(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続光を出力する光源と、
前記連続光が入力される一対の第１の光導波路をそれぞれ含む２つの子変調器、前記２つの子変調器からの出力光が一対の第２の光導波路にそれぞれ入力され、送信光を出力する親変調器、及び前記親変調器からの前記送信光の反転出力が入力される受光素子を有する多値位相変調器と、
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路のそれぞれの上に形成された個々の電極にバイアス電圧を印加するバイアス制御部と、
前記２つの子変調器の前記一対の第１の光導波路上に形成された前記電極に、データ信号に基づく駆動信号を印加する変調器駆動部と、
前記連続光を利用して、外部からの受信光を電気信号に変換する光受信部と、を備え、
前記送信光を遮断する際には、前記変調器駆動部は、前記駆動信号を停止するとともに、前記バイアス制御部は、前記２つの子変調器のそれぞれにおいて前記一対の第１の光導波路の一方を通過する前記連続光と前記一対の第１の光導波路の他方を通過する前記連続光との位相差がゼロとなり、前記親変調器において前記一対の第２の光導波路の一方を通過する前記出力光と前記一対の第２の光導波路の他方を通過する前記出力光との位相差がπとなるように、前記バイアス電圧を変更する、
光送受信器。
【請求項２】
前記送信光を遮断する際には、前記バイアス制御部は、前記受光素子に入力された前記反転出力の強度が最大となるように前記バイアス電圧を変更する、
請求項１に記載の光送受信器。
【請求項３】
前記バイアス制御部は、前記受光素子が生成し、前記反転出力の強度に応じて大きさが変化する電気信号を受けて、前記電気信号の時間平均強度が最大となるように前記親変調器の前記電極に印加する前記バイアス電圧の帰還制御を行う、
請求項２に記載の光送受信器。
【請求項４】
光源から連続光が入力される一対の第１の光導波路をそれぞれ含む２つの子変調器、前記２つの子変調器からの出力光が一対の第２の光導波路にそれぞれ入力され、送信光を出力する親変調器、及び前記親変調器からの前記送信光の反転出力が入力される受光素子を有する多値位相変調器を備える光送受信器の制御方法であって、
前記送信光を出力する際には、前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路のそれぞれの上に形成された個々の電極に前記反転出力を基に制御されたバイアス電圧を印加するとともに、前記２つの子変調器の前記一対の第１の光導波路上に形成された前記電極にデータ信号に基づく駆動信号を印加し、
前記送信光を遮断する際には、前記駆動信号を停止するとともに、前記２つの子変調器のそれぞれにおいて前記一対の第１の光導波路の一方を通過する前記連続光と前記一対の第１の光導波路の他方を通過する前記連続光との位相差がゼロとなり、前記親変調器において前記一対の第２の光導波路の一方を通過する前記出力光と前記一対の第２の光導波路の他方を通過する前記出力光との位相差がπとなるように、前記バイアス電圧を変更する、
光送受信器の制御方法。
【請求項５】
前記送信光を遮断する際には、前記受光素子に入力された前記反転出力の強度が最大となるように前記バイアス電圧を制御する、
請求項４に記載の光送受信器の制御方法。
【請求項６】
前記送信光を遮断状態から出力状態へと再開させる際には、前記駆動信号を再開するとともに、前記バイアス電圧を前記送信光の出力時の制御状態に戻す、
請求項４又は５に記載の光送受信器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送受信器および光送受信器の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通信ネットワークのトラフィックの急増に伴い、より大容量での長距離伝送に適した通信技術として、デジタルコヒーレント光伝送技術が開発されている。この技術で使用される復変調方式としては、４値位相偏移変調（Quadrature  Phase  Shift  Keying：QPSK）と光の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偏波多重四値位相変調（Dual  Polarization  Quadrature  Phase  Shift  Keying：ＤＰ−ＱＰＳＫ）方式や、直角位相振幅変調（Quadrature  Amplitude  Modulation：ＱＡＭ）方式が挙げられる。このようなデジタルコヒーレント光伝送技術を適用した光トランシーバ（光送受信器）及び光送信器の規格は、下記非特許文献１，２に規定されている。
【０００３】
デジタルコヒーレント光伝送に使用される光送信器は、搬送波となるCW（Continuous  Wave）光を出力する光源（LD）と、CW光を変調するためのマッハツェンダ型変調器、マッハツェンダ型変調器を駆動電圧信号によって駆動するための駆動回路、駆動電圧信号の基準電位となるバイアス電圧を供給し、バイアス電圧を最適な値に維持するバイアス制御回路等から構成されている（例えば、下記特許文献１参照。）。マッハツェンダ型変調器から出力された被変調信号は、光ファイバー等の光導波路を介して光送信器から外部へ光出力信号として送信される。
【０００４】
多値位相変調器でＣＷ光を変調する際には、最適な駆動条件によって多値位相変調器を駆動することが重要となる。多値位相変調器は、駆動電圧と被変調信号の光パワーとの関係を示す特性が駆動を開始してからの時間と共に徐々に変化する（ドリフトする）ことが知られている。そのため、その特性の時間的変化を検知して自動的にバイアス電圧を最適値に保つ自動バイアス制御（ABC:  Automatic  Bias  Control）が行われる（例えば、下記特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２４８３６６号公報
【特許文献２】特開２００８−９２１７２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】“Multisource Agreement for 100G Long-Haul DWDM Transmission Module -Electromechanical”， IA# OIF-MSA-100GLH-EM-01.0，Optical Internetworking Forum， ２０１０年６月８日
【非特許文献２】“Implementation Agreement for Integrated Polarization Multiplexed QuadratureModulated Transmitters”，IA # OIF-PMQ-TX-01.0，２０１０年３月１２日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、デジタルコヒーレント光伝送技術を適用した光トランシーバにおいて、さらなる小型化及び低消費電力化を図るため、光送信部で使用される光源と光受信部の局部発振光用光源とを共通化した構成が考えられる。そして、一般的には、光トランシーバには外部に接続されたホスト装置からの指令に応じて光送信部からの送信出力光を遮断する機能（以下、「TX_Disable機能」という。）を具備することが要求されている。このTX_Disable機能は、光源からの光出力を停止すること、又は、多値位相変調器の出力と光導波路との間に光シャッタもしくは可変光減衰器（VOA：Variable Optical Attenuator）を搭載することにより実現される。しかしながら、光送信部用と光受信部用とで共通化した光源からの光出力を停止すると、局部発振光が得られなくなるため、光受信部の機能も使用不可となるという不都合を生じる。また、光シャッタもしくは可変光減衰器では光送信部からの送信出力光の光パワーを十分に低いレベルにまで減衰させて遮断することが困難となる場合があった。
【０００８】
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、光送信部と光受信部とに共通化された光源を使用する場合でも、光受信部の機能を停止させること無く光送信部の出力光の光パワーを十分に低いレベルにまで減衰させることが可能な光送受信器および光送受信器の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、本発明の一側面に係る光送受信器は、連続光を出力する光源と、連続光が入力される一対の第１の光導波路をそれぞれ含む２つの子変調器、２つの子変調器からの出力光が一対の第２の光導波路にそれぞれ入力され、送信光を出力する親変調器、及び親変調器からの送信光の反転出力が入力される受光素子を有する多値位相変調器と、第１の光導波路及び第２の光導波路のそれぞれの上に形成された個々の電極にバイアス電圧を印加するバイアス制御部と、２つの子変調器の一対の第１の光導波路上に形成された電極に、データ信号に基づく駆動信号を印加する変調器駆動部と、連続光を利用して、外部からの受信光を電気信号に変換する光受信部と、を備え、送信光を遮断する際には、変調器駆動部は、駆動信号を停止するとともに、バイアス制御部は、２つの子変調器のそれぞれにおいて一対の第１の光導波路の一方を通過する連続光と一対の第１の光導波路の他方を通過する連続光との位相差がゼロとなり、親変調器において一対の第２の光導波路の一方を通過する出力光と一対の第２の光導波路の他方を通過する出力光との位相差がπとなるように、バイアス電圧を変更する。
【００１０】
或いは、本発明の他の側面に係る光送受信器の制御方法は、光源から連続光が入力される一対の第１の光導波路をそれぞれ含む２つの子変調器、２つの子変調器からの出力光が一対の第２の光導波路にそれぞれ入力され、送信光を出力する親変調器、及び親変調器からの送信光の反転出力が入力される受光素子を有する多値位相変調器を備える光送受信器の制御方法であって、送信光を出力する際には、第１の光導波路及び第２の光導波路のそれぞれの上に形成された個々の電極に反転出力を基に制御されたバイアス電圧を印加するとともに、２つの子変調器の一対の第１の光導波路上に形成された電極にデータ信号に基づく駆動信号を印加し、送信光を遮断する際には、駆動信号を停止するとともに、２つの子変調器のそれぞれにおいて一対の第１の光導波路の一方を通過する連続光と一対の第１の光導波路の他方を通過する連続光との位相差がゼロとなり、親変調器において一対の第２の光導波路の一方を通過する出力光と一対の第２の光導波路の他方を通過する出力光との位相差がπとなるように、バイアス電圧を変更する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光受信部の機能を停止させること無く光送信部の出力光の光パワーを十分に低いレベルにまで減衰させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の好適な一実施形態に係る光送受信器の概略構成図である。
【図２】図１のＤＰ−ＱＰＳＫ変調器５及び変調器駆動部７の構成図である。
【図３】（ａ）は、子変調器４１の電極６１ａ，６１ｂ間の電位差と子変調器４１の出力強度Ｐｏｕｔとの関係を示すグラフ、（ｂ）は、バイアス電圧が最適値の場合の子変調器４１の出力光強度（２乗検波）の時間変化を示すグラフである。
【図４】（ａ）は、子変調器４１の電極６１ａ，６１ｂ間の電位差と子変調器４１の出力強度Ｐｏｕｔとの関係を示すグラフ、（ｂ）は、バイアス電圧が最適値からずれた場合の子変調器４１の出力光強度（２乗検波）の時間変化を示すグラフである。
【図５】子変調器４１の電極間バイアス電位差と子変調器４１の出力の平均強度Ｐｏｕｔａとの関係を示すグラフである。
【図６】子変調器４１の電極間バイアス電位差と子変調器４１の出力の平均強度Ｐｏｕｔａとの関係と、ディザ信号による強度変動とを示すグラフである。
【図７】TX_Disable機能の起動時の子変調器４１の電極間バイアス電位差と子変調器４１の出力の平均強度Ｐｏｕｔａとの関係を示すグラフであり、（ａ）は起動前の関係、（ｂ）は起動後の関係を示すグラフである。
【図８】光送受信器１の光出力遮断前の第１ＱＰＳＫ変調部１４の光出力状態を示す図である。
【図９】光送受信器１の光出力遮断時の第１ＱＰＳＫ変調部１４の光出力状態を示す図である。
【図１０】光送受信器１の光出力遮断時の第１ＱＰＳＫ変調部１４の光出力状態を示す図である。
【図１１】比較例に係る光送受信器９０１Ａの概略構成図である。
【図１２】比較例に係る光送受信器９０１Ｂの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一側面に係る光送受信器は、連続光を出力する光源と、連続光が入力される一対の第１の光導波路をそれぞれ含む２つの子変調器、２つの子変調器からの出力光が一対の第２の光導波路にそれぞれ入力され、送信光を出力する親変調器、及び親変調器からの送信光の反転出力が入力される受光素子を有する多値位相変調器と、第１の光導波路及び第２の光導波路のそれぞれの上に形成された個々の電極にバイアス電圧を印加するバイアス制御部と、２つの子変調器の一対の第１の光導波路上に形成された電極に、データ信号に基づく駆動信号を印加する変調器駆動部と、連続光を利用して、外部からの受信光を電気信号に変換する光受信部と、を備え、送信光を遮断する際には、変調器駆動部は、駆動信号を停止するとともに、バイアス制御部は、２つの子変調器のそれぞれにおいて一対の第１の光導波路の一方を通過する連続光と一対の第１の光導波路の他方を通過する連続光との位相差がゼロとなり、親変調器において一対の第２の光導波路の一方を通過する出力光と一対の第２の光導波路の他方を通過する出力光との位相差がπとなるように、バイアス電圧を変更する。
【００１４】
或いは、本発明の他の側面に係る光送受信器の制御方法は、光源から連続光が入力される一対の第１の光導波路をそれぞれ含む２つの子変調器、２つの子変調器からの出力光が一対の第２の光導波路にそれぞれ入力され、送信光を出力する親変調器、及び親変調器からの送信光の反転出力が入力される受光素子を有する多値位相変調器を備える光送受信器の制御方法であって、送信光を出力する際には、第１の光導波路及び第２の光導波路のそれぞれの上に形成された個々の電極に反転出力を基に制御されたバイアス電圧を印加するとともに、２つの子変調器の一対の第１の光導波路上に形成された電極にデータ信号に基づく駆動信号を印加し、送信光を遮断する際には、駆動信号を停止するとともに、２つの子変調器のそれぞれにおいて一対の第１の光導波路の一方を通過する連続光と一対の第１の光導波路の他方を通過する連続光との位相差がゼロとなり、親変調器において一対の第２の光導波路の一方を通過する出力光と一対の第２の光導波路の他方を通過する出力光との位相差がπとなるように、バイアス電圧を変更する。
【００１５】
かかる構成の光送受信器或いは光送受信器の制御方法によれば、光源からの連続光が２つの子変調器及び親変調器を経由することにより多値位相変調された送信光として出力される。その際、子変調器及び親変調器においては、それぞれに含まれる光導波路上の電極にバイアス電圧が印加されるとともに、子変調器に含まれる光導波路上の電極に駆動信号が印加される。そして、送信光を遮断する際には、駆動信号が停止されると同時に、子変調器の一対の光導波路から出力される光の位相差がゼロにされ、かつ、親変調器の一対の光導波路から出力される光の位相差がπとなるようにバイアス電圧が制御される。これにより、送信光の遮断時には、子変調器からの出力光のパワーが安定化され、この子変調器の出力を基にした親変調器からの送信光の反転出力をモニタすることにより、親変調器から出力される送信光のパワーを十分に低下させることができる。その結果、光受信部の機能を停止させること無く、光送信部の出力光の光パワーを十分に低いレベルまで減衰させることができる。
【００１６】
上記光送受信器或いは光送受信器の制御方法においては、送信光を遮断する際には、バイアス制御部は、受光素子に入力された反転出力の強度が最大となるようにバイアス電圧を変更する、ことでもよい。
【００１７】
かかる構成を採れば、親変調器から出力される送信光のパワーを最小となるように十分に低下させることができる。
【００１８】
また、バイアス制御部は、受光素子が生成し、反転出力の強度に応じて大きさが変化する電気信号を受けて、電気信号の時間平均強度が最大となるように親変調器の電極に印加するバイアス電圧の帰還制御を行う、ことでもよい。
【００１９】
また、送信光を遮断状態から出力状態へと再開させる際には、駆動信号を再開するとともに、バイアス電圧を送信光の出力時の制御状態に戻す、ことでもよい。
【００２０】
こうすれば、送信光を再開する際に送信光を安定して復帰させることができる。
【００２１】
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。
【００２２】
図１は、本発明の好適な一実施形態に係る光送受信器の構成概略図である。同図に示される光送受信器１は、デジタルコヒーレント光伝送方式を採用した光送受信器であり、ＣＷ光（連続光）を出力する光源３と、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器（偏波多重多値位相変調器）５と、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器５に電圧を印加してＤＰ−ＱＰＳＫ変調器５を駆動する変調器駆動部７と、光受信部９とを備える。このＤＰ−ＱＰＳＫ変調器５及び変調器駆動部７は、ホスト装置等から入力されたデータ信号を含む送信側電気信号ＳＴを、外部に送信する送信光ＯＴに変換する光送信部を構成する。また、光受信部９は、外部から受信された受信光ＯＲを、光源３から供給される局部発振光と干渉させてヘテロダイン検波あるいはホモダイン検波を行うことにより、受信側電気信号ＳＲに変換し、その電気信号ＳＲをホスト装置等に出力する。この光源３は、光送信部用と光受信部用とに共通化され、これにより光送受信器１の小型化が実現されている。なお、光送受信器１は、電気信号のデジタル信号処理を行うデジタル信号処理部、ホスト装置等と光送受信器１の監視・制御のための通信を行う通信制御部、図示された各構成要素の動作状態を監視・制御するための内部制御部等も含んでいるが、その図示が省略されている。
【００２３】
図２には、図１のＤＰ−ＱＰＳＫ変調器５及び変調器駆動部７の詳細構成が示されている。同図に示すＤＰ−ＱＰＳＫ変調器５は、Ｘ偏波の変調信号（以下、「Ｘ側変調信号」という。）およびＹ偏波の変調信号（以下、「Ｙ側変調信号」という。）を生成する。変調器駆動部７は、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器５にバイアス電圧を印加して、バイアス電圧を最適値に制御するためのバイアス制御回路（バイアス制御部）７ａと、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器５にデータ信号に基づく駆動信号を印加する駆動信号生成回路７ｂとによって構成される。
【００２４】
ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器５は、第１ＱＰＳＫ変調部１４と、第２ＱＰＳＫ変調部１５と、第１光パワーモニタ（受光素子）１１と、第２光パワーモニタ（受光素子）１３とを含んで構成されている。このＤＰ−ＱＰＳＫ変調器５は、Ｘ側変調信号とＹ側変調信号とを偏波多重した偏波多重光信号を、光導波路ｗｇ６、及び図示しない光伝送路を介して、送信光ＯＴとして外部に送信する。
【００２５】
ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器５では、光源３から、所定の周波数のＣＷ光が、光導波路ｗｇ１を介して入力される。このＣＷ光は、例えば単一偏波を有する光である。入力されたＣＷ光はパワーの等しい２つの光（Ｘ偏波光およびＹ偏波光）に分岐され、それぞれ、光導波路ｗｇ２，ｗｇ３に入力される。そして、第１ＱＰＳＫ変調部１４には光導波路ｗｇ２を介してＸ偏波光が入力され、第２ＱＰＳＫ変調部１５には光導波路ｗｇ３を介してＹ偏波光が入力される。Ｘ偏波光とＹ偏波光は、それぞれの偏波面が互いに９０度異なっている。
【００２６】
第１ＱＰＳＫ変調部１４は、入力されたＸ偏波光に対して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１４は、Ｘ側変調信号を光導波路ｗｇ４を介して光導波路ｗｇ６側に出力する。第２ＱＰＳＫ変調部１５は、入力されたＹ偏波光に対して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１５は、Ｙ側変調信号を光導波路ｗｇ５を介して光導波路ｗｇ６側に出力する。第１ＱＰＳＫ変調部１４から出力されたＸ側変調信号と第２ＱＰＳＫ変調部１５から出力されたＹ側変調信号とは、光導波路ｗｇ６において合波されて偏波多重光信号として外部に出力される。
【００２７】
詳細には、第１ＱＰＳＫ変調部１４は、それぞれが一対の光導波路を含む子変調器４１，４２と、それらの子変調器４１，４２をそれぞれ一対の光導波路に含む親変調器４４とが入れ子となって構成されている。一対の光導波路４１ａ，４１ｂは、１つのマッハツェンダ型変調器（子変調器）４１を構成し、一対の光導波路４２ａ，４２ｂは、子変調器４１とは別のもう１つのマッハツェンダ型変調器（子変調器）４２を構成する。さらに、一対の光導波路４４ａ，４４ｂは、親変調器４４を構成する。また、第１ＱＰＳＫ変調部１４では、光入力側において光導波路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、子変調器４１を含み、光導波路ｗｇ２２は、子変調器４２を含む。また、子変調器４１はその光出力側において光導波路４４ａに接続され、子変調器４２はその光出力側において光導波路４４ｂに接続されている。そして、光導波路４４ａ，４４ｂは、第１ＱＰＳＫ変調部１４の出力端において光導波路ｗｇ４に合流している。
【００２８】
さらに、第１ＱＰＳＫ変調部１４においては、光導波路ｗｇ４に入力される光出力の反転出力の一部が分岐して取り出されており、光導波路ｗｇ４の入力端の近傍には、その反転出力の一部をモニタするための第１光パワーモニタ１１が設けられている。この第１光パワーモニタ１１により、子変調器４１，４２及び親変調器４４によって位相変調された出力光（Ｘ側変調信号）の光パワーがモニタ可能とされる。なお、ここでいう光出力の反転出力とは、例えば、光出力の光パワーの振幅を１００％としたときに、光出力の光パワーが１００％になっているときには反転出力の光パワーは０％になり、光出力の光パワーが０％になっているときには反転出力の光パワーは１００％になるというように、光出力の光パワーと反転出力の光パワーとが互いに相補的な関係になっていることを意味する。このように光出力とその反転出力とが相補的な関係にあることを利用して光パワーモニタ１１によって光出力の平均光パワーをモニタすることができる。このような光出力の反転出力のことを以下、反転光という。
【００２９】
このような構成の第１ＱＰＳＫ変調部１４では、Ｘ偏波光のさらに２つに分岐したうちの一方が、光導波路４１ａ，４１ｂを通過する際に、送信側電気信号ＳＴに含まれるデータ信号ＤＸＩに基づいて位相変調が行われ、ＸＩ変調信号が生成されて出力される。それぞれの光導波路４１ａ，４１ｂ上には、電極６１ａ，６１ｂが形成され、それらの電極６１ａ，６１ｂにバイアス電圧及びデータ信号ＤＸＩに基づいて生成された変調器駆動用の差動電圧信号（駆動信号）が印加される。このバイアス電圧によって、ＸＩ変調信号の持つ２つの位相状態の値が決まる。そのため、バイアス電圧は常に最適値に維持されるように制御される。また、Ｘ偏波光のさらに２つに分岐したうちの他方が、光導波路４２ａ，４２ｂを通過する際に、送信側電気信号ＳＴに含まれるデータ信号ＤＸＱに基づいて位相変調が行われ、ＸＱ変調信号が生成されて出力される。それぞれの光導波路４２ａ，４２ｂ上には、電極６２ａ，６２ｂが形成され、それらの電極６２ａ，６２ｂにバイアス電圧及びデータ信号ＤＸＱに基づいて生成された変調器駆動用の差動電圧信号（駆動信号）が印加される。このバイアス電圧によって、ＸＱ変調信号の持つ２つの位相状態の値が決まる。そのため、バイアス電圧は常に最適値に維持されるように制御される必要がある。子変調器４１から出力されたＸＩ変調信号は、光導波路４４ａを通過するが、その際にＸＩ変調信号の位相は、光導波路４４ａ上に形成された電極６４ａに印加されたバイアス電圧により調整される。また、子変調器４２から出力されたＸＱ変調信号は、光導波路４４ｂを通過するが、その際にＸＱ変調信号の位相は、光導波路４４ｂ上に形成された電極６４ｂに印加されたバイアス電圧により調整される。これら２つの位相の調整は、ＸＩ変調信号の位相とＸＱ変調信号の位相とが互いに９０度ずれた状態になるように行われる。そして、光導波路４４ａを通過したＸＩ変調信号と、光導波路４４ｂを通過したＸＱ変調信号とが合波されてＸ側変調信号が生成され、光導波路ｗｇ４を介して光導波路ｗｇ６から出力される。
【００３０】
第２ＱＰＳＫ変調部１５は、それぞれが一対の光導波路を含む子変調器５１，５２と、それらの子変調器５１，５２をそれぞれ一対の光導波路に含む親変調器５４とが入れ子となって構成されている。一対の光導波路５１ａ，５１ｂは、１つのマッハツェンダ型変調器（子変調器）５１を構成し、一対の光導波路５２ａ，５２ｂは、子変調器５１とは別のもう１つのマッハツェンダ型変調器（子変調器）５２を構成する。さらに、一対の光導波路５４ａ，５４ｂは、親変調器５４を構成する。また、第２ＱＰＳＫ変調部１５では、光入力側において光導波路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、子変調器５１を含み、光導波路ｗｇ３２は、子変調器５２を含む。また、子変調器５１はその光出力側において光導波路５４ａに接続され、子変調器５２はその光出力側において光導波路５４ｂに接続されている。そして、光導波路５４ａ，５４ｂは、第２ＱＰＳＫ変調部１５の出力端において光導波路ｗｇ５に合流している。
【００３１】
さらに、第２ＱＰＳＫ変調部１５においては、光導波路ｗｇ５に入力される光出力の反転出力の一部が分岐して取り出されており、光導波路ｗｇ５の入力端の近傍には、その反転出力の一部をモニタするための第２光パワーモニタ１３が設けられている。この第２光パワーモニタ１３により、子変調器５１，５２及び親変調器５４によって位相変調された出力光（Ｙ側変調信号）の光パワーがモニタ可能とされる。
【００３２】
このような構成の第２ＱＰＳＫ変調部１５では、Ｙ偏波光のさらに２つに分岐したうちの一方が、光導波路５１ａ，５１ｂを通過する際に、送信側電気信号ＳＴに含まれるデータ信号ＤＹＩに基づいて位相変調が行われ、ＹＩ変調信号が生成されて出力される。それぞれの光導波路５１ａ，５１ｂ上には、電極７１ａ，７１ｂが形成され、それらの電極７１ａ，７１ｂにバイアス電圧及びデータ信号ＤＹＩに基づいて生成された変調器駆動用の差動電圧信号（駆動信号）が印加される。このバイアス電圧によって、ＹＩ変調信号の持つ２つの位相状態の値が決まる。そのため、バイアス電圧は常に最適値に維持されるように制御される。また、Ｙ偏波光のさらに２つに分岐したうちの他方が、光導波路５２ａ，５２ｂを通過する際に、送信側電気信号ＳＴに含まれるデータ信号ＤＹＱに基づいて位相変調が行われ、ＹＱ変調信号が生成されて出力される。それぞれの光導波路５２ａ，５２ｂ上には、電極７２ａ，７２ｂが形成され、それらの電極７２ａ，７２ｂにバイアス電圧及びデータ信号ＤＹＱに基づいて生成された変調器駆動用の差動電圧信号（駆動信号）が印加される。このバイアス電圧によって、ＹＱ変調信号の持つ２つの位相状態の値が決まる。そのため、バイアス電圧は常に最適値に維持されるように制御される必要がある。子変調器５１から出力されたＹＩ変調信号は、光導波路５４ａを通過するが、その際にＹＩ変調信号の位相は、光導波路５４ａ上に形成された電極７４ａに印加されたバイアス電圧により調整される。また、子変調器５２から出力されたＹＱ変調信号は、光導波路５４ｂを通過するが、その際にＹＱ変調信号の位相は、光導波路５４ｂ上に形成された電極７４ｂに印加されたバイアス電圧により調整される。これら２つの位相の調整は、ＹＩ変調信号の位相とＹＱ変調信号の位相とが互いに９０度ずれた状態になるように行われる。そして、光導波路５４ａを通過したＹＩ変調信号と、光導波路５４ｂを通過したＹＱ変調信号とが合波されてＹ側変調信号が生成され、光導波路ｗｇ５を介して光導波路ｗｇ６から出力される。
【００３３】
バイアス制御回路７ａは、第１光パワーモニタ１１及び電極６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６４ａ，６４ｂに電気的に接続され、第１光パワーモニタ１１でモニタされた光パワーを基に、第１ＱＰＳＫ変調部１４に印加する片側偏波用のバイアス電圧を調整する。駆動信号生成回路７ｂは、電極６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂに電気的に接続され、データ信号ＤＸＩ，ＤＸＱを基に、第１ＱＰＳＫ変調部１４に印加する片側偏波用の差動電圧信号を生成する。なお、変調器駆動部７には、第２光パワーモニタ１３でモニタされた光パワーを基に第２ＱＰＳＫ変調部１５に印加する片側偏波用のバイアス電圧を調整するバイアス制御回路と、データ信号ＤＹＩ，ＤＹＱを基に第２ＱＰＳＫ変調部１５に印加する片側偏波用の差動電圧信号を生成する駆動信号生成回路も含んでいる（図示せず）。
【００３４】
以下、送信光ＯＴの出力時（通常動作時）の変調器駆動部７の機能について説明する。なお、以下では、変調器駆動部７の第１ＱＰＳＫ変調部１４に関する機能構成のみを説明しているが、変調器駆動部７は第２ＱＰＳＫ変調部１５に関して第１ＱＰＳＫ変調部１４に関する機能と同様の機能も有している。
【００３５】
上述したように、第１ＱＰＳＫ変調部１４にはバイアス制御回路７ａによってバイアス電圧が印加されるが、光送受信器１を使用している間にそのバイアス電圧の最適な設定値がドリフトして変化する傾向にある。これに対応するために、バイアス制御回路７ａは、バイアス電圧を補正する自動バイアス制御（ＡＢＣ：  Auto  Bias  Control）の機能を有する。
【００３６】
すなわち、駆動信号生成回路７ｂの印加する差動電圧信号の振幅が２×Ｖπ（Ｖπ：半波長電圧）である場合、データ信号ＤＸＩの“０”，“１”に対して生成される子変調器４１の出力光の平均強度は、バイアス電圧が最適値であれば最大となる。
【００３７】
図３（ａ）は、子変調器４１の電極６１ａ，６１ｂ間の電位差と子変調器４１の出力強度Ｐｏｕｔとの関係を示すグラフ、図３（ｂ）は、バイアス電圧が最適値の場合の子変調器４１の出力光強度（２乗検波）の時間変化を示すグラフである。このように、子変調器４１の電極６１ａ，６１ｂに対して、それらの間の電位差がＶπとなるようなバイアス電圧が印加されれば、差動電圧信号の印加に応じて電極６１ａ，６１ｂ間の電位差が図３（ａ）に示す強度曲線上のピーク間を遷移することになる。よって、この場合のバイアス電圧の最適値は電極６１ａ，６１ｂ間の電位差がＶπとなる値ということになる。例えば、電極６１ａに対するバイアス電圧の最適値は＋Ｖπ／２であり、電極６１ｂに対するバイアス電圧の最適値は−Ｖπ／２である。データ信号ＤＸＩが“０”のときに、電極６１ａにはそのバイアス電圧＋Ｖπ／２（単位Ｖ）を基準にして駆動信号として−Ｖπ／２（Ｖ）が印加されて０（Ｖ）となり、一方、電極６１ｂにはそのバイアス電圧−Ｖπ／２（Ｖ）を基準にして駆動信号として＋Ｖπ／２（Ｖ）が印加されて０（Ｖ）となり、従って、電極６１ａと電極６１ｂとの電位差は０（Ｖ）となる。また、データ信号ＤＸＩが“１”のときに、電極６１ａにはそのバイアス電圧＋Ｖπ／２（Ｖ）を基準にして駆動信号として＋Ｖπ／２（Ｖ）が印加されて＋Ｖπ（Ｖ）となり、一方、電極６１ｂにはそのバイアス電圧−Ｖπ／２（Ｖ）を基準にして駆動信号として−Ｖπ／２（Ｖ）が印加されて−Ｖπ（Ｖ）となり、従って、電極６１ａと電極６１ｂとの電位差は２×Ｖπ（Ｖ）となる。一方、図４（ａ）は、子変調器４１の電極６１ａ，６１ｂ間の電位差と子変調器４１の出力強度Ｐｏｕｔとの関係を示すグラフ、図４（ｂ）は、バイアス電圧が最適値からドリフトしてずれた場合の子変調器４１の出力光強度（２乗検波）の時間変化を示すグラフである。このように、子変調器４１の電極６１ａ，６１ｂに対して、それら間の電位差がＶπ＋αとなって最適値ＶπからＶπの大きさに対して比較的大きさの小さい＋αの電圧だけずれたバイアス電圧が印加されれば、差動電圧信号の印加に応じて電極６１ａ，６１ｂ間の電位差が図４（ａ）に示す強度曲線上のピークからずれた点の間を遷移することになる。その結果、子変調器４１の出力光強度が低下してしまう（図４（ｂ））。図５は、子変調器４１の電極６１ａ，６１ｂに印加されるバイアス電圧によって生じる両電極間の電位差（電極間バイアス電位差）と子変調器４１の出力光の平均強度Ｐｏｕｔａとの関係を示すグラフである。この特性が示すように、子変調器４１に印加されるバイアス電圧が最適値となって電極間バイアス電位差がＶπとなる場合には子変調器４１の出力平均強度Ｐｏｕｔａが最大となることが分かる。
【００３８】
上記のような特性を利用して、バイアス制御回路７ａは、子変調器４１，４２に印加するバイアス電圧の制御（ＡＢＣ）を行う。子変調器４１，４２の２つの出力光は親変調器４４を経由してＸ側変調信号に合波され、このＸ側変調信号の反転光が第１光パワーモニタ１１によりモニタされる。バイアス制御回路７ａは、第１光パワーモニタ１１から出力されたモニタ信号の示す強度値が最大値となるように、子変調器４１，４２に印加するバイアス電圧を制御する。具体的には、バイアス制御回路７ａは、子変調器４１，４２に印加するバイアス電圧に低周波のディザ信号を重畳させ、モニタ信号に現れるディザ信号の周波数成分（以下、ディザ成分という。）とその周波数の２倍の成分（以下、２倍ディザ成分という）とを検出する。そして、バイアス制御回路７ａは、検出したディザ成分が最小になるか、又は、２倍ディザ成分が最大となるようにバイアス電圧を帰還制御する。このように制御する理由は次の通りである。図６は、子変調器４１の電極間バイアス電位差と子変調器４１の出力光の平均強度Ｐｏｕｔａとの関係と、ディザ信号による強度変動を示すグラフである。同図に示すように、バイアス電圧にディザ信号を重畳させると、電極間バイアス電位差が最適値Ｖπの状態に有る場合には、モニタ信号の強度曲線のピーク間を遷移するために、モニタ信号に現れるディザ成分は最小になり、モニタ信号にディザ周波数の２倍の成分が現れる。これに対して、電極間バイアス電位差が最適値＋Ｖπから＋αの電圧だけずれてＶπ＋αの状態に有る場合には、ディザ周波数に一致したモニタ信号の変動が現れ、α＝Ｖπ／２の付近でその変動振幅が最大となる。すなわち、ディザ成分は、電極間バイアス電位差が最適値Ｖπに等しい場合に最小になり、電極間バイアス電位差が最適値Ｖπから外れるほど大きくなる。また、２倍成分については。電極間バイアス電位差が最適値Ｖπに等しい場合に最大になり、電極間バイアス電位差が最適値Ｖπから外れるほど小さくなる。この特性を使用して、バイアス制御回路７ａは、子変調器４１，４２に印加するバイアス電圧の制御を上記のようにして行う。
【００３９】
さらに、バイアス制御回路７ａは、親変調器４４に対するバイアス電圧の制御（ＡＢＣ）を次のようにして行う。すなわち、親変調器４４では、２つの子変調器４１，４２が出力するデータシンボル“０”，“１”を持つ２つの変調信号（ＸＩ変調信号とＸＱ変調信号）が合成されることにより、４通りの位相状態（データシンボル）を持つＸ側変調信号が生成される。親変調器４４で与える２つの変調信号の位相差がπ／２となっている場合には、４つのデータシンボルのＸ側変調信号の強度は一致している（これは、例えば、ＸＩを横軸に取り、ＸＱを縦軸に取ったXI-XQ平面上に４通りの位相状態をプロットすると、各位相状態は原点を中心（重心）とした正方形を形成するようにその４角に位置する。すなわち、各位相状態の原点からの距離（強度に相当する）はいずれも互いに等しくなっているように表される）。一方で、親変調器４４で与える位相差がπ／２からずれると、子変調器４１，４２が出力する１組のデータシンボルの信号については光出力を弱めあい、子変調器４１，４２が出力する他の１組のデータシンボルの信号については光出力を強めあうこととなる（これは、例えば、上述したようにXI-XQ平面上に４つの位相状態をプロットした場合に、ある対角に位置する１組の位相状態は上述の正方形を形成していた時よりも原点からの距離が遠くなり、もう一つの別の１組の位相状態は正方形を形成していた時よりも原点からの距離が近くなり、４つの位相状態が平行四辺形を形成するようにその４角に位置する）。その結果、親変調器４４で与える位相差がずれると、親変調器４４の出力光は、その平均値は変化しないが、その波形にひずみが発生する。従って、モニタ信号の歪み成分を検出し、それが最小になるようにすればバイアス信号が最適値に設定されることが分かる（すなわち、上述の例では、XI-XQ平面上に４つの位相状態が形成する四角形が平行四辺形から正方形になるように調整される）。そこで、バイアス制御回路７ａは、子変調器４１，４２に対するバイアス制御と同様に、親変調器４４に印加するバイアス電圧にディザ信号を重畳させ、モニタ信号のディザ成分が最小になるか、又は、モニタ信号の２倍ディザ成分が最大となるようにバイアス電圧を帰還制御する。なお、上記では、例としてＸ側変調信号に関して説明したが、Ｙ側変調信号についても同様に、子変調器５１、５２および親変調器５４のそれぞれのバイアス電圧の制御を行う。
【００４０】
次に、送信光ＯＴを遮断するときの変調器駆動部７の機能（TX_Disable機能）について説明する。なお、以下では、変調器駆動部７の第１ＱＰＳＫ変調部１４に関する機能構成のみを説明しているが、変調器駆動部７は第２ＱＰＳＫ変調部１５に関する機能も有している。
【００４１】
TX_Disable機能が起動された状態では、駆動信号生成回路７ｂは、その生成する差動電圧信号の振幅をゼロに設定することにより、差動電圧信号を停止する。併せて、バイアス制御回路７ａは、２つの子変調器４１，４２のそれぞれが出力するＸＩ変調信号とＸＱ変調信号との位相差がゼロとなり、かつ、親変調器４４を通過するＸＩ変調信号とＸＱ変調信号との位相差が１８０度（π）となるように、子変調器４１，４２及び親変調器４４に印加するバイアス電圧を変更する。具体的には、バイアス制御回路７ａは、第１光パワーモニタ１１から出力されるモニタ信号の平均強度が最大となるように、子変調器４１，４２及び親変調器４４に印加するバイアス電圧を帰還制御する。この場合、子変調器４１，４２の制御時及び親変調器４４の制御時ともに、モニタ信号の平均強度が最大となるような制御を行う。
【００４２】
図７は、TX_Disable機能の起動時の子変調器４１の電極間バイアス電位差と子変調器４１の出力光の平均強度Ｐｏｕｔａとの関係を示すグラフであり、（ａ）は起動前の関係、（ｂ）は起動後の関係を示す。このように、差動電圧信号の振幅をゼロに設定することにより、図７（ａ）の関係から図７（ｂ）に関係に切り換わり、電極間バイアス電位差がＶπになった状態ではＰｏｕｔａは最小となり、子変調器４１の出力光が親変調器４４を経由して第１光パワーモニタ１１にはほとんど届かない状態となる。この状態で、図７（ｂ）の矢印に示すように、子変調器４１の電極間バイアス電位差をＶπからゼロに変更することにより、子変調器４１から出力光が最大値で出力されるようになる。一方、変調信号がオフの状態においては、親変調器４４は子変調器４１，４２のそれぞれから出力される一定の強度の出力光を合成するので、電極間バイアス電位差と出力光の平均強度との関係は子変調器４１，４２のそれ（図７（ｂ））と同じになる。そこで、バイアス制御回路７ａは、親変調器４４の電極間バイアス電位差をＶπに変更することにより、親変調器４４からの出力光が消光されるようにする（光パワーが最小レベルの状態になる）。このような状態では、親変調器４４の出力光の反転出力（反転光）の光パワーは最大値となるので、第１光パワーモニタ１１のモニタ信号の平均強度を最大にするように制御することによって、第１ＱＰＳＫ変調部１４の出力を最小レベルにまで減衰させて遮断することができる。
【００４３】
次に、上述した光送受信器１の光出力遮断時の制御動作の手順について説明するとともに、本実施形態の光送受信器の制御方法について述べる。図８〜図１０は、光送受信器１の光出力遮断前後の第１ＱＰＳＫ変調部１４の光出力状態を示す図である。
【００４４】
まず、光送受信器１の送信光ＯＴの出力時（通常動作時）においては、子変調器４１，４２からはそれぞれ最大の光強度で出力光が得られ、それらの出力光が親変調器４４において位相差π／２で合波される。このとき、第１光パワーモニタ１１では親変調器４４の出力光の反転出力（反転光）の強度がモニタされる（図８）。上述したように、出力光と反転光とは相補的な関係にあるので、反転光の平均強度をモニタすることによって出力光の平均強度を知ることができる。
【００４５】
その後、TX_Disable機能が起動されると、子変調器４１，４２に印加されていた差動電圧信号が停止され、その結果、子変調器４１，４２にて合波された光は全て反転光となり、従って親変調器４４の光出力もゼロとなり、第１光パワーモニタ１１でモニタされる出力光の反転出力（反転光）の強度もゼロとなる（図９）。すなわち、親変調器４４の一対の光導波路４４ａ，４４ｂのそれぞれに入力（入射）される子変調器４１，４２からの出力光がゼロになるので、親変調器４４の出力光の光パワーも反転光の光パワーもゼロとなる。なお、ここで光変調器の出力が「ゼロ」になるという表現を用いたが、これは本発明の動作原理あるいは作用を分かり易く説明するために便宜的に使用しており、厳密には消光状態であっても−３０〜−２０ｄＢｍの光パワーが出力されている。従って、出力光あるいは反転光などの光変調器から出力される光信号の強度について「ゼロになる」あるいは「出力光が消光される」という場合には、実際にはそのようなごく微弱な強度の光が光変調器から出力されている状態を意味する。なお、Tx_Disable機能は、そもそも光出力を完全にゼロにするというものではなく、光パワーをある所定の値以下までに減衰させるという機能である。
【００４６】
そして、変調器駆動部７により、子変調器４１，４２のそれぞれの２つの光導波路を通過する光の位相差がゼロになり、親変調器４４の２つの光導波路を通過する光の位相差がπとなるように、子変調器４１，４２及び親変調器４４のバイアス電圧が変更される。その結果、それぞれの子変調器４１，４２のそれぞれの出力光の光パワーが最大となる一方で、親変調器４４の出力光が消光される。さらに、第１光パワーモニタ１１では親変調器４４の出力の反転出力（反転光）がモニタされる（図１０）。このとき、第１ＱＰＳＫ変調部１４の出力光の強度が最小で、第１光パワーモニタ１１でのモニタ信号の強度が最大という関係になる。
【００４７】
さらにその後、TX_Disable機能が解除されると、まず、変調器駆動部７により、子変調器４１，４２及び親変調器４４のバイアス電圧が、それぞれ、位相差π及び位相差π／２を生じさせる値に戻される。つまり、子変調器４１，４２及び親変調器４４のそれぞれのバイアス電圧が、通常動作時の送信光ＯＴの出力時の制御状態に戻される。併せて、子変調器４１，４２に印加される差動電圧信号を再開するように駆動信号生成回路７ｂの動作が変更される。
【００４８】
このような光出力遮断時の制御動作の構成は、子変調器４１，４２のそれぞれの出力光の強度を最大にする点で通常動作時と同じである。その一方で、親変調器４４のバイアス制御に関しては、波形の歪みを最小にするという通常動作時の目標からモニタ強度を最大にするという目標へと変更される。そこで、変調器駆動部７においては、TX_Disable機能の起動時の親変調器４４の制御時には、歪検出用の制御内容を使用せずに、モニタ強度を最大に制御するような制御内容に変更する。そのように制御内容を変更する理由は、親変調器４４からの出力光を消光させている間にも上述したドリフトが起って、それによって出力光の強度が大きくなってしまうのを防ぐためで、親変調器４４の反転光の強度が最大となるように親変調器４４のバイアス電圧を常に帰還制御することによって出力光の強度を最小に維持するためである。
【００４９】
以上説明した光送受信器１によれば、光源３からのＣＷ光が２つの子変調器４１，４２及び親変調器４４を経由することにより多値位相変調された送信光ＯＴとして出力される。その際、子変調器４１，４２及び親変調器４４においては、それぞれに含まれる光導波路上の電極にバイアス電圧が印加されるとともに、子変調器４１，４２に含まれる光導波路上の電極に駆動信号が印加される。そして、光源３からのＣＷ光が入力され続けている状態で送信光ＯＴを遮断する際には、駆動信号が停止されると同時に、子変調器４１，４２の一対の光導波路から出力される光の位相差がゼロにされ、かつ、親変調器４４の一対の光導波路から出力される光の位相差がπとなるようにバイアス電圧が制御される。これにより、送信光ＯＴの遮断時には、子変調器４１，４２からの出力光のパワーが安定化され、この安定した子変調器４１，４２の出力を基にした親変調器４４からの送信光の反転出力をモニタすることにより、親変調器４４から出力される送信光ＯＴの光パワーを十分に低下させることができる。その結果、光受信部の機能を停止させること無く、光送信部の出力光を十分に低いレベルにまで減衰させることができる。
【００５０】
図１１には、比較例に係る光送受信器９０１Ａの構成が示されている。同図に示す光送受信器９０１Ａでは、光送信部用の光源３ａと、光受信部用の局部発振光源３ｂとが別々に設けられた構成が採用されている。このような光送受信器９０１Ａでは、TX_Disable機能起動時には、光源３ａの発光を停止することで光受信部の機能は停止しない。しかしながら、光源を別々に設ける構成は、装置の小型化および消費電力の点で、本実施形態に比べて著しく不利である。
【００５１】
また、図１２には別の比較例に係る光送受信器９０１Ｂの構成が示されている。同図に示す光送受信器９０１Ｂには、共通化された光源３と、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器５の光出力側に設けられた光シャッタ或いは可変光減衰器（ＶＯＡ：Variable  Optical  Attenuator）等の光遮断部９０９と、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器５を駆動する変調器駆動部９０７とが設けられている。このような光遮断部９０９を備えることにより、TX_Disable機能起動時に、光源３を停止することなく送信光ＯＴを遮断することはできる。しかしながら、光遮断部９０９では、光遮断部９０９の性能の限界から、送信光ＯＴを規格で要求される程度にまで十分に遮断することができない場合がある。
【００５２】
これに対して、光送受信器１では、バイアス制御回路７ａにより、送信光ＯＴを停止する際には、第１光パワーモニタ１１によってモニタされた反転出力の強度が最大となるようにバイアス電圧が変更されている。このような構成によれば、送信光ＯＴの強度を規格で要求される程度まで十分に低下させることができる。
【符号の説明】
【００５３】
１…光送受信器、３…光源、５…ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器、７…変調器駆動部、７ａ…バイアス制御回路（バイアス制御部）、７ｂ…駆動信号生成回路（変調器駆動部）、９…光受信部、１１，１３…光パワーモニタ（受光素子）、１４，１５…ＱＰＳＫ変調部、４１，４２，５１，５２…子変調器、４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂ，５１ａ，５１ｂ，５２ａ，５２ｂ…光導波路、４４，５４…親変調器、４４ａ，４４ｂ，５４ａ，５４ｂ…光導波路、６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂ，６４ａ，６４ｂ，７１ａ，７１ｂ，７２ａ，７２ｂ，７４ａ，７４ｂ…電極、ＯＲ…受信光、ＯＴ…送信光、ＳＲ…受信側電気信号、ＳＴ…送信側電気信号。
【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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