(57)【要約】【課題】比較的低い消費電力で多値変調の振幅歪みを補償することのできる光変調器を提供する。【解決手段】光送信器は、光導波路に沿って配置される最上位ビット用の第１位相シフタと最下位ビット用の第２位相シフタと微調整用の第３位相シフタを有する光変調器と、前記第１位相シフタを駆動する第１ドライバと前記第２位相シフタを駆動する第２ドライバと前記第３位相シフタを駆動する第３ドライバを有する駆動回路と、を有し、前記第３ドライバの駆動極性は正方向と負方向に調整可能であり、前記第３位相シフタは前記第３ドライバから入力される駆動電圧に基づいて前記光変調器の位相変化量を正方向または負方向に調整する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路に沿って配置される最上位ビット用の第１位相シフタと、最下位ビット用の第２位相シフタと、微調整用の第３位相シフタを有する光変調器と、
前記第１位相シフタを駆動する第１ドライバと、前記第２位相シフタを駆動する第２ドライバと、前記第３位相シフタを駆動する第３ドライバを有する駆動回路と、
を有し、
前記第３ドライバの駆動極性は正方向と負方向に調整可能であり、前記第３位相シフタは前記第３ドライバから入力される駆動電圧に基づいて前記光変調器の位相変化量を正方向または負方向に調整することを特徴とする光送信器。
【請求項２】
前記第３位相シフタは、複数のセグメントに分割されており、
前記第３ドライバは、複数の前記セグメントに対応して設けられる複数のドライバを含み、複数の前記ドライバで前記セグメントの各々を独立して駆動することを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
【請求項３】
前記光変調器は４値変調を行い、
論理値「１０」レベルが出力されるときに、前記第１位相シフタと、前記第３位相シフタの前記セグメントの全部が駆動され、
論理値「０１」レベルが出力されるときに、前記第２位相シフタと、前記第３位相シフタの前記セグメントの一部が駆動されることを特徴とする請求項２に記載の光送信器。
【請求項４】
前記光変調器は第１光導波路と第２光導波路を有し、
前記第３位相シフタは、前記第１光導波路に配置される第１導波路微調整シフタと、前記第２光導波路に配置される第２導波路微調整シフタを含み、
前記第３ドライバは、前記第１導波路微調整シフタと前記第２導波路微調整シフタの駆動と駆動極性をそれぞれ独立して制御することを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
【請求項５】
前記光変調器は４値変調を行い、
論理値「１０」レベルが出力されるときに、前記第１位相シフタと、前記第１導波路微調整シフタと、前記第２導波路微調整シフタが駆動され、
論理値「０１」レベルが出力されるときに、前記第２位相シフタと、前記第１導波路微調整シフタまたは前記第２導波路微調整シフタが駆動されることを特徴とする請求項４に記載の光送信器。
【請求項６】
前記第１位相シフタと前記第２位相シフタの長さの比は２対１であり、前記第３位相シフタの長さは前記第２位相シフタの１／１０〜１／３であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光送信器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信器に関する。
【背景技術】
【０００２】
サーバボード間、ネットワーク装置間など、短距離または中距離で大容量のデータ通信を行うために、光トランシーバモジュールを用いた光インターコネクト技術が採用されつつある。２００ＧＢＡＳＥ−ＤＲ４規格のように２００Ｇｂｐｓ（５０Ｇｂｐｓ×４レーン）以上のデータレートを実現する場合、１レーンあたり５０Ｇｂｐｓを超える。このような大容量伝送は、１シンボルあたり２値の伝送を行うＮＲＺ（Non  Return  to  Zero）方式では実現が難しく、ＰＡＭ−４（４値パルス振幅変調）など、より多値の光伝送が求められる。
【０００３】
ＰＡＭ−４方式の信号を５００ｍ以上の距離で通信するために、レーザのオン／オフで光信号を表現する直接変調方式から、光源からの光を外部の変調器で変調する外部変調方式に移行しつつある。外部変調器として、シリコンフォトニクス技術を適用して形成される小型のＭＺ変調器が注目されている。ＭＺ変調器は、光源からの光を光カプラで分岐したのち、上下アームの位相シフタに電気信号を与えてアーム間に光位相差をつけることで出力光の強弱を表現する。
【０００４】
シリコンベースの光学変調器で、変調器アームがＭ個の分離セグメントを備えるように形成されており、Ｎビットの入力データ信号をＭ個の変調セグメント用の複数のＭ駆動信号に変換する構成（Ｍ≧２Ｎ／２）が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２０１３−５０２６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１に示すように、シリコンフォトニクス技術を用いた光変調器、あるいはその他の半導体光導波路で形成される光変調器の場合、入力される電気信号に対してアーム間の位相差が非線形に変化する。図１の横軸は入力電圧、縦軸は位相シフト量（rad）である。たとえば４値を４つの電圧レベルで表現するときに、入力電圧が大きくなるほど、線形特性からの逸脱が大きくなる。このため、図２に示すようにＭＺ変調器の入力電圧対光出力特性が正弦波にならず、入力電圧を一定間隔に制御しても、振幅歪みにより光信号のアイパターンの開口が均一にならない。
【０００７】
非線形性の問題を解決するために、ＭＺ変調器の各アームに複数のセグメントを設けると、セグメントの長さに応じて損失が増大する。損失を補うためにＬＤの出力を上げると消費電力が増大する。また、セグメント数に応じた数のドライバを駆動することによっても消費電力は増加する。
【０００８】
そこで、比較的低い消費電力で多値変調の振幅歪みを補償することのできる光変調器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様では、光送信器は、
光導波路に沿って配置される最上位ビット用の第１位相シフタと、最下位ビット用の第２位相シフタと、微調整用の第３位相シフタを有する光変調器と、
前記第１位相シフタを駆動する第１ドライバと、前記第２位相シフタを駆動する第２ドライバと、前記第３位相シフタを駆動する第３ドライバを有する駆動回路と、
を有し、
前記第３ドライバの駆動極性は正方向と負方向に調整可能であり、前記第３位相シフタは前記第３ドライバから入力される駆動電圧に基づいて前記光変調器の位相変化量を正方向または負方向に調整する。
【発明の効果】
【００１０】
上記の構成により、比較的低い消費電力で、多値変調の振幅歪みを補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】シリコンフォトニクス技術を用いた光変調器の入力電圧と位相シフト量の関係を示す図である。
【図２】シリコンフォトニクス技術を用いた光変調器の入力電圧と光出力電力の関係を示す図である。
【図３】実施形態の構成に至る過程で考えられ得る光変調器の構成を示す図である。
【図４】図３の構成で４値を実現するときの光変調器の駆動制御を示す図である。
【図５】図４の駆動制御を模式的に示す図である。
【図６】実施形態の光変調器の概略図である。
【図７】図６の構成で４値を実現するときの光変調器の駆動制御を示す図である。
【図８】微調整用の位相シフタによる光出力パワーの制御を説明する図である。
【図９】図７の駆動制御を模式的に示す図である。
【図１０】光変調器の駆動制御のフローチャートである。
【図１１】実施例１のアイパターンの調整を示す図である。
【図１２】入力電圧の調整前と調整後の光変調器のパラメータを示す図である。
【図１３】実施例１の光変調器における微調整用の位相シフタの分割例を示す図である。
【図１４】図１３の構成で４値を実現するときの光変調器の駆動制御を示す図である。
【図１５】微調整用の位相シフタの別の分割例を示す図である。
【図１６】図１５の構成で４値を実現するときの光変調器の駆動制御を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施形態では、ＰＡＭ−４、ＰＡＭ−８、ＰＡＭ−１６、１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ等の多値変調において、入力電圧対位相特性の非線形性に起因する振幅歪みを比較的低い消費電力で補償して、光通信の品質を良好に維持する。具体的には、マッハツェンダ（ＭＺ：Mach-Zehnder）型の光変調器の少なくとも一方の光導波路に微調整用の位相シフタを配置し、微調整用の位相シフタの駆動方向を正方向にも負方向にも調整可能とすることで、比較的小さな消費電力で光変調器の非線形特性を補償する。
【００１３】
＜実施形態に至る過程で考えられる構成＞
図３は、実施形態の構成に至る過程で考えられる光変調器の構成を示す。多値変調で均等なアイパターンを実現する場合、所望の光出力パワーを得るために位相シフタを実装する。位相シフタは「１１」レベル（図１では入力電圧０．８５に対応するレベル）で位相シフト量が落ち込むことを見越して長さの比が決定される。図２の中間のレベル（「１０」レベルと「０１」レベル）を所望の光出力パワーへ調整するために、ＭＳＢ（Most  Significant  Bit:最上位ビット）用の位相シフタに加えて、ＬＳＢ（Least  Significant  Bit：最下位ビット）用の位相シフタとＬＳＢ’用の位相シフタの２種類を用いる。
【００１４】
ＭＺ型の光変調器２００の一方の光導波路２０１を含む上側アームに、ＭＳＢ用の位相シフタ２０３ａと、ＬＳＢ用の位相シフタ２０４ａと、追加のＬＳＢ’用の位相シフタ２０５ａが配置されている。光導波路２０２を含む下側アームに、ＭＳＢ用の位相シフタ２０３ｂと、ＬＳＢ用の位相シフタ２０４ｂと、ＬＳＢ’用の位相シフタ２０５ｂが配置されている。
【００１５】
ＭＳＢ用の位相シフタ２０３ａと２０３ｂは、ドライバ１１の正相出力と反転出力で駆動される。ＬＳＢ用の位相シフタ２０４ａと２０４ｂは、ドライバ１２の正相出力と反転出力で駆動される。ＬＳＢ’用の位相シフタ２０５ａと２０５ｂは、ドライバ１３の正相出力と反転出力で駆動される。
【００１６】
論理値の「１１」レベルを実現するときは、ＭＳＢ用の位相シフタとＬＳＢ用の位相シフタを駆動する。論理値の「１０」レベルを実現するときは、ＭＳＢ用の位相シフタだけを駆動する。論理値の「０１」レベルを実現するときは、ＬＳＢ’用の位相シフタだけを駆動する。論理値の「００」レベルを実現するときはすべての位相シフタをオフにする。
【００１７】
図１の入力電圧対位相特性の曲線で位相変化量の落ち込み（「おじぎ」）の少ない「０１」レベルの出力時は、位相シフト量の小さいＬＳＢ’用の位相シフタ２０５ａ、２０５ｂを駆動し、「１１」レベルの出力時は、落ち込み分を見越した位相シフト量を実現するＬＳＢ用の位相シフタ２０４ａ、２０４ｂを駆動する。これにより、シリコン導波路型のＭＺ変調器の非線形性を補償する。
【００１８】
光変調器２００で光出力が最小から最大に変化するまでの位相シフト量を実現するための単位導波路長をＬとすると、図１の非線形特性を有する光変調器で４値を実現するために、たとえばＭＳＢ用の位相シフタ２０３ａ、２０３ｂの長さを１．９×Ｌ、ＬＳＢ用の位相シフタ２０４ａ、２０４ｂの長さを１．１×Ｌに設定する。ＭＳＢ用の位相シフタ２０３ａ、２０３ｂとＬＳＢ用の位相シフタ２０４ａ、２０４ｂの長さの比は、「１１」レベルでの位相変化量の落ち込み分（６．８rad−５．３rad）を見込んで設定されている。他方、「０１」レベルでは位相変化量の落ち込みが少ないため、ＬＳＢ’用の位相シフタ２０５ａ、２０５ｂの長さは、ＬＳＢ用の位相シフタ２０４ａ、２０４ｂの長さの（５．３／６．８）倍、すなわち０．８×Ｌに設定されている。
【００１９】
図４は、図３の構成で４値を実現するときの光変調器の駆動制御を示す図である。ＭＳＢ用の位相シフタ、ＬＳＢ用の位相シフタ、及びＬＳＢ’用の位相シフタの駆動を組み合わせることで、４つの信号レベル「１１」、「１０」、「０１」、及び「００」を実現する。「１１」レベルの出力時はＬＳＢ用の位相シフタをＯＮにし、「０１」レベルの出力時はＬＳＢ’用の位相シフタをＯＮにすることで、４つのレベル間で位相変化量をほぼ均等にしている。この例では、「００」レベルでの位相シフト量は０×φ、「０１」レベルでの位相シフト量は０．６６×φ、「１０」レベルでの位相シフト量は１．３３×φ、「１１」レベルでの位相シフト量は２．００×φである。「φ」は、光出力レベルを最小から最大に変化させるときの２つの導波路間の位相差であり、「π」と読み替えてもよい。
【００２０】
図５は、図４の駆動制御表を模式的に示す図である。ＭＳＢ用の位相シフタ、ＬＳＢ用の位相シフタ、及びＬＳＢ’用の位相シフタをそれぞれ駆動するドライバのオン、オフ状態が出力レベルに対応して描かれている。「１１」レベルと「０１」レベルでＬＳＢ用の位相シフタとＬＳＢ’用の位相シフタを使い分けることで、均等なアイパターンを得ることができる。
【００２１】
図３〜５の構成は、入力電圧対位相特性の非線形性を補償して均等なアイパターンを実現することができるが、ＬＳＢ’用の位相シフタ２０５ａ、２０５ｂを追加したことで、損失が増える。位相シフタの長さと損失が比例すると仮定すると、所望の出力レベルを実現する位相シフタの線長を３．０×Ｌとすると、ＬＳＢ’用の位相シフタ２０５ａ、２０５ｂを追加することで位相シフタのトータルの線長は３．８×Ｌとなり、損失は１．２６倍となる。
【００２２】
この損失を補うため光源（ＬＤ）の直流（ＤＣ）出力を上げることが考えられるが、消費電力が増加すること、及びＬＤ出力の上限との関係から望ましくない。また、ＬＳＢ用の位相シフタとＬＳＢ’用の位相シフタを駆動するためドライバの消費電力が増加する。
【００２３】
＜実施形態の構成＞
図６は、実施形態の光送信器１の概略図である。実施形態では、より低い消費電力で入力電力対位相特性の非線形性または振幅歪みを補償して均等なアイパターンを得る。追加の位相シフタの挿入による損失を最小にするため、非線形性による位相変化量の落ち込みを補う微調整用の位相シフタとして線長の短い位相シフタを用いる。微調整用の位相シフタをそれぞれ個別に駆動して、位相シフト量を正方向と負方向の双方に調整可能にする。
【００２４】
光送信器１は、ＭＺ型の光変調器２０と、光変調器２０を駆動する駆動回路１０と、光源としてのＬＤ（レーザダイオード）３０を有する。光変調器２０は、駆動回路１０により入力データの論理値に応じた駆動電圧で駆動される。
【００２５】
光変調器２０は、光導波路２１を含む上側アームと、光導波路２２を含む下側アームを有する。上側アームに、ＭＳＢ用の位相シフタ２３ａと、ＬＳＢ用の位相シフタ２４ａと、微調整用の位相シフタ２５が配置されている。下側アームに、ＭＳＢ用の位相シフタ２３ｂと、ＬＳＢ用の位相シフタ２４ｂと、微調整用の位相シフタ２６が配置されている。
【００２６】
駆動回路１０は、ドライバ１１、１２、１３１及び１３２を有する。ＭＳＢ用の位相シフタ２３ａと２３ｂは、ドライバ１１の正相出力と反転出力で駆動される。ＬＳＢ用の位相シフタ２４ａと２４ｂは、ドライバ１２の正相出力と反転出力で駆動される。微調整用の位相シフタ２５は、微調整用のドライバ１３１で駆動される。微調整用の位相シフタ２６は、微調整用のドライバ１３２で駆動される。ドライバ１３１と１３２の各々は、駆動信号の極性を変更可能であり、微調整用の位相シフタ２５、２６の位相変化量、すなわち光出力パワーレベルを正方向にも負方向にも調整可能である。ドライバ１３１とドライバ１３２は、光変調器２０で４値のアイパターンの均一な開口を実現するために、微調整用の位相シフタ２５と２６を個別に正方向または負方向に駆動する。
【００２７】
ＭＳＢ用の位相シフタ２３ａ、２３ｂの長さと、ＬＳＢ用の位相シフタ２４ａ、２４ｂの長さは、入力電圧対位相特性の非線形性による位相変化量の落ち込みを考慮して、それぞれ２．０×Ｌと、１．０×Ｌに設定されている。微調整用の位相シフタ２５と微調整用の位相シフタ２６の長さは、ともに０．１×Ｌに設定されている。
【００２８】
図７は、図６の構成で４値を実現するときの光送信器１の駆動制御を示す図である。ＭＳＢ用の位相シフタ２３ａ、２３ｂは、上位ビットで高電位または「１」を出力するときに駆動される。ＬＳＢ用の位相シフタ２４ａ、２４ｂは、下位ビットで高電位または「１」を出力するときに駆動される。
【００２９】
微調整用の位相シフタ２５と２６は、中間レベルの光出力パワーの調整に用いられる。図７の例では、「１０」レベルを出力するときに、ＭＳＢ用の位相シフタの駆動に加えて、微調整用の位相シフタ２５と微調整用の位相シフタ２６の双方が駆動される。微調整用の位相シフタ２５と２６がともに負方向に駆動され、それぞれ０．０３φの位相変化量を負の方向に与える。トータルで０．０６φの位相シフトを負方向に与えることで、目的とする１．３３φの位相シフト量を実現する。
【００３０】
「０１」レベルを出力するときは、ＬＳＢ用の位相シフタの駆動に加えて、微調整用の位相シフタ２５が駆動される。微調整用の位相シフタ２５は負方向に駆動され、０．０３φの位相変化を負の方向に与えることで、目的とする０．６６φの位相シフト量を実現する。
【００３１】
図７では、微調整用の位相シフタ２５と２６を中間レベルの調整にだけ用いているが、「１１」レベルの出力調整に用いてもよい。また、４値間で均等なアイパターンが得られるのであれば、必ずしも「１０」レベルと「０１」レベルの双方の出力レベルを調整しなくてもよく、いずれか一方の出力レベルの調整であってもよい。２つの小さな位相シフタの位相変化量を個別に正方向にも負方向にも制御できるので、振幅歪みの状態に応じて駆動する位相シフタの数と駆動方向を調整して、細かい補償制御が可能となる。
【００３２】
図８は、微調整用の位相シフタ２５及び／または２６による光出力パワーの制御を説明する図である。ドライバ１１と１２が駆動され、ＭＳＢ用の位相シフタ２３ａ、２３ｂとＬＳＢ用の位相シフタ２４ａ、２４ｂがオン状態になっている。この状態は「１１」レベルの出力時の動作状態に対応する。ＭＳＢ用の位相シフタ２３ａ、２３ｂとＬＳＢ用の位相シフタ２４ａ、２４ｂのみで所望のアイパターンが得られているときは、微調整の位相シフタ２５、２６を用いなくてもよい。この場合、ドライバ１３１と１３２の駆動動作はオフとなる。所望のアイパターンが得られていないときは、微調整のドライバ１３１、１３２の少なくとも一方をオンにして、微調整用の位相シフタ２５と２６の少なくとも一方を駆動する。
【００３３】
たとえば、ドライバ１３１をオンにして微調整用の位相シフタ２５を駆動する。上側アームを伝搬する光のベクトルをＶ１、下側アームを伝搬する光のベクトルをＶ２、合波後のベクトルをＶ３とする。微調整用の位相シフタ２５の位相シフト量を負の方向に微調整することで、光出力パワーを低減することができる（図８の左下図）。微調整用の位相シフタ２５の位相シフト量を正の方向に微調整することで、光出力パワーを増大させることができる（図８の右下図）。
【００３４】
図９は、図７の駆動制御表を模式的に示す図である。ＭＳＢ用の位相シフタ、ＬＳＢ用の位相シフタ、及び微調整用の位相シフタ２５及び２６をそれぞれ駆動するドライバのオン、オフ状態が、出力レベルに対応して描かれている。図７に基づき、論理値「００」に対応する信号レベルの出力時には、すべてのドライバがオフにされ、光出力パワーは最小となる。論理値「０１」に対応する信号レベルの出力時には、光導波路２１と２２に配置されたＬＳＢ用の位相シフタと微調整用の位相シフタ２５を駆動する。ＬＳＢ用の位相シフタで得られる位相シフト量を微調整用の位相シフタ２５でマイナス方向に調整することで、「０１」レベルに対応する光出力パワーを実現する。論理値「１０」に対応する信号レベルの出力時には、光導波路２１と２２に配置されたＭＳＢ用の位相シフタと、微調整用の位相シフタ２５及び２６を駆動する。ＭＳＢ用の位相シフタで得られる位相シフト量を、微調整用の位相シフタ２５と２６でマイナス方向に調整して、「１０」レベルに対応する光出力パワーを実現する。論理値「１１」に対応する信号レベルの出力時には、光導波路２１と２２に配置されたＬＳＢ用の位相シフタとＭＳＢ用の位相シフタを駆動する。これにより光導波路２１と２２を伝搬する光が同相となって強め合い、光出力パワーは最大となる。
【００３５】
図６〜図９に示した実施形態の構成で、位相シフタの長さと損失が比例すると仮定したときに、光変調器２０の位相シフタのトータルの線長を３．１×Ｌに低減することができる。本発明に至る過程で考えられた図３の構成（線長３．８×Ｌ）と比較すると、損失を０．８２倍に低減することができる。
【００３６】
２００ＧＢＡＳＥ−ＤＲ４規格を実現するためのＬＤ出力は、１３ｄＢｍ程度が想定されている。１３ｄＢｍはＬＤ出力の限界付近の値であり、図３の構成で生じる損失を補うためにＬＤ出力を増大することは難しい。これに対し、図６の実施形態の構成では、位相シフタの線長の増加０．１×Ｌによるわずかな損失を補うために、ＬＤに注入するＤＣ電流を１．０３倍（３．１／３．０）にする。これは、０．１ｄＢｍのＬＤ出力の増大に相当し、実現可能な範囲内である。
【００３７】
実施形態の構成において、微調整用の位相シフタ２５と２６の使用は、中間レベルの調整に限定されず、必要に応じて「１１」レベルまたは「００」レベルの出力調整に用いてもよい。また、微調整用の位相シフタは、光導波路２１と２２の少なくとも一方に配置されていればよく、必ずしも両方の光導波路に配置しなくてもよい。この場合も、微調整用の位相シフタを駆動するドライバの駆動極性は、正方向にも負方向にも調整可能である。ひとつの光導波路に配置される微調整用の位相シフタの数は１つに限定されず、２以上の微調整用の位相シフタを別々のドライバで個別に駆動制御してもよい。
【００３８】
４値の各出力レベルをより正確に調整するために、微調整用の位相シフタ２５，２６の少なくとも一方をさらに細分化することも可能である。微調整用の位相シフタの数に応じてドライバの数は増えるが、小さな位相シフタを駆動する回路であるため低出力のドライバ回路で実現することができる。
【００３９】
図１０は、光送信器１の駆動制御のフローチャートである。図１０の駆動制御に先だって、光変調器の非線形特性を測定して、位相シフタの分割比と、微調整用の位相シフタの長さ及び個数が決定されているものとする。光変調器の非線形特性は、光変調器への入力電圧を上げながら位相変化量と光出力パワーを測定することで得られる。最大の光出力レベルとなる電圧値で、線形特性からどの程度の落ち込みが生じているかに応じて、ＭＳＢ用の位相シフタとＬＳＢ用の位相シフタの長さの比と、微調整用の位相シフタの長さを決める。必要に応じて微調整用の位相シフタの個数と配置位置を決めて、必要な数のドライバを配置する。
【００４０】
微調整用の位相シフタを有する光変調器を各論理値で駆動し、「０１」レベル及び／または「１０」レベルの出力値を調整する際に光出力パワーを大きくする方向の制御が必要か否かを判断する（Ｓ１１）。光出力パワーを大きくする方向の制御が必要な場合は、微調整用ドライバの現在の駆動極性で対応できるため、ステップＳ１３に進んで、最大出力レベル（たとえば「１１」レベル）時に所望の光出力パワーが得られるように、ＬＤの直流（ＤＣ）電流を調整する。
【００４１】
光出力パワーを大きくする方向への制御が必要でない場合（Ｓ１１でＮＯ）は、微調整用ドライバの駆動極性を反転して、光出力パワーを減少する方向への制御を可能にする（Ｓ１２）。その後、ステップＳ１３へ進んで、ＬＤのＤＣ電流値を調整する。ここまでが、運用前の段階（出荷時、起動時など）での処理Ａである。
【００４２】
運用中の処理Ｂは、ステップＳ１４〜Ｓ１７を含む。入力信号の論理値に応じて、ステップＳ１４〜Ｓ１７のいずれかを行う。「００」レベルの制御時は、ＭＳＢ用のドライバ１１、ＬＳＢ用のドライバ１２、微調整用のドライバ１３１（図中、「微調整用ドライバ１」と標記）、微調整用のドライバ１３２（図中、「微調整用ドライバ２」と標記）のすべてをＯＦＦにする（Ｓ１４）。実施形態のＭＺ型の光変調器回路は、位相シフタへの電界の印加がない状態において、光導波路２１と２２を通る光が合波されたときに２つの光波が互いに逆相で打ち消し合って光出力がゼロになるように設計されている。このときの光出力パワーは最小となる。
【００４３】
「０１」レベルの制御時は、ＭＳＢ用のドライバをＯＦＦ、ＬＳＢ用のドライバと微調整用ドライバ１をＯＮ、微調整用ドライバ２をＯＦＦにする（Ｓ１５）。微調整用ドライバ１で「０１」レベル出力時に光変調器に印加される電界の大きさを調整して、４値のアイパターンの開口を均一にする。
【００４４】
「１０」レベルの制御時は、ＭＳＢ用のドライバをＯＮ、ＬＳＢ用のドライバをＯＦＦにし、微調整用ドライバ１と微調整用ドライバ２をＯＮにする（Ｓ１６）。微調整用ドライバ１と微調整用ドライバ２で「１０」レベル出力時に光変調器に印加される電界の大きさを調整して、４値のアイパターンの開口を均一にする。
【００４５】
「１１」レベルの制御時は、ＭＳＢ用のドライバとＬＳＢ用のドライバをＯＮにし、微調整用ドライバ１と微調整用ドライバ２をＯＦＦにする（Ｓ１７）。
【００４６】
光送信器１は、運用中（通信中）は入力される論理値に応じてＳ１４〜Ｓ１７のいずれかの駆動処理を行うことで、４値のアイパターンで均一な波形を得る。
【００４７】
図１０のステップＳ１１〜Ｓ１３を、起動時のたびに、あるいは定期的に実施してもよい。光変調器２０の特性は経時変化により変化し得るからである。Ｓ１１の判断に先立って得られた測定結果によっては、中間レベルの出力調整に微調整用の位相シフタ２５と２６のいずれか一方だけをオンにする、微調整用ドライバの駆動極性を変更する、などの調整を行ってもよい。
【実施例１】
【００４８】
図１１〜図１５は、実施例１の光送信器２を説明する図である。実施例１では、非線形特性の測定結果に基づくシミュレーションにより各位相シフタの分割比と微調整用の位相シフタの数と長さを決定する。
【００４９】
図１１は、実施例１のアイパターンの調整を示す図である。図１及び図２と同様の非線形な入力電圧対位相特性を有する光変調器では、入力電圧の大きさを均等に配分しても、アイパターンの開口は均一にならない。そこで、アイパターンの開口が均一になるように入力電圧値を調整する。図１１では、中間値の「０１」レベルと「１０」レベルに対応する入力電圧値が調整されており、特に「１０」レベルの調整量が大きい。
【００５０】
図１２は、入力電圧の調整前と調整後の光変調器のパラメータを示す図である。図１２の表（Ａ）が調整前、表（Ｂ）が調整後である。表（Ａ）の調整前の状態で、出力レベル間で入力電圧はほぼ均等に設定されているが、光出力のパワーレベルは均等にならない。隣接する出力レベル間の差分を表わす「Δ光出力」はばらついており、特に、「１１」レベルと「１０」レベルの間で差が小さくなっている。これは受信側でエラーの原因となる。
【００５１】
そこで、表（Ｂ）のように、出力レベル間の差（Δ光出力）が均等になるように、位相変化量を調整する。「１０」レベルで位相変化量をマイナス方向に調整して、「１１」レベルとの間で光出力パワーの差を大きくする。「０１」レベルでも、位相変化量をマイナス方向に微調整して、４値の間で光出力パワーレベルを均等にする。
【００５２】
表（Ａ）と表（Ｂ）のように位相変化量をマイナス方向に調整する場合、「１０」レベルと「０１」レベルを調整するための微調整用の位相シフタの長さを計算する。「１０」レベルの微調整用の位相シフタ長をＬ10adj、「０１」レベルの微調整用の位相シフタ長をＬ01adjとし、ＭＳＢ用の位相シフタ長を２．０×Ｌ、ＬＳＢ用の位相シフタ長を１．０×Ｌとする。
【００５３】
Ｌ10adj  ＝（2.0*L  +  1.0*L）×［１−（調整前位相変化量）／（調整後位相変化量）］
＝  3.0*L×［１−（３．８２／４．２３）］＝０．２７×Ｌ
Ｌ01adj  ＝（2.0*L  +  1.0*L）×［１−（調整前位相変化量）／（調整後位相変化量）］
＝  3.0*L×［１−（３．１９／３．１５）］＝０．０３×Ｌ
【００５４】
ここで、「１０」レベルの微調整用の位相シフタの長さと、「０１」レベルの微調整用の位相シフタの長さの計算結果が２：１の関係（たとえば０．２×Ｌと０．１×Ｌ）であれば、図６のように微調整用の位相シフタ２５、２６が配置され、図７に示される動作論理が割り当てられる。
【００５５】
実施例１では、「１０」レベルの微調整用の位相シフタの長さが０．２７×Ｌ、「０１」レベルの微調整用の位相シフタの長さが０．０３×Ｌであるため、図１３のように、微調整用の位相シフタを２×２＝４個配置する。
【００５６】
図１３は、実施例１の光送信器２における微調整用の位相シフタの分割例を示す図である。光送信器２は、ＭＺ型の光変調器２０Ａと、光変調器２０Ａを駆動する駆動回路１０Ａを有する。光変調器２０Ａは、光導波路２１を含む上側アームと、光導波路２２を含む下側アームを有する。上側アームに、ＭＳＢ用の位相シフタ２３ａ、ＬＳＢ用の位相シフタ２４ａ、及び微調整用の位相シフタ２５１、２５２が配置されている。下側アームに、ＭＳＢ用の位相シフタ２３ｂ、ＬＳＢ用の位相シフタ２４ｂ、及び微調整用の位相シフタ２６１、２６２が配置されている。駆動回路１０Ａは、ドライバ１１、１２、１３１、１３２、１４１、及び１４２を有する。微調整用の位相シフタ２５１、２５３、２６１、２６２は、ドライバ１３１、１３２、１４１、１４２によって互いに独立して駆動制御される。
【００５７】
ＭＳＢ用の位相シフタ２３ａ、２３ｂの長さと、ＬＳＢ用の位相シフタ２４ａ、２４ｂの長さは、入力電圧対位相特性の非線形性による位相変化量の落ち込みを考慮して、それぞれ２．０×Ｌと、１．０×Ｌに設定されている。微調整用の位相シフタ２５１（図中、「ＰＳ１」と標記）と、微調整用の位相シフタ２６１（図中、「ＰＳ１’」と標記）の長さは、０．２４×Ｌに設定されている（０．２７Ｌ−０．０３Ｌ）。微調整用の位相シフタ２５２（図中、「ＰＳ２」と標記）と、微調整用の位相シフタ２６２（図中、「ＰＳ２’」と標記）の長さは、０．０３×Ｌに設定されている。各アームで２つに分割された微調整用の位相シフタを配置して、「１０」レベルと「０１」レベルの調整に使用する微調整用の位相シフタを使い分けることで、４値のアイパターンの開口を均等にすることができる。
【００５８】
図１４は、図１３の構成で４値を実現するときの光変調器２０Ａの駆動制御を示す。ＭＳＢ用の位相シフタ２３ａ、２３ｂは、上位ビットで高電位または「１」を出力するときに駆動される。ＬＳＢ用の位相シフタ２４ａ、２４ｂは、下位ビットで高電位または「１」を出力するときに駆動される。微調整用の位相シフタ２５１、２５２、２６１、及び２６２は、中間レベルの光出力パワーの調整に用いられる。
【００５９】
「１１」レベルを出力するときは、ＭＳＢ用の位相シフタとＬＳＢ用の位相シフタがＯＮにされ、微調整用の位相シフタ２５１、２５２、２６１、２６２はＯＦＦにされる。
【００６０】
「１０」レベルを出力するときは、ＭＳＢ用の位相シフタの駆動に加えて、微調整用の位相シフタ２５１、２５２、２６１、２６２が駆動される。微調整用の位相シフタ２５１、２５２、２６１、２６２を駆動するドライバ１３１、１３２、１４１、１４２のすべては反転出力に設定されており、光出力パワーをマイナス方向に調整する。すべての微調整用の位相シフタが駆動されることで、０．２７×Ｌの位相シフタ長で実現されるマイナス方向の位相変化量が光変調器２０Ａに与えられる。
【００６１】
「０１」レベルを出力するときは、ＬＳＢ用の位相シフタの駆動に加えて、微調整用の位相シフタ２５２（ＰＳ２）と２６２（ＰＳ２’）が駆動される。微調整用の位相シフタ２５２、２６２の駆動により、０．０３×Ｌの位相シフタ長で実現されるマイナス方向の位相変化量が光変調器２０Ａに与えられる。
【００６２】
「００」レベルを出力するときは、すべての位相シフタがオフ状態である。図１４の構成で、２×２の小さな位相シフタの位相変化量を個別に正方向にも負方向にも制御可能とすることで、振幅歪みの状態に応じて駆動する位相シフタの数と駆動方向を調整して、細かい補償制御が可能となる。
【００６３】
実施例１の構成で、トータルの位相シフタ長は、３．２７×Ｌである。実施例１と同じシミュレーションパラメータで図３の構成と図４の駆動方式で振幅歪みを補償する場合、ＭＳＢ用の位相シフタの長さは１．７３×Ｌ、ＬＳＢ用の位相シフタの長さは１．２７×Ｌ、ＬＳＢ’用の位相シフタの長さは０．９７×Ｌとなる。トータルの位相シフタ長は、３．９７×Ｌである。実施例１の構成と方式を用いることで、より少ない損失、すなわちより少ない消費電力で光変調器２０Ａを駆動することができる。
【００６４】
＜位相シフタの別の分割例＞
図１５は、微調整用の位相シフタのさらに別の分割例を示す。図１５の光送信器３は、光変調器２０Ｂと、駆動回路１０Ｂを有する。変調器特性のばらつきによって、光変調器ごとに所望の位相調整量がばらつくことが想定される。そこで、事前に細分化した微調整用の位相シフタを用意する。
【００６５】
光変調器２０Ｂは、光導波路２１を含む上側アームと、光導波路２２を含む下側アームを有する。上側アームに、ＭＳＢ用の位相シフタ２３ａと、ＬＳＢ用の位相シフタ２４ａと、ｎ個（ｎは２以上の整数）に分割された微調整用の位相シフタ２５０が配置されている。下側アームに、ＭＳＢ用の位相シフタ２３ｂと、ＬＳＢ用の位相シフタ２４ｂと、ｎ個（ｎは２以上の整数）に分割された微調整用の位相シフタ２６０が配置されている。
【００６６】
この例では、微調整用の位相シフタ２５０は２５１〜２５５（＃１〜＃５）の５つのセグメントに分割されており、ひとつのセグメント長さは０．０６×Ｌである。微調整用の位相シフタ２５０の全体長は０．３×Ｌである。同様に、微調整用の位相シフタ２６０は２６１〜２６５（＃１’〜＃５’）の５つのセグメントに分割されており、ひとつのセグメント長は０．０６×Ｌ、微調整用の位相シフタ２６０の全体長は０．３×Ｌである。
【００６７】
駆動回路１０Ｂは、ドライバ１１、１２、及び１３１〜１４０を有する。微調整用の位相シフタ２５０と２６０の各セグメント２５１〜２５５及び２６１〜２６５は、ドライバ１３１〜１４０によって互いに独立して駆動制御される。ドライバ１３１〜１４０の駆動極性は変更可能である。
【００６８】
光変調器２０Ｂの非線形特性を測定し、図１０のステップＳ１１〜Ｓ１３に従って、微調整用の位相シフタ２５０と２６０の各セグメントの制御極性、すなわちドライバ１３１〜１４０の駆動極性を決定する。
【００６９】
図１６は、図１５の構成で４値を実現するときの光変調器２０Ｂの駆動制御を示す。ＭＳＢ用の位相シフタ２３ａ、２３ｂは、上位ビットで高電位または「１」を出力するときに駆動される。ＬＳＢ用の位相シフタ２４ａ、２４ｂは、下位ビットで高電位または「１」を出力するときに駆動される。微調整用の位相シフタ２５０の各セグメント２５１〜２５５（＃１〜＃５）と、微調整用の位相シフタ２６０の各セグメント２６１〜２６５（＃１’〜＃５’）は、中間レベルの光出力パワーの調整に用いられる。
【００７０】
「１１」レベルを出力するときは、ＭＳＢ用の位相シフタとＬＳＢ用の位相シフタがＯＮにされ、微調整用の位相シフタ２５０、２６０はＯＦＦにされる。
【００７１】
「１０」レベルを出力するときは、ＭＳＢ用の位相シフタの駆動に加えて、微調整用の位相シフタ２５０、２６０のセグメントのうち、＃１’、＃２〜＃５、及び＃２’〜＃５’が負方向に駆動される。これは０．２７×Ｌのシフト長（０．０６Ｌ／２＋０．０６Ｌ×４）に対応する位相変化量をマイナス方向に与えるものである。
【００７２】
「０１」レベルを出力するときは、ＬＳＢ用の位相シフタの駆動に加えて、微調整用の位相シフタ２５０、２６０のセグメントのうち、＃１が負方向に駆動される。これは０．０３×Ｌのシフト長に対応する位相変化量をマイナス方向に与えるものである。
【００７３】
「００」レベルを出力するときは、すべての位相シフタがオフ状態である。図１５の構成で、微調整用の位相シフタ２５０と２６０の細分化された各セグメントを個別に正方向にも負方向にも制御可能とすることで、振幅歪みの状態に応じて駆動する位相シフタの数と駆動方向を調整して、細かい補償制御が可能となる。
【００７４】
微調整用の位相シフタ２５０、２６０のセグメントの分割数、駆動パターンは光変調器２０Ｂの調整量に応じて決定され、たとえば、セグメント＃１〜＃２のグループと＃３〜＃５のグループを使い分けてもよいし、５以上のセグメントに分割してもよい。また、上側アームと下側アームで必ずしも分割数が同じでなくてもよい。たとえば、上側アームの微調整用の位相シフタ２５０を均等に５分割し、下側アームの微調整用の位相シフタ２６０を２対３の長さに２分割してもよい。
【００７５】
このように、実施形態の光変調器２０、２０Ａ、２０Ｂとこれを用いた光送信器１〜３によると、消費電力の増大を抑制しつつ多値変調のアイパターンの振幅歪みを補償することができる。
【００７６】
実施形態の構成と手法は、４値の光変調に限定されず、８値、１６値、あるいはそれ以上の多値変調に適用可能である。たとえばＭＳＢ用の位相シフタとＬＳＢ用の位相シフタに加えて、間のビットの論理値を制御する位相シフタを配置し、短い微調整用の位相シフタ、あるいはセグメント化された微調整用の位相シフタを個別制御して光出力パワーを調整してもよい。
【００７７】
実施形態では、微調整用の位相シフタの長さはＬＳＢ用の位相シフタの長さの１／１０〜１／３に設定したが、光変調器の非線形特性によっては、上記の範囲外の長さであってもよい。
【００７８】
実施形態の光変調器は、シリコン細線導波路によるＭＺ変調器の他、ＩｎＰ等の化合物半導体を用いたＭＺ変調器にも適用可能である。また、図６の光変調器２０を二つ並列に接続してＱＡＭ−ｘ変調に適用してもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１、２、３  光送信器
１０、１０Ａ、１０Ｂ  駆動回路
１１  ＭＳＢ用のドライバ（第１ドライバ）
１２  ＬＳＢ用のドライバ（第２ドライバ）
２０、２０Ａ、２０Ｂ  光変調器
２１  光導波路
２２  光導波路
２３ａ、２３ｂ  ＭＳＢ用の位相シフタ（第１位相シフタ）
２４ａ、２４ｂ  ＬＳＢ用の位相シフタ（第２位相シフタ）
２５，２５０  微調整用の位相シフタ（第３位相シフタ）
２６、２６０  微調整用の位相シフタ（第３位相シフタ）
２５１〜２５５、２６１〜２６５、
１３１、１３２、１４１、１４２、１３３〜１４０  微調整用のドライバ（第３ドライバ）
【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１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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