(57)【要約】【課題】分散ペナルティを小さく抑えること。【解決手段】本発明は、２つの出力光導波路３８ａ、３８ｂに第２ＭＭＩ３４を介して接続する２つの光導波路３２ａ、３２ｂを有するマッハツェンダ型光変調器１０と、２つの光導波路を伝搬する光を変調させる変調信号を２つの光導波路夫々に設けられた変調用電極４２に差動信号として出力する駆動回路１４と、２つの光導波路夫々に設けられた位相調整用電極４０に出力する第１の位相制御信号を制御して、２つの光導波路を伝搬する光の位相を調整する位相調整回路１２と、２つの光導波路夫々に設けられた位相シフト用電極５４に出力する第２の位相制御信号を切替えて、２つの光導波路を伝搬する光の位相を変化させる位相シフト制御回路５０と、差動信号の極性を反転させる信号極性反転回路５２と、を備える光変調装置である。【選択図】図７
2013113917.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの出力光導波路に合分波部を介して接続する２つの光導波路を有するマッハツェンダ型光変調器と、
前記２つの光導波路を伝搬する光を変調させる変調信号を、前記２つの光導波路夫々に設けられた変調用電極に差動信号として出力する駆動回路と、
前記２つの光導波路夫々に設けられた位相調整用電極に出力する第１の位相制御信号を制御して、前記２つの光導波路を伝搬する光の位相を調整する位相調整回路と、
前記２つの光導波路夫々に設けられた位相シフト用電極に出力する第２の位相制御信号を切替えて、前記２つの光導波路を伝搬する光の位相を変化させる位相シフト制御回路と、
前記差動信号の極性を反転させる信号極性反転回路と、を備えることを特徴とする光変調装置。
【請求項２】
前記位相シフト制御回路による前記第２の位相制御信号の切替えと、前記信号極性反転回路による前記差動信号の極性の反転と、は連動してなされることを特徴とする請求項１記載の光変調装置。
【請求項３】
前記２つの出力光導波路の一方から出力された変調光信号として利用する出力光信号の光ファイバ伝送後のエラーレートに基づいて、前記位相シフト制御回路は前記第２の位相制御信号を切替え、前記信号極性反転回路は前記差動信号の極性を反転させることを特徴とする請求項２記載の光変調装置。
【請求項４】
前記エラーレートが小さくなるように、前記位相シフト制御回路は前記第２の位相制御信号を切替え、前記信号極性反転回路は前記差動信号の極性を反転させることを特徴とする請求項３記載の光変調装置。
【請求項５】
前記位相シフト制御回路は、前記２つの光導波路を伝搬する光に−π／２又は＋π／２の位相差を付加させるように、前記２つの光導波路を伝搬する光の位相を変化させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の光変調装置。
【請求項６】
前記位相シフト制御回路は、一方の前記位相シフト用電極に前記第２の位相制御信号を出力する場合には、他方の前記位相シフト用電極には前記第２の位相制御信号を出力しないことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の光変調装置。
【請求項７】
マッハツェンダ型光変調器の２つの出力光導波路の一方から出力された変調光信号として利用する出力光信号の光ファイバ伝送後のエラーレートに基づいて、前記２つの出力光導波路に合分波部を介して接続する２つの光導波路夫々に設けられた位相シフト用電極に出力する位相制御信号を切替えて、前記２つの光導波路を伝搬する光の位相を変化させ、
前記２つの光導波路を伝搬する光を変調させる変調信号を、前記２つの光導波路夫々に設けられた変調用電極に差動信号として出力する際に、前記位相シフト制御回路による前記位相制御信号の切替えと連動して、前記変調用電極に出力する前記差動信号の極性を反転させる、ことを特徴とする光変調装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調装置及びその制御方法に関し、特に、マッハツェンダ型光変調器を有する光変調装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光に信号を乗せて光ファイバで伝送する光通信システムにおいて、光源から出射されたレーザ光を強度変調して光信号を生成する光変調器が利用されている。光変調器として例えばマッハツェンダ型光変調器が広く用いられている。
【０００３】
マッハツェンダ型光変調器は、入力された光を分岐する分岐部と、分岐された光を伝搬させる２つの光導波路と、光導波路を伝搬した光を再び合波させる合波部と、の導波路構成を有し、光を合波させる時の干渉条件によって光のオン・オフを行う光変調器である。
【０００４】
また、マッハツェンダ型光変調器において、ゼロチャープ動作をさせるために、２つの光導波路に変調信号として差動信号を出力する技術が知られている（例えば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】G.L.Li and P.K.L.Yu, “Optical Intensity Modulators for Digital and Analog Applications” J. of Lightwave Technology, Vol.21, pp 2010-2030, 2003
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１のように、２つの光導波路に変調信号として差動信号を出力する場合であっても、変調器の材料として半導体を用いると、２つの光導波路に印加する変調用の電圧に対して位相変化が線形とならない。この非線形性によりファイバ分散による波形歪が正分散側と負分散側とで非対称となる場合がある。この場合、正分散側と負分散側とで分散ペナルティの大きさが異なり、いずれかの分散ペナルティが大きくなる場合がある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、分散ペナルティを小さく抑えることが可能な光変調装置及びそ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】
【０００８】
本発明は、２つの出力光導波路に合分波部を介して接続する２つの光導波路を有するマッハツェンダ型光変調器と、前記２つの光導波路を伝搬する光を変調させる変調信号を、前記２つの光導波路夫々に設けられた変調用電極に差動信号として出力する駆動回路と、前記２つの光導波路夫々に設けられた位相調整用電極に出力する第１の位相制御信号を制御して、前記２つの光導波路を伝搬する光の位相を調整する位相調整回路と、前記２つの光導波路夫々に設けられた位相シフト用電極に出力する第２の位相制御信号を切替えて、前記２つの光導波路を伝搬する光の位相を変化させる位相シフト制御回路と、前記差動信号の極性を反転させる信号極性反転回路と、を備えることを特徴とする光変調装置である。本発明によれば、接続される光ファイバの分散が正分散、負分散であるに関らず、変調光信号として利用する出力光信号の論理と変調信号の論理との不一致を招くことなく、分散ペナルティを小さく抑えることが可能となる。
【０００９】
上記構成において、前記位相シフト制御回路による前記第２の位相制御信号の切替えと、前記信号極性反転回路による前記差動信号の極性の反転と、は連動してなされる構成とすることができる。この構成によれば、変調光信号として利用する出力光信号の論理と変調信号の論理とを一致させることができる。
【００１０】
上記構成において、前記２つの出力光導波路の一方から出力された変調光信号として利用する出力光信号の光ファイバ伝送後のエラーレートに基づいて、前記位相シフト制御回路は前記第２の位相制御信号を切替え、前記信号極性反転回路は前記差動信号の極性を反転させる構成とすることができる。この構成によれば、変調光信号として利用する出力光信号の論理が変調信号の論理に対して反転状態となることが抑制できる。
【００１１】
上記構成において、前記エラーレートが小さくなるように、前記位相シフト制御回路は前記第２の位相制御信号を切替え、前記信号極性反転回路は前記差動信号の極性を反転させる構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記位相シフト制御回路は、前記２つの光導波路を伝搬する光に−π／２又は＋π／２の位相差を付加させるように、前記２つの光導波路を伝搬する光の位相を変化させる構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記位相シフト制御回路は、一方の前記位相シフト用電極に前記第２の位相制御信号を出力する場合には、他方の前記位相シフト用電極には前記第２の位相制御信号を出力しない構成とすることができる。
【００１４】
本発明は、マッハツェンダ型光変調器の２つの出力光導波路の一方から出力された変調光信号として利用する出力光信号の光ファイバ伝送後のエラーレートに基づいて、前記２つの出力光導波路に合分波部を介して接続する２つの光導波路夫々に設けられた位相シフト用電極に出力する位相制御信号を切替えて、前記２つの光導波路を伝搬する光の位相を変化させ、前記２つの光導波路を伝搬する光を変調させる変調信号を、前記２つの光導波路夫々に設けられた変調用電極に差動信号として出力する際に、前記位相シフト制御回路による前記位相制御信号の切替えと連動して、前記変調用電極に出力する前記差動信号の極性を反転させる、ことを特徴とする光変調装置の制御方法である。本発明によれば、接続される光ファイバの分散が正分散、負分散であるに関らず、変調光信号として利用する出力光信号の論理と変調信号の論理との不一致を招くことなく、分散ペナルティを小さく抑えることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、接続される光ファイバの分散が正分散、負分散であるに関らず、変調光信号として利用する出力光信号の論理と変調信号の論理との不一致を招くことなく、分散ペナルティを小さく抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、比較例１に係る光変調装置の上面模式図の例である。
【図２】図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ間の断面模式図の例であり、図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ間の断面模式図の例である。
【図３】図３は、比較例１に係る光変調装置のチャープ波形の測定結果である。
【図４】図４（ａ）は、比較例１に係る光変調装置に正分散の光ファイバを接続させた場合のファイバ伝送波形の測定結果であり、図４（ｂ）は、負分散の光ファイバを接続させた場合のファイバ伝送波形の測定結果である。
【図５】図５は、比較例１に係る光変調装置のチャープ波形のシミュレーション結果である。
【図６】図６（ａ）は、比較例１に係る光変調装置に正分散の光ファイバを接続させた場合のファイバ伝送波形のシミュレーション結果であり、図６（ｂ）は、負分散の光ファイバを接続させた場合のファイバ伝送波形のシミュレーション結果である。
【図７】図７は、実施例１に係る光変調装置の上面模式図の例である。
【図８】図８は、実施例１に係る光変調装置の制御を説明するフローチャートである。
【図９】図９は、第１光導波路に−π／２の位相シフタが現れた場合の、出力光信号の論理と変調信号の論理との関係について説明する模式図である。
【図１０】図１０は、第２光導波路に−π／２の位相シフタが現れ、且つ差動信号の極性が反転された場合の、出力光信号の論理と変調信号の論理との関係について説明する模式図である。
【図１１】図１１（ａ）は、第１光導波路に位相シフタが現れ且つ差動信号の極性が反転されていない場合のチャープ波形のシミュレーション結果であり、図１１（ｂ）は、第２光導波路に位相シフタが現れ且つ差動信号の極性が反転されている場合のチャープ波形のシミュレーション結果である。
【図１２】図１２（ａ）は、差動信号の極性を反転させない場合において、光ファイバが正分散を有する場合のファイバ伝送波形のシミュレーション結果であり、図１２（ｂ）は、光ファイバが負分散を有する場合のファイバ伝送波形のシミュレーション結果である。
【図１３】図１３（ａ）は、差動信号の極性を反転させた場合において、光ファイバが正分散を有する場合のファイバ伝送波形のシミュレーション結果であり、図１３（ｂ）は、光ファイバが負分散を有する場合のファイバ伝送波形のシミュレーション結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、比較例１に係る光変調装置について説明する。図１は、比較例１に係る光変調装置の上面模式図の例である。図１のように、比較例１に係る光変調装置は、マッハツェンダ型光変調器１０と、位相調整回路１２と、駆動回路１４と、を主として備える。
【００１８】
マッハツェンダ型光変調器１０は、半導体基板上のメサ状の光導波路の経路を組み合わせて構成される光変調器である。図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ間の断面模式図の例であり、図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ間の断面模式図の例である。
【００１９】
図２（ａ）のように、光導波路は、半導体基板１６上に形成されている。光導波路は、半導体基板１６上において、下クラッド層１８ａ、コア２０、上クラッド層１８ｂがこの順にメサ状に積層された構造を有している。半導体基板１６の上面、光導波路の上面及び側面には、パッシベーション膜２２及び絶縁膜２４が順に積層されている。
【００２０】
半導体基板１６は、例えばＩｎＰ等の半導体からなる。下クラッド層１８ａ及び上クラッド層１８ｂは、例えばＩｎＰ等の半導体からなる。コア２０は、下クラッド層１８ａ及び上クラッド層１８ｂよりもバンドギャップエネルギが小さい半導体からなり、例えばＩｎＧａＡｓＰ等からなる。これにより、コア２０を通過する光が下クラッド層１８ａ及び上クラッド層１８ｂによって閉じ込められる。パッシベーション膜２２は、例えばＩｎＰ等の半導体からなる。絶縁膜２４は、例えばＳｉＮ等の絶縁体からなる。
【００２１】
図１のように、マッハツェンダ型光変調器１０には、第１入力端２６ａに接続された第１入力光導波路２８ａが設けられ、第２入力端２６ｂに接続された第２入力光導波路２８ｂが設けられている。第１入力光導波路２８ａ及び第２入力光導波路２８ｂは、第１ＭＭＩ（Multi Mode Interference）３０で合流し、第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂに分岐する。マッハツェンダ型光変調器１０の長手方向を対称軸とした場合に、第１光導波路３２ａは第１入力端２６ａと同じ側に配置され、第２光導波路３２ｂは第２入力端２６ｂと同じ側に配置されている。
【００２２】
第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂは第２ＭＭＩ３４で合流し、第１出力端３６ａに接続された第１出力光導波路３８ａと、第２出力端３６ｂに接続された第２出力光導波路３８ｂと、に分岐する。２×２型ＭＭＩでは、バー側（まっすぐ進む側）とクロス側（斜めに進む側）とでπ／２の位相差が発生する。例えば、第１ＭＭＩ３０では、第１入力端２６ａから入力された光が第１光導波路３２ａ、第２光導波路３２ｂに分岐されるとき、第１光導波路３２ａに分岐された光は第２光導波路３２ｂに分岐された光に対して＋π／２の位相差が付加される。マッハツェンダ型光変調器１０の長手方向を対称軸とした場合に、第１出力端３６ａは第２光導波路３２ｂと同じ側に配置され、第２出力端３６ｂは第１光導波路３２ａと同じ側に配置されている。第１光導波路３２ａの光路長と第２光導波路３２ｂの光路長との間には、あらかじめ差が設けられている。例えば第１光導波路３２ａを伝搬する光と第２光導波路３２ｂを伝搬する光とに−π／２の位相差を付加させる光路長差が設けられている。つまり、例えば第１光導波路３２ａに、第１光導波路３２ａを伝搬する光が第２光導波路３２ｂを伝搬する光に対して−π／２の位相差を付加させる位相シフタが設けられている。
【００２３】
第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂの夫々には、位相調整用電極４０及び変調用電極４２が設けられている。位相調整用電極４０及び変調用電極４２は、互いに離間している。位相調整用電極４０及び変調用電極４２の位置関係は特に限定されるものではないが、本実施例においては、位相調整用電極４０は変調用電極４２よりも光入力端側に配置されている。第１出力光導波路３８ａ及び第２出力光導波路３８ｂの夫々には、第１出力光導波路３８ａを伝搬する光及び第２出力光導波路３８ｂを伝搬する光の光強度を検出する光強度検出電極４４が設けられている。
【００２４】
図２（ｂ）のように、変調用電極４２は、上クラッド層１８ｂ上において、コンタクト層４６を介して配置されている。コンタクト層４６は、例えばＩｎＧａＡｓ等の半導体からなる。なお、上クラッド層１８ｂとコンタクト層４６との間には、パッシベーション膜２２及び絶縁膜２４は設けられていない。また、位相調整用電極４０及び光強度検出電極４４も同様に上クラッド層１８ｂ上にコンタクト層４６を介して配置されている。位相調整用電極４０、変調用電極４２、及び光強度検出電極４４は、例えばＡｕ等の金属からなる。
【００２５】
図１に戻り、各変調用電極４２の一端には、第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂ夫々を伝搬する光を変調させる変調用の電圧が駆動回路１４により印加される。変調用の電圧にはＤＣ（直流）バイアス電圧がかけられている。各変調用電極４２の他端には、終端抵抗４８が接続されている。各変調用電極４２に変調用の電圧が印加されると、第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂにおいてコア２０の屈折率が変化し、第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂを通過する光の位相が変化する。
【００２６】
駆動回路１４は、第１光導波路３２ａに設けられた変調用電極４２と、第２光導波路３２ｂに設けられた変調用電極４２と、に変調信号として差動信号を出力する。つまり、第１光導波路３２ａの変調用電極４２にＨ（ハイ）にドライブさせる電圧を印加すると、第２光導波路３２ｂの変調用電極４２にはＬ（ロー）にドライブさせる電圧を印加する。反対に、第１光導波路３２ａの変調用電極４２にＬ（ロー）にドライブさせる電圧を印加すると、第２光導波路３２ｂの変調用電極４２にはＨ（ハイ）にドライブさせる電圧を印加する。このように、第１光導波路３２ａの変調用電極４２に印加する電圧と第２光導波路３２ｂの変調用電極４２に印加する電圧とに電位差があることで、第１光導波路３２ａを伝搬する光と第２光導波路３２ｂを伝搬する光とにその電位差に応じた位相差が付加される。
【００２７】
例えば、第１光導波路３２ａの変調用電極４２にＨ（ハイ）にドライブさせる電圧を印加し、第２光導波路３２ｂの変調用電極４２にＬ（ロー）にドライブさせる電圧を印加した場合に、第１光導波路３２ａを伝搬する光と第２光導波路３２ｂを伝搬する光とに＋π／２の位相差が付加される。また、例えば、第１光導波路３２ａの変調用電極４２にＬ（ロー）にドライブさせる電圧を印加し、第２光導波路３２ｂの変調用電極４２にＨ（ハイ）にドライブさせる電圧を印加した場合に、第１光導波路３２ａを伝搬する光と第２光導波路３２ｂを伝搬する光とに−π／２の位相差が付加される。
【００２８】
上述したように、第１光導波路３２ａには、第１光導波路３２ａを伝搬する光が第２光導波路３２ｂを伝搬する光に対して−π／２の位相差を付加させる位相シフタがあらかじめ設けられている。したがって、第１光導波路３２ａの変調用電極４２にＨ（ハイ）にドライブされる電圧が印加され、第２光導波路３２ｂの変調用電極４２にＬ（ロー）にドライブさせる電圧が印加されると、第１光導波路３２ａを通過した光と第２光導波路３２ｂを通過した光との位相差は＋π／２になる。反対に、第１光導波路３２ａの変調用電極４２にＬ（ロー）にドライブさせる電圧が印加され、第２光導波路３２ｂの変調用電極４２にＨ（ハイ）にドライブさせる電圧が印加されると、第１光導波路３２ａを通過した光と第２光導波路３２ｂを通過した光との位相差は−π／２になる。このように、各変調用電極４２に差動信号として変調用の電圧が印加されると、第１光導波路３２ａを通過した光と第２光導波路３２ｂを通過した光との位相差は、＋π／２と−π／２とを交互に繰り返すことになる。
【００２９】
第１光導波路３２ａを通過した光と第２光導波路３２ｂを通過した光との位相差が＋π／２である場合は、第２ＭＭＩ３４の出力で位相が同相となり、第１入力端２６ａから入力された光は第１出力端３６ａから出力され、第２出力端３６ｂからは出力されない。反対に、第１光導波路３２ａを通過した光と第２光導波路３２ｂを通過した光との位相差が−π／２である場合は、第２ＭＭＩ３４の出力で位相が逆相となり、第１入力端２６ａから入力された光は第２出力端３６ｂから出力され、第１出力端３６ａからは出力されない。このように、第１光導波路３２ａを通過した光と第２光導波路３２ｂを通過した光との位相差に応じて、第１入力端２６ａから入力された光が出力される出力端が第１出力端３６ａと第２出力端３６ｂとの間で切り替る。これにより、第１出力端３６ａ又は第２出力端３６ｂからの出力光信号を変調光信号として利用することができる。以下の説明においては、第１出力端３６ａの出力光信号を変調光信号として利用することとする。
【００３０】
マッハツェンダ型光変調器１０の光導波路を製造する際には、導波路の幅や長さ等に製造ばらつきが少なからず発生し、第１光導波路３２ａの光路長と第２光導波路３２ｂの光路長とが設定値から外れてしまうことがある。これにより、第１光導波路３２ａを通過した光と第２光導波路３２ｂを通過した光との位相差が設定値から外れてしまうことがある。このような位相差のずれを補正するための位相調整を行う回路が位相調整回路１２である。
【００３１】
位相調整回路１２は、各位相調整用電極４０に位相制御信号となるＤＣ電圧を印加して、第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂにおいてコア２０の屈折率を変化させ、第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂを伝搬する光の位相を変化させることで位相調整を行う。具体的には、位相調整回路１２は、各光強度検出電極４４で検出される光強度に基づいて、各位相調整用電極４０に印加するＤＣ電圧をフィードバック制御する。第１光導波路３２ａを通過した光と第２光導波路３２ｂを通過した光との位相差が＋π／２と−π／２とを交互に繰り返す場合には、第１出力端３６ａから出力される光の強度と第２出力端３６ｂから出力される光の強度とは、一定の時間幅で同じ大きさとなる。そこで、位相調整回路１２は、第１出力光導波路３８ａの光強度検出電極４４で検出された光強度と、第２出力光導波路３８ｂの光強度検出電極４４で検出された光強度と、が同じ大きさとなるように、各位相調整用電極４０に印加するＤＣ電圧を制御する。これにより、第１光導波路３２ａを通過した光と第２光導波路３２ｂを通過した光との位相差が＋π／２と−π／２とを交互に繰り返すようにでき、製造ばらつきによる位相差のずれを補正することができる。なお、このような位相制御は、ＤＣ電圧によるほか、電流注入による制御、あるいは、第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂにヒータを設けて、ヒータの温度を制御することで行うことができる。
【００３２】
ここで、比較例１に係る光変調装置のチャープ特性を説明する。図３は、比較例１に係る光変調装置のチャープ波形の測定結果である。図３のように、αパラメータが０であるゼロチャープ特性（図３中の実線）を示すことが理想的であるが、比較例１に係る光変調装置では、αパラメータが負側にシフトした負チャープ特性を示している。
【００３３】
図４（ａ）は、比較例１に係る光変調装置に正分散（＋８００ｐｓ／ｎｍ）のファイバ分散を有する光ファイバを接続させた場合のファイバ伝送波形の測定結果であり、図４（ｂ）は、負分散（−８５０ｐｓ／ｎｍ）のファイバ分散を有する光ファイバを接続させた場合のファイバ伝送波形の測定結果である。なお、測定は、１５６０ｎｍの波長の光を導入し、各変調用電極４２に−５．６ＶのＤＣバイアス電圧を印加し、第２光導波路３２ｂの位相調整用電極４０に−５．７ＶのＤＣ電圧を印加して、第１光導波路３２ａの位相調整用電極４０にはＤＣ電圧を印加していない条件で行った。
【００３４】
図４（ａ）及び図４（ｂ）のように、ファイバ分散による波形歪みは、ファイバ分散が正分散である場合と負分散である場合とで非対称であることがわかる。これは、各変調用電極４２に印加する変調用の電圧に対して位相変化が線形とはならないことが一因と考えられる。負分散の場合の波形ではゼロレベルが上がっているため、負分散の場合は、正分散の場合に比べて、分散ペナルティが大きくなり易い。例えば、正分散での分散ペナルティが〜０ｄＢであるのに対して、負分散での分散ペナルティが〜１．３５ｄＢとなることがある。
【００３５】
また、上述したように、マッハツェンダ型光変調器１０の光導波路を製造する際に、光導波路の幅や長さ、ＭＭＩの分岐比に製造ばらつきが少なからず発生する。光導波路の幅や長さに製造ばらつきが生じると、第１光導波路３２ａを伝搬する光と第２光導波路３２ｂを伝搬する光との位相差が設定値から外れてしまう。製造ばらつきによる位相差のずれを初期位相差ΔΦＯＳとする。このような、製造ばらつきによるＭＭＩの分岐比及び初期位相差ΔΦＯＳのばらつきも、図３で示したような負チャープ特性、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示したような正分散と負分散とでの伝送波形の非対称性に影響を及ぼしていると考えられる。
【００３６】
そこで、ＭＭＩの分岐比及び初期位相差ΔΦＯＳのばらつきが、チャープ波長特性及び伝送波形に影響を及ぼすことを調べるために、比較例１に係る光変調装置についてシミュレーションを行った。シミュレーションは、初期位相差ΦＯＳが０．８５πであるとし、第１ＭＭＩ３０による第１光導波路３２ａ側への光の分岐比γが０．４５であるとし、各変調用電極４２に与える差動信号の位相差Δτが５ｐｓｅｃであるとして行った。また、１５６５ｎｍの波長の光を導入し、各変調用電極４２に−５．６ＶのＤＣバイアス電圧を印加し、第２光導波路３２ｂの位相調整用電極４０に−５．７ＶのＤＣ電圧を印加する条件で行った。
【００３７】
図５は、チャープ波形のシミュレーション結果である。図６（ａ）は、正分散（＋８００ｐｓ／ｎｍ）のファイバ分散を有する光ファイバを接続させた場合のファイバ伝送波形のシミュレーション結果であり、図６（ｂ）は、負分散（−８００ｐｓ／ｎｍ）ファイバ分散を有する光ファイバを接続させた場合のファイバ伝送波形のシミュレーション結果である。図５から図６（ｂ）のように、チャープ波形及びファイバ伝送波形ともに、図３から図４（ｂ）に示した測定結果と同様の結果を示していることがわかる。このことから、ＭＭＩの分岐比及び初期位相差ΔΦＯＳのばらつきが、チャープ波形及びファイバ伝送波形に影響を及ぼしていることがわかる。
【００３８】
このように、光導波路の製造ばらつきによるＭＭＩの分岐比及び初期位相差ΔΦＯＳのばらつきは、チャープ波形及びファイバ伝送波形に影響を及ぼす。製造ばらつきは少なからず生じてしまうことから、接続される光ファイバが正分散であるか負分散であるかによって、分散ペナルティに差が生じてしまうことになる。例えば、負分散の光ファイバが接続された場合には、分散ペナルティが大きくなってしまう場合がある。そこで、このような課題を解決すべく、正分散の光ファイバ及び負分散の光ファイバのどちらが接続された場合でも、分散ペナルティを小さく抑えることが可能な実施例について以下に説明する。
【実施例１】
【００３９】
図７は、実施例１に係る光変調器の上面模式図の例である。図７のように、実施例１に係る光変調器は、マッハツェンダ型光変調器１０と、位相調整回路１２と、駆動回路１４と、位相シフト制御回路５０と、信号極性反転回路５２と、を主として備える。
【００４０】
マッハツェンダ型光変調器１０は、第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂの夫々に、位相シフト用電極５４が設けられている。その他の構成については、比較例１で説明したマッハツェンダ型光変調器１０と同じであり、図１に示しているのでここでは説明を省略する。
【００４１】
位相シフト用電極５４のいずれか一方には、位相シフト制御回路５０から所定の大きさのＤＣ電圧が印加され、他方にはＤＣ電圧が印加されない。位相シフト用電極５４にＤＣ電圧が印加されると、第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂにおいてコア２０の屈折率が変化し、第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂを通過する光の位相が変化する。したがって、位相シフト用電極５４のいずれか一方に所定の大きさのＤＣ電圧が印加され、他方にはＤＣ電圧が印加されないと、その電位差に応じた位相シフタが、第１光導波路３２ａ又は第２光導波路３２ｂに現れることとなる。
【００４２】
マッハツェンダ型光変調器１０の第１出力端３６ａには、光ファイバ５６の一端が接続され、光ファイバ５６の他端には光受信器５８が接続されている。第１出力端３６ａからは、変調光信号として利用する出力光信号が出力され、光受信器５８は、その出力光信号を受信する。そして、光受信器５８は、出力光信号のエラーレートやファイバ伝送波形を測定する。
【００４３】
駆動回路１４は、第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂに設けられた各変調用電極４２に変調用の電圧を印加する。各変調用電極４２に印加される変調用の電圧には、ＤＣバイアス電圧がかけられている。駆動回路１４は、第１光導波路３２ａの変調用電極４２に出力する変調信号と第２光導波路３２ｂの変調用電極４２に出力する変調信号とを差動信号として出力する。
【００４４】
位相調整回路１２は、各光強度検出電極４４で検出される光強度に基づいて、各位相調整用電極４０に印加する位相制御信号（第１の位相制御信号）となるＤＣ電圧の大きさを制御して、第１光導波路３２ａを通過した光と第２光導波路３２ｂを通過した光との位相差の設定値からのずれを補正する位相調整を行う。具体的には、位相調整回路１２は、各光強度検出電極４４で検出される平均光強度が同じ大きさとなるように、各位相調整用電極４０に印加するＤＣ電圧を制御して、位相差の設定値からのずれを補正する位相調整を行う。
【００４５】
位相シフト制御回路５０は、光受信器５８で測定されたエラーレートを検知し、そのエラーレートに基づいて、位相シフト用電極５４の一方に印加する位相制御信号（第２の位相制御信号）となるＤＣ電圧の値と他方に印加する位相制御信号（第２の位相制御信号）となるＤＣ電圧の値との切替えをする。具体的には、位相シフト制御回路５０は、位相シフト用電極５４の一方に所定のＤＣ電圧を印加し、他方にはＤＣ電圧を印加しないため、位相シフト用電極５４のどちらに所定のＤＣ電圧を印加するかを切替える。これにより、第１光導波路３２ａ又は第２光導波路３２ｂに、ＤＣ電圧の大きさに応じた位相シフタが現れることとなる。
【００４６】
信号極性反転回路５２は、光受信器５８で測定されたエラーレートを検知し、そのエラーレートに基づいて、駆動回路１４から出力される差動信号の信号極性を反転させる。つまり、信号極性反転回路５２による信号極性の反転と、位相シフト制御回路５０による位相シフト用電極５４の一方に印加するＤＣ電圧値と他方に印加するＤＣ電圧値との切替えと、は連動してなされることとなる。
【００４７】
ここで、以下のような定義をする。
光導波路の製造ばらつきにより生じる位相差のずれを初期位相差ΔΦＯＳとする。
位相シフト用電極５４の一方に所定のＤＣ電圧を印加し、他方にはＤＣ電圧を印加しないことで、第１光導波路３２ａ又は第２光導波路３２ｂに現れる位相シフタによる位相シフト量をΦＰＳとする。
第１光導波路３２ａの位相調整用電極４０に印加したＤＣ電圧で生じる位相シフト量をΦＤＣ１Ａとし、第２光導波路３２ｂの位相調整用電極４０に印加したＤＣ電圧で生じる位相シフト量をΦＤＣ２Ａとする。
各変調用電極４２に印加する変調用の電圧にはＤＣバイアス電圧がかけられており、第１光導波路３２ａの変調用電極４２に印加したＤＣバイアス電圧で生じる位相シフト量をΦＤＣ１Ｂとし、第２光導波路３２ｂの変調用電極４２に印加したＤＣバイアス電圧で生じる位相シフト量をΦＤＣ２Ｂとする。なお、通常、駆動回路１４により各変調用電極４２に印加するＤＣバイアス電圧の大きさは同じであることから、ΦＤＣ１Ｂ＝ΦＤＣ２Ｂである。
【００４８】
図８は、実施例１に係る光変調装置の制御を説明するフローチャートである。図８のように、まず、位相シフト制御回路５０は、第１光導波路３２ａに−π／２の位相シフタが現れるように、位相シフト用電極５４の一方に所定のＤＣ電圧を印加し、他方にはＤＣ電圧を印加しない（ステップＳ１０）。
【００４９】
次いで、位相調整回路１２は、各光強度検出電極４４で検出される光強度が同じ大きさになるように各位相調整用電極４０に印加するＤＣ電圧を制御して、第１光導波路３２ａを通過した光と第２光導波路３２ｂを通過した光との位相差の設定値からのずれを補正する位相調整をする（ステップＳ１２）。次いで、位相シフト制御回路５０及び信号極性反転回路５２は、光受信器５８で測定されたエラーレートを検知する（ステップＳ１４）。
【００５０】
次に、位相シフト制御回路５０は、第２光導波路３２ｂに−π／２の位相シフタが現れるように、各位相シフト用電極５４に印加するＤＣ電圧値を相互に切替える（ステップＳ１６）。具体的には、位相シフト用電極５４の一方に所定のＤＣ電圧を印加していたのを止めてＤＣ電圧を印加しないようにし、ＤＣ電圧を印加していなかった他方の位相シフト用電極５４に所定のＤＣ電圧を印加するようにする。次いで、信号極性反転回路５２は、駆動回路１４から出力される差動信号の信号極性を反転させる（ステップＳ１８）。
【００５１】
次いで、位相調整回路１２は、各光強度検出電極４４で検出される光強度が同じ大きさになるように各位相調整用電極４０に印加するＤＣ電圧を制御して、第１光導波路３２ａを通過した光と第２光導波路３２ｂを通過した光との位相差のずれを補正する位相調整をする（ステップＳ２０）。
【００５２】
ここで、図９及び図１０を用いて、出力光信号の論理と変調信号の論理との関係について説明する。図９は、第１光導波路３２ａに−π／２の位相シフタが現れた場合の、出力光信号の論理と変調信号の論理との関係について説明する模式図である。図１０は、第２光導波路３２ｂに−π／２の位相シフタが現れ、且つ駆動回路１４から出力される差動信号の極性が反転された場合の、出力光信号の論理と変調信号の論理との関係について説明する模式図である。
【００５３】
第１光導波路３２ａに−π／２の位相シフタが現れた場合、第１光導波路３２ａにおいてＤＣ電圧で生じる位相変化量ΦＤＣ１は、ΦＤＣ１＝ΔΦＯＳ＋ΦＰＳ＋ΦＤＣ１Ａ＋ΦＤＣ１Ｂ＝ΔΦＯＳ−π／２＋ΦＤＣ１Ａ＋ΦＤＣ１Ｂと表すことができる。また、第２光導波路３２ｂにおいてＤＣ電圧で生じる位相変化量ΦＤＣ２は、ΦＤＣ２＝ΦＤＣ２Ａ＋ΦＤＣ２Ｂと表すことができる。上述のように、ΦＤＣ１Ｂ＝ΦＤＣ２Ｂであるから、ΦＤＣ１とΦＤＣ２との差は、ΦＤＣ１−ΦＤＣ２＝ΔΦＯＳ−π／２＋ΦＤＣ１Ａ−ΦＤＣ２Ａと表すことができる。
【００５４】
一方、第２光導波路３２ｂに−π／２の位相シフタが現れた場合、第１光導波路３２ａにおいてＤＣ電圧で生じる位相変化量ΦＤＣ１は、ΦＤＣ１＝ΔΦＯＳ＋ΦＤＣ１Ａ＋ΦＤＣ１Ｂと表すことができる。また、第２光導波路３２ｂにおいてＤＣ電圧で生じる位相変化量ΦＤＣ２は、ΦＤＣ２＝ΦＰＳ＋ΦＤＣ２Ａ＋ΦＤＣ２Ｂ＝−π／２＋ΦＤＣ２Ａ＋ΦＤＣ２Ｂと表すことができる。したがって、ΦＤＣ１とΦＤＣ２との差は、ΦＤＣ１−ΦＤＣ２＝ΔΦＯＳ＋ΦＤＣ１Ａ−ΦＤＣ２Ａ＋π／２と表すことができる。
【００５５】
このように、−π／２の位相シフタが、第１光導波路３２ａに現れるか、第２光導波路３２ｂに現れるかにより、ΦＤＣ１とΦＤＣ２との差（ΦＤＣ１−ΦＤＣ２）はπずれることになる。比較例１で述べたように、各変調用電極４２に印加する変調用の電圧によって、第１光導波路３２ａを伝搬する光と第２光導波路３２ｂを伝搬する光とに−π／２と＋π／２の位相差が交互に付加される。このことから、第１光導波路３２ａに−π／２の位相シフタが現れた場合のΦＤＣ１−ΦＤＣ２を−π／２であるとした場合、図９のように、変調光信号として利用する第１出力端３６ａからの出力光信号の論理と変調信号の論理とが一致する。
【００５６】
一方、第２光導波路３２ｂに−π／２の位相シフタが現れた場合は、第１光導波路３２ａに−π／２の位相シフタが現れた場合に比べて、位相がπずれるため、ΦＤＣ１−ΦＤＣ２は＋π／２となる。このような場合、第１出力端３６ａから出力される出力光信号の論理と変調信号の論理とが反転してしまうが、駆動回路１４から出力される差動信号の極性を反転させることで、図１０のように、第１出力端３６ａからの出力光信号の論理と変調信号の論理とを一致させることができる。
【００５７】
したがって、実施例１に係る光変調器では、変調光信号として利用する第１出力端３６ａから出力される出力光信号の論理と変調信号の論理とを一致させることができる。
【００５８】
図８に戻り、位相シフト制御回路５０及び信号極性反転回路５２は、光受信器５８で測定されたエラーレートを検知する（ステップＳ２２）。
【００５９】
ここで、ステップＳ１４で検知したエラーレートとステップＳ２２で検知したエラーレートとは異なる値となることを説明する。図１１（ａ）は、第１光導波路３２ａに−π／２の位相シフタが現れ、駆動回路１４からの差動信号の極性が反転されていない場合のチャープ波形のシミュレーション結果である。図１１（ｂ）は、第２光導波路３２ｂに−π／２の位相シフタが現れ、駆動回路１４からの差動信号の極性が反転されている場合のチャープ波形のシミュレーション結果である。なお、シミュレーションは以下の条件で行った。変調用電極４２が設けられた箇所の第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂの長さを１．５ｍｍとした。位相調整用電極４０が設けられた箇所の第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂの長さを０．６ｍｍとした。初期位相差ΔΦＯＳを−０．９９πとした。第１ＭＭＩ３０の第１光導波路３２ａ側への光の分岐比を０．４５とした。１５６５ｎｍの波長の光を導入した。変調用電極４２に印加するＤＣバイアス電圧を−６Ｖとした。消光比は＜２６ｄＢとした。
【００６０】
図１１（ａ）及び図１１（ｂ）のように、駆動回路１４から出力される差動信号の極性を反転させることで、チャープ波形も反転していることがわかる。即ち、図１１（ａ）のように、差動信号の極性を反転させる前では、負チャープ特性を示していたのに対し、図１１（ｂ）のように、差動信号の極性を反転させることで、正チャープ特性を示すようになっている。
【００６１】
次に、差動信号の極性を反転させない場合と反転させた場合とについて、ファイバ伝送波形がどのようになるかを説明する。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は差動信号の極性を反転させない場合であり、図１２（ａ）は、光ファイバ５６が正分散（＋８００ｐｓ／ｎｍ）を有する場合のファイバ伝送波形のシミュレーション結果であり、図１２（ｂ）は、光ファイバ５６が負分散（−８００ｐｓ／ｎｍ）を有する場合のファイバ伝送波形のシミュレーション結果である。図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は差動信号の極性を反転させた場合であり、図１３（ａ）は、光ファイバ５６が正分散（＋８００ｐｓ／ｎｍ）を有する場合のファイバ伝送波形のシミュレーション結果であり、図１３（ｂ）は、光ファイバ５６が負分散（−８００ｐｓ／ｎｍ）を有する場合のファイバ伝送波形のシミュレーション結果である。
【００６２】
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）のように、差動信号の極性を反転させない場合では、光ファイバ５６が正分散を有する場合は、きれいなアイパターンを示すのに対し、負分散を有する場合は、アイパターンがつぶれてゼロレベルが上がっている。反対に、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）のように、差動信号の極性を反転させた場合では、光ファイバ５６が正分散を有する場合は、アイパターンがつぶれてゼロレベルが上がっているのに対し、負分散を有する場合は、きれいなアイパターンを示す。
【００６３】
このように、光ファイバ５６の分散が正分散であれ、負分散であれ、差動信号の極性を反転させる前と後とではアイパターンが異なるため、ステップＳ１４で検知したエラーレートとステップＳ２２で検知したエラーレートとは異なる値となる。
【００６４】
図８に戻り、位相シフト制御回路５０及び信号極性反転回路５２は、ステップＳ２２で検知したエラーレートが、ステップＳ１４で検知したエラーレートよりも小さいかを判断する（ステップＳ２４）。小さいと判断した場合には（Ｙｅｓの場合）、位相シフト制御回路５０は、各位相シフト用電極５４に印加しているＤＣ電圧を現状のままにし、信号極性反転回路５２は、差動信号の極性を現状のままにする。大きいと判断した場合には（Ｎｏの場合）、位相シフト制御回路５０は、各位相シフト用電極５４に印加するＤＣ電圧値を相互に切替え（ステップＳ２６）、信号極性反転回路５２は、駆動回路１４から出力される差動信号の極性を反転させない状態にする（ステップＳ２８）。
【００６５】
以上説明してきたように、実施例１に係る光変調装置によれば、第１光導波路３２ａと第２光導波路３２ｂとに設けられた位相シフト用電極５４に出力する位相制御信号を切替えて、第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂを伝搬する光の位相を変化させる位相シフト制御回路５０を備える。例えば、一方の位相シフト用電極５４に印加するＤＣ電圧値と他方の位相シフト用電極５４に印加するＤＣ電圧値とを切替えて、第１光導波路３２ａ及び第２光導波路３２ｂを伝搬する光の位相を変化させる位相シフト制御回路５０を備える。また、駆動回路１４から出力される差動信号の極性を反転させる信号極性反転回路５２を備える。これにより、図８で説明したような、光受信器５８で測定された変調光信号として利用する出力光信号のエラーレートが小さくなるように、位相シフト用電極５４に出力する位相制御信号を切替え、且つ差動信号の極性を反転させる、ということが可能となる。エラーレートが小さくなるように、出力する位相制御信号を切替え、且つ差動信号の極性を反転させることで、光ファイバ５６の分散が正分散の場合には、図１２（ａ）に示したファイバ伝送波形を得ることができ、負分散の場合には、図１３（ｂ）に示したファイバ伝送波形を得ることができる。よって、光ファイバ５６の分散が正分散、負分散であるに関らず、分散ペナルティを小さく抑えることができる。また、図９及び図１０で説明したように、変調光信号として利用する出力光信号の論理と変調信号の論理とを一致させることが可能となる。
【００６６】
実施例１で説明したように、位相シフト制御回路５０による位相制御信号の切替えと、信号極性反転回路５２による駆動回路１４から出力される差動信号の極性の反転と、は連動してなされる場合が好ましく、また、同時になされる場合がより好ましい。これにより、変調光信号として利用する出力光信号の論理と変調信号の論理とを一致させることができる。
【００６７】
位相シフト制御回路５０による位相制御信号の切替え、及び信号極性反転回路５２による差動信号の極性反転は、変調光信号として利用する出力光信号の光ファイバ５６伝送後のエラーレートに基づいて行う場合を例に示したが、これに限られる訳ではない。例えば、出力光信号のファイバ伝送波形に基づいて、位相制御信号の切替え、及び差動信号の極性反転を行う場合でもよい。しかしながら、エラーレートに基づいて、位相制御信号の切替え、及び差動信号の極性反転を行うことで、変調光信号として利用する出力光信号の論理が変調信号の論理に対して反転状態となることが抑制できる。
【００６８】
位相シフト制御回路５０によって、第１光導波路３２ａ又は第２光導波路３２ｂに−π／２の位相シフタが現れる場合を例に示したが、これに限られる訳ではない。第１光導波路３２ａ又は第２光導波路３２ｂに＋π／２の位相シフタが現れる場合でもよい。つまり、位相シフト制御回路５０は、第１光導波路３２ａを伝搬する光と第２光導波路３２ｂを伝搬する光とに−π／２又は＋π／２の位相差を付加させるように位相を変化させる場合であればよい。第１光導波路３２ａ又は第２光導波路３２ｂに現れる位相シフタが−π／２の場合と＋π／２の場合とでは、ΦＤＣ１−ΦＤＣ２がπずれることになる。このため、位相シフタが−π／２の場合に、変調光信号として利用する出力光信号の論理と変調信号の論理とが一致する場合、位相シフタが＋π／２の場合では論理が反転してしまうとも考えられるが、信号極性反転回路５２による差動信号の極性反転を適切に行うことで、一致させることができる。例えば、第１光導波路３２ａに−π／２の位相シフタが現れ、且つ差動信号の極性を反転させない状態で、出力光信号の論理と変調信号の論理とが一致する場合、第１光導波路３２ａに現れる位相シフタが＋π／２の場合では、差動信号の極性を反転させることで、論理を一致させることができる。
【００６９】
位相シフト制御回路５０は、第１光導波路３２ａの位相シフト用電極５４又は第２光導波路３２ｂの位相シフト用電極５４のいずれか一方に位相制御信号を出力する場合には、他方には位相制御信号を出力しない場合を、つまり、一方にＤＣ電圧を印加する場合には、他方にはＤＣ電圧を印加しない場合を例に示したが、これに限られる訳ではない。一方の位相シフト用電極５４に印加するＤＣ電圧値と他方の位相シフト用電極５４に印加するＤＣ電圧値とが所定の電位差を維持していれば、ＤＣ電圧にバイアス電圧がかけられている場合でもよい。
【００７０】
第１出力端３６ａから出力される出力光信号と第２出力端３６ｂから出力される出力光信号とのクロスポイントの狙い値が５０％である場合を例に示したが、これに限られる訳ではない。クロスポイントが５０％以外の値を狙い値とする場合でもよい。
【００７１】
マッハツェンダ型光変調器１０は、入力光導波路が２本設けられている場合を例に示したが、これに限られる訳ではなく、入力光導波路が１本の場合でも同様の方法を適用することができる。
【００７２】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１０  マッハツェンダ型光変調器
１２  位相調整回路
１４  駆動回路
１６  半導体基板
１８ａ  下クラッド層
１８ｂ  上クラッド層
２０  コア
２２  パッシベーション膜
２４  絶縁膜
２６ａ  第１入力端
２６ｂ  第２入力端
２８ａ  第１入力光導波路
２８ｂ  第２入力光導波路
３０  第１ＭＭＩ
３２ａ  第１光導波路
３２ｂ  第２光導波路
３４  第２ＭＭＩ
３６ａ  第１出力端
３６ｂ  第２出力端
３８ａ  第１出力光導波路
３８ｂ  第２出力光導波路
４０  位相調整用電極
４２  変調用電極
４４  光強度検出電極
４６  コンタクト層
４８  終端抵抗
５０  位相シフト制御回路
５２  信号極性反転回路
５４  位相シフト用電極
５６  光ファイバ
５８  光受信器
【図１】
2013113917.tif 000003
【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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【図１３】
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