(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力される電圧値に応じて位相変化量が変化する第１の屈折率変化部が形成された第１のアームと、入力される電圧値に応じて位相変化量が変化する第２の屈折率変化部が形成された第２のアームを有するマッハツェンダ干渉計と、
前記第１の屈折率変化部に第１の制御電圧を印加すると共に、前記第２の屈折率変化部に第２の制御電圧を印加するドライバを備えた光変調器において、
第１のモニタ・バイアス調整機構と、第２のモニタ・バイアス調整機構とを備えており、
前記第１のモニタ・バイアス調整機構は、前記第１の屈折率変化部を通過して前記第１のアームを伝播する光信号の一部を取り出し、当該光信号を位相変調信号である電気信号に変換し、さらに当該電気信号を強度変調信号に変換し、当該強度変調信号の振幅値を求め、
前記第２のモニタ・バイアス調整機構は、前記第２の屈折率変化部を通過して前記第２のアームを伝播する光信号の一部を取り出し、当該光信号を位相変調信号である電気信号に変換し、さらに当該電気信号を強度変調信号に変換し、当該強度変調信号の振幅値を求め、
更に、前記第１のモニタ・バイアス調整機構は、当該第１のモニタ・バイアス調整機構により検出した前記振幅値と前記第２のモニタ・バイアス調整機構により検出した前記振幅値とを一致させる電圧値となっている第１のバイアス電圧を前記第１の屈折率変化部に印加し、
前記第２のモニタ・バイアス調整機構は、当該第２のモニタ・バイアス調整機構により検出した前記振幅値と前記第１のモニタ・バイアス調整機構により検出した前記振幅値とを一致させる電圧値となっている第２のバイアス電圧を前記第２の屈折率変化部に印加することを特徴とする光変調器。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１のモニタ・バイアス調整機構は、前記第１の屈折率変化部を通過して前記第１のアームを伝播する光信号の一部を取り出す第１の光分岐部と、前記第１の光分岐部で取り出された光信号を電気信号に変換する第１の光電変換素子と、前記第１の光電変換素子で変換された前記電気信号を強度信号に変換する第１の強度変換素子と、前記第１の強度変換素子で変換された前記強度信号の振幅を検出する第１の振幅検出器と、第１のバイアス調整器を有し、
前記第２のモニタ・バイアス調整機構は、前記第２の屈折率変化部を通過して前記第２のアームを伝播する光信号の一部を取り出す第２の光分岐部と、前記第２の光分岐部で取り出された光信号を電気信号に変換する第２の光電変換素子と、前記第２の光電変換素子で変換された前記電気信号を強度信号に変換する第２の強度変換素子と、前記第２の強度変換素子で変換された前記強度信号の振幅を検出する第２の振幅検出器と、第２のバイアス調整器を有し、
前記第１のバイアス調整器は、前記第１の振幅検出器で検出した振幅と前記第２の振幅検出器で検出した振幅を一致させる電圧値となっている第１のバイアス電圧を前記第１の屈折率変化部に印加し、
前記第２のバイアス調整器は、前記第２の振幅検出器で検出した振幅と前記第１の振幅検出器で検出した振幅を一致させる電圧値となっている第２のバイアス電圧を前記第２の屈折率変化部に印加することを特徴とする光変調器。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１の光電変換素子及び前記第２の光電変換素子は、フォトダイオードであり、
前記第１の振幅検出器及び前記第２の振幅検出器は、ピークディテクタ、または、平均値検出回路であることを特徴とする光変調器。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項において、
前記ドライバは、前記第１の制御電圧の値と前記第２の制御電圧の値については一方を増加させると他方を減少させ、しかも両制御電圧の加算値を予め決めた一定値にしつつ、前記第１の制御電圧と前記第２の制御電圧を出力することを特徴とする光変調器。
【請求項５】
入力される電圧値に応じて位相変化量が変化する第１の屈折率変化部が形成された第１のアームと、入力される電圧値に応じて位相変化量が変化する第２の屈折率変化部が形成された第２のアームを有するマッハツェンダ干渉計と、
前記第１の屈折率変化部に第１の制御電圧を印加すると共に、前記第２の屈折率変化部に第２の制御電圧を印加するドライバを備えた光変調器において、
第１のモニタ・バイアス調整機構と、第２のモニタ・バイアス調整機構とを備えており、
前記第１のモニタ・バイアス調整機構は、前記第１の屈折率変化部を通過して前記第１のアームを伝播する光信号の一部を取り出し、当該光信号を位相変調信号である電気信号に変換し、さらに当該電気信号を強度変調信号に変換し、当該強度変調信号の振幅値を求め、
前記第２のモニタ・バイアス調整機構は、前記第２の屈折率変化部を通過して前記第２のアームを伝播する光信号の一部を取り出し、当該光信号を位相変調信号である電気信号に変換し、さらに当該電気信号を強度変調信号に変換し、当該強度変調信号の振幅値を求め、
更に、前記第１のモニタ・バイアス調整機構は、当該第１のモニタ・バイアス調整機構により検出した前記振幅値と前記第２のモニタ・バイアス調整機構により検出した前記振幅値とを一致させる電圧値となっているバイアス電圧を前記第１の屈折率変化部に印加することを特徴とする光変調器。
【請求項６】
入力される電圧値に応じて位相変化量が変化する第１の屈折率変化部が形成された第１のアームと、入力される電圧値に応じて位相変化量が変化する第２の屈折率変化部が形成された第２のアームを有するマッハツェンダ干渉計と、
前記第１の屈折率変化部に第１の制御電圧を印加する第１のドライバと、
前記第２の屈折率変化部に第２の制御電圧を印加する第２のドライバを備えた光変調器において、
第１のモニタ・バイアス調整機構と、第２のモニタ・バイアス調整機構とを備えており、
前記第１のモニタ・バイアス調整機構は、前記第１の屈折率変化部を通過して前記第１のアームを伝播する光信号の一部を取り出し、当該光信号を位相変調信号である電気信号に変換し、さらに当該電気信号を強度変調信号に変換し、当該強度変調信号の振幅値を求め、
前記第２のモニタ・バイアス調整機構は、前記第２の屈折率変化部を通過して前記第２のアームを伝播する光信号の一部を取り出し、当該光信号を位相変調信号である電気信号に変換し、さらに当該電気信号を強度変調信号に変換し、当該強度変調信号の振幅値を求め、
更に、前記第１のモニタ・バイアス調整機構は、当該第１のモニタ・バイアス調整機構により検出した前記振幅値と前記第２のモニタ・バイアス調整機構により検出した前記振幅値とを一致させる電圧値となっている第１のバイアス電圧を前記第１のドライバに送り、
前記第１のドライバは前記第１のバイアス電圧に応じた電圧値となっている前記第１の制御電圧を出力し、
前記第２のモニタ・バイアス調整機構は、当該第２のモニタ・バイアス調整機構により検出した前記振幅値と前記第１のモニタ・バイアス調整機構により検出した前記振幅値とを一致させる電圧値となっている第２のバイアス電圧を前記第２のドライバに送り、
前記第２のドライバは前記第２のバイアス電圧に応じた電圧値となっている前記第２の制御電圧を出力することを特徴とする光変調器。
【請求項７】
請求項６において、
前記第１のモニタ・バイアス調整機構は、前記第１の屈折率変化部を通過して前記第１のアームを伝播する光信号の一部を取り出す第１の光分岐部と、前記第１の光分岐部で取り出された光信号を電気信号に変換する第１の光電変換素子と、前記第１の光電変換素子で変換された前記電気信号を強度信号に変換する第１の強度変換素子と、前記第１の強度変換素子で変換された前記強度信号の振幅を検出する第１の振幅検出器と、第１のバイアス調整器を有し、
前記第２のモニタ・バイアス調整機構は、前記第２の屈折率変化部を通過して前記第２のアームを伝播する光信号の一部を取り出す第２の光分岐部と、前記第２の光分岐部で取り出された光信号を電気信号に変換する第２の光電変換素子と、前記第２の光電変換素子で変換された前記電気信号を強度信号に変換する第２の強度変換素子と、前記第２の強度変換素子で変換された前記強度信号の振幅を検出する第２の振幅検出器と、第２のバイアス調整器を有し、
前記第１のバイアス調整器は、前記第１の振幅検出器で検出した振幅と前記第２の振幅検出器で検出した振幅を一致させる電圧値となっている第１のバイアス電圧を前記第１のドライバに送り、
前記第２のバイアス調整器は、前記第２の振幅検出器で検出した振幅と前記第１の振幅検出器で検出した振幅を一致させる電圧値となっている第２のバイアス電圧を前記第２のドライバに送ることを特徴とする光変調器。
【請求項８】
請求項７において、
前記第１の光電変換素子及び前記第２の光電変換素子は、フォトダイオードであり、
前記第１の振幅検出器及び前記第２の振幅検出器は、ピークディテクタ、または、平均値検出回路であることを特徴とする光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マッハツェンダ型の光変調器（以下「マッハツェンダ光変調器」と称する）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マッハツェンダ光変調器（ＭＺＭ：Mach-Zehnder Modulator）は光変調器の一つである。
図１１は両アームに屈折率変化部があり、ドライバが差動動作するＭＺＭの例である。このＭＺＭは、入力導波路１と、分岐部２と、上アーム３ａと、下アーム３ｂと、合波部４と、出力導波路５を有している。上アーム３ａには屈折率変化部６ａが形成され、下アーム３ｂには屈折率変化部６ｂが形成されている。屈折率変化部６ａ，６ｂは、ドーピングした半導体や強誘電体などで構成されている。
屈折率変化部６ａ，６ｂには、ドライバ１０から制御電圧（入力電圧）が印加される。
【０００３】
各アーム３ａ，３ｂに形成した屈折率変化部６ａ，６ｂは、図１２（ａ）に示すように、ドライバ１０から印加した電圧に対して屈折率が変化する特性を持っている。
屈折率変化は光路長の変化となるため、屈折率変化部６ａ，６ｂの特性は、位相変化量を縦軸にとった図１２（ｂ）のように表すことができる。このとき、位相の変化量がπ（180°）になるときの電圧の値を半波長電圧と呼び、Ｖπで表す。
【０００４】
図１３は、ＭＺＭでの、上アーム３ａからの出力特性と（図中、太い点線で示している）、下アーム３ｂからの出力特性と（図中、太い一点鎖線で示している）、上下アーム３ａ，３ｂからの出力を合波した時の出力であるＭＺＭ出力特性（図中、太い実線で示している）を、複素平面上に表した出力電界特性図（コンスタレーション  ダイアグラム）である。
【０００５】
例えばＶ０からＶ１までのスィングをドライバ１０から出力した時（但しＶ０＜Ｖ１）、上アーム３ａと下アーム３ｂは差動動作しているため、上アーム３ａの屈折率変化部６ａに印加される制御電圧（入力電圧）の電圧値がＶ０の時は、下アーム３ｂの屈折率変化部６ｂに印加される制御電圧（入力電圧）の電圧値がＶ１になり、上アーム３ａの屈折率変化部６ａに印加される制御電圧の電圧値がＶ１の時は、下アーム３ｂの屈折率変化部６ｂに印加される制御電圧の電圧値がＶ０になる。
このように屈折率変化部６ａに印加される制御電圧の値と、屈折率変化部６ｂに印加される制御電圧の値は、一方が増加すると他方が減少し、しかも、両制御電圧の値を加算した値は常に予め決めた一定値（例えば、Ｖ０＋Ｖ１）になっている。
【０００６】
上下アーム３ａ，３ｂの出力が揃っていれば、位相変化による虚数成分は上下アーム３ａ，３ｂの出力で打ち消しあうため、ＭＺＭ出力は虚数成分を持つ事が無く、実軸上を移動する。
入力電圧Ｖ０と入力電圧Ｖ１の時のＭＺＭ出力をシンボル点とした変調方式がBPSK（Binary Phase Shift Keying）であり、多値化したものがASK（Amplitude Phase Shift Keying）になる（非特許文献１及び非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Govind P. Agrawal，“Fiber-optic communication systems”, Wiley&Sons, New Jersey (2010) pp13-16
【非特許文献２】"Agilent application note 1298" (October 30,2001) p13-14
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
一般にＭＺＭの上アームと下アームの屈折率変化部は同じ特性を示すように設計される。
しかし、プロセス誤差の影響により上下アームの屈折率変化部の特性が異なることがある。加えて屈折率変化部を非線形特性の強い材料で構成した時は、ドライバが印加した電圧に対して位相変化が非線形になる。これらの影響により、ドライバから差動信号（制御電圧、入力電圧）が上下アームの屈折率変化部に入力されると、上下アームの位相変化量が異なってしまう。
【０００９】
図１４はＭＺＭの上下アームの特性が異なり、かつ非線形の時の例を示す。すなわち、図１４（ａ）は上下アーム３ａ，３ｂの屈折率変化部６ａ，６ｂの特性が異なるＭＺＭを示しており、図１４（ｂ）はこのＭＺＭの上アーム３ａ側での位相変化量を示しており、図１４（ｃ）はこのＭＺＭの下アーム３ｂ側での位相変化量を示している。
図１４（ｂ），（ｃ）に示すように、ドライバ１０から入力される電圧値がＶ０からＶ１に変化したとき、上アーム３ａ側での位相変化量と下アーム３ｂ側での位相変化量とが異なっている。
【００１０】
図１５は上下アームで特性が異なるＭＺＭでの、上アーム３ａからの出力特性と（図中、太い点線で示している）、下アーム３ｂからの出力特性と（図中、太い一点鎖線で示している）、上下アーム３ａ，３ｂからの出力を合波した時の出力であるＭＺＭ出力特性（図中、太い実線で示している）を、複素平面上に表した出力電界特性図（コンスタレーション  ダイアグラム）である。
【００１１】
図１５では上アーム３ａと下アーム３ｂの位相変化量が異なるため、位相変化による虚数成分が上下アーム３ａ，３ｂの出力で打ち消しあわず、ＭＺＭ出力も虚数成分を持っている。ＭＺＭ出力がこのような軌跡を持つとき、変調時のシンボル点が歪む原因となる。
【００１２】
特に多値変調した時には各シンボル点が直線状に並ばず、大きなペナルティになる。従って上下アームが非対称のＭＺＭを用いた場合、信号品質が著しく低下する。
【００１３】
本発明は、上記従来技術に鑑み、マッハツェンダ光変調器における上アーム（第１のアーム）と下アーム（第２のアーム）の位相変化特性が異なっていても、位相変化量を上下アームで合致させることができ、これにより変調した光信号の品質を向上することができる、光変調器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】
【００１４】
上記課題を解決する本願の第１の発明は、
入力される電圧値に応じて位相変化量が変化する第１の屈折率変化部が形成された第１のアームと、入力される電圧値に応じて位相変化量が変化する第２の屈折率変化部が形成された第２のアームを有するマッハツェンダ干渉計と、
前記第１の屈折率変化部に第１の制御電圧を印加すると共に、前記第２の屈折率変化部に第２の制御電圧を印加するドライバを備えた光変調器において、
第１のモニタ・バイアス調整機構と、第２のモニタ・バイアス調整機構とを備えており、
前記第１のモニタ・バイアス調整機構は、前記第１の屈折率変化部を通過して前記第１のアームを伝播する光信号の一部を取り出し、当該光信号を位相変調信号である電気信号に変換し、さらに当該電気信号を強度変調信号に変換し、当該強度変調信号の振幅値を求め、
前記第２のモニタ・バイアス調整機構は、前記第２の屈折率変化部を通過して前記第２のアームを伝播する光信号の一部を取り出し、当該光信号を位相変調信号である電気信号に変換し、さらに当該電気信号を強度変調信号に変換し、当該強度変調信号の振幅値を求め、
更に、前記第１のモニタ・バイアス調整機構は、当該第１のモニタ・バイアス調整機構により検出した前記振幅値と前記第２のモニタ・バイアス調整機構により検出した前記振幅値とを一致させる電圧値となっている第１のバイアス電圧を前記第１の屈折率変化部に印加し、
前記第２のモニタ・バイアス調整機構は、当該第２のモニタ・バイアス調整機構により検出した前記振幅値と前記第１のモニタ・バイアス調整機構により検出した前記振幅値とを一致させる電圧値となっている第２のバイアス電圧を前記第２の屈折率変化部に印加することを特徴とする。
【００１５】
また本願の第２の発明は、前記第１の発明において、
前記第１のモニタ・バイアス調整機構は、前記第１の屈折率変化部を通過して前記第１のアームを伝播する光信号の一部を取り出す第１の光分岐部と、前記第１の光分岐部で取り出された光信号を電気信号に変換する第１の光電変換素子と、前記第１の光電変換素子で変換された前記電気信号を強度信号に変換する第１の強度変換素子と、前記第１の強度変換素子で変換された前記強度信号の振幅を検出する第１の振幅検出器と、第１のバイアス調整器を有し、
前記第２のモニタ・バイアス調整機構は、前記第２の屈折率変化部を通過して前記第２のアームを伝播する光信号の一部を取り出す第２の光分岐部と、前記第２の光分岐部で取り出された光信号を電気信号に変換する第２の光電変換素子と、前記第２の光電変換素子で変換された前記電気信号を強度信号に変換する第２の強度変換素子と、前記第２の強度変換素子で変換された前記強度信号の振幅を検出する第２の振幅検出器と、第２のバイアス調整器を有し、
前記第１のバイアス調整器は、前記第１の振幅検出器で検出した振幅と前記第２の振幅検出器で検出した振幅を一致させる電圧値となっている第１のバイアス電圧を前記第１の屈折率変化部に印加し、
前記第２のバイアス調整器は、前記第２の振幅検出器で検出した振幅と前記第１の振幅検出器で検出した振幅を一致させる電圧値となっている第２のバイアス電圧を前記第２の屈折率変化部に印加することを特徴とする。
【００１６】
また本願の第３の発明は、前記第２の発明において、
前記第１の光電変換素子及び前記第２の光電変換素子は、フォトダイオードであり、
前記第１の振幅検出器及び前記第２の振幅検出器は、ピークディテクタ、または、平均値検出回路であることを特徴とする。
【００１７】
また本願の第４の発明は、前記第１から第３のいずれかの発明において、
前記ドライバは、前記第１の制御電圧の値と前記第２の制御電圧の値については一方を増加させると他方を減少させ、しかも両制御電圧の加算値を予め決めた一定値にしつつ、前記第１の制御電圧と前記第２の制御電圧を出力することを特徴とする。
【００１８】
また本願の第５の発明は、
入力される電圧値に応じて位相変化量が変化する第１の屈折率変化部が形成された第１のアームと、入力される電圧値に応じて位相変化量が変化する第２の屈折率変化部が形成された第２のアームを有するマッハツェンダ干渉計と、
前記第１の屈折率変化部に第１の制御電圧を印加すると共に、前記第２の屈折率変化部に第２の制御電圧を印加するドライバを備えた光変調器において、
第１のモニタ・バイアス調整機構と、第２のモニタ・バイアス調整機構とを備えており、
前記第１のモニタ・バイアス調整機構は、前記第１の屈折率変化部を通過して前記第１のアームを伝播する光信号の一部を取り出し、当該光信号を位相変調信号である電気信号に変換し、さらに当該電気信号を強度変調信号に変換し、当該強度変調信号の振幅値を求め、
前記第２のモニタ・バイアス調整機構は、前記第２の屈折率変化部を通過して前記第２のアームを伝播する光信号の一部を取り出し、当該光信号を位相変調信号である電気信号に変換し、さらに当該電気信号を強度変調信号に変換し、当該強度変調信号の振幅値を求め、
更に、前記第１のモニタ・バイアス調整機構は、当該第１のモニタ・バイアス調整機構により検出した前記振幅値と前記第２のモニタ・バイアス調整機構により検出した前記振幅値とを一致させる電圧値となっているバイアス電圧を前記第１の屈折率変化部に印加することを特徴とする。
【００１９】
また本願の第６の発明は、
入力される電圧値に応じて位相変化量が変化する第１の屈折率変化部が形成された第１のアームと、入力される電圧値に応じて位相変化量が変化する第２の屈折率変化部が形成された第２のアームを有するマッハツェンダ干渉計と、
前記第１の屈折率変化部に第１の制御電圧を印加する第１のドライバと、
前記第２の屈折率変化部に第２の制御電圧を印加する第２のドライバを備えた光変調器において、
第１のモニタ・バイアス調整機構と、第２のモニタ・バイアス調整機構とを備えており、
前記第１のモニタ・バイアス調整機構は、前記第１の屈折率変化部を通過して前記第１のアームを伝播する光信号の一部を取り出し、当該光信号を位相変調信号である電気信号に変換し、さらに当該電気信号を強度変調信号に変換し、当該強度変調信号の振幅値を求め、
前記第２のモニタ・バイアス調整機構は、前記第２の屈折率変化部を通過して前記第２のアームを伝播する光信号の一部を取り出し、当該光信号を位相変調信号である電気信号に変換し、さらに当該電気信号を強度変調信号に変換し、当該強度変調信号の振幅値を求め、
更に、前記第１のモニタ・バイアス調整機構は、当該第１のモニタ・バイアス調整機構により検出した前記振幅値と前記第２のモニタ・バイアス調整機構により検出した前記振幅値とを一致させる電圧値となっている第１のバイアス電圧を前記第１のドライバに送り、
前記第１のドライバは前記第１のバイアス電圧に応じた電圧値となっている前記第１の制御電圧を出力し、
前記第２のモニタ・バイアス調整機構は、当該第２のモニタ・バイアス調整機構により検出した前記振幅値と前記第１のモニタ・バイアス調整機構により検出した前記振幅値とを一致させる電圧値となっている第２のバイアス電圧を前記第２のドライバに送り、
前記第２のドライバは前記第２のバイアス電圧に応じた電圧値となっている前記第２の制御電圧を出力することを特徴とする。
【００２０】
また本願の第７の発明は、前記第６の発明において、
前記第１のモニタ・バイアス調整機構は、前記第１の屈折率変化部を通過して前記第１のアームを伝播する光信号の一部を取り出す第１の光分岐部と、前記第１の光分岐部で取り出された光信号を電気信号に変換する第１の光電変換素子と、前記第１の光電変換素子で変換された前記電気信号を強度信号に変換する第１の強度変換素子と、前記第１の強度変換素子で変換された前記強度信号の振幅を検出する第１の振幅検出器と、第１のバイアス調整器を有し、
前記第２のモニタ・バイアス調整機構は、前記第２の屈折率変化部を通過して前記第２のアームを伝播する光信号の一部を取り出す第２の光分岐部と、前記第２の光分岐部で取り出された光信号を電気信号に変換する第２の光電変換素子と、前記第２の光電変換素子で変換された前記電気信号を強度信号に変換する第２の強度変換素子と、前記第２の強度変換素子で変換された前記強度信号の振幅を検出する第２の振幅検出器と、第２のバイアス調整器を有し、
前記第１のバイアス調整器は、前記第１の振幅検出器で検出した振幅と前記第２の振幅検出器で検出した振幅を一致させる電圧値となっている第１のバイアス電圧を前記第１のドライバに送り、
前記第２のバイアス調整器は、前記第２の振幅検出器で検出した振幅と前記第１の振幅検出器で検出した振幅を一致させる電圧値となっている第２のバイアス電圧を前記第２のドライバに送ることを特徴とする。
【００２１】
また本願の第８の発明は、前記第７の発明において、
前記第１の光電変換素子及び前記第２の光電変換素子は、フォトダイオードであり、
前記第１の振幅検出器及び前記第２の振幅検出器は、ピークディテクタ、または、平均値検出回路であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、第１と第２のアームの位相変化特性が異なっていても、第１のアームの屈折率変化部に入力する電圧と、第２のアームの屈折率変化部に入力する電圧を調整することにより、位相変化量を第１と第２のアームで合致させることができ、変調した光信号の品質を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施例１に係るマッハツェンダ光変調器を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例１に係るマッハツェンダ光変調器を示す要部回路図である。
【図３】実施例１において、フォトダイオードから出力された電気信号と遅延干渉計で変換された強度信号を示す特性図であり、（ａ）は電気信号の特性図、（ｂ）は強度信号の特性図である。
【図４】実施例１において、振幅検出器で検出した振幅値を示す特性図である。
【図５】上下アームの屈折率変化特性が異なるマッハツェンダ光変調器の特性を示す特性図であり、（ａ）は上アームの位相変化特性図、（ｂ）は下アームの位相変化特性図である。
【図６】実施例１のマッハツェンダ光変調器における出力電界特性を示すコンスタレーションダイアグラムである。
【図７】マッハツェンダ光変調器における変調信号の特性を示す特性図であり、（ａ）は本実施例を用いない時における上下アームでの位相変化部の特性が異なるＭＺＭからの16QAM変調信号を示す特性図、（ｂ）は実施例を用いた時における上下アームでの位相変化部の特性が異なるＭＺＭからの16QAM変調信号を示す特性図である。
【図８】本発明の実施例２に係るマッハツェンダ光変調器を示す要部回路図である。
【図９】本発明の実施例３に係るマッハツェンダ光変調器を示す要部回路図である。
【図１０】本発明の実施例４に係るマッハツェンダ光変調器を示す要部回路図である。
【図１１】従来のマッハツェンダ光変調器を示す構成図である。
【図１２】マッハツェンダ光変調器の特性を示す特性図であり、（ａ）は屈折率変化特性図、（ｂ）は位相変化特性図である。
【図１３】マッハツェンダ光変調器における出力電界特性を示すコンスタレーションダイアグラムである。
【図１４】上下アームの屈折率変化特性が異なるマッハツェンダ光変調器を示す図であり、（ａ）は構成図、（ｂ）は上アームの位相変化特性図、（ｃ）は下アームの位相変化特性図である。
【図１５】上下アームの屈折率変化特性が異なるマッハツェンダ光変調器における出力電界特性を示すコンスタレーションダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明に係る光変調器を、実施例に基づき詳細に説明する。
【００２５】
［実施例１］
本発明の実施例１に係る、マッハツェンダ型の光変調器であるマッハツェンダ光変調器を、概略図である図１、及び、要部回路図である図２を参照して説明する。
【００２６】
実施例１のマッハツェンダ光変調器１００は、図１に示すように、マッハツェンダ干渉計１１０と、ドライバ１２０と、第１のモニタ・バイアス調整機構２００と、第２のモニタ・バイアス調整機構３００を有している。
【００２７】
マッハツェンダ干渉計１１０は、入力導波路１１１と、分岐部１１２と、上アーム（第１のアーム）１１３ａと、下アーム（第２のアーム）１１３ｂと、合波部１１４と、出力導波路１１５を有している。上アーム１１３ａには屈折率変化部１１６ａが形成され、下アーム１１３ｂには屈折率変化部１１６ｂが形成されている。屈折率変化部１１６ａ，１１６ｂは、ドーピングした半導体や強誘電体などで構成されている。
屈折率変化部１１６ａ，１１６ｂでは、入力される電圧の値に応じて、位相変化量が変化する。
【００２８】
ドライバ１２０は、屈折率変化部１１６ａ，１１６ｂに印加する制御電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２を発生する。この場合、屈折率変化部１１６ａに印加される制御電圧Ｖｃ１の値と、屈折率変化部１１６ｂに印加される制御電圧Ｖｃ２の値は、一方が増加すると他方が減少し
、しかも、両制御電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２の値を加算した値は常に予め決めた一定値（例えば、Ｖ０+Ｖ１）になっている。
詳細は後述するが、ドライバ１２０から発生した制御電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２は、モニタ・バイアス調整機構２００，３００を経由し、モニタ・バイアス調整機構２００，３００にてバイアス電圧Ｖａ，Ｖｂ（図２参照）が重畳されてから、屈折率変化部１１６ａ，１１６ｂに印加される。
【００２９】
次に、モニタ・バイアス調整機構２００，３００について、図１及び図２を参照して説明する。
【００３０】
モニタ・バイアス調整機構２００は、光分岐部２０１と回路構成部２１０を有している。
光分岐部２０１は、上アーム１１３ａのうち屈折率変化部１１６ａと合波部１１４との間の位置において、上アーム１１３ａに近接して配置されている。この光分岐部２０１は、屈折率変化部１１６ａにより位相調整された光信号の一部を取り出して出力する。つまり、光分岐部２０１は、屈折率変化部１１６ａを通過して上アーム１１３ａを伝播する光信号の一部を取り出して出力する。
【００３１】
モニタ・バイアス調整機構２００の回路構成部２１０は、フォトダイオード（光電変換素子）２１１と、遅延干渉計（強度変換素子）２１２と、振幅検出器２１３と、バイアス調整器２１４と、インダクタ２１５と、コンデンサ２１６を備えている。
【００３２】
フォトダイオード２１１は、光分岐部２０１により取り出した光信号を、電気信号（位相変調信号）に変換する。
遅延干渉計２１２は、フォトダイオード２１１から出力された電気信号（位相変調信号）を、強度信号（強度変調信号）に変換する。図３（ａ）は電気信号（位相変調信号）を示し、図３（ｂ）は変換された強度信号（強度変調信号）を示す。
【００３３】
振幅検出器２１３は、遅延干渉計２１２から出力された強度信号の振幅値Ａａを検出する。図４は強度信号（強度変調信号）とその振幅値Ａａを示す。強度信号の振幅値Ａａは、屈折率変化部１１６ａによる位相変化量θａに対応している。
【００３４】
バイアス調整器２１４には、振幅調整器２１３から出力された振幅値Ａａと、後述するモニタ・バイアス調整機構３００の振幅調整器３１３から出力された振幅値Ａｂとが入力される。ここにおいて、振幅値Ａａは屈折率変化部１１６ａによる位相変化量θａに対応しており、振幅値Ａｂは屈折率変化部１１６ｂによる位相変化量θｂに対応している。
バイアス調整器２１４は、振幅値Ａａと振幅値Ａｂとが一致するような、換言すると、屈折率変化部１１６ａによる位相変化量θａと屈折率変化部１１６ｂによる位相変化量θｂが一致するような、バイアス電圧Ｖａを出力する。具体的には、Ａａ−Ａｂの値に比例
した電圧値となっているバイアス電圧Ｖａを出力する。
【００３５】
バイアス調整器２１４は、インダクタ２１５を介して屈折率変化部１１６ａに接続されている。ドライバ１２０は、コンデンサ２１６を介して屈折率変化部１１６ａに接続されている。
【００３６】
バイアス調整器２１４から出力されたバイアス電圧Ｖａは、インダクタ２１５を介して屈折率変化部１１６ａに入力される。また、ドライバ１２０から出力された制御電圧Ｖｃ１は、コンデンサ２１６を介して屈折率変化部１１６ａに入力される。
このとき、インダクタ２１５があるため、制御電圧Ｖｃ１がバイアス調整器２１４に入り込むのを防いでいる。また、コンデンサ２１６があるため、バイアス電圧Ｖａがドライバ１２０に入り込むのを防いでいる。
【００３７】
このようにして屈折率変化部１１６ａには、制御電圧Ｖｃ１にバイアス電圧Ｖａが重畳された電圧が入力される。バイアス電圧Ｖａの電圧値は、屈折率変化部１１６ａによる位相変化量θａを、屈折率変化部１１６ｂによる位相変化量θｂに一致させる電圧値になっている。
【００３８】
モニタ・バイアス調整機構３００は、光分岐部３０１と回路構成部３１０を有している。
光分岐部３０１は、下アーム１１３ｂのうち屈折率変化部１１６ｂと合波部１１４との間の位置において、下アーム１１３ｂに近接して配置されている。この光分岐部３０１は、屈折率変化部１１６ｂにより位相調整された光信号の一部を取り出して出力する。つまり、光分岐部３０１は、屈折率変化部１１６ｂを通過して下アーム１１３ｂを伝播する光信号の一部を取り出して出力する。
【００３９】
モニタ・バイアス調整機構３００の回路構成部３１０は、フォトダイオード（光電変換素子）３１１と、遅延干渉計（強度変換素子）３１２と、振幅検出器３１３と、バイアス調整器３１４と、インダクタ３１５と、コンデンサ３１６を備えている。
【００４０】
フォトダイオード３１１は、光分岐部３０１により取り出した光信号を、電気信号（位相変調信号）に変換する。
遅延干渉計３１２は、フォトダイオード３１１から出力された電気信号（位相変調信号）を、強度信号（強度変調信号）に変換する。
【００４１】
振幅検出器３１３は、遅延干渉計３１２から出力された強度信号の振幅値Ａｂを検出する。強度信号の振幅値Ａｂは、屈折率変化部１１６ｂによる位相変化量θｂに対応している。
【００４２】
バイアス調整器３１４には、振幅調整器３１３から出力された振幅値Ａｂと、モニタ・バイアス調整機構２００の振幅調整器２１３から出力された振幅値Ａａとが入力される。ここにおいて、振幅値Ａｂは屈折率変化部１１６ｂによる位相変化量θｂに対応しており、振幅値Ａａは屈折率変化部１１６ａによる位相変化量θａに対応している。
バイアス調整器３１４は、振幅値Ａｂと振幅値Ａａとが一致するような、換言すると、屈折率変化部１１６ｂによる位相変化量θｂと屈折率変化部１１６ａによる位相変化量θａが一致するような、バイアス電圧Ｖｂを出力する。具体的には、Ａｂ−Ａａの値に比例
した電圧値となっているバイアス電圧Ｖｂを出力する。
【００４３】
バイアス調整器３１４は、インダクタ３１５を介して屈折率変化部１１６ｂに接続されている。ドライバ１２０は、コンデンサ３１６を介して屈折率変化部１１６ｂに接続されている。
【００４４】
バイアス調整器３１４から出力されたバイアス電圧Ｖｂは、インダクタ３１５を介して屈折率変化部１１６ｂに入力される。また、ドライバ１２０から出力された制御電圧Ｖｃ２は、コンデンサ３１６を介して屈折率変化部１１６ｂに入力される。
このとき、インダクタ３１５があるため、制御電圧Ｖｃ２がバイアス調整器３１４に入り込むのを防いでいる。また、コンデンサ３１６があるため、バイアス電圧Ｖｂがドライバ１２０に入り込むのを防いでいる。
【００４５】
このようにして屈折率変化部１１６ｂには、制御電圧Ｖｃ２にバイアス電圧Ｖｂが重畳された電圧が入力される。バイアス電圧Ｖｂの電圧値は、屈折率変化部１１６ｂによる位相変化量θｂを、屈折率変化部１１６ａによる位相変化量θａに一致させる電圧値になっている。
【００４６】
結局、
・屈折率変化部１１６ａによる位相変化量θａを屈折率変化部１１６ｂによる位相変化量θｂに一致させる電圧値になっているバイアス電圧Ｖａを、屈折率変化部１１６ａに入力し、
・屈折率変化部１１６ｂによる位相変化量θｂを屈折率変化部１１６ａによる位相変化量θａに一致させる電圧値になっているバイアス電圧Ｖｂを、屈折率変化部１１６ｂに入力するため、
屈折率変化部１１６ａ，１１６ｂの位相変化量θａ，θｂが等しくなる。
【００４７】
実施例１のマッハツェンダ光変調器１００によれば、図５（ａ），（ｂ）に示すように、上アーム１１３ａと下アーム１１３ｂの位相変化特性が異なっていても、上下の屈折率変化部１１６ａ，１１６ｂに異なるバイアス電圧Ｖａ，Ｖｂを印加することが可能となり、位相変化量を上下アーム間で合致させることができる。従って上下アーム特性の非対称のペナルティは補償される。
【００４８】
図６は上下アーム１１３ａ，１１３ｂでの屈折率変化部１１６ａ，１１６ｂの特性が異なるが、本実施例のモニタ・バイアス調整機構２００，３００を入れた、ＭＺＭにおける、上アーム１１３Ａからの出力特性と（図中、太い点線で示している）、下アーム１１３ｂからの出力特性と（図中、太い一点鎖線で示している）、上下アーム１１３ａ，１１３ｂからの出力を合波した時の出力であるＭＺＭ出力特性（図中、太い実線で示している）を、複素平面上に表した出力電界特性図（コンスタレーション  ダイアグラム）である。
【００４９】
図７（ａ）は本実施例を用いない時において、上下アームでの位相変化部の特性が異なるＭＺＭからの16QAM（Quadrature Amplitude Modulation）変調信号を示し、図７（ｂ）は本実施例を用いた時において、上下アームでの位相変化部の特性が異なるＭＺＭからの16QAM（Quadrature Amplitude Modulation）変調信号を示す。
本実施例を用いた時はI軸（横軸）とQ軸（縦軸）のシンボル点を結んだ線が直交するが、用いない時はシンボルが歪んでいることがわかる。
【００５０】
［実施例２］
本発明の実施例２に係るマッハツェンダ光変調器１００Ａを、要部回路図である図８を参照して説明する。
【００５１】
この実施例２のマッハツェンダ光変調器１００Ａは、モニタ・バイアス調整機構２００Ａ，３００Ａにおいて、実施例１のマッハツェンダ光変調器１００で用いていた振幅検出器２１３，３１３の具体例として、ピークディテクタ２１３ａ，３１３ａを採用したものである。
ピークディテクタ２１３ａ，３１３ａは、遅延干渉計２１２，３１２から出力された強度信号の振幅値Ａａ，Ａｂを検出する。
【００５２】
バイアス調整器２１４は、ピークディテクタ２１３ａから出力された振幅値Ａａとピークディテクタ３１３ａから出力された振幅値Ａｂが一致（位相変化量θａと位相変化量θｂが一致）するようなバイアス電圧Ｖａを出力する。バイアス調整器３１４は、ピークディテクタ３１３ａから出力された振幅値Ａｂとピークディテクタ２１３ａから出力された振幅値Ａａが一致（位相変化量θｂと位相変化量θａが一致）するようなバイアス電圧Ｖｂを出力する。
他の部分の構成や動作は、実施例１と同様である。
【００５３】
実施例２のマッハツェンダ光変調器１００Ａによれば、実施例１と同様に、上アーム１１３ａと下アーム１１３ｂの位相変化特性が異なっていても、上下の屈折率変化部１１６ａ，１１６ｂに異なるバイアス電圧Ｖａ，Ｖｂを印加することが可能となり、位相変化量を上下アーム間で合致させることができる。従って上下アーム特性の非対称のペナルティは補償される。
【００５４】
［実施例３］
本発明の実施例３に係るマッハツェンダ光変調器１００Ｂを、要部回路図である図９を参照して説明する。
【００５５】
この実施例３のマッハツェンダ光変調器１００Ｂは、モニタ・バイアス調整機構２００Ｂ，３００Ｂにおいて、実施例１のマッハツェンダ光変調器１００で用いていた振幅検出器２１３，３１３の具体例として、平均値検出回路２１３ｂ，３１３ｂを採用したものである。平均値検出回路２１３ｂ，３１３ｂとしては時定数の小さいローパスフィルタを用いればよい。
平均値検出回路２１３ｂ，３１３ｂは、遅延干渉計２１２，３１２から出力された強度信号の振幅値Ａａ，Ａｂを検出する。
【００５６】
バイアス調整器２１４は、平均値検出回路２１３ｂから出力された振幅値Ａａと平均値検出回路３１３ｂから出力された振幅値Ａｂが一致（位相変化量θａと位相変化量θｂが一致）するようなバイアス電圧Ｖａを出力する。バイアス調整器３１４は、平均値検出回路３１３ｂから出力された振幅値Ａｂと平均値検出回路２１３ｂから出力された振幅値Ａａが一致（位相変化量θｂと位相変化量θａが一致）するようなバイアス電圧Ｖｂを出力する。
他の部分の構成や動作は、実施例１と同様である。
【００５７】
実施例３のマッハツェンダ光変調器１００Ｂによれば、実施例１と同様に、上アーム１１３ａと下アーム１１３ｂの位相変化特性が異なっていても、上下の屈折率変化部１１６ａ，１１６ｂに異なるバイアス電圧Ｖａ，Ｖｂを印加することが可能となり、位相変化量を上下アーム間で合致させることができる。従って上下アーム特性の非対称のペナルティは補償される。
【００５８】
［実施例１，２，３の変形例］
上述した実施例１，２，３では、
・屈折率変化部１１６ａには、制御電圧部位Ｖｃ１とバイアス電圧Ｖａを重畳した電圧を印加し、
・屈折率変化部１１６ｂには、制御電圧部位Ｖｃ２とバイアス電圧Ｖｂを重畳した電圧を印加している。
変形例としては、屈折率変化部１１６ａ，１１６ｂのいずれか一方のみに、バイアス電圧を印加することでも、屈折率変化部１１６ａ，１１６ｂでの位相変化量を一致させることができる。
【００５９】
例えば、図２に示すマッハツェンダ光変調器１００において、モニタ・バイアス調整機構２００側のバイアス調整器２１４、インダクタ２１５及びコンデンサ２１６を無くし、制御電圧Ｖｃ１を屈折率変化部１１６ａに直接印加するような構成にしてもよい。
この場合には、屈折率変化部１１６ｂによる位相変化量θｂを屈折率変化部１１６ａによる位相変化量θａに一致させる電圧値になっているバイアス電圧Ｖｂが、屈折率変化部１１６ｂに入力されるため、屈折率変化部１１６ａ，１１６ｂの位相変化量θａ，θｂが等しくなる。
【００６０】
もちろん、モニタ・バイアス調整機構３００側のバイアス調整器３１４、インダクタ３１５及びコンデンサ３１６を無くし、制御電圧Ｖｃ２を屈折率変化部１１６ｂに直接印加するような構成にしてもよい。
【００６１】
更に図８，図９に示す実施例２，３に示すマッハツェンダ光変調器１００Ａ，１００Ｂにおいても、同様に、モニタ・バイアス調整機構２００Ａ，２００Ｂとモニタ・バイアス調整機構３００Ａ，３００Ｂのうち、一方はバイアス電圧を印加し、他方はバイアス電圧を印加しない構成にすることもできる。
【００６２】
［実施例４］
本発明の実施例４に係るマッハツェンダ光変調器１００Ｃを、概略図である図１０を参照して説明する。
このマッハツェンダ光変調器１００Ｃでは、ドライバとして、シングルエンド入力シングルエンド出力のドライバ１２０Ａ，１２０Ｂを用いている。ドライバ１２０Ａと上アーム１１３ａ上の屈折率変化部１１６ａは、DC結合により接続されている。ドライバ１２０Ｂと下アーム１１３ｂ上の屈折率変化部１１６ｂも、DC結合により接続されている。
【００６３】
バイアス調整機構２００Ｃは、光分岐部２０１と、回路構成部２１０Ｃにより構成されている。回路構成部２１０Ｃは、フォトダイオード２１１、遅延干渉計２１２、振幅検出器２１３、バイアス調整器２１４により構成されている。そして、バイアス調整器２１４で求めたバイアス電圧Ｖａを、屈折率変化部１１６ａではなくドライバ１２０Ａに送る構成になっている。
【００６４】
バイアス調整機構３００Ｃは、光分岐部３０１と、回路構成部３１０Ｃにより構成されている。回路構成部３１０Ｃは、フォトダイオード３１１、遅延干渉計３１２、振幅検出器３１３、バイアス調整器３１４により構成されている。そして、バイアス調整器３１４で求めたバイアス電圧Ｖｂを、屈折率変化部１１６ｂではなくドライバ１２０Ｂに送る構成になっている。
【００６５】
ドライバ１２０Ａの電源とドライバ１２０Ｂの電源は分かれている。そして、モニタ・バイアス調整機構２００Ｃから出力されるバイアス電圧Ｖａに応じて、ドライバ１２０Ａから出力される制御電圧Ｖｃ１１が制御される。また、モニタ・バイアス調整機構３００Ｃから出力されるバイアス電圧Ｖｂに応じて、ドライバ１２０Ｂから出力される制御電圧Ｖｃ１２が制御される。
【００６６】
上下アーム１１３ａ，１１３ｂの屈折率変化部１１６ａ，１１６ｂに印加されるバイアスは、ドライバ１２０Ａ，１２０Ｂの電源電圧によって変動するため、各ドライバ１２０Ａ，１２０Ｂの電源電圧を制御することで、上下アーム１１３ａ，１１３ｂの屈折率変化部１１６ａ，１１６ｂにそれぞれに最適なバイアスが印加され、上下アーム１１３ａ，１１３ｂから出力される信号の位相変化量が揃う。
【００６７】
なお、モニタ・バイアス調整機構２００Ｃ，３００Ｃの振幅検出器２１３，３１３の具体例として、ピークディテクタ２１３ａ，３１３ａ（図８参照）または、平均値検出回路２１３ｂ，３１３ｂ（図９参照）を用いることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、マッハツェンダ型の光変調器に適用して好適である。
【符号の説明】
【００６９】
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ  マッハツェンダ光変調器
１１０  マッハツェンダ干渉計
１１１  入力導波路
１１２  分岐部
１１３ａ  上アーム
１１３ｂ  下アーム
１１４  分岐部
１１５  出力導波路
１１６ａ，１１６ｂ  屈折率変化部
１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ  ドライバ
２００，２００Ａ，２００Ｂ，２００Ｃ，３００，３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｃ  モニタ・バイアス調整機構
２０１，３０１  光分岐部
２１０，２１０Ａ，２１０Ｂ，２１０Ｃ，３１０，３１０Ａ，３１０Ｂ，３１０Ｃ  回路構成部
２１１，３１１  フォトダイオード
２１２，３１２  遅延干渉計
２１３，３１３  振幅検出器
２１３ａ，３１３ｂ  ピークディテクタ
２１３ｂ，３１３ｂ  平均値検出回路
２１４，３１４  バイアス調整器
２１５，３１５  インダクタ
２１６，３１６  コンデンサ
【図１】
0006388854.tif 000002
【図２】
0006388854.tif 000003
【図３】
0006388854.tif 000004
【図４】
0006388854.tif 000005
【図５】
0006388854.tif 000006
【図６】
0006388854.tif 000007
【図７】
0006388854.tif 000008
【図８】
0006388854.tif 000009
【図９】
0006388854.tif 000010
【図１０】
0006388854.tif 000011
【図１１】
0006388854.tif 000012
【図１２】
0006388854.tif 000013
【図１３】
0006388854.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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