(57)【要約】【課題】  低分解能なＤＡ（ディジタルアナログ）変換器を用いた場合においても、高精度に光波の位相を制御する光変調器の制御方法を提供することを目的とする。【解決手段】  ＤＡ変換器のＬＳＢ(Least Significant Bit)の連続する２つの出力信号Ｖi、Ｖi+1を用い、ＤＡ変換器からの出力信号の単位時間における平均値が、光変調器に設定される減衰量（透過率）Ｐを制御するＤＡ変換器の仮定の出力信号Ｖpとなるように、光変調器の電気的応答時間より短い時間間隔で、２つの出力信号Ｖi、Ｖi+1を切り替えて出力する。【選択図】  図２
2005202220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディジタル信号をアナログ信号へ変換して、被制御機器へ出力するディジタルアナログ変換器の制御方法において、
前記被制御機器の応答時間より短い時間間隔で、前記ディジタルアナログ変換器からの出力信号を切り替えて出力することを特徴とするディジタルアナログ変換器の制御方法。
【請求項２】
請求項１記載のディジタルアナログ変換器の制御方法において、
前記ディジタルアナログ変換器のＬＳＢ(Least Significant Bit)の連続する２つの出力信号を用い、
前記２つの出力信号を切り替えて、
前記ディジタルアナログ変換器からの出力信号の単位時間における平均値が、前記２つの出力信号間の任意の出力信号となるようにすることを特徴とするディジタルアナログ変換器の制御方法。
【請求項３】
基板上に作製されたクラッドとコアからなる導波路と前記導波路を伝搬する光波の変調を行う変調手段とを有する光変調器を、前記変調手段を電気的に制御する駆動手段と前記駆動手段への出力信号を出力するディジタルアナログ変換器とを用いて制御する光変調器の制御方法において、
請求項１又は請求項２に記載のディジタルアナログ変換器の制御方法を用い、
前記変調手段又は前記駆動手段のうち応答時間の短い方の応答時間より短い時間間隔で、前記２つの出力信号を切り替えて出力することを特徴とする光変調器の制御方法。
【請求項４】
基板上に作製されたクラッドとコアからなる導波路を用いて構成され、
入力側に設けられた光合分波器と、出力側に設けられた光合分波器と、前記入力側の光合分波器及び前記出力側の光合分波器を接続する２本の導波路と、前記２本の導波路の一方又は両方に設けられ、伝搬する光波の変調を行う変調手段とを有するマッハツェンダ干渉計により構成された光変調器を、前記変調手段を電気的に制御する駆動手段と前記駆動手段への出力信号を出力するディジタルアナログ変換器とを用いて制御する光変調器の制御方法において、
請求項１又は請求項２に記載のディジタルアナログ変換器の制御方法を用い、
前記変調手段又は前記駆動手段のうち応答時間の短い方の応答時間より短い時間間隔で、前記２つの出力信号を切り替えて出力することを特徴とする光変調器の制御方法。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の光変調器の制御方法において、
前記変調手段は、熱光学効果を用いるものであることを特徴とする光変調器の制御方法。
【請求項６】
請求項５記載の光変調器の制御方法において、
前記ディジタルアナログ変換器のＬＳＢに対応する前記光変調器の減衰量であると共に、前記光変調器に要求される減衰量に最も近接する２つ減衰量である第１の減衰量、第２の減衰量を求め、
前記第１の減衰量を制御する前記ディジタルアナログ変換器の第１の出力信号と、前記第２の減衰量を制御する前記ディジタルアナログ変換器の第２の出力信号とを求め、
前記ディジタルアナログ変換器からの出力信号の単位時間での平均値が、前記光変調器に要求される減衰量を制御する前記ディジタルアナログ変換器の仮定の出力信号となるように、
前記第１の出力信号と前記第２の出力信号とを切り替えて出力することを特徴とする光変調器の制御方法。
【請求項７】
請求項６記載の光変調器の制御方法において、
前記光変調器に要求される減衰量をＰとし、
前記第１の減衰量をＬi、前記第２の減衰量をＬi+1＝Ｌi＋ΔＬとし、
前記ディジタルアナログ変換器からの第１の出力信号をＶi、第２の出力信号をＶi+1＝Ｖi＋ΔＶとし、
前記変調手段の熱光学定数をβとし、
前記減衰量Ｐが、前記第１の減衰量Ｌiと前記第２の減衰量Ｌi＋ΔＬを内分する比を、α：１−α（０＜α＜１）とすると、
前記ディジタルアナログ変換器からの出力信号の単位時間での平均値Ｖpが、
【数１】
2005202220.tif 000007
の関係を満たすように、前記第１の出力信号Ｖiと前記第２の出力信号Ｖi＋ΔＶとを切り替えて出力することを特徴とする光変調器の制御方法。
【請求項８】
伝搬する光波の変調を行う変調手段を制御する駆動手段と前記駆動手段への出力信号を出力するディジタルアナログ変換器とを用いる光変調器の制御方法において、
予め、前記ディジタルアナログ変換器のＬＳＢの各々に対応する前記光変調器の減衰量の対応表を作成しておき、
前記光変調器での減衰量Ｐが入力されると、
前記対応表から、前記減衰量Ｐに最も近接する２つの減衰量である第１の減衰量Ｌi、第２の減衰量Ｌi+1＝Ｌi＋ΔＬを求め、
前記第1の減衰量Ｌiを制御する前記ディジタルアナログ変換器の第１の出力信号Ｖiと、前記第２の減衰量Ｌi＋ΔＬを制御する前記ディジタルアナログ変換器の第２の出力信号Ｖi+1＝Ｖi＋ΔＶを求め、
前記変調手段の熱光学定数をβとし、
前記減衰量Ｐが、前記第１の減衰量Ｌiと前記第２の減衰量Ｌi＋ΔＬを内分する比を、α：１−α（０＜α＜１）として、
【数２】
2005202220.tif 000008
上記式より、前記減衰量Ｐを制御する前記ディジタルアナログ変換器の仮定の出力信号Ｖpを計算し、
乱数発生器により発生させた一様乱数値Ｒ（Ｖi≦Ｒ＜Ｖi+1）との比較を行い、
Ｒ≦Ｖpならば、第１の出力信号Ｖiに、Ｒ＜Ｖpならば、第２の出力信号Ｖi＋ΔＶに、前記ディジタルアナログ変換器からの出力信号を切り替えて出力することを特徴とする光変調器の制御方法。
【請求項９】
請求項３乃至請求項８のいずれかに記載の光変調器の制御方法において、
前記変調手段又は前記駆動手段の変調帯域のうち、変調帯域の狭い方の変調帯域をΔｆとすると、
前記ディジタルアナログ変換器からの出力信号を切り替える時間間隔Ｔを１／Δｆ以下とすることを特徴とする光変調器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディジタル信号をアナログ信号へ変換するディジタルアナログ変換器の制御方法に関し、又、光導波路を伝搬する光波を制御する光変調器を、そのディジタルアナログ変換器の制御方法を用いて制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信技術の急速な発達により、各種光部品が研究開発されているが、中でも平面基板上の光導波路を基本とした導波路型光部品が最も重要な位置を占めている。これは、導波路型光部品がフォトリソグラフィ技術及び微細加工技術により光波長以下の精度で再現性良く量産可能という特徴を有するからである。特に、石英系光導波路上に構成される熱光学効果(Thermooptic effect)を用いた光可変減衰器や利得等化器は、その経時変化に対する安定性や量産性の点において優れており、精力的に研究開発が進められている。
【０００３】
図５は、従来の可変光減衰器とその制御系を示す概略図である。
図５に示すように、可変光減衰器は、基板上に作製されたクラッドとコアからなる石英系光導波路１により構成されるものであり、制御される光波は入力導波路２を介して、５０％結合光方向性結合器３、４と、それらに挟まれ、等長の２本の導波路からなるアーム５とを有するマッハツェンダ干渉計６に入射され、出力導波路７から出射される。アーム５を構成する導波路の一方側には、光変調手段となる薄膜ヒータ８が配置されており、熱光学効果によりアーム５を伝搬する光波の位相差φを制御することができる。上記構成により光変調器を有する構成となる。ここで、可変光減衰器の減衰量Ａttは、以下の式で与えられる。
Ａtt＝１０Ｌｏｇ［ｃｏｓ（φ）］      （１）
【０００４】
上記可変光減衰器の制御系としては、薄膜ヒータ８には接地配線９、信号配線１０を介して光変調器ドライバ１１が接続されており、光変調器ドライバ１１の入力側には、接地配線１２、信号配線１３を介して、ＤＡ（ディジタルアナログ）変換器１７が接続されており、ＤＡ変換器１７により光変調器ドライバ１１からの薄膜ヒータ８への出力が設定される。このＤＡ変換器１７の制御は、バス１５を介してＤＡ変換器１７に接続されたコントローラ１６により行われる。
【０００５】
図６は、従来の制御方法による可変光減衰器の特性のグラフである。
図６では、グラフを見易くするため、減衰量に負符号を付けたものである透過率を図示した。以下、図２、図４でも同様である。
【０００６】
ここでは、可変光減衰器において、薄膜ヒータ８には抵抗値８００Ω、π電力０．５Ｗのものを使用し、ＤＡ変換器１７には８ビットの分解能を持つタイプを使用し、光変調器ドライバ１１のゲインを調整することにより、ＤＡ変換器１７のフルスケールが、薄膜ヒータ８のπ電力である０．５Ｗになるように設定した。
【０００７】
図６から明らかなように、減衰量が小さい（透過率が高い）設定の領域では、ＤＡ変換器１７の１ＬＳＢ(Least Significant Bit)あたりの光減衰量分解能、即ち、減衰差分量が小さく、所定の分解能が得られているが、減衰量が大きい（透過率が低い）設定の領域では、ＤＡ変換器１７の１ＬＳＢあたりの減衰差分量が大きくなり、減衰差分量の分解能の精度が悪くなることがわかる。例えば、図６において、２４７ＬＳＢ以上では減衰差分量が１ＬＳＢあたり１ｄＢ以上であり、２５３ＬＳＢでは最大２．５ｄＢとなっている。
【０００８】
つまり、従来の制御方法では、ＤＡ変換器の出力信号の最小分解能である１ＬＳＢより小さい出力信号を出力することができず、大きな減衰量を精密に設定する必要がある可変光減衰器においては、制御に用いるＤＡ変換器にも精細な分解能が必要であった。しかも、例え１２ビットのＤＡ変換器を用いた場合であっても、３０ｄＢ以上の減衰量を設定する場合には、１ＬＳＢあたり０．２ｄＢの分解能しか得られなかった。
【０００９】
これは、可変光減衰器における熱光学効果による光変調器が、具体的には薄膜ヒータが、その直接の制御を電流に基づいて行う必要があるのに対し、光波の位相変化量は、その電力に比例するためである。即ち、光波の位相変化量は薄膜ヒータの発生する熱量に比例し、薄膜ヒータの発生する熱量は薄膜ヒータに印加する電流値の２乗に比例するためである。従って、入力制御量となる電流の変化に対して、出力制御量となる位相の変化が線形関係にないため、位相が大きく変化する領域においては、精細な分解能を有するＤＡ変換器を用いても、従来の制御方法では、その制御精度に限界があった。
【００１０】
又、これは、可変光減衰器の制御が、出力制御側である光波の減衰量（透過率）の単位ｄＢで制御を要求される仕様であることにも起因する。
【００１１】
【非特許文献１】岡本勝就著、「光導波路の基礎」、コロナ社、１９９２年９月、ｐ．１５８−１５９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように、光可変減衰器等の光変調器を有する光部品の制御において、特に精密な制御を必要とする場合は、制御に用いるＤＡ変換器にも高分解能、即ち高価なものを用いる必要があり、光部品の低価格化の制限になっていた。
【００１３】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、低分解能なＤＡ変換器を用いた場合においても、高精度に制御を行うＤＡ変換器の制御方法を提供すると共に、このＤＡ変換器の制御方法を用いて、高精度に光波の位相を制御する光変調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】
【００１４】
上記課題を解決する本発明に係るＤＡ変換器の制御方法は、
ディジタル信号をアナログ信号へ変換して、被制御機器へ出力するＤＡ変換器の制御方法において、
前記被制御機器の応答時間より短い時間間隔で、前記ＤＡ変換器からの出力信号を切り替えて出力することを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する本発明に係るＤＡ変換器の制御方法は、
上記ＤＡ変換器の制御方法において、
前記ＤＡ変換器のＬＳＢ(Least Significant Bit)の連続する２つの出力信号を用い、
前記２つの出力信号を切り替えて、
前記ＤＡ変換器からの出力信号の単位時間における平均値が、前記２つの出力信号間の任意の出力信号となるようにすることを特徴とする。
なお、１ＬＳＢは、ＤＡ変換器の分解能の最小単位を示すものである。
【００１６】
上記課題を解決する本発明に係る光変調器の制御方法は、
基板上に作製されたクラッドとコアからなる導波路と前記導波路を伝搬する光波の変調を行う変調手段とを有する光変調器を、前記変調手段を電気的に制御する駆動手段と前記駆動手段への出力信号を出力するＤＡ変換器とを用いて制御する光変調器の制御方法において、
請求項１又は請求項２に記載のＤＡ変換器の制御方法を用い、
前記変調手段又は前記駆動手段のうち応答時間の短い方の応答時間より短い時間間隔で、前記２つの出力信号を切り替えて出力することを特徴とする。
【００１７】
上記課題を解決する本発明に係る光変調器の制御方法は、
基板上に作製されたクラッドとコアからなる導波路を用いて構成され、
入力側に設けられた光合分波器と、出力側に設けられた光合分波器と、前記入力側の光合分波器及び前記出力側の光合分波器を接続する２本の導波路と、前記２本の導波路の一方又は両方に設けられ、伝搬する光波の変調を行う変調手段とを有するマッハツェンダ干渉計により構成された光変調器を、前記変調手段を電気的に制御する駆動手段と前記駆動手段への出力信号を出力するＤＡ変換器とを用いて制御する光変調器の制御方法において、
請求項１又は請求項２に記載のＤＡ変換器の制御方法を用い、
前記変調手段又は前記駆動手段のうち応答時間の短い方の応答時間より短い時間間隔で、前記２つの出力信号を切り替えて出力することを特徴とする。
ここで、上述のマッハツェンダ干渉計により構成された光変調器は、所謂、可変光減衰器と呼ばれるものであり、伝搬する光波の減衰量（透過率）を制御するものである。
【００１８】
上記課題を解決する本発明に係る光変調器の制御方法は、
上記光変調器の制御方法において、
前記変調手段は、熱光学効果を用いるものであることを特徴とする。
例えば、熱光学効果を用いた変調手段として、光導波路近傍に薄膜ヒータを設け、薄膜ヒータへの電流を制御することで、光波の位相の変調を行う。
特に、熱光学効果を用いた場合、一般的にその帯域は、たかだか数ｋＨｚに制限されており、追加ローパスフィルタを与えることなく本発明を実施可能である。
【００１９】
上記課題を解決する本発明に係る光変調器の制御方法は、
上記光変調器の制御方法において、
前記ＤＡ変換器のＬＳＢに対応する前記光変調器の減衰量であると共に、前記光変調器に要求される減衰量に最も近接する２つ減衰量である第１の減衰量、第２の減衰量を求め、
前記第１の減衰量を制御する前記ＤＡ変換器の第１の出力信号と、前記第２の減衰量を制御する前記ＤＡ変換器の第２の出力信号とを求め、
前記ＤＡ変換器からの出力信号の単位時間での平均値が、前記光変調器に要求される減衰量を制御する前記ＤＡ変換器の仮定の出力信号となるように、
前記第１の出力信号と前記第２の出力信号とを切り替えて出力することを特徴とする。
【００２０】
上記課題を解決する本発明に係る光変調器の制御方法は、
上記光変調器の制御方法において、
前記光変調器に要求される減衰量をＰとし、
前記第１の減衰量をＬi、前記第２の減衰量をＬi+1＝Ｌi＋ΔＬとし、
前記ＤＡ変換器からの第１の出力信号をＶi、第２の出力信号をＶi+1＝Ｖi＋ΔＶとし、
前記変調手段の熱光学定数をβとし、
前記減衰量Ｐが、前記第１の減衰量Ｌiと前記第２の減衰量Ｌi＋ΔＬを内分する比を、α：１−α（０＜α＜１）とすると、
前記ＤＡ変換器からの出力信号の単位時間での平均値Ｖpが、
【数１】
2005202220.tif 000003
の関係を満たすように、前記第１の出力信号Ｖiと前記第２の出力信号Ｖi＋ΔＶとを切り替えて出力することを特徴とする。
【００２１】
上記課題を解決する本発明に係る光変調器の制御方法は、
伝搬する光波の変調を行う変調手段を制御する駆動手段と前記駆動手段への出力信号を出力するＤＡ変換器とを用いる光変調器の制御方法において、
予め、前記ＤＡ変換器のＬＳＢの各々に対応する前記光変調器の減衰量の対応表を作成しておき、
前記光変調器での減衰量Ｐが入力されると、
前記対応表から、前記減衰量Ｐに最も近接する２つの減衰量である第１の減衰量Ｌi、第２の減衰量Ｌi+1＝Ｌi＋ΔＬを求め、
前記第１の減衰量Ｌiを制御する前記ＤＡ変換器の第１の出力信号Ｖiと、前記第２の減衰量Ｌi+1を制御する前記ＤＡ変換器の第２の出力信号Ｖi+1＝Ｖi＋ΔＶとを求め、
前記変調手段の熱光学定数をβとし、
前記減衰量Ｐが、前記第１の減衰量Ｌiと前記第２の減衰量Ｌi＋ΔＬを内分する比を、α：１−α（０＜α＜１）として、
【数２】
2005202220.tif 000004
上記式より、前記減衰量Ｐを制御する前記ＤＡ変換器の仮定の出力信号Ｖpを計算し、
乱数発生器により発生させた一様乱数値Ｒ（Ｖi≦Ｒ＜Ｖi+1）との比較を行い、
Ｒ≦Ｖpならば、第１の出力信号Ｖiに、Ｒ＜Ｖpならば、第２の出力信号Ｖi＋ΔＶに、前記ＤＡ変換器からの出力信号を切り替えて出力することを特徴とする。
【００２２】
上記課題を解決する本発明に係る光変調器の制御方法は、
上記光変調器の制御方法において、
前記変調手段又は前記駆動手段の変調帯域のうち、変調帯域の狭い方の変調帯域をΔｆとすると、
前記ＤＡ変換器からの出力信号を切り替える時間間隔Ｔを１／Δｆ以下とすることを特徴とする。
例えば、可変減衰器においては、変調手段として薄膜ヒータが、又、駆動手段として電流ドライバが用いられており、これらの応答時間に相関する特性として変調帯域が示されている。これらの変調帯域の狭い方の変調帯域をΔｆとする場合、ＤＡ変換器からの出力信号を切り替える時間間隔Ｔを１／Δｆ以下で行うことで、単位時間での出力信号の平均値を任意の出力信号に制御する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、２つの異なる出力信号を、下位に制御される被制御機器より高速で切り替えるので、ＤＡ変換器をより高分解能に制御して、下位に制御される被制御機器も高分解能に制御することができる。
【００２４】
本発明によれば、ＤＡ変換器をより高分解能に制御するので、高分解能を要求される可変光減衰器等の光変調器の制御において、低分解能なＤＡ変換器を用いた場合においても、高精度に、効率的に目標変調値を設定することが可能となる。
【００２５】
又、高分解能のＤＡ変換器は高価なものであるが、ＤＡ変換器をより高分解能に制御するので、高分解能のＤＡ変換器以上の制御精度で低分解能のＤＡ変換器を用いることができ、光変調器を有する可変光減衰器等のコストを低減することができる。特に、多チャネルの可変光減衰器アレイ等では、多チャネルの高分解能の制御が可能であると共に、大きなコストダウンを行うことができ、本発明の効果が顕著に表れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明は、ＤＡ変換器において、２つの異なる出力信号を高速で切り替えることで、ＤＡ変換器の出力信号の単位時間での平均値が、そのＬＳＢより高分解能になるように制御する方法である。
【００２７】
又、本発明は、可変光減衰器のように高分解能が要求される光変調器の制御方法において、上記ＤＡ変換器の制御方法を用いたものである。具体的には、ＤＡ変換器の１ＬＳＢをΔＶとし、２つの異なる出力信号をＶi、Ｖi＋ΔＶとし、設定減衰量をＰとした場合におけるＤＡ変換器の仮定の出力信号をＶp（ＶiとＶi＋ΔＶ間の出力信号）とするとき、ＤＡ変換器の出力信号の単位時間での平均値がＶpとなるように、ＶiとＶi＋ΔＶを高速で切り替えて出力するように制御する方法である。
【００２８】
以下の実施例では、本発明に係るＤＡ変換器の制御方法の一例として、光変調器の制御方法について、図面を用いて詳細に説明する。なお、発明の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付す。
【００２９】
又、以下の実施例では、光変調器として可変光減衰器を例に取り、本発明の詳細を説明するが、光変調器を有する部品であれば、可変光減衰器以外の部品、例えば、利得等化器の減衰特性に寄与する位相変調器に対しても適用可能である。
【実施例１】
【００３０】
図１は、本発明に係る光変調器の制御方法に用いる可変光減衰器及びその制御系の構成の一例を示す概略図である。
図１に示すように、可変光減衰器は、基板上に作製されたクラッドとコアからなる石英系光導波路１により構成されるものであり、制御される光波は入力導波路２を介して、光合分波器である５０％結合光方向性結合器３、４と、それらに挟まれ、等長の２本の導波路からなるアーム５とを有するマッハツェンダ干渉計６に入射され、出力導波路７から出射される。アーム５を構成する導波路の一方側には、変調手段となる薄膜ヒータ８が配置されており、熱光学効果によりアーム５を伝搬する光波の位相差φを制御することができる。上記構成により、光変調器を有する構成となる。ここで、可変光減衰器の減衰率Ｌは、以下の式で与えられる。
Ｌ＝１０Ｌｏｇ[ｃｏｓ（φ）]      （２）
なお、薄膜ヒータ８は、アーム５を構成する導波路の両側に配置する構成としてもよい。
【００３１】
上記可変光減衰器の制御系としては、薄膜ヒータ８には接地配線９、信号配線１０を介して光変調器ドライバ１１（駆動手段）が接続されており、光変調器ドライバ１１の入力側には、接地配線１２、信号配線１３を介して、ＤＡ変換器１４が接続されており、ＤＡ変換器１４からの出力信号に応じて光変調器ドライバ１１が薄膜ヒータ８への出力を制御する。このＤＡ変換器１４の制御は、バス１５を介してＤＡ変換器１４に接続されたコントローラ１６により行われ、ＤＡ変換器１４では、コントローラ１６からのディジタル信号をアナログ信号へ変換して、光変調器ドライバ１１へ出力する。なお、ここでは、薄膜ヒータ８、光変調器ドライバ１１がＤＡ変換器１４の被制御機器に該当する。
【００３２】
図２は、本発明に係る光変調器の制御方法を説明する図である。
ここでは、可変光減衰器の設定減衰量をＰとしたときの光位相変調器の制御方法を具体的に説明する。
【００３３】
設定減衰量Ｐは、可変光減衰器が接続された光通信システムから要求されるものであり、必ずしもＤＡ変換器１４の所定のＬＳＢに対応する可変光減衰器の減衰量とは限らない。例えば、図２に示すように、ｉを整数とし、連続する２つのＬＳＢ、換言すれば、ｉ番目のＬＳＢと（ｉ＋１）番目のＬＳＢに対応する減衰量Ｌi［第１の減衰量］と減衰量Ｌi+1（＝Ｌi＋ΔＬ）［第２の減衰量］とに、設定減衰量Ｐが挟まれるものなる。ここで、設定減衰量Ｐが、減衰量Ｌiと減衰量Ｌi＋ΔＬを内分する比を、α：１−α（０＜α＜１）とすると、以下の関係が成り立つ。
Ｐ−Ｌi：Ｌi＋ΔＬ−Ｐ＝α：１−α
従って、設定減衰量Ｐは、減衰量Ｌiと減衰量Ｌi＋ΔＬから、以下の式で表せる。
Ｐ＝（１−α）Ｌi＋α（Ｌi＋ΔＬ）      （３）
【００３４】
又、薄膜ヒータ８の直下を伝搬する光波の位相変化量φは、薄膜ヒータ８に印加される電力に比例するので、薄膜ヒータ８に印加される電圧をＶとすると、以下の式で表される。
φ＝βＶ2      （４）
ここで、βは熱光学定数である。
【００３５】
１ＬＳＢに対するＤＡ変換器１４の出力電圧値をΔＶとし、減衰量Ｌiを制御するＤＡ変換器１４の出力電圧をＶi［第１の出力信号］すると、減衰量Ｌi+1＝Ｌi＋ΔＬを制御するＤＡ変換器の出力電圧はＶi＋ΔＶ［第２の出力信号］となる。従って、設定減衰量Ｐに相当するＤＡ変換器１４の仮定の出力電圧をＶpとすると、式（２）〜式（４）から、以下の式が成り立つ。
【数３】
2005202220.tif 000005
更に、式（５）を変形すると、以下の式となる。
【数４】
2005202220.tif 000006
【００３６】
本発明に係る光変調器の制御方法では、任意の設定減衰量Ｐを設定するため、その単位時間での出力の平均値が上記Ｖpとなるように、ＤＡ変換器１４を、所定の時間間隔でＶiとＶi＋ΔＶを切り替えて出力する。このとき、ＶiとＶi＋ΔＶの切り替えの時間間隔Ｔとしては、例えば、薄膜ヒータ８からその直下の光導波路までの応答で決まる熱光学位相シフタの熱光学定数の応答速度よりも十分速い速度で行う。更に具体的な設定例としては、薄膜ヒータ８又は光変調器ドライバ１１の変調帯域（応答速度に相関する特性）のうち、変調帯域の狭い方の変調帯域をΔｆとする場合、時間間隔Ｔ≦１／Δｆとすることが望ましい。
【００３７】
上記制御を行うことで、ＤＡ変換器１４の当初の分解能よりも小さい分解能で可変光減衰器の減衰量が設定可能となる。又、ＶiとＶi＋ΔＶの切り替えは、後述の図３で説明するように、ＶiからＶi＋ΔＶまでの一様乱数Ｒを発生し、Ｒ≦Ｖpの場合はＶiを、Ｖp＜Ｒの場合はＶi＋ΔＶを出力すれば、単位時間での出力の平均値がＶpとなる。
【００３８】
図３は、本発明に係る光変調器の制御方法の一例を示すフローチャートである。
ここでは、一例として、図１に示した可変光減衰器での光変調器の制御方法を説明する。
【００３９】
本発明に係る光変調器の制御方法では、予め、ＤＡ変換器１４のＬＳＢの各々に対応する可変光減衰器の減衰量が求められており、これに基づいて、各ＬＳＢとそのＬＳＢが制御可能な減衰量の対応表が作成されて、コントローラ１６に記録されている。具体的には、１ＬＳＢ＝ΔＶ：Ｌ1、２ＬＳＢ＝２ΔＶ：Ｌ2、３ＬＳＢ＝３ΔＶ：Ｌ3、・・・のような対応表が作成され、記録されている。
【００４０】
可変光減衰器（ＶＯＡ）が使用される光通信システムから要求により、設定減衰量Ｐが決定され、入力される（ステップＳ１）。
【００４１】
設定減衰量Ｐに最も近接する減衰量であり、Ｌi＜Ｐ＜Ｌi+1となる２つの減衰量Ｌi、Ｌi+1を、予め求められた各ＬＳＢと減衰量との対応表から求め、これらの減衰量Ｌi、Ｌi+1から、減衰量Ｌi、Ｌi+1を制御するＤＡ変換器の出力電圧Ｖi及びＶi+1＝Ｖi＋ΔＶを求めて、記録する（ステップＳ２、Ｓ３）。
【００４２】
次に、前述の式（６）を用いて、設定減衰量Ｐを制御するＤＡ変換器の仮定の出力電圧Ｖpを計算する（ステップＳ４）。そして、乱数発生器により発生させた一様乱数値Ｒ（Ｖi≦Ｒ＜Ｖi＋ΔＶ）との比較を行う（ステップＳ５、Ｓ６）。
【００４３】
Ｒ≦Ｖpならば、ＤＡ変換器１４からＶiを、Ｖp＜ＲならばＶi＋ΔＶを出力する（ステップＳ７、Ｓ８）。
【００４４】
出力後、ステップＳ５からステップＳ８のループを、時間間隔Ｔ（≦１／Δｆ）で繰り返すことで、単位時間当たりの平均出力を仮想的にＶpに制御する。この時間間隔Ｔは、つまり、Ｖi、Ｖi＋ΔＶの切り替え時間間隔Ｔは、薄膜ヒータ８等の応答速度よりも十分高速に行うことで、ＤＡ変換器１４単体では実現できない分解能を仮想的に出力することができ、可変光減衰器の高分解能化を図ることが可能となる。
【００４５】
入力される設定減衰量Ｐが変化した場合（光通信システムからの要求が変化した場合）は、再度ステップＳ１からの手順を繰り返すことで、柔軟な減衰量の制御が可能となる（ステップＳ９）。
【００４６】
図４は、本発明に係る光変調器の制御方法を用いた場合の可変光減衰器の特性を示すグラフである。
【００４７】
ここでも、光可変減衰器において、薄膜ヒータ８には抵抗値８００Ω、π電力０．５Ｗの熱光学効果のものを使用し、ＤＡ変換器１４には８ビットの分解能のものを使用し、光変調器ドライバ１１のゲインを調節することにより、ＤＡ変換器１４のフルスケールがπ電力である０．５Ｗになるように設定した。ここで、薄膜ヒータ８の応答速度はおよそ２ｍｓであり、ＤＡ変換器の変換速度は１μｓである。つまり、本発明に係る光変調器の制御方法によれば、通常の８ビットの分解能をもつＤＡ変換器に比べて、およそ１／（２ｍｓ／１μｓ）1/2＝１／４４ＬＳＢの分解能のＤＡ変換器を有する可変光減衰器として動作させることができる。
【００４８】
従って、図４では、本発明に係る光変調器の制御方法による仮想的な出力電圧Ｖpの分解能も考慮して、ＤＡ変換器の出力電圧に対する可変光減衰器の減衰量（透過率）及びＬＳＢあたりの減衰量分解能（減衰差分量）をグラフ化した。図４から明らかなように、本発明に係る光変調器の制御方法では、３０ｄＢ減衰時においても、減衰量分解能（減衰差分量）は０．１ｄＢ以下と高分解能であり、高精度な減衰量（透過率）の設定が可能であることがわかる。
【００４９】
従来の制御方法では、減衰量分解能が悪いＬＳＢの領域においては、離散的にしか減衰量を設定できなかったが、本発明に係る制御方法では、ＤＡ変換器により制御されるドライバやヒータ等の応答速度より早い速度で、隣り合う２つのＬＳＢの出力電圧Ｖi、Ｖi+1を切り替えることで、単位時間当たりの平均の出力電圧として、出力電圧Ｖi、Ｖi+1間の出力電圧を仮想的に出力できるようにした。これにより、ＤＡ変換器に略連続的な出力電圧を設定することが可能となり、これに対応して、光変調器に略連続的な減衰量を設定することが可能となり、高精度の減衰量の設定を行うことが可能となった。
【００５０】
上述したように、被制御機器の電気的応答時間より短い時間間隔で、ＤＡ変換器からの出力信号を切り替えて出力することで、ＤＡ変換器のＬＳＢより高分解能の出力を仮想的に制御することが可能となる。これは、可変光減衰器等の光変調器だけに限らず、他の被制御機器、特に、入力値に対して、その出力値が線形関係に無い被制御機器に有効なものである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る光変調器の制御方法に用いる可変光減衰器及びその制御系の構成の一例を示す概略図である。
【図２】本発明に係る光変調器の制御方法を説明する図である。
【図３】本発明に係る光変調器の制御方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明に係る光変調器の制御方法を用いた場合の可変光減衰器の特性である。
【図５】従来の可変光減衰器とその制御系の概略である。
【図６】従来の制御方法による可変光減衰器の特性である。
【符号の説明】
【００５２】
１    石英系光導波路
２    入力導波路
３、４  ５０％結合方向性結合器
５    アーム
６    マッハツェンダ干渉計
７    出力導波路
８    薄膜ヒータ
９    接地配線
１０  信号配線
１１  光変調器ドライバ
１２  接地配線
１３  信号配線
１４  ＤＡ変換器
１５  バス
１６  コントローラ
【図１】
2005202220.tif 000009
【図２】
2005202220.tif 000010
【図３】
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【図４】
2005202220.tif 000012
【図５】
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【図６】
2005202220.tif 000014