(57)【要約】【課題】制御を開始したときに、初めに設定したバイアス点が最適なバイアス点から１８０°位相がずれていても、速やかにバイアス点を最適なバイアス点となるように制御することができる光変調器を提供する。【解決手段】光送信機１０のマッハツェンダ型光変調器１２は、低周波信号Ｐｓが重畳された入力信号Ｍｓと印加されたバイアス電圧Ｖｂｓに応じて光ＣＷを変調し、光信号Ｏｓとして出力する。ＭＣＵ４０は、光信号Ｏｓの低周波成分と低周波信号Ｐｓの位相差に基づき、バイアス電圧Ｖｂｔを設定する。ＭＣＵ４０は、制御を開始したときに、光信号Ｏｓの低周波成分と低周波信号Ｐｓの位相差がゼロであった場合、バイアス電圧Ｖｂｔにオフセット電圧Ｖｔを重畳して、バイアス電圧をオフセットする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電圧に対する出力光電力の関係である入出力特性が周期的に変化する特性を有し、印加された入力信号とバイアス電圧に応じて光を変調し、光信号として出力する光変調器と、
前記入力信号に低周波信号を重畳し、前記光信号の低周波成分と前記低周波信号との位相差に基づいて、前記バイアス電圧を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、制御を開始したときに前記位相差がゼロであった場合、前記バイアス電圧を所定の電圧分オフセットする
光送信機。
【請求項２】
前記制御手段は、前記所定の電圧として前記光変調器の前記入出力特性の半周期の駆動電圧幅よりも小さい値の電圧を用いてオフセットする
請求項１に記載の光送信機。
【請求項３】
前記光変調器は、マッハツェンダ型光変調器である
請求項１又は２に記載の光送信機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
光トランシーバ等の光送信機において用いられる光変調方式として、光源からの光を光変調器によって変調する外部変調方式がある。外部変調方式に用いられる光変調器としては、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３：ニオブ酸リチウム）等の強誘電体を用いたマッハツェンダ型光変調器が知られている。
【０００３】
マッハツェンダ型光変調器は、駆動電圧に対する出力光電力の関係である入出力特性が周期的に変化する特性を有する。そして、マッハツェンダ型光変調器では、印加される直流電圧、温度変化、経時変化等によって、入出力特性がドリフトすることが知られている。
【０００４】
従来、マッハツェンダ型光変調器のドリフトを補償する先行技術として、位相差フィードバックによるバイアス制御方式がある（例えば、特許文献１参照。）。この先行技術では、低周波信号が重畳された入力信号を光変調器に入力し、出力された光信号をモニタし、モニタした光信号の低周波成分（重畳した低周波信号と同じ周波数成分）と低周波信号の位相差を検出する。そして、検出した位相差に基づいて、位相差がゼロとなるように、マッハツェンダ型光変調器に印加するバイアス電圧を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−２５１８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、先行技術が用いる制御方式には、以下のような問題がある。
例えば、光送信機の電源を投入してバイアス制御を開始したときに、初めに設定したバイアス点（バイアス電圧）が、マッハツェンダ型光変調器の周期的な入出力特性において、最適なバイアス点から１８０°位相がずれている場合が想定される。この場合、上記の制御方式では、位相差はゼロとして検出されてしまうため、バイアス点が最適なバイアス点から１８０°位相がずれている状態に維持される。
【０００７】
この後、時間の経過に伴ってドリフトが発生して位相差が生じると、位相差に基づいてバイアス制御が行われ、バイアス点は最適なバイアス点に設定される。しかし、このドリフトが発生するまでの間は、バイアス点が最適なバイアス点から１８０°位相がずれた状態が続くことになる。
【０００８】
そこで本発明は、制御を開始したときに、初めに設定したバイアス点が最適なバイアス点から１８０°位相がずれていても、速やかにバイアス点を最適なバイアス点となるように制御することができる光送信機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】
上記の課題を解決するため、本発明は以下の解決手段を採用する。
すなわち本発明は、駆動電圧に対する出力光電力の関係である入出力特性が周期的に変化する特性を有し、印加された入力信号とバイアス電圧に応じて光を変調し、光信号として出力する光変調器と、前記入力信号に低周波信号を重畳し、前記光信号の低周波成分と前記低周波信号との位相差に基づいて、前記バイアス電圧を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、制御を開始したときに前記位相差がゼロであった場合、前記バイアス電圧を所定の電圧分オフセットする光送信機を一態様とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光送信機によれば、制御を開始したときに、初めに設定したバイアス点が最適なバイアス点から１８０°位相がずれていても、速やかにバイアス点を最適なバイアス点となるように制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】光送信機の構成を概略的に示したブロック図である。
【図２】マッハツェンダ型光変調器の入出力特性とバイアス点を示す図であり、（Ａ）はＭＣＵが制御を開始したとき、（Ｂ）はＭＣＵがバイアス電圧をオフセットしたときの図である。
【図３】ＭＣＵによるソフトウェア制御の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１３】
〔光送信機の構成〕
図１は、光送信機１０の構成を概略的に示したブロック図である。
光送信機１０は、光源となるレーザダイオード１４と、変調器ドライバ１６と、マッハツェンダ型光変調器（光変調器）１２と、光分岐回路２２とを備えている。また、光送信機１０は、マッハツェンダ型光変調器１２に印加するバイアス電圧Ｖｂｓを制御する制御手段として、フォトダイオード２４及びＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）４０を備えている。
【００１４】
レーザダイオード１４は、強度が一定の光ＣＷを発し、マッハツェンダ型光変調器１２に入力する。
変調器ドライバ１６は、送信するデータを担う入力信号ＩｓにＭＣＵ４０が出力した低周波信号Ｐｓを重畳し、低周波信号Ｐｓが重畳された入力信号Ｍｓをマッハツェンダ型光変調器１２に印加する。なお変調器ドライバ１６では、図示しないコンデンサにより入力信号Ｍｓのバイアス成分が除去されている。
【００１５】
マッハツェンダ型光変調器１２は、例えばＬＮ（ＬｉＮｂＯ３：ニオブ酸リチウム）の結晶を用いたＬＮ変調器である。マッハツェンダ型光変調器１２は、後述する図２に示すように、駆動電圧に対する出力光電力の関係である入出力特性が周期的に変化する特性を有する。
【００１６】
マッハツェンダ型光変調器１２には、レーザダイオード１４から光ＣＷが入力される。マッハツェンダ型光変調器１２には、ＭＣＵ４０からバイアス電圧Ｖｂｓが印加され、また、変調器ドライバ１６から入力信号Ｍｓが印加される。マッハツェンダ型光変調器１２は、印加された入力信号Ｍｓ及びバイアス電圧Ｖｂｓに応じて光ＣＷを変調（振幅変調）し、光信号Ｏｓを出力する。
【００１７】
マッハツェンダ型光変調器１２から出力された光信号Ｏｓは、光分岐回路２２により２系統に分岐される。このうち一方の光信号Ｏｓは、光送信機１０から出力される。他方の光信号Ｏｓは、フォトダイオード２４でモニタされる。
フォトダイオード２４は、モニタした光信号Ｏｓをモニタ信号Ｍｏｓに変換する。モニタ信号Ｍｏｓは、増幅器２６で増幅されてＭＣＵ４０に入力される。
【００１８】
ＭＣＵ４０は、入力信号Ｉｓに低周波信号Ｐｓを重畳し、光信号Ｏｓの低周波成分（低周波信号Ｐｓと同じ周波数成分）と低周波信号Ｐｓとの位相差に基づいて、位相差がなくなるように、バイアス電圧Ｖｂｓを制御するという動作を行う。
【００１９】
ＭＣＵ４０は、図示しないプロセッサコアやメモリを有する他、ＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）４２、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ  ｔｏ  Ａｎａｌｏｇ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）４４，４５等を集積したチップである。また、ＭＣＵ４０は、低周波発振器２０、乗算器２８、ＬＰＦ（Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）３０、オフセット電圧発生器３２、加算器３４、比較器４６、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）４８としての機能を備える。ＭＣＵ４０は、これらの機能をソフトウェア制御により実行する。
【００２０】
ＭＣＵ４０の低周波発振器２０は、入力信号Ｉｓよりも低周波（例えば、１ｋＨｚ程度）の低周波信号Ｐｓを生成する。生成された低周波信号Ｐｓは、ＤＡＣ４５でアナログ変換されて変調器ドライバ１６へ出力される。
【００２１】
ＭＣＵ４０のＡＤＣ４２は、入力されたモニタ信号Ｍｏｓをデジタルデータ化する。ＭＣＵ４０は、低周波発振器２０で生成した低周波信号ＰｓとＡＤＣ４２からのモニタ信号Ｍｏｓを、乗算器２８で乗算処理し、光信号Ｏｓの低周波成分と低周波信号Ｐｓの位相差を示す位相差信号Ｆｄを生成する。
次に、ＭＣＵ４０は、位相差信号ＦｄをＬＰＦ３０で積分処理した後、比較器４６にて目標値Ｖ０（０とする）と比較し、誤差ｅを演算する。
【００２２】
ＭＣＵ４０のＰＩＤ４８は、誤差ｅから演算処理（ＰＩＤ制御）を行い、誤差ｅをゼロとするようにバイアス電圧Ｖｂｔの値を算出し、バイアス電圧ＶｂｔをＤＡＣ４４へ出力する。ＤＡＣ４４は、バイアス電圧Ｖｂｔをアナログ変換してバイアス電圧Ｖｂｓとし、バイアス電圧Ｖｂｓをマッハツェンダ型光変調器１２に印加する。
【００２３】
また、ＭＣＵ４０は、図示しないメモリにバイアス電圧Ｖｂｔの初期値を保存している。ＭＣＵ４０は、光送信機の電源が投入されて制御を開始するとき、メモリに保存されている初期値をバイアス電圧Ｖｂｔの値として設定する。
【００２４】
ここで、先行技術の問題点として挙げたように、ＭＣＵ４０が制御を開始したときに、初めに設定したバイアス電圧Ｖｂｔによるバイアス点が、最適なバイアス点から１８０°位相がずれていた場合、位相差がゼロとなり、バイアス点が最適なバイアス点から１８０°位相がずれている状態に維持される。
【００２５】
そこで、本実施形態では、ＭＣＵ４０は、制御を開始したときに位相差がゼロであった場合、前記バイアス電圧を所定の電圧分オフセットするという動作を行う。このような動作を実現するために、ＭＣＵ４０は、オフセット電圧発生器３２及び加算器３４の機能を備える。ＭＣＵ４０は、オフセット電圧発生器３２及び加算器３４の機能をソフトウェア制御により実行する。
【００２６】
ＭＣＵ４０のオフセット電圧発生器３２は、所定の値のオフセット電圧Ｖｔを発生する。加算器３４は、バイアス電圧Ｖｂｔにオフセット電圧Ｖｔを重畳する。オフセット電圧Ｖｔが重畳されたバイアス電圧ＶｂｔはＤＡＣ４４でアナログ変換され、バイアス電圧Ｖｂｓとしてマッハツェンダ型光変調器１２に印加される。
【００２７】
ＭＣＵ４０は、制御を開始したときに、初めに設定したバイアス電圧Ｖｂｔによる位相差がゼロであった場合、すなわち誤差ｅがゼロであった場合、オフセット電圧発生器３２によりオフセット電圧Ｖｔを発生させる。一方、ＭＣＵ４０は、位相差がゼロでない場合、オフセット電圧Ｖｔを発生させない。
【００２８】
〔動作例〕
図２は、マッハツェンダ型光変調器の入出力特性とバイアス点を示す図であり、（Ａ）はＭＣＵが制御を開始したとき、（Ｂ）はＭＣＵがバイアス電圧をオフセットしたときの図である。マッハツェンダ型光変調器１２は、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、駆動電圧に対する出力光電力の関係である入出力特性が周期的に変化する特性を有する。
【００２９】
なお、図２（Ａ），（Ｂ）中、実線で示される曲線は制御を開始したときの入出力特性であり、二点鎖線で示される入出力特性は、ドリフトして実線で示される入出力特性になる前の入出力特性である。すなわち、図２は、マッハツェンダ型光変調器は初め二点鎖線で示される入出力特性を有しており、この二点鎖線で示される入出力特性に対してバイアス点ＰＢを最適なバイアス点として設定していたが、ドリフトが発生し、制御を開始したときには実線で示される入出力特性になっていたという例を図２は、示すものである。
【００３０】
図２中（Ａ）：光送信機１０の電源を投入したとき、ＭＣＵ４０は、バイアス電圧を初期値Ｖｂｔ０に設定し、マッハツェンダ型光変調器１２に印加する。なお、バイアス電圧の初期値Ｖｂｔ０は、二点鎖線で示されるドリフト前の入出力特性において最適なバイアス点であるバイアス点ＰＢを基準として設定されている。
【００３１】
図２の例において、電源を投入したときは、マッハツェンダ型光変調器１２の入出力特性は、ドリフト（例えば、正方向１８０°）が発生して、実線で示される入出力特性となっている。実線で示される入出力特性において、最適なバイアス点はバイアス点ＰＧであり、これはドリフト前の最適なバイアス点ＰＢから１８０°位相がずれてしまっている。この場合、初期値Ｖｂｔ０でバイアス電圧を印加すると、光信号の低周波成分と低周波信号の位相差が検出されないため、そのままでは初期値Ｖｂｔ０からバイアス電圧が動かない。
【００３２】
図２中（Ｂ）：本実施形態では、初期値Ｖｂｔ０でバイアス電圧を印加した結果、位相差がゼロであった場合、初期値Ｖｂｔ０にオフセット電圧Ｖｔを重畳してバイアス電圧をオフセットする。
【００３３】
オフセット後のバイアス電圧Ｖｂｔ＿ｏｆｆがマッハツェンダ型光変調器１２に印加されると、バイアス点が点ＰＢから点ＰＶに移動するので、位相差が生じる。この後、ＭＣＵ４０は、位相差に基づいて、バイアス電圧の制御を行い、図中に曲線状の矢印で示されているようにバイアス点を移動させ、最適なバイアス点ＰＧとなるバイアス電圧を設定する。
【００３４】
〔制御フロー〕
図３は、ＭＣＵ４０によるソフトウェア制御の流れを示すフローチャートである。
例えば光送信機１０に電源が投入されることにより、ＭＣＵ４０は、制御を開始し、マッハツェンダ型光変調器１２のバイアス電圧の制御を行う（ステップＳ１０）。ＭＣＵ４０は、初期値を設定したバイアス電圧Ｖｂｓをマッハツェンダ型光変調器１２に印加する。また、ＭＣＵ４０は、低周波発振器２０で低周波信号Ｐｓを生成し、入力信号Ｉｓに重畳する。
【００３５】
次に、ＭＣＵ４０は、光信号Ｏｓの低周波成分と低周波信号Ｐｓの位相差から誤差ｅの値を演算し、誤差ｅがゼロ（「０」）であるかを判定する。
誤差ｅがゼロでない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、ＭＣＵ４０は、そのまま、位相差に基づいてバイアス電圧の制御を実行する（ステップＳ１６）。これにより、バイアス電圧Ｖｂｓがドリフト後の最適なバイアス点に収束する。
【００３６】
一方、誤差ｅがゼロであった場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、ＭＣＵ４０は、バイアス電圧Ｖｂｔにオフセット電圧Ｖｔを重畳する（ステップＳ１４）。これにより、位相差が発生し、誤差ｅはゼロでなくなる。次に、ＭＣＵ４０は、位相差に基づいてバイアス電圧の制御を行い（ステップＳ１６）、バイアス電圧Ｖｂｓはドリフト後の最適なバイアス点に収束する。
【００３７】
なお、この後、バイアス制御を実行するループ（ステップＳ１６）を継続する。ドリフト後の最適なバイアス点でバイアス電圧が印加される状態に移行して、再度、誤差ｅがゼロとなっても、オフセットは行わない。
【００３８】
本実施形態において、オフセットに用いるオフセット電圧Ｖｔは、入出力特性の半周期の駆動電圧幅（Ｖπ）より小さい値（例えばＶπ／１０以下）の電圧とする。これにより、初期値Ｖｂｔ０がドリフト後の最適なバイアス点ＰＧに一致していた場合の制御が不安定化するのを防止することができる。すなわち、初期値Ｖｂｔ０がドリフト後の最適なバイアス点ＰＧに一致していた場合もオフセットが行われるが、オフセット電圧Ｖｔが入出力特性の１周期の駆動電圧幅に対して小さいため、オフセット後のバイアス点から速やかに最適なバイアス点ＰＧに復帰することができる。
【００３９】
以上のように、本実施形態の光送信機１０によれば、初めに設定したバイアス電圧（バイアス点）が最適なバイアス点から１８０°位相がずれていても、速やかにバイアス点を最適なバイアス点となるように制御することができる。制御を開始したときに、バイアス電圧が最適なバイアス点に設定されない不安定な状態が続くことを防止し、光送信機１０の信頼性を向上することができる。
【００４０】
上述した一実施形態では、初期のバイアス電圧が、最適なバイアス点から１８０°位相がずれたバイアス点ＰＢに一致する例として、正方向１８０°のドリフトを挙げているが、負方向のドリフトが発生した場合についても一実施形態の制御手法は有効である。
【００４１】
また一実施形態で挙げた光送信機１０の構成（図１）は好ましい形態であり、個々の要素を適宜に変形や置換しても、本発明の光送信機を構成することができる。例えば、ＭＣＵ４０の構成（低周波発振器２０、乗算器２８、ＬＰＦ３０、オフセット電圧発生器３２、加算機３４、比較器４６及びＰＩＤ４８）をアナログ回路で実現してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１０    光送信機
１２    マッハツェンダ型光変調器
１４    レーザダイオード
１６    変調器ドライバ
２０    低周波発振器
２２    光分岐回路
２４    フォトダイオード
２６    増幅器
２８    乗算器
３２    オフセット電圧発生器
３４    加算器
４０    ＭＣＵ
４６    比較器
【図１】
2013054212.tif 000003
【図２】
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【図３】
2013054212.tif 000005