(57)【要約】      （修正有）【課題】光ＱＰＳＫ変調器の特性の経時変化を補償する。【解決手段】入力された情報信号によって位相変調がかけられた光を出力する並列に配置された２台の位相変調器と、前記位相変調器のうち第１位相変調器によって位相変調がかけられた光の位相をシフトして出力する位相器と、前記位相器の出力光と前記位相変調器のうち第２位相変調器の出力光を合波する合波器と、を備え、変調光を出力するＱＰＳＫ変調器であって、前記第１位相変調器には情報信号に第１周波数の信号が重畳された駆動信号が、前記第２位相変調器には情報信号に第２周波数の信号が重畳された駆動信号が、それぞれ入力され、前記位相器は、前記変調光から抽出された前記第１周波数と前記第２周波数との差又は和の周波数の信号の検出量に基づいて、位相シフト量が所望の値であるπ／２になるように位相器へ印加する電圧に前記検出量をフィードバックすることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力された情報信号によって位相変調がかけられた光を出力する並列に配置された２台の位相変調器と、
前記位相変調器のうち第１位相変調器によって位相変調がかけられた光の位相をシフトして出力する位相器と、
前記位相器の出力光と前記位相変調器のうち第２位相変調器の出力光を合波する合波器と、を備え、
変調光を出力するＱＰＳＫ変調器であって、
前記第１位相変調器には、情報信号に第１周波数の信号が重畳された駆動信号が入力され、
前記第２位相変調器には、情報信号に第２周波数の信号が重畳された駆動信号が入力され、
前記位相器は、前記変調光から抽出された前記第１周波数と前記第２周波数との差又は和の周波数の信号の検出量に基づいて、位相シフト量が所望の値であるπ／２になるように前記位相器へ印加する電圧に前記検出量をフィードバックすることを特徴とするＱＰＳＫ変調器。
【請求項２】
前記ＱＰＳＫ変調器は、
前記第１周波数の信号及び前記第１周波数と異なる前記第２周波数の信号を出力する発振器と、
前記合波器から出力された光の一部を抽出する分岐器と、
前記分岐器によって抽出された光を光電変換する光電変換部と、
前記光電変換部によって変換された電気信号の中から、前記第１周波数と前記第２周波数との差又は和の周波数の成分を抽出するフィルタとを、さらに備え、
前記第１位相変調器には、前記第１周波数の信号によって前記情報信号に振幅変調をかけた第１駆動信号が入力され、
前記第２位相変調器には、前記第２周波数の信号によって前記情報信号に振幅変調をかけた第２駆動信号が入力され、
前記位相器は、前記フィルタによって抽出された前記第１周波数と前記第２周波数との差又は和の周波数の信号の検出量に基づいて、位相シフト量が所望の値であるπ／２になるように前記位相器へ印加する電圧に前記検出量をフィードバックすることを特徴とする請求項１に記載のＱＰＳＫ変調器。
【請求項３】
前記位相変調器はＭＺ変調器であり、
前記ＭＺ変調器の光出力の位相が”０”に対応する駆動信号レベルでの振幅変調と、光出力の位相が“π”に対応する駆動信号レベルでの振幅変調とが、互いに逆相になるように前記ＭＺ変調器が駆動されることを特徴とする請求項２に記載のＱＰＳＫ変調器。
【請求項４】
前記位相変調器はＭＺ変調器であり、
前記ＭＺ変調器の光出力の位相が”０”に対応する駆動信号レベルでの振幅変調と、光出力の位相が“π”に対応する駆動信号レベルでの振幅変調とが、互いに同相になるように前記ＭＺ変調器が駆動されることを特徴とする請求項２に記載のＱＰＳＫ変調器。
【請求項５】
前記光電変換部によって変換された電気信号の中から、前記第１周波数と前記第２周波数の成分をそれぞれ抽出するフィルタとを、さらに備え、
前記位相変調器は、前記フィルタで抽出された前記第１周波数と前記第２周波数の信号の検出量が最小になるようにそれぞれの前記位相変調器に印加されるバイアス電圧を制御することを特徴とする請求項４に記載のＱＰＳＫ変調器。
【請求項６】
前記第１周波数と前記第２周波数とが等しいことを特徴とする請求項１に記載のＱＰＳＫ変調器。
【請求項７】
入力された情報信号によって位相変調がかけられた光を出力する並列に配置された２台の位相変調器と、
前記位相変調器のうち第１位相変調器によって位相変調がかけられた光の位相をシフトして出力する前記位相器と、
前記位相器の出力光と前記位相変調器のうち第２位相変調器の出力光を合波する合波器と、を備え、
変調光を出力するＱＰＳＫ変調器であって、
前記第１位相変調器には、情報信号に第１周波数の信号が重畳された駆動信号が入力され、
前記第２位相変調器には、情報信号に第２周波数の信号が重畳された駆動信号が入力され、
前記各位相変調器は、前記変調光から抽出された前記第１周波数と前記第２周波数の信号の検出量が最小になるようにそれぞれの前記位相変調器に印加されるバイアス電圧を制御することを特徴とするＱＰＳＫ変調器
【請求項８】
前記ＱＰＳＫ変調器は、
前記第１周波数の信号及び前記第１周波数と異なる前記第２周波数の信号を出力する発振器と、
前記合波器から出力された光の一部を抽出する分岐器と、
前記分岐器によって抽出された光を光電変換する光電変換部と、
前記光電変換部によって変換された電気信号の中から、前記第１周波数と前記第２周波数の成分を抽出するフィルタとを、さらに備え、
前記第１位相変調器には、前記第１周波数の信号によって前記情報信号に振幅変調をかけた第１駆動信号が入力され、
前記第２位相変調器には、前記第２周波数の信号によって前記情報信号に振幅変調をかけた第２駆動信号が入力され、
前記各位相変調器は、前記フィルタによって抽出された前記第１周波数と前記第２周波数の信号の検出量が最小になるようにそれぞれの前記位相変調器に印加されるバイアス電圧を制御することを特徴とする請求項７に記載のＱＰＳＫ変調器。
【請求項９】
前記位相変調器はＭＺ変調器であり、
前記ＭＺ変調器の光出力の位相が”０”に対応する駆動信号レベルでの振幅変調と、光出力の位相が“π”に対応する駆動信号レベルでの振幅変調とが、互いに同相になるように前記ＭＺ変調器が駆動されることを特徴とする請求項８に記載のＱＰＳＫ変調器。
【請求項１０】
前記ＱＰＳＫ変調器は、
前記位相変調器に駆動信号を加える駆動回路をさらに備え、
前記駆動回路は、前記第１又は第２周波数信号と所定の直流バイアスとを加算する第１加算器と、前記光出力の位相が”０”と”π”との間で変調されるレベルに、前記情報信号を増幅する増幅器と、前記第１加算器からの出力と前記増幅器からの出力とを加算し、前記ＭＺ変調器に入力される駆動信号とする第２加算器と、を備えることを特徴とする
請求項９に記載のＱＰＳＫ変調器。
【請求項１１】
前記位相器は、前記フィルタによって抽出された前記第１周波数と前記第２周波数との差又は和の周波数の信号の検出量に基づいて、位相シフト量が所望の値であるπ／２になるように前記位相器へ印加される電圧に前記検出量をフィードバックすることを特徴とする請求項８から１０のいずれか一つに記載のＱＰＳＫ変調器。
【請求項１２】
前記第１周波数と前記第２周波数とが等しいことを特徴とする請求項７に記載のＱＰＳＫ変調器。
【請求項１３】
入力された情報信号によって位相変調がかけられた光を出力する並列に配置された２台の位相変調器と、
前記位相変調器のうち第１位相変調器によって位相変調がかけられた光の位相をシフトして出力する前記位相器と、
前記位相器の出力光と前記位相変調器のうち第２位相変調器の出力光を合波する合波器と、を備え、
変調光を出力するＱＰＳＫ変調器であって、
前記位相器は、前記変調光から抽出された前記情報信号のビットレートより低い周波数の信号の検出量に基づいて、位相シフト量が所望の値であるπ／２にするため前記位相器へ印加する電圧に前記検出量をフィードバックすることを特徴とするＱＰＳＫ変調器。
【請求項１４】
前記ＱＰＳＫ変調器は、
前記合波器から出力された光の一部を抽出する分岐器と、
前記分岐器によって抽出された光を光電変換する光電変換部と、
前記光電変換部によって変換された電気信号の中から、前記情報信号のビットレートより低い周波数の信号を抽出するフィルタとを、さらに備え、
前記位相器は、前記フィルタによって抽出された前記情報信号のビットレートより低い周波数の信号の検出量に基づいて、位相シフト量が所望の値であるπ／２にするため前記位相器へ印加する電圧に前記検出量をフィードバックすることを特徴とする請求項１３に記載のＱＰＳＫ変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信とりわけ光を搬送波として扱いこれを変調するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在の光通信システムには、光の強度を用いた２値の変復調技術が適用されている。具体的には、送信側でディジタル情報の”０”と”１”が光の強度のオンオフに変換され、変換された情報は光ファイバに送信される。光ファイバ中を伝播した光は受信側で光電変換されて、もとの情報が復元される。
【０００３】
近年、インターネットの爆発的普及に伴い、光通信システムに要求される通信容量は飛躍的に伸びている。通信容量を大容量化するためには、今までは、光がオンオフされる速度、つまり送信側が変調速度を上昇させてきた。しかし、変調速度を上昇させて、通信容量を大容量化する方法では、次に述べる問題点がある。
【０００４】
まず、高速で光をオンオフするためには、超高速に動作が可能な新しい電子デバイスと光デバイスとが必要である。新たなデバイスの開発には費用と時間が必要である。また、変調速度が上昇すると、光ファイバの波長分散によって、制限される伝送可能な距離は短くなる。一般にビットレートが２倍になると、波長分散によって伝送距離は１／４に制限される。同様に変調速度が上昇すると、光ファイバの偏波分散によって制限される伝送可能な距離が短くなる。一般にビットレートが２倍になると、偏波分散によって伝送距離は１／２に制限される。
【０００５】
そこで、最近、通信容量を大容量化する光変復調方式として、従来の光強度の２値変調ではなく、光の位相を使った変復調方式が研究されている。特に、ＱＰＳＫ（Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）は、以下に示す特徴を持つため特に注目されている。すなわち、ＱＰＳＫでは、シンボルレートがビットレートの半分であるため、従来の光強度の２値変調で必要とされるビットレートで動作する超高速電子デバイスや光デバイスが不要である。またＱＰＳＫでは、光ファイバの波長分散によって制限される通信距離は、従来の光強度の２値変調方式より４倍に延長できる。また、偏波分散によって制限される通信距離も、光強度の２値変調方式より２倍に伸びる。よって、ＱＰＳＫは長距離通信システムに適している。
【０００６】
ＱＰＳＫの具体的な変復調方式は、特許文献１に開示されている。図２にＱＰＳＫの送信機の構成と動作原理を示す（なお、ＱＰＳＫ変調器は符号４００によって示される）。レーザ１００から出力された光は、１×２の光カプラ１０１で２系統に分岐される。分岐された光は２値の位相変調器１０２Ｘ及び１０２Ｙに入力される。
【０００７】
通信用の情報データ列は、シリアル／パラレル（Ｓ／Ｐ）変換回路３００で２系統のデータ列（２系統のデータ列を、それぞれＩ及びＱと呼ぶ）に分離される。ここで元の情報データ列の１タイムスロットをＴとすると、２系統（Ｉ及びＱ）のデータ列の１タイムスロットは２Ｔである。タイムスロット２Ｔの逆数がＱＰＳＫのシンボルレートである。
【０００８】
データ列は駆動回路１０６Ｃ及び１０６Ｄで変調に適した電圧パルスに変換される。例えば、ディジタル信号の”０”は、光の位相０、”１”は光の位相πに対応するように、電圧パルス及びバイアス電圧が調整される。そして、位相変調器１０２Ｘ及び１０２Ｙに、それぞれ、駆動回路１０６Ｃ及び１０６Ｄからの電圧パルス信号が入力される。レーザ１００から出力された光は、２値位相変調器１０２Ｘ及び１０２Ｙで変調される。変調器１０２Ｘで変調された光は、位相器１０３において直流バイアス３で決まるφだけ位相を変える。理想的なＱＰＳＫ送信器では、φはπ／２である。
【０００９】
位相器１０３から出力された光２０１Ａ及び２値位相変調器１０２Ｘから出力された光２０１Ｂは、２×１の光カプラ１０４で合成される。合成された光は送信光２００となる。送信光２００は、伝送路である光ファイバに送信される。送信光２００の信号空間を図３Ａに示す。図３Ａは、φ＝π／２の場合の、理想的な信号点を示している。図３Ａにおいて、○で示す信号点は、データ系列Ｉ及びＱが、それぞれ、”０”と”１”をとる場合の電界を表している。ＱＰＳＫの送信器では、位相φが正確にπ／２に設定されることが重要である。
【００１０】
位相φがπ／２からずれると、２台の２値位相変調器から出力された光２０１Ａと２０１Ｂが合成された光２００は、図３Ｂに示すように、ずれた状態で合成され、強度変調がかかった光となる。すなわち、信号点の原点からの距離の二乗は光の強度に比例するが、図３Ｂでは、信号点（０，０）及び信号点（１，１）の原点からの距離が、他の２つの信号点（１，０）及び（０，１）の原点からの距離と異なっている。
【００１１】
位相φをπ／２に設定するために、非特許文献１は、化合物半導体のＧａＡｓ基板で起こる２光子吸収を利用している。２光子吸収で発生する信号の電流は、光の強度の２乗に比例する。よって、この信号が最小となるように位相φを制御すると、結果として、２台のマッハツェンダー変調器（ＭＺ変調器）から出力された光２０１Ａ及び２０１Ｂの位相差はπ／２に設定される。
【００１２】
従って、例えば、ＧａＡｓやＩｎＰなどの化合物半導体を用いた変調器において、２光子吸収を用いた制御方法は有効である。一方、化合物半導体を用いない変調器、例えば、強誘電体材料であるニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３、以下ＬＮと略す）などが用いられ変調器では、２光子吸収がほとんど起こらず、この制御方法を適用するのは難しい。
【００１３】
ところで、図２に示すＱＰＳＫ送信機の２値位相変調器には、マッハツェンダー変調器を用いられる場合が多い。
【００１４】
図５は、ＭＺ変調器の変調特性を示す。図５の縦軸は、ＭＺ変調器の光出力パワー（Ｐｏｕｔ）を入力光パワー（Ｐｉｎ）で規格化した値を示し、横軸はＭＺ変調器内部の二つの光導波路に、駆動回路によって印加される電圧の差（Ｖ１−Ｖ２）を示す。ＭＺ変調器の変調特性は式（１）で表される。
【００１５】
【数１】
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【００１６】
Ｖπは、光の位相がπだけ変化するために必要な電圧である。光の位相は、このＶπ以下で０、Ｖπ以上でπとなる。ＭＺ変調器が位相変調器として使用される場合、この位相変化が利用される。また、ＭＺ変調器が強度変調器として使用される場合は、式（１）で表される特性が利用される。
【００１７】
図４を使って、強度変調器としての動作について詳細に説明する。送信しようとするディジタルデータ（例えば、１，０，１，１，１，０，１，０，１，０，１，１，１）は、駆動回路（図２の１０６Ｃ及び１０６Ｄ）によって電圧振幅がＶπで、直流バイアスがＶπの電圧パルスに変換される。ＭＺ変調器は、電圧パルスに変換されたディジタルデータによって駆動される。図４に示す変調特性（数式（１）で表す特性）によると、ＭＺ変調器の出力光は、図４に示す光信号として光の強度がオンオフされた信号になる。
【００１８】
次に、図５を用いて位相変調器としての動作について詳細に説明する。送信しようとするディジタルデータ（例えば、１，０，１，１，１，０，１，０，１，０，１，１，１）は、駆動回路（図２の１０６Ｃ及び１０６Ｄ）によって電圧振幅が２×Ｖπで、直流バイアスがＶπの電圧パルスに変換され、ＭＺ変調器を駆動する。図５に示す変調特性のように、駆動電圧がＶπより小さい場合、光の位相は０であり、駆動電圧がＶπより大きい場合、光の位相はπとなる。よって、ＭＺ変調器から出力される光は、強度が一定（厳密には、駆動電圧パルスの立ち上がり時間と立ち下がり時間の間で強度は変化する）で、光の位相が０とπに変化している（この例ではπ，０，π，π，π，０，π，０，π，０，π，π，π）。
【００１９】
さて、多くの光通信システムで用いられているＬＮを使ったＭＺ変調器の電圧−光出力特性は、周囲温度やバイアス電圧による帯電などによって、時間とともに変化することが知られている。図７に、この現象を具体的に示す。つまり初期状態では、ＭＺ変調器は、図７の点線で示す変調特性である。しかし、ＭＺ変調器は、時間の経過とともに、変調特性が実線で示すように変化する。この変化は、図７に示すように、駆動電圧軸上で変調特性が横にずれたように現れる。また、このようなドリフト現象は、一定のバイアス電圧をかけて駆動されていたＭＺ変調器から得られる光パルスが、時間とともに、光パルスの形状や位相を変えることになる。その結果、ドリフト現象は光通信システムの通信特性（符号誤り率など）の劣化を引き起こす。
【００２０】
ドリフト現象は、ＭＺ変調器の変調特性のみならず、光ＱＰＳＫ変調器の位相器でも起こる。このことを、図２を用いて説明する。位相器１０３は、直流バイアス３によって位相φが理想値であるπ／２になるように設定される。しかし、ドリフト現象によって、設定時の直流バイアス３のままで位相器１０３が動作すると、時間とともに位相φがπ／２からずれて行く。位相φがπ／２からずれると、図３Ｂに示すように、不要な強度変調がかかった光となり、通信特性が劣化する。
【００２１】
このＬＮで作られたＭＺ変調器の変調特性のドリフト現象による影響を抑えるために、強度変調器として動作する場合に適用可能な対策が提案されている。例えば、特許文献２によると、図６に示すように、光変調器の駆動電圧に低周波（ｆ０）で振幅変調をかける。そして、光変調器から出力された光の一部が光カプラによって分岐され、分岐によって取り出された光は光電変換される。なお、図６に示す駆動電圧信号は、情報データ列に対応した電圧信号を含んでおり、図６では駆動電圧信号を単なる０，１の繰り返しパタンのように表した。しかし、実際は、図４に示すように駆動電圧信号はランダムなデータ列に対応している。よって、図６以外の図でもこの簡便な表記は用いられることに注意が必要である。
【００２２】
さて、ドリフト現象の影響がなく、最適なバイアス電圧が光変調器にかかっている場合、図６に示すように、ＭＺ変調器から出力された光が光電変換された信号の中に前述した低周波（ｆ０）成分は含まれず、２×ｆ０の周波数成分の信号が検出されるだけである。ところが、図７に示すように、変調特性のドリフト現象によって、バイアス電圧が最適点からずれると、ＭＺ変調器から出力される光には、前述した低周波（ｆ０）成分が含まれる。よって、発生した信号は光電変換され、光電変換された光は変調器のバイアス電圧にフィードバックされる。そして、この低周波（ｆ０）成分が最小になるようにバイアス電圧が制御される。すなわち、このバイアス電圧は、ドリフト現象が発生した変調特性の最適なバイアス点になる。従って、バイアス電圧が最適に制御されることよって、ドリフト現象の影響を抑えることができる。
【００２３】
この方法は、強度変調として使用されるＭＺ変調器において適用可能であるが、光ＱＰＳＫの位相器が制御される場合には適用できない。
【特許文献１】特表２００４−５１６７４３号公報
【特許文献２】特許第２６４２４９９号明細書
【非特許文献１】R.A. Griffin、「Integrated DQPSK Transmitters」、ＯＦＣ２００５、ＯＷＥ３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
ＱＰＳＫ変調器の位相器（図２の１０３）の特性の時間的変化を抑圧するために、前述したように、変調器基板の２光子吸収を用いた従来技術が提案されている。しかし、化合物半導体以外の材料、例えば、強誘電体材料であるＬＮで作成された光変調器では２光子吸収確率があまりにも低く、この従来技術は適用できない。また、ＬＮで作成された光変調器のドリフト現象による影響を抑える手法も発明されているが、この手法は強度変調器には有効であるが、光ＱＰＳＫ変調器に適用することはできない。
【００２５】
本発明は、光ＱＰＳＫ変調器の特性が時間と共に変化する、という課題を解決するものである。より詳細に述べると、本発明は、光ＱＰＳＫ変調器の位相器の位相特性及びＭＺ変調器の変調特性が、時間と共に変化するドリフト現象によって通信特性が不安定に変動することを解決する。そして、本発明は、化合物半導体のみならず、それ以外の材料よってできている位相器及びＭＺ変調器を備える光ＱＰＳＫ変調器に対して適用可能である。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、入力された情報信号によって位相変調がかけられた光を出力する並列に配置された２台の位相変調器と、前記位相変調器のうち第１位相変調器によって位相変調がかけられた光の位相をシフトして出力する位相器と、前記位相器の出力光と前記位相変調器のうち第２位相変調器の出力光を合波する合波器と、を備え、変調光を出力するＱＰＳＫ変調器であって、前記第１位相変調器には、情報信号に第１周波数の信号が重畳された駆動信号が入力され、前記第２位相変調器には、情報信号に第２周波数の信号が重畳された駆動信号が入力され、前記位相器は、前記変調光から抽出された前記第１周波数と前記第２周波数との差又は和の周波数の信号の検出量に基づいて、位相シフト量が所望の値であるπ／２になるように前記位相器へ印加する電圧に前記検出量をフィードバックすることを特徴とする。
【００２７】
また、入力された情報信号によって位相変調がかけられた光を出力する並列に配置された２台の位相変調器と、前記位相変調器のうち第１位相変調器によって位相変調がかけられた光の位相をシフトして出力する前記位相器と、前記位相器の出力光と前記位相変調器のうち第２位相変調器の出力光を合波する合波器と、を備え、変調光を出力するＱＰＳＫ変調器であって、前記第１位相変調器には、情報信号に第１周波数の信号が重畳された駆動信号が入力され、前記第２位相変調器には、情報信号に第２周波数の信号が重畳された駆動信号が入力され、前記各位相変調器は、前記変調光から抽出された前記第１周波数と前記第２周波数の信号の検出量が最小になるようにそれぞれの前記位相変調器に印加されるバイアス電圧を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の一形態によると、位相器の位相シフト量を決定する駆動電圧にフィードバックをかけることによって位相シフト量を（例えば、π／２に）安定化することができ、光ＱＰＳＫ変調器の動作が安定になる。また、位相変調器の駆動信号（例えば、直流バイアス）にフィードバックをかけることによって、位相変調器の変調特性がドリフトしても変調特性を安定化することができ、光ＱＰＳＫ変調器の動作が安定になる。その結果、安定な通信システムを構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１、図１０、図１２及び図１３などを用いて、本発明の実施の形態について説明する。
【００３０】
＜実施形態１＞
まず、図１を使って、本発明の第１の実施の形態である光のＱＰＳＫ変調器について説明する。
【００３１】
レーザ１００から出力された連続光は、１×２の光カプラ１０１で２系統に分岐される。分岐された光は、各々ＭＺ変調器１０２Ａ及び１０２Ｂに入力される。ＭＺ変調器１０２Ａは情報データ列１のディジタル信号”０”及び”１”に応じて光の位相を”０”及び”π”に変調する。
【００３２】
駆動回路１０６Ａは、ＭＺ変調器１０２Ａが位相変調器として動作するように、情報データ列１を駆動電圧パルス列に変換し、さらに駆動電圧パルス列に直流バイアス１を付加する。具体的な電圧振幅と直流バイアスの設定は図５に示す。また、駆動回路１０６Ａは発振回路１０７Ａから出力された周波数ｆ１の信号によって前記駆動パスル列に振幅変調をかける。ここで、周波数ｆ１は情報データ列１のビットレートより十分低い周波数であるとする（例えば、情報データ列１のビットレートが１０Ｇｂｉｔ／ｓの場合、ｆ１は１ＫＨｚ以下にする）。従って、ＭＺ変調器１０２Ａには、図８に示す信号が印加される。
【００３３】
なお、図１４に、駆動回路１０６Ａ及び１０６Ｂの具体的な構成例を示す。
【００３４】
情報データ列は、ＭＺ変調器を駆動するのに必要な振幅（具体的には、２×Ｖπ）まで増幅器１００１によって増幅され、ミキサ（乗算回路）１００２及び加算回路１００３を用いて、増幅された信号に発振回路１０７Ａから出力された低周波信号（ｆ１）を振幅変調する。そして、ＭＺ変調器１０２Ａに所望のバイアスが印加されるように、加算回路１００４によって直流バイアスを加算する。
【００３５】
なお、図１４は、ＭＺ変調器が一つの入力電極を備える場合の駆動回路の一例であって、ＭＺ変調器が所謂両相駆動電極を備える場合や、直流バイアスが別の端子から印加される場合は、図１４に示した駆動回路の構成と別の回路構成の駆動回路になる。しかし、これらの変形例の回路構成は図１４に示した駆動回路に公知技術を適用することによって容易に得られるものである。
【００３６】
ＭＺ変調器１０２Ｂも、情報データ列２のディジタル信号”０”と”１”に応じて光の位相を”０”と”π”に変調する。駆動回路１０６Ｂは、ＭＺ変調器１０２Ｂが位相変調器として動作するように、情報データ列２を駆動電圧パルス列に変換し、変換された駆動電圧パルス列に直流バイアス２を加える。また、この駆動回路１０６Ｂは発振回路１０７Ｂからの周波数ｆ２の信号によって前記駆動パスル列に振幅変調をかける。ここで、周波数ｆ２は情報データ列２のビットレートより十分低い周波数である。
【００３７】
なお、発振回路１０７Ａと発振回路１０７Ｂとは、異なる発振回路で構成したが、異なる周波数（ｆ１、ｆ２）の信号を生成できれば、一つの発振回路でもよい。
【００３８】
また、発振回路１０７Ａ及び発振回路１０７Ｂより生成される信号の周波数は等しくてもよい。
【００３９】
２台の位相変調器１０２Ａ、１０２Ｂから出力された光の一方（図１ではＭＺ変調器１（１０２Ａ）から出力された光）は、位相器１０３によって位相をφだけシフトされる。位相シフトφは望ましくはπ／２である。位相器１０３の位相シフトφは、この位相器に印加される電圧によって定まる。
【００４０】
位相器１０３から出力された光２０１Ａと、ＭＺ変調器１０２Ｂから出力された光２０１Ｂは、２×１の光カプラ１０４によって合波される。この合成された光はＱＰＳＫ変調がかかった光であり、光通信においてデータを伝送するために用いられる光信号である。この光は通信路である光ファイバを伝播して、光受信器に送られる。
【００４１】
ＱＰＳＫ変調器４００から出力された光の大部分は、上述のように通信に用いられる光２００として通信路に導かれるが、一部は１×２の光カプラ１０５で分離されて光電変換回路１１１に導かれる。この分離された光信号は、光電変換回路１１１で電気信号５００に変換されミキサ１１２に入力される。
【００４２】
一方、発振回路１０７Ａ及び１０７Ｂから出力された信号の一部は、ミキサ１１５によって、その差周波数（｜ｆ１−ｆ２｜）成分を持つ信号が生成される。帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１１３の中心周波数を差周波数（｜ｆ１−ｆ２｜）に設定し、帯域通過フィルタ１１３の出力をミキサ１１２に導く。
【００４３】
ミキサ１１２に導かれた変換された電気信号５００には、振幅変調の変調度が小さい場合、式（２）で与えられる差周波数成分があるため、ミキサ１１２の出力には、信号５００のうち差周波数成分に比例した信号が含まれている。ミキサ１１２の出力信号を低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１１４を通過させることによって、この差周波数成分に比例した信号が抽出される。
【００４４】
【数２】
2008187223.tif 000004
【００４５】
ここで、φは位相器１０３で生成される位相シフト量、Δ1はＭＺ変調器１の変調特性のドリフト量、Δ2はＭＺ変調器２の変調特性のドリフト量、ｍ1はＭＺ変調器１に印加される駆動電圧信号の振幅変調度、ｍ2はＭＺ変調器２に印加される駆動電圧信号の振幅変調度を表す。また、Ｊ1は１次のベッセル関数である。
【００４６】
この差周波数成分に比例した信号は、式（２）を見てもわかるように、位相器１０３の位相φがπ／２のときにゼロとなり、φがπ／２以下で正の値となり、φがπ／２以上で負の値となる、という性質がある。このため、この信号を位相器１０３の直流バイアス３（直流バイアス３は、前述したように、位相器１０３による位相シフトφが理想値であるπ／２になる電圧である）に、差動増幅器１１６を介して重畳すると、φは所望のπ／２に安定する。
【００４７】
第１の実施の形態では、帯域通過フィルタ１１３の中心周波数を差周波数（｜ｆ１−ｆ２｜）に設定した場合について説明したが、電気信号５００には和周波数（ｆ１＋ｆ２）の成分も含まれている。このため、帯域通過フィルタ１１３の中心周波数を和周波数（ｆ１＋ｆ２）に設定して、和周波数（ｆ１＋ｆ２）成分を用いてフィードバック制御をしてもよい。
【００４８】
また、第１の実施の形態では、１×２の光カプラ１０５を用いたが、ＱＰＳＫ変調器４００の内部の２×１の光カプラ１０４を２×２の光カプラに変え、出力ポートの一方を光電変換回路１１１とし、もう一方のポートを通信に使う光２００とすることも可能である。
【００４９】
さらに、ＱＰＳＫ変調器４００が、一つの材料（例えば、ＬＮなどの強誘電体材料や、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどの化合物半導体）の基板上に集積化された場合も、本実施の形態を適用することができる。
【００５０】
なお、以下に述べる他の実施の形態も、集積化されたＱＰＳＫ変調器に対して適用可能である。
【００５１】
＜実施形態２＞
第２の実施の形態は、第１の実施の形態と光ＱＰＳＫ変調器の回路の構成は同じであるが、ＭＺ変調器の駆動電圧信号への振幅変調のかけ方が異なる。具体的には、図９に、第２の実施の形態におけるＭＺ変調器の駆動電圧信号と変調特性の関係を示す。
【００５２】
第２の実施の形態では、光の位相が”０”になる駆動電圧信号レベル（図９のＶ１−Ｖ２＝０）における振幅変調と、光の位相が”π”になる駆動電圧信号レベル（図９のＶ１−Ｖ２＝２Ｖπ）における振幅変調は、互いに同相である。なお、前述した第１の実施の形態では、図８に示すように、”０”と”π”とにおける駆動電圧信号レベルが逆相になる。
【００５３】
第２の実施の形態の場合、ＭＺ変調器に与えられるバイアス電圧を制御するために必要な差周波数成分｜ｆ１−ｆ２｜（又は、和周波数成分ｆ１＋ｆ２）は、第１の実施の形態の差周波数成分より強度は小さいが、この差周波成分を利用してバイアス電圧を制御するためには十分である。よって、第２の実施の形態では、この差周波成分を用いて、位相器１０３の位相シフトφがπ／２に安定化される。
【００５４】
図１５に、第２の実施の形態の駆動回路１０６Ａ及び１０６Ｂの具体例を示す。直流バイアスは、発振回路１０７Ａ、１０７Ｂから出力される低周波信号と、加算回路１０１２によって加算される。加算回路１０１２の出力は、振幅が２×Ｖπに増幅された情報データ列の信号と、加算回路１０１３によって加算される。加算回路１０１３から出力された信号によってＭＺ変調器が駆動される。
【００５５】
＜実施形態３＞
次に、図１０を用いて、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態は、前述した第１の実施の形態と異なり、２台の発振回路１０７Ａ及び１０７Ｂから出力される低周波信号（周波数ｆ１とｆ２）を用いて、２台のＭＺ変調器の変調特性のドリフト現象を補償している。
【００５６】
具体的には、２台のＭＺ変調器１０２Ａ及び１０２Ｂに印加される駆動電圧信号は、前述した第２の実施の形態と同様に、図９に示される位相”０”の駆動信号レベルと位相”π”の駆動信号レベルにかける低周波信号（周波数ｆ０）の振幅変調は同相のものである。第３の実施の形態の場合、図１１に示すように、ＭＺ変調器１０２Ａ及び１０２Ｂの変調特性がドリフトした場合、ＭＺ変調器１０２Ａ及び１０２Ｂから出力される光に周波数ｆ０の振幅変調がかかる。ＭＺ変調器１０２Ａ及び１０２Ｂのバイアス電圧が正しく設定された場合、図９に示すように、ＭＺ変調器１０２Ａ及び１０２Ｂの出力光の強度は周波数ｆ０では変動しない（周波数２×ｆ０で振動する）。
【００５７】
従って、ＭＺ変調器１０２Ａ及び１０２Ｂから出力される光の周波数ｆ０の成分が最小となるように、ＭＺ変調器１０２Ａ及び１０２Ｂに印加されるバイアス電圧を制御することによって、ＭＺ変調器１０２Ａ及び１０２Ｂの変調特性のドリフトを補償したＱＰＳＫ変調器を実現できる。
【００５８】
なお、２台の発振回路１０７Ａ及び１０７Ｂから出力される信号の周波数は等しくてもよい。
【００５９】
第３の実施の形態では、図１０に示すように、２台のＭＺ変調器１０２Ａと１０２Ｂとに、それぞれ、周波数ｆ１とｆ２との信号が印加され、光カプラ１０５がＱＰＳＫ変調器４００から出力された光の一部を取り出す。取り出された出力光の一部は、光電変換回路１１１で電気信号５００に変換される。この電気信号５００から周波数が｜ｆ１−ｆ２｜（又は、ｆ１＋ｆ２）の成分を抽出する。そして、抽出された信号を用いて、位相器１０３の位相シフトφがπ／２になるように、位相器１０３を制御する。この点は、前述した第２の実施の形態と同じである。
【００６０】
第３の実施の形態では、電気信号５００の中の周波数がｆ１の成分を、ミキサ１１７Ａ及び低周波通過フィルタ（ＬＰＦ）１１８Ａによって抽出し、周波数ｆ２の成分を、ミキサ１１７Ｂ及び低周波通過フィルタ（ＬＰＦ）１１８Ｂによって抽出する。そして、抽出された信号は、それぞれ、差動増幅器１１９Ａ及び１１９Ｂによって、直流バイアス１及び直流バイアス２に加算される。電気信号５００の中の周波数がｆ１（又は、ｆ２）の成分は、低周波信号による振幅変調の変調度ｍが小さい場合、式（３）で表わされる。
【００６１】
【数３】
2008187223.tif 000005
【００６２】
ここで、Ｊ1は１次のベッセル関数であり、またΔはＭＺ変調器の変調特性のドリフト量を表す。この式（３）から分かるように、Δが０の場合には、周波数ｆ１の成分が０になり、Δが正の場合には、周波数ｆ１の成分が正になり、Δが負の場合には、周波数ｆ１の成分が負になる。従って、この周波数ｆ１で振動する成分を、電気信号５００により直流バイアスにフィードバックすることによって、変調特性のドリフト量Δが０になるように、ＭＺ変調器が制御される。このようにして、ＭＺ変調器１０２Ａ及び１０２Ｂの変調特性のドリフトが補償される。
【００６３】
＜実施形態４＞
図１２を用いて、第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態では、２台のＭＺ変調器１０２Ａ及び１０２Ｂを安定化するために、ＭＺ変調器１０２Ａ及び１０２Ｂが、それぞれ、発振回路１０７Ａ及び１０７Ｂによって生成された信号（それぞれ、周波数ｆ１及びｆ２）を用いる点は、前述した第３の実施の形態と同じである。
【００６４】
しかし、第４の実施の形態では、位相器１０３の位相シフトφをπ／２に安定化するために、前述した第３の実施の形態のように、電気信号５００に含まれる周波数｜ｆ１−ｆ２｜（又は、ｆ１＋ｆ２）の信号を利用するのではなく、電気信号５００の高周波成分を用いる。位相器１０３が、理想的な位相シフトπ／２からずれると、図３Ｂに示すように、各信号点の原点からの距離が異なってくる。
【００６５】
信号点は、シンボルレートによって変化するので、例えば、１０Ｇｂｉｔ／ｓなどのように超高速で（周波数ｆ１及びｆ２と比べると数桁以上の違いで）信号点が変化する。従って、電気信号５００の中で、周波数がｆ１、ｆ２及びｆ１＋ｆ２より十分に高く、シンボルレート程度の信号が、図１２の帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）１１５で抽出される。抽出された高周波成分は、位相器１０３の直流バイアス３に、差動増幅器１１６を介してフィードバックされることによって、位相器１０３の位相シフトφはπ／２に安定化する。
【００６６】
＜実施形態５＞
図１３を用いて、第５の実施の形態について説明する。第５の実施の形態では、２台のＭＺ変調器１０２Ａ及び１０２Ｂの変調特性が安定な場合を想定している。この場合、前述した第４の実施の形態で用られた低周波信号用の発振器は不要になる。第５の実施の形態では、位相器１０３を安定化するために、第４の実施の形態と同様に、ＱＰＳＫ変調器の出力光の一部が抽出され、抽出された光を光電変換した電気信号５００の中で、シンボルレート程度で変動する周波数成分が低周波通過フィルタ（ＬＰＦ）１１４Ａで抽出される。そして、抽出された信号が位相器１０３の直流バイアス３に差動増幅器１１６Ａを介してフィードバックされることによって、位相器１０３の位相シフトφをπ／２に安定化する。
【００６７】
なお、低周波通過フィルタ１１４Ａには、一例として、カットオフ周波数がシンボルレートの半分程度のものを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】光ＱＰＳＫ送信機の構成と動作の説明図である。
【図３Ａ】位相空間でのＱＰＳＫ信号の理想的な信号点の配置を示す図である。
【図３Ｂ】位相空間でのＱＰＳＫ信号の理想的でない信号点の配置を示す図である。
【図４】ＭＺ変調器を強度変調器として用いた場合の駆動電圧と光出力の関係の説明図である。
【図５】ＭＺ変調器を位相変調器として用いた場合の駆動電圧と光出力との関係の説明図である。
【図６】ＭＺ変調器を強度変調器として用いた場合に、振幅変調がかかった駆動電圧信号と光出力との関係の説明図である。
【図７】ＭＺ変調器を強度変調器として用いた場合に、変調特性がドリフトした場合の、振幅変調がかかった駆動電圧信号と光出力との関係の説明図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態において、逆相で振幅変調がかかった駆動電圧信号と変調特性との関係の説明図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態において、ＭＺ変調器を位相変調器として用いた場合に、同相で振幅変調がかかった駆動電圧信号と、変調特性と、出力光との関係の説明図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態において、位相変調器として用いられたＭＺ変調器の変調特性がドリフトした場合の、同相で振幅変調がかかった駆動電圧信号と光出力との関係の説明図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態のＭＺ変調器の駆動回路の具体的な構成例を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態のＭＺ変調器の駆動回路の別の具体的な構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００６９】
１００  レーザ
１０１  １×２光カプラ
１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｘ、１０２Ｙ  マッハツェンダー（ＭＺ）変調器
１０３  位相器
１０４  ２×１光カプラ
１０５  １×２光カプラ
１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｃ、１０６Ｄ、１０６Ｅ、１０６Ｆ  駆動回路
１０７Ａ、１０７Ｂ  発振回路
１１１  光電変換回路
１１２  ミキサ
１１３  帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）
１１４  低域通過フィルタ（ＬＰＦ）
１１５  ミキサ
１１６  差動増幅器
１１７Ａ、１１７Ｂ  ミキサ
１１８Ａ、１１８Ｂ  低域通過フィルタ（ＬＰＦ）
１１９Ａ、１１９Ｂ  差動増幅器
２０１Ａ  位相器の出力光
２０１Ｂ  ＭＺ変調器の出力光
２００  ＱＰＳＫ変調器の出力光
３００  シリアル／パラレル変換回路（Ｓ／Ｐ）
４００  ＱＰＳＫ変調器
５００  光電変換回路出力の電気信号
【図１】
2008187223.tif 000006
【図２】
2008187223.tif 000007
【図３Ａ】
2008187223.tif 000008
【図３Ｂ】
2008187223.tif 000009
【図４】
2008187223.tif 000010
【図５】
2008187223.tif 000011
【図６】
2008187223.tif 000012
【図７】
2008187223.tif 000013
【図８】
2008187223.tif 000014
【図９】
2008187223.tif 000015
【図１０】
2008187223.tif 000016
【図１１】
2008187223.tif 000017
【図１２】
2008187223.tif 000018
【図１３】
2008187223.tif 000019
【図１４】
2008187223.tif 000020
【図１５】
2008187223.tif 000021