(57)【要約】      （修正有）【課題】ＤＱＰＳＫ変調を行うネスト型導波路を有する光変調器のバイアス制御を、簡単な構成で実現する。【解決手段】１つの主マッハツェンダー型導波路ＭＭＺの２つの分岐導波路に、２つの副マッハツェンダー型導波路ＳＭＺ１，ＳＭＺ２を一つずつ組み込んだネスト型導波路を有し、変調部ＭＥ１〜ＭＥ３を備えた光変調器のバイアス制御方法において、副マッハツェンダー型導波路の変調部の各々に、同じ周波数ｆで互いに９０度位相の異なる低周波信号を印加しながら、最初に、各副マッハツェンダー型導波路において、副マッハツェンダー型導波路から出力される光波の一部を検出して、検出値に基づき副マッハツェンダー型導波路の変調部のバイアス制御ＢＣ１，ＢＣ２を行い、次に、主マッハツェンダー型導波路から出力される光波の一部を検出して、検出値に基づき主マッハツェンダー型導波路の変調部のバイアス制御ＢＣ３を行う。【選択図】図１
2011075913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの主マッハツェンダー型導波路の２つの分岐導波路に、２つの副マッハツェンダー型導波路を１つずつ組み込んだネスト型導波路を有し、全てのマッハツェンダー型導波路に変調部を備えた光変調器のバイアス制御方法において、
該副マッハツェンダー型導波路の変調部の各々に、同じ周波数ｆで互いに９０度位相の異なる低周波信号を印加しながら、
最初に、各副マッハツェンダー型導波路において、該副マッハツェンダー型導波路から出力される光波の一部を検出して、該検出値に基づき当該副マッハツェンダー型導波路の変調部のバイアス制御を行い、
次に、該主マッハツェンダー型導波路から出力される光波の一部を検出して、該検出値に基づき該主マッハツェンダー型導波路の変調部のバイアス制御を行うことを特徴とする光変調器のバイアス制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の光変調器のバイアス制御方法において、
該光変調器は、ＤＱＰＳＫ変調を行う光変調器であり、
該副マッハツェンダー型導波路の変調部のバイアス制御は、当該検出値の周波数ｆ成分が最小値又は周波数２ｆ成分が最大値となるようにバイアス制御を行い、
該主マッハツェンダー型導波路の変調部のバイアス制御は、当該検出値の周波数２ｆ成分が最大値となるようにバイアス制御を行うことを特徴とする光変調器のバイアス制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器のバイアス制御方法に関し、特に、１つの主マッハツェンダー型導波路の２つの分岐導波路に、２つの副マッハツェンダー型導波路を１つずつ組み込んだネスト型導波路を有し、全てのマッハツェンダー型導波路に変調部を備えた光変調器のバイアス制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信分野におけるＤＱＰＳＫ変調（Differential Quadrature Phase Shift keying，差動四相位相偏移変調）、光信号を無線信号（変調された搬送波）で強度変調して光ファイバで伝送するＲＯＦ（Radio Over Fiber）システムに利用される光ＳＳＢ変調装置、さらに、光計測分野に利用される光周波数シフタには、ネスト構造の光導波路（ネスト型導波路）を備えた光変調器が利用されている。
【０００３】
ネスト型導波路とは、１つの主マッハツェンダー型導波路の２つの分岐導波路に、２つの副マッハツェンダー型導波路を１つずつ組み込んだ、入れ子型の光導波路を意味している。ネスト型導波路を有する光変調器では、主マッハツェンダー型導波路と、２つの副マッハツェンダー型導波路の各々に、光導波路を伝播する光波を変調するための変調電極を備えた変調部が設けられる。
【０００４】
光変調器は、ニオブ酸リチウムなどの電気光学効果を有する基板に形成されており、光変調器を駆動する変調信号のバイアス点が、光変調器の温度変化や駆動に伴う焦電効果などの影響でシフトする温度ドリフト現象や、印加した電圧に応じて経時的にシフトするＤＣドリフト現象が発生する。これらを補償するには、各変調部において、バイアス制御を行う必要がある。
【０００５】
ネスト型導波路を有する光変調器のバイアス制御方法としては、特許文献１乃至３のように、複数の周波数信号を個々の変調部に入力してバイアス制御を行う方法や、特許文献４のように、主マッハツェンダー型導波路からの出力光より、ＲＦ(Radio Frequency）成分のスペクトルを検出してバイアス制御を行う方法などがある。
【０００６】
しかしながら、複数の周波数信号を用いたバイアス制御方法では、制御自体に複数の周波数に対応した制御信号が必要となり、制御系の構成が複雑化する。しかも、場合によっては、複数の周波数の信号が混在しているため、制御用の検出信号から各周波数成分を精度良く分離することが困難である。さらに、各周波数の間隔を十分確保して制御を行う場合には、制御信号のために要する周波数帯域が広くなり過ぎるという問題を生じていた。
【０００７】
また、ＲＦ成分を検出して行うバイアス制御方法では、ＲＦ成分のスペクトルを検出するための使用部品が高価であり、一般的な低周波信号を利用する場合と比較し、ＲＦ信号のためのプリント基板設計などが難しくなるなどの問題を生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−１３３１７６号公報
【特許文献２】特開２００７−４３６３８号公報
【特許文献３】特許第４０８３６５７号公報
【特許文献４】特開２００７−１６３９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、上述したような問題を解決し、ネスト型導波路を有する光変調器、特に、ＤＱＰＳＫ変調を行う光変調器のバイアス制御を、簡単な構成で実現することが可能な光変調器のバイアス制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、１つの主マッハツェンダー型導波路の２つの分岐導波路に、２つの副マッハツェンダー型導波路を１つずつ組み込んだネスト型導波路を有し、全てのマッハツェンダー型導波路に変調部を備えた光変調器のバイアス制御方法において、該副マッハツェンダー型導波路の変調部の各々に、同じ周波数ｆで互いに９０度位相の異なる低周波信号を印加しながら、最初に、各副マッハツェンダー型導波路において、該副マッハツェンダー型導波路から出力される光波の一部を検出して、該検出値に基づき当該副マッハツェンダー型導波路の変調部のバイアス制御を行い、次に、該主マッハツェンダー型導波路から出力される光波の一部を検出して、該検出値に基づき該主マッハツェンダー型導波路の変調部のバイアス制御を行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の光変調器のバイアス制御方法において、該光変調器は、ＤＱＰＳＫ変調を行う光変調器であり、該副マッハツェンダー型導波路の変調部のバイアス制御は、当該検出値の周波数ｆ成分が最小値又は周波数２ｆ成分が最大値となるようにバイアス制御を行い、該主マッハツェンダー型導波路の変調部のバイアス制御は、当該検出値の周波数２ｆ成分が最大値となるようにバイアス制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る発明により、１つの主マッハツェンダー型導波路の２つの分岐導波路に、２つの副マッハツェンダー型導波路を１つずつ組み込んだネスト型導波路を有し、全てのマッハツェンダー型導波路に変調部を備えた光変調器のバイアス制御方法において、該副マッハツェンダー型導波路の変調部の各々に、同じ周波数ｆで互いに９０度位相の異なる低周波信号を印加しながら、最初に、各副マッハツェンダー型導波路において、該副マッハツェンダー型導波路から出力される光波の一部を検出して、該検出値に基づき当該副マッハツェンダー型導波路の変調部のバイアス制御を行い、次に、該主マッハツェンダー型導波路から出力される光波の一部を検出して、該検出値に基づき該主マッハツェンダー型導波路の変調部のバイアス制御を行うため、単一の周波数を有する低周波信号でバイアス制御が可能であるため、低周波信号の発生に必要な構成を簡素化できると共に、制御系の構成も複雑化しない。さらに、低周波信号は、副マッハツェンダー型導波路の変調部のみに印加されるため、主マッハツェンダー型導波路の変調部へ低周波信号を印加することが省略でき、さらに構成を簡素化することが可能となる。
【００１３】
請求項２に係る発明により、光変調器は、ＤＱＰＳＫ変調を行う光変調器であり、副マッハツェンダー型導波路の変調部のバイアス制御は、当該検出値の周波数ｆ成分が最小値又は周波数２ｆ成分が最大値となるようにバイアス制御を行い、主マッハツェンダー型導波路の変調部のバイアス制御は、当該検出値の周波数２ｆ成分が最大値となるようにバイアス制御を行うため、ＤＱＰＳＫ変調においても、簡単な構成で、各変調部のバイアスを最適に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の光変調器のバイアス制御方法を説明する概略図である。
【図２】図１の符号Ａ〜Ｃにおける低周波信号変調された光スペクトル分布を示す図である。
【図３】光スペクトル成分の合成状態を説明する図である。
【図４】主マッハツェンダー型導波路の出力光に関し、バイアス点と周波数２ｆ成分のモニタレベルとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の光変調器のバイアス制御方法について、以下に詳細に説明する。
本発明は、図１に示すように、１つの主マッハツェンダー型導波路（ＭＭＺ）の２つの分岐導波路に、２つの副マッハツェンダー型導波路（ＳＭＺ１，ＳＭＺ２）を１つずつ組み込んだネスト型導波路を有し、全てのマッハツェンダー型導波路に変調部（ＭＥ１〜ＭＥ３）を備えた光変調器のバイアス制御方法において、該副マッハツェンダー型導波路の変調部の各々に、同じ周波数ｆで互いに９０度位相の異なる低周波信号（ＡＣ１，ＡＣ２）を印加しながら、最初に、各副マッハツェンダー型導波路において、該副マッハツェンダー型導波路から出力される光波（Ａ，Ｂ）の一部を検出して、該検出値に基づき当該副マッハツェンダー型導波路の変調部のバイアス制御（ＢＣ１，ＢＣ２）を行い、次に、該主マッハツェンダー型導波路から出力される光波（Ｃ）の一部を検出して、該検出値に基づき該主マッハツェンダー型導波路の変調部のバイアス制御（ＢＣ３）を行うことを特徴とする。
【００１６】
本発明の光変調器のバイアス制御方法では、変調部に印加する低周波信号には、単一の周波数を利用しているため、低周波信号の発生に必要な構成を簡素化できると共に、制御系の構成も複雑化しない。しかも、低周波信号は、副マッハツェンダー型導波路の変調部のみに印加されるため、主マッハツェンダー型導波路の変調部へ低周波信号を印加することが省略でき、さらに構成を簡素化することが可能となる。
【００１７】
次に、光変調器として、ＤＱＰＳＫ変調を行う光変調器を例に、本発明のバイアス制御方法を説明する。
図１に示すように、副マッハツェンダー型導波路（ＳＭＺ１）の変調部（ＭＥ１）には、バイアス制御回路ＢＣ１から出力されるＤＣバイアスに、低周波信号（周波数ｆ，位相０°）（ＡＣ１）を重畳して変調部を構成する変調電極に印加する。重畳する際には、バイアスＴ回路（ＢＴ１）などを利用することができる。
【００１８】
変調部は、副マッハツェンダー型導波路の分岐導波路に沿って配置される変調電極で構成される。変調電極は、信号電極及び接地電極から構成され、単一の信号電極を利用する場合や２つの分岐導波路に対応して２つの信号電極を利用する場合がある。
【００１９】
また、変調部では、送信する光信号に対応する変調信号を入力する変調電極と、ＤＣバイアスを印加するバイアス電極とを別々に設けることも可能であり、この場合には、変調電極に低周波信号を、バイアス電極にＤＣバイアスを印加し、図１に示すように、低周波信号とＤＣバイアスとを重畳する必要はない。
【００２０】
副マッハツェンダー型導波路（ＳＭＺ１）から出力される光波の一部を検出し、該検出値に係る信号をバイアス制御回路（ＢＣ１）に入力する。検出する光波としては、図１のように副マッハツェンダー型導波路（ＳＭＺ１）の出力導波路から直接検出する方法や、タップ部を経由して検知する方法などにより、出力光と同相成分の光波が検出できる。また、合波部の放射光を検知する方法や合波部をカプラで構成する検知方法により、出力光と逆相成分の光波を検出することも可能である。
【００２１】
バイアス制御回路（ＢＣ１）では、検出した検出値に基づき変調部（ＭＥ１）に印加するＤＣバイアスを制御する。具体的には、受光素子などの検出器が出力する検出信号から、バンドパスフィルタなど利用して周波数ｆ成分のみを抽出し、抽出した検出値が最小となるように当該ＤＣバイアスを制御する。
【００２２】
あるいは、該検出信号から周波数２ｆ成分のみを抽出し、抽出した検出値が最大となるように当該ＤＣバイアスを制御することも可能である。副マッハツェンダー型導波路の変調部におけるバイアス制御方法は、１つのマッハツェンダー型導波路を有する光変調器におけるバイアス制御方法と同様であるため、従来の種々のバイアス制御方法が適用可能である。
【００２３】
一方、もう一つの副マッハツェンダー型導波路（ＳＭＺ２）の変調部（ＭＥ２）のバイアス制御方法は、変調部（ＭＥ２）に印加する低周波信号（周波数ｆ，位相９０°）が、他方の副マッハツェンダー型導波路（ＳＭＺ１）と、位相が９０°（図１では、＋９０°であるが−９０°であっても良い）異なる以外は、全く同様のバイアス制御方法が利用可能である。
【００２４】
次に、主マッハツェンダー型導波路（ＭＭＺ）の変調部（ＭＥ３）のバイアス制御方法について説明する。主マッハツェンダー型導波路の変調部のバイアス制御を行うまでには、２つの副マッハツェンダー型導波路（ＳＭＺ１，ＳＭＺ２）の変調部（ＭＥ１，ＭＥ２）のＤＣバイアスは、上述したバイアス制御方法により最適化されている。
【００２５】
主マッハツェンダー型導波路（ＭＭＺ）の変調部（ＭＥ３）のバイアス制御においては、変調部に低周波信号は印加せず、２つの副マッハツェンダー型導波路から出力される光波を合波した出力光に基づき、変調部（ＭＥ３）に印加するＤＣバイアスを制御する。
【００２６】
主マッハツェンダー型導波路（ＭＭＺ）から出力される光波の一部を検出する方法としては、副マッハツェンダー型導波路と同様に、出力光と同相成分又は逆相成分のいずれでも検出可能である。
【００２７】
バイアス制御回路（ＢＣ３）では、検出した検出値に基づき変調部（ＭＥ３）に印加するＤＣバイアスを制御する。具体的には、受光素子などの検出器が出力する検出信号から、バンドパスフィルタなど利用して、該検出信号から周波数２ｆ成分のみを抽出し、抽出した検出値が最大となるように当該ＤＣバイアスを制御する。
【００２８】
この主マッハツェンダー型導波路（ＭＭＺ）の変調部（ＭＥ３）に係るバイアス制御方法について、より詳細に説明する。
【００２９】
２つの副マッハツェンダー型導波路から出力される光波は、低周波信号ｆ（ｆをディザ周波数ともいう）で変調されており、このディザ周波数による変調成分のみに着目すると、各副マッハツェンダー型導波路の出力光（変調成分）は、ＳＭＺ１は式（１）、ＳＭＺ２は式（２）によって表現される。ただし、ｍはディザによる変調度、ｗはディザ変調角周波数を示す。また副マッハツェンダー型導波路のバイアスは位相差πに適切に設定されていると仮定し、偶数次の変調成分が存在しないとする。
【００３０】
【数１】
2011075913.tif 000003
【００３１】
【数２】
2011075913.tif 000004
【００３２】
式（１）及び式（２）は、副マッハツェンダー型導波路の変調部で変調された光波が周波数±ｆ成分、±３ｆ成分の光スペクトルを有することを意味しており、実際は、±３ｆ成分より高次成分も存在するが、ディザによる変調は浅い（印加する低周波信号の強度が弱い）ため、より高次成分の強度は無視できる程度に小さくなる。
【００３３】
各副マッハツェンダー型導波路から出力される光波の光スペクトルは、図１の符号Ａ（又はＢ）における光スペクトルは、図２（ａ）（又は図２（ｂ））に示すような状態となる。これは、副マッハツェンダー型導波路の変調部に印加するＤＣバイアスを、上述の周波数ｆ成分において検出値が最小値となるように制御（あるいは、周波数２ｆ成分のみを抽出し、抽出した検出値が最大値となるように制御）された結果の状態である。
【００３４】
次に、副マッハツェンダー型導波路から出た２つの光波は、変調部ＭＥ３に印加されるバイアス電圧により角θの関係で合波される。
【００３５】
合波された光波の状態を図３に示す。図３（ａ）は、周波数−３ｆ成分又は＋ｆ成分における合波状態を示すものであり、副マッハツェンダー型導波路（ＳＭＺ１）からの出力光のベクトルをｓ１とし、他方の副マッハツェンダー型導波路（ＳＭＺ２）からの出力光のベクトルをｓ２とし、合成された合成ベクトルをｓ３で表示している。
【００３６】
図３（ａ）における合成ベクトルの振幅値及び位相は、式（３）及び式（４）で表現される。
【００３７】
【数３】
2011075913.tif 000005
【００３８】
【数４】
2011075913.tif 000006
【００３９】
また、図３（ｂ）は、周波数−ｆ成分又は＋３成分における合波状態を示すものであり、副マッハツェンダー型導波路（ＳＭＺ１）からの出力光のベクトルをｔ１とし、他方の副マッハツェンダー型導波路（ＳＭＺ２）からの出力光のベクトルをｔ２とし、合成された合成ベクトルをｔ３で表示している。
【００４０】
図３（ｂ）における合成ベクトルの振幅値及び位相は、式（５）及び式（６）で表現される。
【００４１】
【数５】
2011075913.tif 000007
【００４２】
【数６】
2011075913.tif 000008
【００４３】
副マッハツェンダー型導波路から出力される光波を合成した状態は、上記の式（１）乃至（６）を利用して、式（７）で表現される。
【００４４】
【数７】
2011075913.tif 000009
【００４５】
図１の符号Ｃで示される合波した光波の光スペクトルの状態は、図２（ｃ）のように表示される。そして、合成光の受光素子による出力（検出値）Ｉは、Ｉ＝Ｅ・Ｅ*であり、これを計算・整理すると、ディザ変調周波数の２倍周波数項（２ｆ成分）の係数は、式（８）で表現される式に比例するものとなる。
【００４６】
【数８】
2011075913.tif 000010
【００４７】
式（８）は、図２（ｃ）の光スペクトルの検出出力は、二乗検波した際に生じる２ｆ成分であり、これは、−３ｆ成分と−ｆ成分との積，−ｆ成分とｆ成分との積，及びｆ成分と３ｆ成分との積の合成値となる。
【００４８】
式（８）の結果から、ディザの変調の深さ（低周波信号の強度）に関係なく、主マッハツェンダー型導波路（ＭＭＺ）の変調部（ＭＥ３）に印加するＤＣバイアスに応じて、位相θが変化し、２倍周波数成分の光強度はｓｉｎθの絶対値に比例して変化する。このため、主マッハツェンダー型導波路の出力光の一部を検出することで、変調部（ＭＥ３）のＤＣバイアスを最適値に制御することが可能であることが理解される。
【００４９】
式（８）で表現される２ｆ成分のモニタレベル（検出値）のバイアス点（位相θ）に対する変化は、図４に示される。そして、ＤＱＰＳＫ変調では、θ＝π／２に設定すれば良いため、図４の設定バイアス点で示したように、２倍周波のモニタ信号が最大となるように、バイアス制御を行う必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上説明したように、本発明によれば、ネスト型導波路を有する光変調器、特に、ＤＱＰＳＫ変調を行う光変調器のバイアス制御を、簡単な構成で実現することが可能な光変調器のバイアス制御方法を提供することができる。
【符号の説明】
【００５１】
ＡＣ１，ＡＣ２  低周波信号
ＢＣ１〜ＢＣ３  バイアス制御回路
ＢＴ１，ＢＴ２  バイアスＴ回路
ＭＥ１〜ＭＥ３  変調部
ＭＭＺ  主マッハツェンダー型導波路
ＳＭＺ１，ＳＭＺ２  副マッハツェンダー型導波路
【図１】
2011075913.tif 000011
【図２】
2011075913.tif 000012
【図３】
2011075913.tif 000013
【図４】
2011075913.tif 000014