に基づいて定められてもよい。第２ＱＰＳＫ変調部の第２変調信号を消光することにより、偏波多重光信号に第２変調信号が含まれなくすることができる。このとき、偏波多重光信号の光パワーは第１出力パワーと等しくなるので、偏波多重光信号の光パワーと第１モニタ電流とから、第１係数を算出できる。同様に、第１ＱＰＳＫ変調部の第１変調信号を消光することにより、偏波多重光信号に第１変調信号が含まれなくすることができる。このとき、偏波多重光信号の光パワーは第２出力パワーと等しくなるので、偏波多重光信号の光パワーと第２モニタ電流とから、第２係数を算出できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、各偏波を変調した信号の半導体変調器の出力における出力パワーを等しくできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態に係る半導体変調器の概略構成図である。
【図２】（ａ）は図１の第１ＱＰＳＫ変調部の概略構成図、（ｂ）は図１の第２ＱＰＳＫ変調部の概略構成図である。
【図３】第１および第２ＱＰＳＫ変調部の各地点における光信号の位相を説明するための図である。
【図４】図１の半導体変調器の光導波路への印加電圧と光信号の位相および損失との関係を示す図である。
【図５】図１の半導体変調器の初期調整方法を説明するための図である。
【図６】図１の半導体変調器の光導波路への印加電圧と光パワーとの関係を示す図である。
【図７】図１の半導体変調器の出力パワー制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
図１は、本実施形態に係る半導体変調器の構成概略図である。図１に示されるように、半導体変調器１は、Ｘ偏波（第１偏波）の変調信号（以下、「Ｘ側変調信号」という。）およびＹ偏波（第２偏波）の変調信号（以下、「Ｙ側変調信号」という。）を生成するＤＰ−ＱＰＳＫ変調器であって、レーザ光源２と、偏波分離素子３（偏波分離部）と、第１ＱＰＳＫ変調部４と、第２ＱＰＳＫ変調部５と、偏波回転素子６と、偏波合成素子７（偏波合成部）と、第１光パワーモニタ１１と、第２光パワーモニタ１２と、偏波パワー制御部１５と、第１電圧源１６と、第２電圧源１７と、光源制御部１８と、を備える。この半導体変調器１は、例えば光通信において使用される光送信器に設けられ、Ｘ側変調信号（第１変調信号）とＹ側変調信号（第２変調信号）とを偏波多重した偏波多重光信号を光受信器に送信する。
【００２２】
レーザ光源２は、例えばレーザダイオードであって、所定の周波数の光を生成し、光導波路ｗｇ１を介して偏波分離素子３に光を出射する。この光は、例えば単一偏波を有する光である。レーザ光源２は、後述のバイアス電流Ｉｂｉａｓの電流量に応じて出射する光のパワーを変更する。偏波分離素子３は、レーザ光源２から出射された光を、互いに９０°異なる２つの偏波であるＸ偏波およびＹ偏波に分離する。そして、偏波分離素子３は、光導波路ｗｇ２を介して第１ＱＰＳＫ変調部４にＸ偏波を出力し、光導波路ｗｇ３を介して第２ＱＰＳＫ変調部５にＹ偏波を出力する。
【００２３】
第１ＱＰＳＫ変調部４は、Ｘ偏波に対してＱＰＳＫ変調を行ってＸ側変調信号を生成する。そして、第１ＱＰＳＫ変調部４は、Ｘ側変調信号を光導波路ｗｇ４を介して偏波回転素子６に出力する。第２ＱＰＳＫ変調部５は、Ｙ偏波に対してＱＰＳＫ変調を行ってＹ側変調信号を生成する。そして、第２ＱＰＳＫ変調部５は、Ｙ側変調信号を光導波路ｗｇ６を介して偏波合成素子７に出力する。
【００２４】
ここで、図２を参照して、第１ＱＰＳＫ変調部４および第２ＱＰＳＫ変調部５の構成について具体的に説明する。図２の（ａ）は第１ＱＰＳＫ変調部４の概略構成図、（ｂ）は第２ＱＰＳＫ変調部５の概略構成図である。図２の（ａ）に示されるように、第１ＱＰＳＫ変調部４は、第１マッハツェンダ干渉部４１と、第２マッハツェンダ干渉部４２と、位相シフト用電極４３と、第１調整用電極４４（第１電極）と、第２調整用電極４５（第２電極）と、を有する。また、第１ＱＰＳＫ変調部４では、入力部４ａにおいて光導波路ｗｇ２が光導波路ｗｇ２１と光導波路ｗｇ２２とに分岐されている。光導波路ｗｇ２１は、入力部４ａから第１マッハツェンダ干渉部４１の入力部４１ａまで延び、光導波路ｗｇ２２は、入力部４ａから第２マッハツェンダ干渉部４２の入力部４２ａまで延びている。また、第１マッハツェンダ干渉部４１の出力部４１ｂから出力部４ｂ（第１出力合波部）まで光導波路ｗｇ２３（第１光導波路）が延び、第２マッハツェンダ干渉部４２の出力部４２ｂから出力部４ｂまで光導波路ｗｇ２４（第２光導波路）が延びている。そして、光導波路ｗｇ２３および光導波路ｗｇ２４は、出力部４ｂにおいて光導波路ｗｇ４に合流している。
【００２５】
第１マッハツェンダ干渉部４１は、偏波分離素子３によって分離されたＸ偏波に、データ信号ＤＸＩを重畳して、ＸＩ変調信号（第３変調信号）を生成し、ＸＩ変調信号を出力する。第１マッハツェンダ干渉部４１では、入力部４１ａにおいて光導波路ｗｇ２１が光導波路ｗｇ２１ａと光導波路ｗｇ２１ｂとに分岐され、光導波路ｗｇ２１ａおよび光導波路ｗｇ２１ｂは、それぞれ入力部４１ａから出力部４１ｂまで延びている。そして、出力部４１ｂにおいて光導波路ｗｇ２１ａと光導波路ｗｇ２１ｂとが光導波路ｗｇ２３に合流する。この光導波路ｗｇ２１ａには第１ＸＩ電極４１ｃが設けられ、光導波路ｗｇ２１ｂには第２ＸＩ電極４１ｄが設けられている。第１ＸＩ電極４１ｃと第２ＸＩ電極４１ｄとは、互いに平行に配置されている。このため、第１ＸＩ電極４１ｃおよび第２ＸＩ電極４１ｄの対は、２×２光方向性カプラとして機能する。
【００２６】
入力部４１ａにおいて、光導波路ｗｇ２１を通過したＸ偏波が光導波路ｗｇ２１ａおよび光導波路ｗｇ２１ｂにそれぞれ出力される。また、第１ＸＩ電極４１ｃには、駆動信号ＶＸＩ１が印加され、第２ＸＩ電極４１ｄには、駆動信号ＶＸＩ２が印加される。この駆動信号ＶＸＩ１および駆動信号ＶＸＩ２は、データ信号ＤＸＩに基づいて生成された電圧信号であって、駆動信号ＶＸＩ１の振幅（電圧値）は、駆動信号ＶＸＩ２の振幅（電圧値）と等しく、駆動信号ＶＸＩ１の極性は、駆動信号ＶＸＩ２の極性と異なる。第１ＸＩ電極４１ｃに駆動信号ＶＸＩ１が印加されることによって、光導波路ｗｇ２１ａを通過するＸ偏波が変調され、第１ＸＩ変調信号が生成される。第２ＸＩ電極４１ｄに駆動信号ＶＸＩ２が印加されることによって、光導波路ｗｇ２１ｂを通過するＸ偏波が変調され、第２ＸＩ変調信号が生成される。そして、出力部４１ｂにおいて第１ＸＩ変調信号と第２ＸＩ変調信号とが合波されてＸＩ変調信号が生成され、ＸＩ変調信号は光導波路ｗｇ２３に出力される。
【００２７】
第２マッハツェンダ干渉部４２は、偏波分離素子３によって分離されたＸ偏波に、データ信号ＤＸＱを重畳して、ＸＱ変調信号（第４変調信号）を生成し、ＸＱ変調信号を出力する。第２マッハツェンダ干渉部４２では、入力部４２ａにおいて光導波路ｗｇ２２が光導波路ｗｇ２２ａと光導波路ｗｇ２２ｂとに分岐され、光導波路ｗｇ２２ａおよび光導波路ｗｇ２２ｂはそれぞれ入力部４２ａから出力部４２ｂまで延びている。そして、出力部４２ｂにおいて光導波路ｗｇ２２ａと光導波路ｗｇ２２ｂとが光導波路ｗｇ２４に合流する。この光導波路ｗｇ２２ａには第１ＸＱ電極４２ｃが設けられ、光導波路ｗｇ２２ｂには第２ＸＱ電極４２ｄが設けられている。第１ＸＱ電極４２ｃと第２ＸＱ電極４２ｄとは、互いに平行に配置されている。このため、第１ＸＱ電極４２ｃおよび第２ＸＱ電極４２ｄの対は、２×２光方向性カプラとして機能する。
【００２８】
入力部４２ａにおいて、光導波路ｗｇ２２を通過したＸ偏波が光導波路ｗｇ２２ａおよび光導波路ｗｇ２２ｂにそれぞれ出力される。また、第１ＸＱ電極４２ｃには、駆動信号ＶＸＱ１が印加され、第２ＸＱ電極４２ｄには、駆動信号ＶＸＱ２が印加される。この駆動信号ＶＸＱ１および駆動信号ＶＸＱ２は、データ信号ＤＸＱに基づいて生成された電圧信号である。駆動信号ＶＸＱ１の振幅は、駆動信号ＶＸＱ２の振幅と等しく、駆動信号ＶＸＱ１の極性は、駆動信号ＶＸＱ２の極性と異なる。第１ＸＱ電極４２ｃに駆動信号ＶＸＱ１が印加されることによって、光導波路ｗｇ２２ａを通過するＸ偏波が変調され、第１ＸＱ変調信号が生成される。第２ＸＱ電極４２ｄに駆動信号ＶＸＱ２が印加されることによって、光導波路ｗｇ２２ｂを通過するＸ偏波が変調され、第２ＸＱ変調信号が生成される。そして、出力部４２ｂにおいて第１ＸＱ変調信号と第２ＸＱ変調信号とが合波されてＸＱ変調信号が生成され、ＸＱ変調信号は光導波路ｗｇ２４に出力される。
【００２９】
位相シフト用電極４３は、第２マッハツェンダ干渉部４２において生成されたＸＱ変調信号の位相をπ／２［ｒａｄ］シフトするための電極であって、光導波路ｗｇ２４上に設けられている。位相シフト用電極４３には、光導波路ｗｇ２４を通過するＸＱ変調信号の位相をπ／２［ｒａｄ］変化させる電圧Ｖπ／２が印加される。
【００３０】
第１調整用電極４４は、第１マッハツェンダ干渉部４１において生成されたＸＩ変調信号を調整するための電極であって、光導波路ｗｇ２３上に設けられている。第２調整用電極４５は、位相シフト用電極４３において位相がシフトされたＸＱ変調信号を調整するための電極であって、光導波路ｗｇ２４上に設けられている。この第１調整用電極４４には、後述の第１電圧源１６から第１バイアス電圧Ｖ１が印加されて、光導波路ｗｇ２３を通過するＸＩ変調信号を調整する。第２調整用電極４５には、第１電圧源１６から第１バイアス電圧Ｖ１が印加されて、光導波路ｗｇ２４を通過するＸＱ変調信号を調整する。ＸＩ変調信号およびＸＱ変調信号の調整の詳細については、後述する。そして、第１調整用電極４４において調整されたＸＩ変調信号と、第２調整用電極４５において調整されたＸＱ変調信号と、が出力部４ｂにおいて合波されてＸ側変調信号が生成され、光導波路ｗｇ４に出力される。
【００３１】
図２の（ｂ）に示されるように、第２ＱＰＳＫ変調部５は、第１ＱＰＳＫ変調部４と同様の構成を有し、第３マッハツェンダ干渉部５１と、第４マッハツェンダ干渉部５２と、位相シフト用電極５３と、第３調整用電極５４（第３電極）と、第４調整用電極５５（第４電極）と、を有する。また、第２ＱＰＳＫ変調部５では、入力部５ａにおいて光導波路ｗｇ３が光導波路ｗｇ３１と光導波路ｗｇ３２とに分岐されている。光導波路ｗｇ３１は、入力部５ａから第３マッハツェンダ干渉部５１の入力部５１ａまで延び、光導波路ｗｇ３２は、入力部５ａから第４マッハツェンダ干渉部５２の入力部５２ａまで延びている。また、第３マッハツェンダ干渉部５１の出力部５１ｂから出力部５ｂ（第２出力合波部）まで光導波路ｗｇ３３（第３光導波路）が延び、第４マッハツェンダ干渉部５２の出力部５２ｂから出力部５ｂまで光導波路ｗｇ３４（第４光導波路）が延びている。そして、光導波路ｗｇ３３および光導波路ｗｇ３４は、出力部５ｂにおいて光導波路ｗｇ６に合流している。
【００３２】
第３マッハツェンダ干渉部５１は、偏波分離素子３によって分離されたＹ偏波に、データ信号ＤＹＩを重畳して、ＹＩ変調信号（第５変調信号）を生成し、ＹＩ変調信号を出力する。第３マッハツェンダ干渉部５１では、入力部５１ａにおいて光導波路ｗｇ３１が光導波路ｗｇ３１ａと光導波路ｗｇ３１ｂとに分岐され、光導波路ｗｇ３１ａおよび光導波路ｗｇ３１ｂはそれぞれ入力部５１ａから出力部５１ｂまで延びている。そして、出力部５１ｂにおいて光導波路ｗｇ３１ａと光導波路ｗｇ３１ｂとが光導波路ｗｇ３３に合流する。この光導波路ｗｇ３１ａには第１ＹＩ電極５１ｃが設けられ、光導波路ｗｇ３１ｂには第２ＹＩ電極５１ｄが設けられている。第１ＹＩ電極５１ｃと第２ＹＩ電極５１ｄとは、互いに平行に配置されている。このため、第１ＹＩ電極５１ｃおよび第２ＹＩ電極５１ｄの対は、２×２光方向性カプラとして機能する。
【００３３】
入力部５１ａにおいて、光導波路ｗｇ３１を通過したＹ偏波が光導波路ｗｇ３１ａおよび光導波路ｗｇ３１ｂにそれぞれ出力される。また、第１ＹＩ電極５１ｃには、駆動信号ＶＹＩ１が印加され、第２ＹＩ電極５１ｄには、駆動信号ＶＹＩ２が印加される。この駆動信号ＶＹＩ１および駆動信号ＶＹＩ２は、データ信号ＤＹＩに基づいて生成された電圧信号であって、駆動信号ＶＹＩ１の振幅は、駆動信号ＶＹＩ２の振幅と等しく、駆動信号ＶＹＩ１の極性は、駆動信号ＶＹＩ２の極性と異なる。第１ＹＩ電極５１ｃに駆動信号ＶＹＩ１が印加されることによって、光導波路ｗｇ３１ａを通過するＹ偏波が変調され、第１ＹＩ変調信号が生成される。第２ＹＩ電極５１ｄに駆動信号ＶＹＩ２が印加されることによって、光導波路ｗｇ３１ｂを通過するＹ偏波が変調され、第２ＹＩ変調信号が生成される。そして、出力部５１ｂにおいて第１ＹＩ変調信号と第２ＹＩ変調信号とが合波され、ＹＩ変調信号が生成され、ＹＩ変調信号は光導波路ｗｇ３３に出力される。
【００３４】
第４マッハツェンダ干渉部５２は、偏波分離素子３によって分離されたＹ偏波に、データ信号ＤＹＱを重畳して、ＹＱ変調信号（第６変調信号）を生成し、ＹＱ変調信号を出力する。第４マッハツェンダ干渉部５２では、入力部５２ａにおいて光導波路ｗｇ３２が光導波路ｗｇ３２ａと光導波路ｗｇ３２ｂとに分岐され、光導波路ｗｇ３２ａおよび光導波路ｗｇ３２ｂはそれぞれ入力部５２ａから出力部５２ｂまで延びている。そして、出力部５２ｂにおいて光導波路ｗｇ３２ａと光導波路ｗｇ３２ｂとが光導波路ｗｇ３４に合流する。この光導波路ｗｇ３２ａには第１ＹＱ電極５２ｃが設けられ、光導波路ｗｇ３２ｂには第２ＹＱ電極５２ｄが設けられている。第１ＹＱ電極５２ｃと第２ＹＱ電極５２ｄとは、互いに平行に配置されている。このため、第１ＹＱ電極５２ｃおよび第２ＹＱ電極５２ｄの対は、２×２光方向性カプラとして機能する。
【００３５】
入力部５２ａにおいて、光導波路ｗｇ３２を通過したＹ偏波が光導波路ｗｇ３２ａおよび光導波路ｗｇ３２ｂにそれぞれ出力される。また、第１ＹＱ電極５２ｃには、駆動信号ＶＹＱ１が印加され、第２ＹＱ電極５２ｄには、駆動信号ＶＹＱ２が印加される。この駆動信号ＶＹＱ１および駆動信号ＶＹＱ２は、データ信号ＤＹＱに基づいて生成された電圧信号である。駆動信号ＶＹＱ１の振幅は、駆動信号ＶＹＱ２の振幅と等しく、駆動信号ＶＹＱ１の極性は、駆動信号ＶＹＱ２の極性と異なる。第１ＹＱ電極５２ｃに駆動信号ＶＹＱ１が印加されることによって、光導波路ｗｇ３２ａを通過するＹ偏波が変調され、第１ＹＱ変調信号が生成される。第２ＹＱ電極５２ｄに駆動信号ＶＹＱ２が印加されることによって、光導波路ｗｇ３２ｂを通過するＹ偏波が変調され、第２ＹＱ変調信号が生成される。そして、出力部５２ｂにおいて第１ＹＱ変調信号と第２ＹＱ変調信号とが合波されてＹＱ変調信号が生成され、ＹＱ変調信号は光導波路ｗｇ３４に出力される。
【００３６】
位相シフト用電極５３は、第４マッハツェンダ干渉部５２において生成されたＹＱ変調信号の位相をπ／２［ｒａｄ］シフトするための電極であって、光導波路ｗｇ３４上に設けられている。位相シフト用電極５３には、光導波路ｗｇ３４を通過するＹＱ変調信号の位相をπ／２［ｒａｄ］変化させる電圧Ｖπ／２が印加される。
【００３７】
第３調整用電極５４は、第３マッハツェンダ干渉部５１において生成されたＹＩ変調信号を調整するための電極であって、光導波路ｗｇ３３上に設けられている。第４調整用電極５５は、位相シフト用電極５３において位相がシフトされたＹＱ変調信号を調整するための電極であって、光導波路ｗｇ３４上に設けられている。この第３調整用電極５４には、後述の第２電圧源１７から第２バイアス電圧Ｖ２が印加されて、光導波路ｗｇ３３を通過するＹＩ変調信号を調整する。第４調整用電極５５には、第２電圧源１７から第２バイアス電圧Ｖ２が印加されて、光導波路ｗｇ３４を通過するＹＱ変調信号を調整する。ＹＩ変調信号およびＹＱ変調信号の調整の詳細については、後述する。そして、第３調整用電極５４において調整されたＹＩ変調信号と、第４調整用電極５５において調整されたＹＱ変調信号と、が出力部５ｂにおいて合波されてＹ側変調信号が生成され、光導波路ｗｇ６に出力される。
【００３８】
ここで、第１ＱＰＳＫ変調部４および第２ＱＰＳＫ変調部５の各地点における光信号の位相について説明する。図３は、第１ＱＰＳＫ変調部４および第２ＱＰＳＫ変調部５の各地点における光信号の位相を説明するための図である。図３においては、入力された光信号の位相と、その光信号が入力された場合の各地点Ａ〜Ｈにおける光信号の位相とをそれぞれ極座標表示している。各極座標の横軸は実部を示し、縦軸は虚部を示している。第１ＱＰＳＫ変調部４の各地点における光信号の位相と第２ＱＰＳＫ変調部５の各地点における光信号の位相とは同様である。ここでは、第１ＱＰＳＫ変調部４について説明する。
【００３９】
図３に示されるように、第１ＱＰＳＫ変調部４の入力部４ａに、極座標における位相（図３の説明において、単に「位相」という。）が０［ｒａｄ］の光信号Ｓ（Ｘ偏波）が入力される。光信号Ｓは、入力部４ａにおいて分離され、光導波路ｗｇ２１と光導波路ｗｇ２２とに入力され、光導波路ｗｇ２１と光導波路ｗｇ２２とを通過する。そして、光導波路ｗｇ２１を通過した光信号Ｓは、第１マッハツェンダ干渉部４１の入力部４１ａにおいて分離され、光導波路ｗｇ２１ａと光導波路ｗｇ２１ｂとにそれぞれ入力される。そして、光導波路ｗｇ２１ａ上の第１ＸＩ電極４１ｃにおいて、光信号Ｓに駆動信号ＶＸＩ１が印加され、光信号Ｓの位相が変化する。このため、第１ＸＩ電極４１ｃの後段の地点Ａにおける光信号ＳＡの位相は、０〜π［ｒａｄ］の範囲を取り得る。
【００４０】
一方、光導波路ｗｇ２１ｂ上の第２ＸＩ電極４１ｄにおいて、光信号Ｓに駆動信号ＶＸＩ２が印加され、光信号Ｓの位相が変化する。このため、第２ＸＩ電極４１ｄの後段の地点Ｂにおける光信号ＳＢの位相は、０〜−π［ｒａｄ］の範囲を取り得る。そして、光導波路ｗｇ２１ａを通過した光信号ＳＡと、光導波路ｗｇ２１ｂを通過した光信号ＳＢとが、第１マッハツェンダ干渉部４１の出力部４１ｂにおいて合波され、合波された光信号は光導波路ｗｇ２３に入力される。光信号ＳＡの振幅は光信号ＳＢの振幅と等しく、光信号ＳＡの極性は光信号ＳＢ極性の極性と異なるので、光導波路ｗｇ２３上の地点Ｅにおける光信号ＳＥの位相は０［ｒａｄ］またはπ［ｒａｄ］となる。
【００４１】
同様に、光導波路ｗｇ２２を通過した光信号Ｓは、第２マッハツェンダ干渉部４２の入力部４２ａにおいて分離され、光導波路ｗｇ２２ａと光導波路ｗｇ２２ｂとにそれぞれ入力される。そして、光導波路ｗｇ２２ａ上の第１ＸＱ電極４２ｃにおいて、光信号Ｓに駆動信号ＶＸＱ１が印加され、光信号Ｓの位相が変化する。このため、第１ＸＱ電極４２ｃの後段の地点Ｃにおける光信号ＳＣの位相は、０〜π［ｒａｄ］の範囲を取り得る。一方、光導波路ｗｇ２２ｂ上の第２ＸＱ電極４２ｄにおいて、光信号Ｓに駆動信号ＶＸＱ２が印加され、光信号Ｓの位相が変化する。このため、第２ＸＱ電極４２ｄの後段の地点Ｄにおける光信号ＳＤの位相は、０〜−π［ｒａｄ］の範囲を取り得る。
【００４２】
そして、光導波路ｗｇ２２ａを通過した光信号ＳＣと、光導波路ｗｇ２２ｂを通過した光信号ＳＤとが、第２マッハツェンダ干渉部４２の出力部４２ｂにおいて合波され、合波された光信号は光導波路ｗｇ２４に入力される。光信号ＳＣの振幅は光信号ＳＤの振幅と等しく、光信号ＳＣの極性は光信号ＳＤ極性の極性と異なるので、光導波路ｗｇ２４上の地点Ｆにおける光信号ＳＦの位相は０［ｒａｄ］またはπ［ｒａｄ］となる。そして、光導波路ｗｇ２４上の位相シフト用電極４３において、光信号ＳＦに電圧Ｖπ／２が印加され、光信号ＳＦの位相がπ／２［ｒａｄ］変化する。このため、位相シフト用電極４３の後段の地点Ｇにおける光信号ＳＧの位相は、π／２［ｒａｄ］または３π／２［ｒａｄ］となる。
【００４３】
そして、光導波路ｗｇ２３を通過した光信号ＳＥと、光導波路ｗｇ２４を通過した光信号ＳＧとが、第１ＱＰＳＫ変調部４の出力部４ｂにおいて合波され、合波された光信号は光導波路ｗｇ４に入力される。光導波路ｗｇ４上の地点Ｈにおける光信号ＳＨの位相は、π／４［ｒａｄ］、３π／４［ｒａｄ］、５π／４［ｒａｄ］、７π／４［ｒａｄ］のいずれかとなる。このようにして、第１ＱＰＳＫ変調部４では、入力された光信号Ｓ（Ｘ偏波）に対してＱＰＳＫ変調が行われる。
【００４４】
上述したように、第１マッハツェンダ干渉部４１および第２マッハツェンダ干渉部４２は、２×２光方向性カプラとして機能する。このため、入力部４ａ、出力部４ｂ、入力部４１ａ、出力部４１ｂ、入力部４２ａおよび出力部４２ｂにおいて、光信号は、光導波路ｗｇに出力されるほかに、破線で示した反転側出力に出力される。出力部４１ｂにおける光信号の挙動を例として説明する。光導波路ｗｇ２１ａを通過した光信号ＳＡと、光導波路ｗｇ２１ｂを通過した光信号ＳＢとの位相差が０［ｒａｄ］である場合、出力部４１ｂにおいて合波した光信号は全て光導波路ｗｇ２３に出力される。また、光信号ＳＡと光信号ＳＢとの位相差がπ／２［ｒａｄ］である場合、出力部４１ｂにおいて合波した光信号は、等量に分けられて光導波路ｗｇ２３とその反転側出力とに出力される。また、光信号ＳＡと光信号ＳＢとの位相差がπ［ｒａｄ］である場合、出力部４１ｂにおいて合波した光信号は、全て光導波路ｗｇ２３の反転側出力に出力される。
【００４５】
図１に戻って、半導体変調器１の説明を続ける。偏波回転素子６は、第１ＱＰＳＫ変調部４において生成されたＸ側変調信号を９０°偏波回転し、回転されたＸ側変調信号を光導波路ｗｇ５を介して偏波合成素子７に出力する。偏波合成素子７は、偏波回転素子６によって回転されたＸ側変調信号と、第２ＱＰＳＫ変調部５において生成されたＹ側変調信号とを合波して、偏波多重光信号として光導波路ｗｇ７に出力する。
【００４６】
第１光パワーモニタ１１は、第１ＱＰＳＫ変調部４から出力されるＸ側変調信号の光パワーを検出するモニタであって、第１ＱＰＳＫ変調部４の反対側出力に設けられている。上述のように、ＸＩ変調信号とＸＱ変調信号とを合波する場合、ＸＩ変調信号の位相とＸＱ変調信号の位相との位相差が０［ｒａｄ］またはπ［ｒａｄ］以外であれば、合波した光は光導波路ｗｇ４と反対側出力とにそれぞれ出力される。このため、第１光パワーモニタ１１は、第１ＱＰＳＫ変調部４の反対側出力に出力される光のパワーを検出することにより、光導波路ｗｇ４に出力されるＸ側変調信号の光パワーを検出する。そして、第１光パワーモニタ１１は、検出した光パワーを第１モニタ電流Ｉｘとして偏波パワー制御部１５に出力する。
【００４７】
第２光パワーモニタ１２は、第２ＱＰＳＫ変調部５から出力されるＹ側変調信号の光パワーを検出するモニタであって、第２ＱＰＳＫ変調部５の反対側出力に設けられている。上述のように、ＹＩ変調信号とＹＱ変調信号とを合波する場合、ＹＩ変調信号の位相とＹＱ変調信号の位相との位相差が０［ｒａｄ］またはπ［ｒａｄ］以外であれば、合波した光は光導波路ｗｇ６と反対側出力とにそれぞれ出力される。このため、第２光パワーモニタ１２は、第２ＱＰＳＫ変調部５の反対側出力に出力される光のパワーを検出することにより、光導波路ｗｇ６に出力されるＹ側変調信号の光パワーを検出する。そして、第２光パワーモニタ１２は、検出した光パワーを第２モニタ電流Ｉｙとして偏波パワー制御部１５に出力する。
【００４８】
偏波パワー制御部１５は、第１光パワーモニタ１１から受信した第１モニタ電流Ｉｘと第２光パワーモニタ１２から受信した第２モニタ電流Ｉｙとに基づいて、第１電圧源１６の第１バイアス電圧Ｖ１の電圧値および第２電圧源１７の第２バイアス電圧Ｖ２の電圧値を変更するための制御を行う。偏波パワー制御部１５は、第１電圧制御信号Ｃ１を第１電圧源１６に出力し、第２電圧制御信号Ｃ２を第２電圧源１７に出力する。第１電圧制御信号Ｃ１は、第１電圧源１６に第１バイアス電圧Ｖ１の電圧値を設定させるための制御信号である。第２電圧制御信号Ｃ２は、第２電圧源１７に第２バイアス電圧Ｖ２の電圧値を設定させるための制御信号である。
【００４９】
また、偏波パワー制御部１５は、第１モニタ電流Ｉｘと第２モニタ電流Ｉｙとに基づいて、レーザ光源２の光パワーを変更するための制御を行う。偏波パワー制御部１５は、バイアス電流制御信号Ｃ３を光源制御部１８に出力する。バイアス電流制御信号Ｃ３は、光源制御部１８にバイアス電流Ｉｂｉａｓの電流量を設定させるための制御信号である。偏波パワー制御部１５の制御方法の詳細については、後述する。
【００５０】
第１電圧源１６は、電圧値が可変の電圧源であって、偏波パワー制御部１５からの第１電圧制御信号Ｃ１に基づいて第１バイアス電圧Ｖ１の電圧値を設定する。そして、第１電圧源１６は、第１調整用電極４４および第２調整用電極４５にそれぞれ第１バイアス電圧Ｖ１を印加する。第２電圧源１７は、電圧値が可変の電圧源であって、偏波パワー制御部１５からの第２電圧制御信号Ｃ２に基づいて第２バイアス電圧Ｖ２の電圧値を設定する。そして、第２電圧源１７は、第３調整用電極５４および第４調整用電極５５にそれぞれ第２バイアス電圧Ｖ２を印加する。
【００５１】
光源制御部１８は、レーザ光源２の出力光パワーを制御する。光源制御部１８は、偏波パワー制御部１５からのバイアス電流制御信号Ｃ３に基づいてバイアス電流Ｉｂｉａｓの電流量を設定する。そして、光源制御部１８は、レーザ光源２にバイアス電流Ｉｂｉａｓを出力する。
【００５２】
ここで、半導体変調器１の光導波路について説明する。図４は、半導体変調器１の光導波路への印加電圧と光信号の位相および損失との関係を示す図である。半導体変調器１の光導波路ｗｇは、量子井戸構造における量子閉じ込めシュタルク効果（Quantum  Confined  Stark  Effect；ＱＣＳＥ、以下、単に「シュタルク効果」という。）が得られる半導体材料により構成されている。このような光導波路では、シュタルク効果によって生じる屈折率の変化を用いて、光導波路を通過する光信号の位相変調が行われる。このシュタルク効果による屈折率の変化は、同時に吸収によって、光導波路を通過する光信号の光パワーの損失を発生させる。
【００５３】
図４に示されるように、光導波路ｗｇへの印加電圧が大きいほど、光導波路ｗｇを通過する光信号の位相変化が大きくなる。また、光信号の位相は、光導波路ｗｇへの印加電圧に対して非線形に変化し、光導波路ｗｇへの印加電圧が大きくなるに従い、印加電圧の増加量に対する位相変化の増加量が大きくなる。一方、光導波路ｗｇへの印加電圧が大きいほど、光導波路ｗｇを通過する光信号の光パワーの損失が大きくなる。また、光信号の光パワーの損失は、光導波路ｗｇへの印加電圧に対して非線形に変化し、光導波路ｗｇへの印加電圧が大きくなるに従い、印加電圧の増加量に対する光信号の光パワーの損失量が大きくなる。
【００５４】
このような特性を有する光導波路ｗｇを含んで構成される半導体変調器１では、光導波路ｗｇ２３上に設けられた第１調整用電極４４、光導波路ｗｇ２４上に設けられた第２調整用電極４５、光導波路ｗｇ３３上に設けられた第３調整用電極５４、光導波路ｗｇ３４上に設けられた第４調整用電極５５に所定の電圧値を有する電圧を印加することにより、各光導波路を通過する光信号の位相および損失を調整可能である。
【００５５】
次に、図５および図６を参照して、半導体変調器１の初期調整方法を説明する。図５は、半導体変調器１の初期調整方法を説明するための図である。図６は、半導体変調器１の光導波路ｗｇ３３および光導波路ｗｇ３４への印加電圧と光パワーとの関係を示す図である。この初期調整によって、第１光パワーモニタ１１の第１モニタ電流Ｉｘと半導体変調器１の出力パワーＰｏｕｔとの関係、および、第２光パワーモニタ１２の第２モニタ電流Ｉｙと半導体変調器１の出力パワーＰｏｕｔとの関係が求められる。
【００５６】
まず、半導体変調器１を動作させて、第１ＱＰＳＫ変調部４の第１ＸＩ電極４１ｃに駆動信号ＶＸＩ１が供給され、第２ＸＩ電極４１ｄに駆動信号ＶＸＩ２が供給され、第１ＸＱ電極４２ｃに駆動信号ＶＸＱ１が供給され、第２ＸＱ電極４２ｄに駆動信号ＶＸＱ２が供給されるようにする。また、第２ＱＰＳＫ変調部５の第１ＹＩ電極５１ｃに駆動信号ＶＹＩ１が供給され、第２ＹＩ電極５１ｄに駆動信号ＶＹＩ２が供給され、第１ＹＱ電極５２ｃに駆動信号ＶＹＱ１が供給され、第２ＹＱ電極５２ｄに駆動信号ＶＹＱ２が供給されるようにする。これによって、半導体変調器１が駆動状態になる。
【００５７】
次に、第１光パワーモニタ１１の第１モニタ電流Ｉｘと半導体変調器１の出力パワーＰｏｕｔとの関係を求める。図５に示されるように、第２ＱＰＳＫ変調部５の光導波路ｗｇ３３および光導波路ｗｇ３４を通過する光信号が、シュタルク効果によって吸収されるまで、第３調整用電極５４および第４調整用電極５５に印加されている第２バイアス電圧Ｖ２の電圧値を増加する。第２バイアス電圧Ｖ２の電圧値が消光電圧値Ｖｄｉｓ以上に増加されると、光導波路ｗｇ３３および光導波路ｗｇ３４を通過する光信号が全て吸収される。このとき、Ｘ偏波に基づく光信号のみが半導体変調器１の出力部から出力される。
【００５８】
ここで、図６を参照して、光導波路ｗｇ３３および光導波路ｗｇ３４への印加電圧と光パワーとの関係を説明する。図６の横軸は光導波路ｗｇ３３および光導波路ｗｇ３４への印加電圧、すなわち、第３調整用電極５４および第４調整用電極５５への印加電圧である第２バイアス電圧Ｖ２の電圧値を示し、縦軸は光パワーを示す。出力パワーＰｏｕｔは半導体変調器１の出力光の出力パワーを示し、Ｘ側出力パワーＰｘ（第１出力パワー）は半導体変調器１の出力光の出力パワーのうちＸ偏波に基づく光信号の出力パワーを示し、Ｙ側出力パワーＰｙ（第２出力パワー）は半導体変調器１の出力光の出力パワーのうちＹ偏波に基づく光信号の出力パワーを示す。すなわち、出力パワーＰｏｕｔは、Ｘ側出力パワーＰｘとＹ側出力パワーＰｙとの和である。
【００５９】
図６に示されるように、第２バイアス電圧Ｖ２の電圧値を増加すると、Ｙ側出力パワーＰｙは減少し、第２バイアス電圧Ｖ２の電圧値が消光電圧値Ｖｄｉｓ以上ではＹ側出力パワーＰｙはゼロになる。一方、Ｘ側出力パワーＰｘは、第２バイアス電圧Ｖ２の電圧値によらず一定である。このため、第２バイアス電圧Ｖ２の電圧値を増加すると、出力パワーＰｏｕｔは減少し、第２バイアス電圧Ｖ２の電圧値が消光電圧値Ｖｄｉｓ以上の場合、出力パワーＰｏｕｔはＸ側出力パワーＰｘと等しくなる。
【００６０】
このように、第１バイアス電圧Ｖ１の電圧値を０に設定し、かつ、第２バイアス電圧Ｖ２の電圧値を消光電圧値Ｖｄｉｓ以上に設定して、半導体変調器１から出力される光信号の出力パワーＰｏｕｔを、半導体変調器１の出力部に設けた光パワーモニタによって測定する。そして、第１ＱＰＳＫ変調部４から出力される光信号（Ｘ側変調信号）の第１モニタ電流Ｉｘを第１光パワーモニタ１１から取得する。このとき、出力パワーＰｏｕｔと第１モニタ電流Ｉｘとの間には、以下の関係式（１）が成り立つ。この式（１）に基づいて、第１係数αを算出する。なお、第１係数αは、第１ＱＰＳＫ変調部４における吸収損失、偏波回転素子６におけるばらつき、偏波合成素子７におけるばらつき、および、光パワーモニタの受光感度ばらつきが全て含まれた係数である。
Pout=Px=α×Ix…(1)
【００６１】
同様に、第２光パワーモニタ１２の第２モニタ電流Ｉｙと半導体変調器１の出力パワーＰｏｕｔとの関係を求める。第１バイアス電圧Ｖ１の電圧値を消光電圧値Ｖｄｉｓ以上に設定し、かつ、第２バイアス電圧Ｖ２の電圧値を０に設定して、光導波路ｗｇ２３および光導波路ｗｇ２４を通過する光信号が全て吸収されるようにする。このとき、Ｙ偏波に基づく光信号のみが半導体変調器１の出力部から出力される。そして、半導体変調器１から出力される光信号の出力パワーＰｏｕｔを、半導体変調器１の出力部に設けた光パワーモニタによって測定する。そして、第２ＱＰＳＫ変調部５から出力される光信号（Ｙ側変調信号）の第２モニタ電流Ｉｙを第２光パワーモニタ１２から取得する。このとき、出力パワーＰｏｕｔと第２モニタ電流Ｉｙとの間には、以下の関係式（２）が成り立つ。この式（２）に基づいて、第２係数βを算出する。なお、第２係数βは、第２ＱＰＳＫ変調部５における吸収損失、偏波合成素子７におけるばらつき、および、光パワーモニタの受光感度ばらつきが全て含まれた係数である。
Pout=Py=β×Iy…(2)
【００６２】
以上のようにして算出した第１係数αおよび第２係数βを、偏波パワー制御部１５に設定しておく。この初期調整において算出した第１係数αおよび第２係数βと、第１光パワーモニタ１１の第１モニタ電流Ｉｘと、第２光パワーモニタ１２の第２モニタ電流Ｉｙと、半導体変調器１の出力パワーＰｏｕｔとの間には、以下の式（３）の関係が成り立つ。このため、初期調整後は、偏波パワー制御部１５において、式（３）の演算を行うことにより、出力パワーＰｏｕｔを算出する。したがって、初期調整後は、半導体変調器１の出力部において、出力信号を分岐させて光パワーモニタによりモニタする必要はなくなる。
Pout=Px+Py=α×Ix+β×Iy…(3)
【００６３】
次に、図７を参照して、半導体変調器１の出力パワー制御を説明する。図７は、半導体変調器１の出力パワー制御方法を示すフローチャートである。この出力パワー制御方法は、初期調整後に行われ、例えば、偏波パワー制御部１５に予め記憶された周期で開始される。
【００６４】
まず、偏波パワー制御部１５は、第１光パワーモニタ１１から第１モニタ電流Ｉｘを取得し、第２光パワーモニタ１２から第２モニタ電流Ｉｙを取得する。そして、偏波パワー制御部１５は、第１係数αおよび第１モニタ電流Ｉｘの積（＝α×Ｉｘ）と、第２係数βおよび第２モニタ電流Ｉｙの積（＝β×Ｉｙ）とを比較する（ステップＳ０１）。次に、偏波パワー制御部１５は、α×Ｉｘとβ×Ｉｙとが等しいか否かを判定する（ステップＳ０２）。ステップＳ０２において、α×Ｉｘとβ×Ｉｙとが等しくないと判定された場合（ステップＳ０２；Ｎｏ）、偏波パワー制御部１５は、α×Ｉｘがβ×Ｉｙより大きいか否かを判定する（ステップＳ０３）。
【００６５】
ステップＳ０３において、α×Ｉｘがβ×Ｉｙより大きいと判定された場合（ステップＳ０３；Ｙｅｓ）、偏波パワー制御部１５は、第１電圧源１６に第１バイアス電圧Ｖ１の電圧値を増加させるように、第１電圧制御信号Ｃ１を第１電圧源１６に出力する（ステップＳ０４）。第１バイアス電圧Ｖ１の電圧値を増加することにより、第１ＱＰＳＫ変調部４においてＸＩ変調信号の吸収量およびＸＱ変調信号の吸収量がそれぞれ増加するので、Ｘ側変調信号の光パワーは減少する。したがって、第１モニタ電流Ｉｘは減少する。その後、ステップＳ０１に戻り、α×Ｉｘとβ×Ｉｙとを再び比較する。
【００６６】
一方、ステップＳ０３において、α×Ｉｘがβ×Ｉｙより小さいと判定された場合（ステップＳ０３；Ｎｏ）、偏波パワー制御部１５は、第２電圧源１７に第２バイアス電圧Ｖ２の電圧値を増加させるように、第２電圧制御信号Ｃ２を第２電圧源１７に出力する（ステップＳ０５）。第２バイアス電圧Ｖ２の電圧値を増加することにより、第２ＱＰＳＫ変調部５においてＹＩ変調信号の吸収量およびＹＱ変調信号の吸収量がそれぞれ増加するので、Ｙ側変調信号の光パワーは減少する。したがって、第２モニタ電流Ｉｙは減少する。その後、ステップＳ０１に戻り、α×Ｉｘとβ×Ｉｙとを再び比較する。
【００６７】
そして、ステップＳ０２において、α×Ｉｘとβ×Ｉｙとが等しいと判定された場合（ステップＳ０２；Ｙｅｓ）、偏波パワー制御部１５は、第１電圧制御信号Ｃ１および第２電圧制御信号Ｃ２を固定して、第１バイアス電圧Ｖ１の電圧値および第２バイアス電圧Ｖ２の電圧値を固定させる。ステップＳ０４において第１モニタ電流Ｉｘは減少し、ステップＳ０５において第２モニタ電流Ｉｙは減少する。このため、半導体変調器１の出力パワーＰｏｕｔが減少している可能性がある。そこで、偏波パワー制御部１５は、式（３）を用いて出力パワーＰｏｕｔ（＝α×Ｉｘ＋β×Ｉｙ）を算出し、目標とする出力パワーである目標出力パワーＰｔと算出した出力パワーＰｏｕｔとを比較する（ステップＳ０６）。
【００６８】
そして、偏波パワー制御部１５は、目標出力パワーＰｔと出力パワーＰｏｕｔとが等しいか否かを判定する（ステップＳ０７）。ステップＳ０７において、目標出力パワーＰｔと出力パワーＰｏｕｔとが等しくない、すなわち、出力パワーＰｏｕｔが目標出力パワーＰｔよりも小さいと判定された場合（ステップＳ０７；Ｎｏ）、偏波パワー制御部１５は、光源制御部１８にバイアス電流Ｉｂｉａｓの電流値を増加させるように、バイアス電流制御信号Ｃ３を光源制御部１８に出力する（ステップＳ０８）。バイアス電流Ｉｂｉａｓの電流量を増加することにより、レーザ光源２の出力パワーが増加するので、半導体変調器１の出力パワーＰｏｕｔは増加する。その後、ステップＳ０６に戻り、目標出力パワーＰｔと出力パワーＰｏｕｔとを再び比較する。
【００６９】
一方、ステップＳ０７において、目標出力パワーＰｔと出力パワーＰｏｕｔとが等しいと判定された場合（ステップＳ０７；Ｙｅｓ）、偏波パワー制御部１５は、バイアス電流制御信号Ｃ３を固定して、光源制御部１８にバイアス電流Ｉｂｉａｓの電流量を固定させる。そして、偏波パワー制御部１５は、半導体変調器１の出力パワー制御を終了する。
【００７０】
なお、ステップＳ０４における第１バイアス電圧Ｖ１の電圧値の調整により、ＸＩ変調信号の吸収量およびＸＱ変調信号の吸収量がそれぞれ増加するとともに、ＸＩ変調信号の位相およびＸＱ変調信号の位相の変化が生じる。しかし、第１調整用電極４４に印加する第１バイアス電圧Ｖ１の電圧値と、第２調整用電極４５に印加する第１バイアス電圧Ｖ１の電圧値とは等しいので、ＸＩ変調信号の位相とＸＱ変調信号の位相との位相差は変化しない。このため、ＸＩ変調信号の吸収損失およびＸＱ変調信号の吸収損失以外の信号品質の劣化は生じない。同様に、ステップＳ０５における第２バイアス電圧Ｖ２の電圧値の調整により、ＹＩ変調信号の吸収量およびＹＱ変調信号の吸収量がそれぞれ増加するとともに、ＹＩ変調信号の位相およびＹＱ変調信号の位相の変化が生じる。しかし、第３調整用電極５４に印加する第２バイアス電圧Ｖ２の電圧値と、第４調整用電極５５に印加する第２バイアス電圧Ｖ２の電圧値とは等しいので、ＹＩ変調信号の位相とＹＱ変調信号の位相との位相差は変化しない。このため、ＹＩ変調信号の吸収損失およびＹＱ変調信号の吸収損失以外の信号品質の劣化は生じない。
【００７１】
上述したような半導体変調器１によれば、第１ＱＰＳＫ変調部４の光導波路ｗｇ２３および光導波路ｗｇ２４がシュタルク効果が得られる半導体材料から構成されている。このため、光導波路ｗｇ２３上の第１調整用電極４４および光導波路ｗｇ２４上の第２調整用電極４５に第１バイアス電圧Ｖ１を印加することにより、第１ＱＰＳＫ変調部４の光導波路ｗｇ２３を通過するＸＩ変調信号および光導波路ｗｇ２４を通過するＸＱ変調信号の吸収量を調整することができる。また、第２ＱＰＳＫ変調部５の光導波路ｗｇ３３および光導波路ｗｇ３４がシュタルク効果が得られる半導体材料から構成されている。このため、光導波路ｗｇ３３上の第３調整用電極５４および光導波路ｗｇ３４上の第４調整用電極５５に第２バイアス電圧Ｖ２を印加することにより、第２ＱＰＳＫ変調部５の光導波路ｗｇ３３を通過するＹＩ変調信号および光導波路ｗｇ３４を通過するＹＱ変調信号の吸収量を調整することができる。
【００７２】
従来のＤＰ−ＱＰＳＫ変調器では、出力部に再び偏波分離素子を接続して、互いに９０°異なる２つの偏波に分けることにより、各偏波の出力パワーを検出する構成が考えられる。しかしながら、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器から出力した後にＸ偏波およびＹ偏波の偏波状態が変化してしまっている場合には、正しくＸ偏波およびＹ偏波に分離することができない。このため、偏波分離素子の前にさらに偏波コントローラを配して微調整する必要があり、搭載部品数が多くなり、多くの検査手順を要してしまう。また、従来のＤＰ−ＱＰＳＫ変調器では、Ｘ側出力パワーを測定する場合、Ｘ側ＱＰＳＫ変調部を駆動し、一方のＹ側ＱＰＳＫ変調部は駆動しない状態とするために、Ｙ側ＱＰＳＫ変調部のＹＩ変調信号の位相差、および、ＹＱ変調信号の位相差がともにπとなるようなバイアス電圧を与え、通過する光を全て反転側に通すようにする構成が考えられる。しかしながら、バイアス電圧が正確に設定されない場合には、Ｙ偏波に基づく光信号がＤＰ−ＱＰＳＫ変調器の出力信号に混入してしまい、正確に測定できない。
【００７３】
一方、半導体変調器１によれば、初期調整により第１係数αを定めることにより、第１モニタ電流Ｉｘに基づいて、偏波合成素子７の出力におけるＸ側出力パワーを算出することができる。また、半導体変調器１によれば、初期調整により第２係数βを定めることにより、第２モニタ電流Ｉｙに基づいて、偏波合成素子７の出力におけるＹ側出力パワーを算出することができる。そして、半導体変調器１によれば、算出されたＸ側出力パワーとＹ側出力パワーとを比較した結果、Ｙ側出力パワーよりもＸ側出力パワーが大きい場合には、第１バイアス電圧Ｖ１を増加するように制御し、Ｘ側出力パワーよりもＹ側出力パワーが大きい場合には、第２バイアス電圧Ｖ２を増加するように制御することによって、半導体変調器１の出力信号を分岐することなく、Ｘ側出力パワーとＹ側出力パワーとの差を低減することが可能となる。
【００７４】
また、第１ＱＰＳＫ変調部４および第２ＱＰＳＫ変調部５においては、反転側出力にも光信号が出力される。この反転側出力の光信号をそれぞれ第１光パワーモニタ１１および第２光パワーモニタ１２によって測定することにより、Ｘ側変調信号およびＹ側変調信号を分岐することなく、Ｘ側変調信号の光パワーおよびＹ側変調信号の光パワーを測定できる。
【００７５】
また、半導体変調器１では、半導体変調器の出力光を分岐する構成と比較して、パワーペナルティを低減することができる。特に、光導波路が半導体材料により構成されている場合には、光導波路がリチウムナイオベイト材料により構成されている場合と比較して光導波路損失が大きいので、半導体変調器１全体での損失が出力光の分岐によってさらに大きくなるのを防止できる。
【００７６】
一方、半導体変調器１の初期調整方法によれば、第１係数αを算出する場合には、第２バイアス電圧Ｖ２を増加して、消光電圧値Ｖｄｉｓ以上に設定すればよく、第２係数βを算出する場合には、第１バイアス電圧Ｖ１を増加して、消光電圧値Ｖｄｉｓ以上に設定すればよい。このため、半導体変調器１を駆動した状態で初期調整を行うことができる。また、第１バイアス電圧Ｖ１および第２バイアス電圧Ｖ２を消光電圧値Ｖｄｉｓ以上に設定すればよく、特定の電圧値に制御する必要はないので、初期調整を簡易に行うことができる。
【００７７】
半導体変調器１の出力パワー制御方法によれば、半導体変調器１の出力信号を分岐することなく、各偏波に基づいて生成された変調信号のパワーバランスを保つように制御でき、かつ、半導体変調器１の出力パワーＰｏｕｔの安定性を向上することができる。また、半導体変調器１の出力パワー制御方法によれば、半導体変調器１を実使用状態で駆動しながら、偏波毎のパワーバランス、および、半導体変調器１の出力パワーを一定に保つことができる。
【００７８】
また、半導体変調器１では、光導波路が半導体材料により構成されている。半導体材料は、リチウムナイオベイト材料と比較して、小型化および駆動電圧の低下が可能である。このため、従来のリチウムナイオベイト材料による光導波路を有する半導体変調器と比較して、半導体変調器１は、小型化および駆動電圧の低下が可能となる。
【００７９】
なお、本発明に係る半導体変調器および半導体変調器の出力パワー制御方法は上記実施形態に記載したものに限定されない。例えば、半導体変調器１は、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器に限定されず、偏波多重多値位相偏移変調（ＤＰ−ＭＰＳＫ；Ｍは２以上の整数）の伝送方式の変調器とすることができる。
【００８０】
また、上記実施形態では、半導体変調器１のすべての光導波路ｗｇが、シュタルク効果が得られる半導体材料により構成されているが、これに限定されない。少なくとも光導波路ｗｇ２３、光導波路ｗｇ２４、光導波路ｗｇ３３および光導波路ｗｇ３４がシュタルク効果が得られる半導体材料により構成されていればよい。
【００８１】
また、半導体変調器１の初期調整を偏波パワー制御部１５により自動的に行うようにしてもよい。例えば、偏波パワー制御部１５は、半導体変調器１が駆動状態になったことを検出することに応じ、第１電圧源１６に第１バイアス電圧Ｖ１の電圧値を０に設定させ、第２電圧源１７に第２バイアス電圧Ｖ２の電圧値を消光電圧値Ｖｄｉｓ以上に設定させて第１係数αを算出し、次に、第１電圧源１６に第１バイアス電圧Ｖ１の電圧値を消光電圧値Ｖｄｉｓ以上に設定させ、第２電圧源１７に第２バイアス電圧Ｖ２の電圧値を０に設定させて第２係数βを算出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００８２】
１…半導体変調器、２…レーザ光源、３…偏波分離素子（偏波分離部）、４…第１ＱＰＳＫ変調部、４ｂ…出力部（第１出力合波部）、５…第２ＱＰＳＫ変調部、５ｂ…出力部（第２出力合波部）、７…偏波合成素子（偏波合成部）、１１…第１光パワーモニタ、１２…第２光パワーモニタ、１５…偏波パワー制御部、１６…第１電圧源、１７…第２電圧源、１８…光源制御部、４１…第１マッハツェンダ干渉部、４２…第２マッハツェンダ干渉部、４４…第１調整用電極（第１電極）、４５…第２調整用電極（第２電極）、５１…第３マッハツェンダ干渉部、５２…第４マッハツェンダ干渉部、５４…第３調整用電極（第３電極）、５５…第４調整用電極（第４電極）、Ｉｂｉａｓ…バイアス電流、Ｉｘ…第１モニタ電流、Ｉｙ…第２モニタ電流Ｉｙ、Ｖ１…第１バイアス電圧、Ｖ２…第２バイアス電圧、ｗｇ２３…光導波路（第１光導波路）、ｗｇ２４…光導波路（第２光導波路）、ｗｇ３３…光導波路（第３光導波路）、ｗｇ３４…光導波路（第４光導波路）。
【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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