(57)【要約】【課題】  マッハツェンダ型光変調器の２つの光導波路間に電圧対位相特性のばらつきがある場合にも安定して０／π位相変調を実現する。【解決手段】  光通信装置は、光源からの光に位相変調を与えるマッハツェンダ型の光変調器と、前記光変調器の一対の光導波路の第１光導波路に印加される第１基板バイアスの電圧値または第１駆動信号の振幅値を前記光変調器の出力または前記光源の波長に応じて制御する第１制御回路と、前記一対の光導波路の第２光導波路に印加される第２基板バイアスの電圧値または第２駆動信号の振幅値を前記光変調器の出力または前記光源の波長に応じて、前記第１制御回路と個別に制御する第２制御回路と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光に位相変調を与えるマッハツェンダ型の光変調器と、
前記光変調器の一対の光導波路の第１光導波路に印加される第１基板バイアスの電圧値または第１駆動信号の振幅値を、前記光変調器の出力または前記光源の波長に応じて制御する第１制御回路と、
前記一対の光導波路の第２光導波路に印加される第２基板バイアスの電圧値または第２駆動信号の振幅値を、前記光変調器の出力または前記光源の波長に応じて、前記第１制御回路と個別に制御する第２制御回路と、
を有することを特徴とする光通信装置。
【請求項２】
前記第１光導波路に印加される前記第１基板バイアスと前記第２光導波路に印加される前記第２基板バイアスに重畳される低周波信号を生成する低周波重畳回路、
をさらに有し、
前記低周波重畳回路は、前記低周波信号を前記第１制御回路と前記第２制御回路とに個別に供給し、
前記第１制御回路は、前記光変調器の出力に含まれる低周波成分が最小となるように前記第１基板バイアスまたは前記第１駆動信号の振幅を制御し、
前記第２制御回路は、前記光変調器の出力に含まれる前記低周波成分が最小となるように、前記第２基板バイアスまたは前記第２駆動信号の振幅を、前記第１制御回路と個別に制御することを特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
【請求項３】
前記第１基板バイアスと前記第２基板バイアスに重畳される第１の低周波信号を生成する第１低周波重畳回路と、
前記第１光導波路および前記第２光導波路に印加される位相バイアスに重畳される、前記第１の低周波信号と異なる周波数の第２の低周波信号を生成する第２低周波重畳回路と、
前記位相バイアスを制御する位相バイアス制御回路と、
をさらに有し、
前記第１制御回路による前記第１基板バイアスの制御と前記位相バイアス制御回路による前記位相バイアスの制御は同時に行われ、
前記第２制御回路による前記第２基板バイアスの制御と前記位相バイアス制御回路による前記位相バイアスの制御は同時に行われる、
ことを特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
【請求項４】
前記第１制御回路と前記第２制御回路は、前記光変調器の出力の平均光強度が最大になるように、前記第１基板バイアスと前記第２基板バイアスをそれぞれ個別に制御することを特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
【請求項５】
前記第１光導波路に印加される前記第１基板バイアスの電圧値と前記第２光導波路に印加される前記第２バイアスの電圧値を前記光源の波長と対応付けて記憶するメモリ、
をさらに有し、
前記第１制御回路と前記第２制御回路は、前記波長に応じて、前記メモリから前記第１基板バイアスの電圧値と前記第２基板バイアスの電圧値を読み出して、前記第１基板バイアスと前記第２基板バイアスを個別に制御することを特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
【請求項６】
前記第１駆動信号と前記第２駆動信号を生成して前記光変調器に前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号を供給する駆動回路、
をさらに有し、
前記光変調器、前記第１制御回路、及び前記第２制御回路は同一の部品内に配置され、
前記駆動回路は前記部品の外部に配置される、
ことを特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
【請求項７】
前記第１駆動信号と前記第２駆動信号を生成して前記光変調器に前記第１駆動信号及び前記第２駆動信号を供給する駆動回路と、
光伝送路を伝搬する光信号を受信して電気信号を出力する光受信器と、
をさらに有し、
前記光変調器、前記第１制御回路、前記第２制御回路、前記駆動回路、及び前記光受信器は、同一の部品内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光通信装置。
【請求項８】
光源からの光に位相変調を与えるマッハツェンダ型の光変調器の第１光導波路に与えられる基板バイアスまたは駆動振幅と、第２光導波路に与えられる基板バイアスまたは駆動振幅を、前記光変調器の出力または前記光源の波長に応じて個別に制御する、
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、光通信に用いられる光変調器の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルコヒーレント技術を用いた偏波多重４値位相変調（ＤＰ−ＱＰＳＫ：Dual Polarization Quadrature Phase-Shift Keying）方式により、１００Ｇｂ／ｓの長距離光伝送が実現されている。さらなる大容量化を実現するために、偏波多重１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等の、より多値の変調方式の開発が進められている。
【０００３】
光伝送システムのフロントエンドモジュールとして光送受信器の小型化への要望が高まっている。現在は、光変調器としてニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3）マッハツェンダ光変調器が一般的に使用されているが、小型化のために半導体マッハツェンダ光変調器によるＤＰ−ＱＰＳＫやＤＰ−１６ＱＡＭ等の実現が望まれる。
【０００４】
半導体光変調器には、変調器に入力される光の波長に応じて変調特性（印加電圧と光波の位相変化の関係）が変動してしまうという固有の問題がある。半導体光変調器は印加電圧により半導体の吸収端波長が変化し、Kramers-Kronigの関係により吸収に伴う位相変化を利用して光波位相を変調している。したがって、変調を受ける光波長が吸収端波長に近いほど電圧変化に対する位相変化が大きくなる波長依存性を持つ。
【０００５】
半導体光変調器の変調特性の波長依存性の課題に対して、光入力波長に応じて基板バイアスまたは変調器駆動振幅を調整・制御する方法が知られている。第１の技術は、用いる光波長に応じて基板バイアスをあらかじめ決められた電圧に設定する。これにより、光波長が変化しても同じ駆動振幅で変調器を駆動することができる（たとえば、特許文献１参照）。
【０００６】
第２の技術は、基板バイアスまたは変調器駆動振幅をフィードバック制御する方法である。駆動データ信号に低周波信号を印加して光信号出力をモニタし、モニタ結果に応じて基板バイアスと変調器駆動振幅の少なくとも一方を制御する（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−３２６５４８号公報（特許第４２７２５８５号）
【特許文献２】特開２０１２−２５７１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
マッハツェンダ型の半導体光変調器では、２つの光導波路の間で電圧対位相特性や波長特性がばらついたり、電圧対位相特性に異なる経時変化を生じる場合がある。また、光変調器の各光導波路を駆動する駆動回路（駆動振幅）の間にばらつきが生じることもある。
【０００９】
従来の第１の技術と第２の技術では、２つの光導波路を同一振幅の駆動波形で駆動し、かつ同一電圧の基板バイアスを印加している。したがって、２つの光導波路間で駆動振幅や電圧対位相特性や駆動振幅がばらついたり異なる経時変化が生じる場合に最適な変調条件から外れるという問題がある。
【００１０】
そこで、２つの光導波路間で電圧対位相特性がばらつく場合や、電圧対位相特性に異なる経時変化が生じる場合でも最適な変調条件を実現することのできる光通信装置と光変調器の制御技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
ひとつの態様では、光通信装置は、
光源からの光に位相変調を与えるマッハツェンダ型の光変調器と、
前記光変調器の一対の光導波路の第１光導波路に印加される第１基板バイアスの電圧値または第１駆動信号の振幅値を、前記光変調器の出力または前記光源の波長に応じて制御する第１制御回路と、
前記一対の光導波路の第２光導波路に印加される第２基板バイアスの電圧値または第２駆動信号の振幅値を、前記光変調器の出力または前記光源の波長に応じて、前記第１制御回路と個別に制御する第２制御回路と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
マッハツェンダ型光変調器の２つの光導波路間で電圧対位相特性のばらつきや異なる経時変化が生じる場合でも、最適な変調条件を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】マッハツェンダ型光変調器の変調率を制御する原理を説明する図である。
【図２】第１実施形態の光送信機の概略構成図である。
【図３】基板バイアスのフィードバック制御を説明するための図である。
【図４】第２実施形態の光送信機の概略構成図である。
【図５】第３実施形態の光送信機の概略構成図である。
【図６】第４実施形態の光送信機の概略構成図である。
【図７】第５実施形態の光送信機の概略構成図である。
【図８】第６実施形態の光送信機の概略構成図である。
【図９】第７実施形態の光送信機の概略構成図である。
【図１０】第８実施形態の光送信機の概略構成図である。
【図１１】第９実施形態の光送受信機の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
２相位相変調または４相位相変調方式では、ひとつのマッハツェンダ型光変調器で０ラジアンとπラジアンの２値位相変調をかける。しかし、光源から出力される光の波長が変化すると、光変調器の電圧対位相変化の関係が変わるため、光変調器から出力される光波の位相変調量が変化し、π以下またはπ以上の位相変調がかかってしまう。光変調器を駆動する駆動回路の出力振幅が温度で変動したり経時変化する場合、あるいは光変調器の電圧対位相変化量の特性が経時変化により変わる場合も同様である。
【００１５】
図１は、実施形態において２つの光導波路で構成されるマッハツェンダ光変調器の変調率を１００％に制御する原理を説明する図である。図１（Ａ）で、特性変動や経時変化の影響により、導波路Ａを透過する光の０方向の光ベクトルとπ方向の光ベクトルがなす角度はπよりも小さく、変調効率が１００％よりも低い。光導波路Ｂを透過する光の０方向の光ベクトルとπ方向の光ベクトルがなす角度もπから外れ、かつ光導波路Ａと異なる変調効率となっている。この例では、２つの光導波路を透過する光の合成ベクトルの長さは、後述する変調率が１００％の場合の合成ベクトルの長さよりも小さくなる。
【００１６】
図１（Ｂ）では、光導波路Ａを透過する光の０方向の光ベクトルとπ方向の光ベクトルがなす角度はπよりも大きく、変調効率は１００％よりも大きい。光導波路Ｂを透過する光の０方向の光ベクトルとπ方向の光ベクトルがなす角度もπから外れ、かつ光導波路Ａと異なる変調効率となっている。この例でも、２つの光導波路を透過する光の合成ベクトルの長さは変調率が１００％の場合の合成ベクトルの長さよりも小さくなる。
【００１７】
これに対し、図１（Ｃ）では、光導波路Ａと光導波路Ｂのそれぞれを透過する光は適正に０-π位相変調され、合波ベクトルは０ラジアンの方向とπラジアンの方向に揃う。このときの変調率は１００％であり、合成ベクトルの大きさ（長さ）が最大となる。すなわち、光変調器の光出力電力が最大になる。
【００１８】
光変調器の光出力が最大になるように、光導波路Ａと光導波路Ｂの基板バイアスまたは駆動振幅を個別に制御することで、２つの光導波路間で電圧対位相特性がばらついたり異なる経時変化が生じる場合でも、安定した０／π位相変調を行い、光変調器の変調率を１００％に制御することができる。光出力を最大にする制御は、基板バイアスに光変調器の駆動周波数よりも低い低周波信号を重畳し、光変調器の出力に含まれる低周波成分をモニタして低周波成分が最小になるように基板バイアスまたは駆動振幅を制御することで実現できる。あるいは、光変調器の出力の平均光強度をモニタし、平均光強度（平均出力電力値）が最大となるように制御してもよい。
＜第1実施形態＞
図２は、光通信装置の一形態として光送信機１Ａの概略構成を示す。第１実施形態では、マッハツェンダ型光変調器を構成する２つの光導波路に印加される基板バイアスを、それぞれ個別に制御することで変調率を１００％に制御して、最適な光出力を得る。
【００１９】
光導波路光送信機１Ａは、光源１１と、マッハツェンダ型光変調器１２（以下、適宜「光変調器１２」と略称する）と、光変調器１２を駆動する駆動回路１３ａ、１３ｂと、低周波重畳回路１８と、光変調器１２の光導波路１２ａ、１２ｂの基板バイアスを個別に制御する基板バイアス制御回路１７ａと１７ｂと、光変調器１２の出力の一部をモニタするモニタ回路１５を有する。
【００２０】
光源１１は、たとえば半導体レーザであり、波長多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex）伝送システムに対応できるように波長可変機能を有する。光変調器１２は、電圧に対する光波の位相変化量が基板バイアス電圧により変化する一対の光導波路１２ａ、１２ｂで構成され半導体光変調器である。
【００２１】
光源１１からの光は光変調器１２に導かれ、光導波路１２ａと１２ｂに分岐される。駆動回路１３ａ及び１３ｂは、入力される電気信号を増幅し、高速駆動信号（たとえば、３２Ｇｂ／ｓ）で光導波路１２ａ、１２ｂを伝搬する光波を変調する。図２の例では、駆動信号の振幅は所定の値に固定される。たとえば、駆動回路１３ａと１３ｂのそれぞれを温度変化や電源変動に対してフィードフォワード制御することで、駆動振幅を所定値に固定することができる。光導波路１２ａと光導波路１２ｂで変調された光波は合波され、干渉光が光変調器１２から出力される。なお、図２では高速駆動信号や直流の基板バイアスが印加される電極の図示は省略している。
【００２２】
低周波重畳回路１８は、駆動信号と比較して十分に低い周波数（たとえば、数ｋＨｚ）の低周波信号を生成し、たとえば時分割制御により基板バイアス制御回路１７ａと基板バイアス制御回路１７ｂに別々に低周波信号を供給する。
【００２３】
基板バイアス制御回路１７ａに低周波信号が入力される制御区間では、基板バイアス制御回路１７ａは低周波信号が重畳された基板バイアスを光導波路１２ａに印加し、モニタ回路１５はモニタ出力を基板バイアス制御回路１７ａに供給する。光導波路基板１２ｂに印加される基板バイアスは、前回の制御で設定された電圧値のままである。基板バイアス制御回路１７ａは、モニタ出力に含まれる低周波成分が最小になるように光導波路１２ａの基板バイアスを制御する。
【００２４】
基板バイアス制御回路１７ｂに低周波信号が入力される制御区間では、基板バイアス制御回路１７ｂは、低周波信号が重畳された基板バイアスを光導波路１２ｂに印加し、モニタ回路１５はモニタ出力を基板バイアス制御回路１７ｂに供給する。光導波路１２ａに印加される基板バイアスは前回の制御で設定された電圧値のままである。基板バイアス制御回路１７ｂは、モニタ出力に含まれる低周波成分が最小になるように光導波路１２ｂの基板バイアスを制御する。基板バイアス制御回路１７ａと１７ｂの制御は互いに独立している。
【００２５】
図３は、低周波成分のモニタ、あるいは光出力電力のモニタによる基板バイアス制御を説明する図である。図３（Ａ）の左上の図に示すように、基板バイアス電圧が最適値のときに光出力電力は最大となる。このとき、基板バイアスに重畳された低周波成分は折り返されて図３（Ａ）の右図に示すように低周波信号の２倍の周波数成分が検出される。したがって、重畳された低周波成分自体は検出されず、モニタ信号中の低周波成分は最小(ゼロ)になる。図３（Ｂ）に示すように、印加される基板バイアスが最適なバイアス電圧よりも大きい場合、重畳される低周波信号と逆相の低周波成分が検出される。基板バイアスが最適なバイアス電圧よりも小さい場合、重畳される低周波信号と同相の低周波成分が検出される。検出される低周波成分が最小（ゼロ）になるように光導波路１２ａの基板バイアスと光導波路１２ｂの基板バイアスを個別に制御することで、光導波路１２ａ、１２ｂの基板バイアスをそれぞれ最適に制御することができる。なお、光変調器１２の光出力強度をモニタして平均光出力強度が最大になるように光導波路１２ａと１２ｂの基板バイアスを個別制御してもよい。
【００２６】
図２に戻って、基板バイアス制御回路１７ａは、低周波重畳回路１８で生成される低周波信号と、モニタ信号に含まれる低周波成分を比較して、光導波路１２ａに印加する基板バイアスの制御量と制御の方向（増大または減少）を決定する。基板バイアス制御回路１７ｂは、低周波重畳回路１８で生成される低周波信号と、モニタ信号に含まれる低周波成分を比較して、光導波路１２ｂに印加する基板バイアスの制御量と制御の方向を決定する。
【００２７】
マッハツェンダ型の光変調器１２の２つの光導波路１２ａ、１２ｂの制御を個別に実施することにより、２つの光導波路１２ａ、１２ｂの電圧対位相特性や経時変化が異なる場合にも、光導波路１２ａ、１２ｂの変調状態が最適に維持される。
【００２８】
なお、モニタ回路１５の出力は、位相バイアス制御回路１６に供給されてもよい。位相バイアス制御回路１６は、モニタ出力に含まれる低周波成分が最小になるように光導波路１２ａ、１２ｂに印加する位相バイアスを制御する。位相バイアスは、光導波路１２ａ及び１２ｂで変調される光波の静的な位相差を決める電圧である。光位相変調方式では、駆動信号の振幅中心と光変調器１２の電圧対光強度特性（変調曲線）の光強度の最小点とが一致するように、位相バイアス電圧が制御される。モニタされる低周波成分が最小になるように制御することで、駆動信号の振幅中心と、変調曲線の最小点を一致させることができる。
＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態の光通信装置の一形態として光送信機１Ｂの概略構成を示す。光送信機１Ｂは、ＱＰＳＫに適用され、波形の同相成分に対するＩ（In-phase）変調系列と、直交成分に対するＱ（Quadrature）変調系列を有する。
【００２９】
光源１１からの光は分岐されて、光変調部３の２つのマッハツェンダ型光変調器１２Ｉ及び１２Ｑ（以下、適宜「Ｉ変調器１２Ｉ」、「Ｑ変調器１２Ｑ」と称する）に入力される。Ｉ変調器１２ＩとＱ変調器１２Ｑの各々で、入力光が２つに分岐され、光導波路Ａと光導波路Ｂに入力される。Ｉ変調器１２Ｉの出力とＱ変調器１２Ｑの出力はそれぞれ位相シフタ２２Ｉ、２２Ｑで位相調整を受け、Ｉ変調器１２Ｉからの光波とＱ変調器１２Ｑからの光波の間にπ／２ラジアン（９０度）の位相差が付加されてから合波され、出力される。
【００３０】
Ｉ（同相）成分とＱ（直交）成分の合波後の出力光の一部がモニタ回路２５でモニタされる。モニタ結果はπ／２シフト制御回路２１と、Ｉ基板バイアス制御回路１７Ｉａ、１７Ｉｂ、及びＱ基板バイアス制御回路１７Ｑａ、１７Ｑｂのそれぞれに供給される。低周波成分に基づいて位相バイアス制御を行う場合は、モニタ結果を位相バイアス制御回路１６Ｉ、１６Ｑにも供給する。
【００３１】
Ｉ変調器１２Ｉの２つの光導波路１２Ｉａと１２Ｉｂに、駆動回路１３Ｉａと１３Ｉｂからそれぞれ高速駆動信号が印加されて、光波を高速変調する。Ｑ変調器１２Ｑの２つの光導波路１２Ｑａと１２Ｑｂに、駆動回路１３Ｑａと１３Ｑｂからそれぞれ高速駆動信号が印加されて、光波を高速変調する。Ｉ変調器１２ＩとＱ変調器１２Ｑは半導体変調器（ＩｎＰ変調器等）であり、印加電圧により半導体の吸収端波長が変化し、Kramers-Kronigの関係により吸収に伴う位相変化を利用して光波の位相を変調する。Ｉ変調器１２Ｉの出力とＱ変調器１２Ｑの出力の間にπ／２の位相差が付加されてから合波された光は、直交位相変調された光波となる。
【００３２】
Ｉ変調系列で、一方の光導波路１２Ｉａに印加される基板バイアスと、他方の光導波路１２Ｉｂに印加される基板バイアスが、Ｉ基板バイアス制御回路１７Ｉａと１７Ｉｂによって個別に制御される。Ｑ変調系列で、一方の光導波路１２Ｑａに印加される基板バイアスと、他方の光導波路１２Ｑｂに印加される基板バイアスが、Ｑ基板バイアス制御回路１７Ｑａと１７Ｑｂによって個別に制御される。
【００３３】
低周波重畳回路１８Ｉから、たとえば時分割制御によりＩ基板バイアス制御回路１７Ｉａと１７Ｉｂに個別に低周波信号が供給される。Ｉ基板バイアス制御回路１７Ｉａは、光導波路１２Ｉａの基板バイアスを低周波で微小変調し、Ｉ基板バイアス制御回路１７Ｉｂは、光導波路１２Ｉｂの基板バイアスを低周波で微小変調する。同様に、低周波重畳回路１８Ｑから、たとえば時分割制御によりＱ基板バイアス制御回路１７Ｑａと１７Ｑｂに個別に低周波信号が供給される。Ｑ基板バイアス制御回路１７Ｑａは、光導波路１２Ｑａの基板バイアスを低周波で微小変調し、Ｉ基板バイアス制御回路１７Ｑｂは、光導波路１２Ｑｂの基板バイアスを低周波で微小変調する。なお、ひとつの低周波重畳回路１８を用いて、Ｉ変調系列とＱ変調系列で共用してもよい。
【００３４】
Ｉ変調光とＱ変調光の合波後の光信号の一部は、モニタ光としてモニタ回路２５に入力されて電流に変換される。モニタ回路２５は基板バイアス制御回路１７Ｉａの制御区間では、モニタ出力を基板バイアス制御回路１７Ｉａに供給し、基板バイアス制御回路１７Ｉｂの制御区間では、モニタ出力を基板バイアス制御回路１７Ｉｂに供給される。基板バイアス制御回路１７Ｉａと１７Ｉｂは、それぞれの制御区間で、モニタ回路２５の出力に含まれる低周波成分を同期検波して、光導波路１２Ｉａ，１２Ｉｂに印加される基板バイアスを個別に制御する。同様に、基板バイアス制御回路１７Ｑａと１７Ｑｂは、それぞれの制御区間で、モニタ回路２５の出力に含まれる低周波成分を同期検波して、光導波路１２Ｑａ、１２Ｑｂに印加される基板バイアスを個別に制御する。
【００３５】
位相バイアス制御回路１６Ｉと１６Ｑの各々で、低周波成分の検出に基づく位相バイアスの制御を行う。位相バイアスを低周波で微小変調し、モニタ信号に含まれる低周波成分がゼロに近づくように位相バイアスを制御して、マッハツェンダ型光変調器の２つの光導波路間の光波の位相差を調整する。
【００３６】
この構成により、Ｉ変調系列とＱ変調系列の少なくとも一方でマッハツェンダ型光変調器を構成する２つの光導波路間の電圧対位相特性がばらつく場合でも、それぞれの光導波路が最適状態に維持される。
【００３７】
なお、結線の図示を省略するが、低周波重畳回路１８Ｉまたは１８Ｑから低周波信号をπ／２シフト制御回路２１に供給して、π／２シフトバイアスを低周波で微小変調し、モニタ信号の交流成分に含まれる低周波成分がゼロになるようにπ／２シフトバイアスを制御してもよい。基板バイアス、位相バイアス、π／２シフトバイアスの制御はそれぞれ独立の回路を設けて並列に制御してもよいし、ＣＰＵを用いた時分割制御としてもよい。
＜第３実施形態＞
図５は、第３実施形態の光通信装置の一形態として光送信機１Ｃの概略構成を示す。第３実施形態では、基板バイアスに替えて一対の光導波路に印加される駆動信号の振幅を個別に制御することで、変調率を１００％に制御する。
【００３８】
光送信機１Ｃの構成は、第１実施形態の光送信機１Ａの構成と類似するので、相違点を説明する。
【００３９】
光変調器１２を構成する一対の光導波路１２ａ、１２ｂの各々に対して駆動回路１３ａ、１３ｂが設けられ、駆動回路１３ａ、１３ｂの各々に対して駆動振幅制御回路３７ａ、３７ｂが配置される。駆動振幅制御回路３７ａと３７ｂは、たとえば時分割制御により、それぞれの制御区間において、駆動回路１３ａと１３ｂの駆動振幅を個別にフィードバック制御する。
【００４０】
駆動振幅制御回路３７ａの制御区間では、低周波重畳回路１８は低周波信号を基板バイアス制御回路１７ａに供給し、基板バイアス制御回路１７ａによって低周波信号が重畳された基板バイアスが光導波路１２ａに印加される。モニタ回路３５は光変調器１２の出力の一部をモニタして、モニタ結果を駆動振幅制御回路３７ａに供給する。駆動振幅制御回路３７ａは、モニタ信号に含まれる低周波成分を同期検波して、低周波成分が最小となるように駆動回路１３ａが生成する駆動信号の振幅を制御する。
【００４１】
駆動振幅制御回路３７ｂの制御区間では、低周波重畳回路１８は低周波信号を基板バイアス制御回路１７ｂに供給し、基板バイアス制御回路１７ｂによって低周波信号が重畳された基板バイアスが光導波路１２ｂに印加される。モニタ回路３５は光変調器１２の出力の一部をモニタして、モニタ結果を駆動振幅制御回路３７ｂに供給する。駆動振幅制御回路３７ｂは、モニタ信号に含まれる低周波成分を同期検波して、低周波成分が最小となるように駆動回路１３ｂが生成する駆動信号の振幅を制御する。駆動振幅制御回路３７ａと３７ｂの制御は互いに独立している。駆動回路１３ａと１３ｂの動作にばらつきがある場合でも、光導波路１２ａ、１２ｂがそれぞれ最適な駆動振幅で駆動されて、光変調器１２に入力される光波に対する変調率を１００％に制御することができる。
【００４２】
図５の例では、光導波路１２ａ、１２ｂに対する基板バイアスは光源波長に応じた値にフィードフォワード制御される。たとえば、光導波路１２ａと１２ｂのそれぞれに対して、波長ごとに基板バイアス値を対応づけたテーブルまたは演算式をあらかじめメモリ３９に記憶しておく。基板バイアス制御回路１７ａと１７ｂは、それぞれ対応する基板バイアス値をメモリ９から読み出して、個別に設定する。
【００４３】
図５の例では、低周波信号は光導波路１２ａ、１２ｂに与えられる基板バイアスに重畳されているが、基板バイアスに替えて駆動信号に重畳されてもよい。また、結線の図示を省略するが、低周波信号を位相バイアス制御回路１６に供給して、位相バイアスをフィードバック制御してもよい。
＜第４実施形態＞
図６は、第４実施形態の光通信装置の一形態として光送信機１Ｄの概略構成を示す。第４実施形態では、２種類の低周波信号を用い、一方の低周波信号を基板バイアスに重畳し、他方の低周波信号を位相バイアスに重畳する。基板バイアスと位相バイアスを同時に制御することで制御時間を短縮する。
【００４４】
低周波重畳回路１８ａは、たとえば時分割制御により、基板バイアス制御回路１７ａと基板バイアス制御回路１７ｂに第１の周波数の低周波信号を個別に供給する。低周波重畳回路１８ｂは、第１の周波数と異なる第２の周波数の低周波信号を位相バイアス制御回路１６に供給する。
【００４５】
基板バイアス制御回路１７ａの制御区間では、光導波路１２ａに印加される基板バイアスに第１の周波数の低周波信号が重畳される。このとき、光導波路１２ａに印加される位相バイアスに第２の周波数の低周波信号が重畳される。（基板バイアス印加用の電力と位相バイアス印加用の電極の図示は省略されている。）モニタ回路４５は光変調器１２の出力の一部をモニタしてモニタ結果を基板バイアス制御回路１７ａと位相バイアス制御回路１６に供給する。基板バイアス制御回路１７ａは、低周波重畳回路１８ａが生成した第１低周波信号の位相とモニタ出力に含まれる第１低周波成分の位相を比較（同期検波）して、モニタ出力中の第１低周波成分が最小となるように光導波路１２ａに印加する基板バイアスを制御する。位相バイアス制御回路１６は、モニタ出力に含まれる第２低周波成分が最小となるように光導波路１２ａ及び１２ｂに印加する位相バイアスを制御する。
【００４６】
基板バイアス制御回路１７ｂの制御区間では、光導波路１２ｂに印加される基板バイアスに第１の周波数の低周波信号が重畳され、光導波路１２ｂに印加される位相バイアスに第２の周波数の低周波信号が重畳される。モニタ回路４５はモニタ結果を基板バイアス制御回路１７ｂと位相バイアス制御回路１６に供給する。基板バイアス制御回路１７ｂは、低周波重畳回路１８ａが生成した第１低周波信号の位相とモニタ出力に含まれる第１低周波成分の位相を比較（同期検波）して、モニタ出力中の第１低周波成分が最小となるように光導波路１２ｂに印加する基板バイアスを制御する。位相バイアス制御回路１６は、モニタ出力に含まれる第２低周波成分が最小となるように光導波路１２ａ及び１２ｂに印加する位相バイアスを制御する。
【００４７】
図６の構成をＱＰＳＫ変調に適用してもよい。この場合、(a)Ｉ変調系列の光導波路Ａのための基板バイアス制御及びＩ位相バイアス制御と、(b)Ｉ変調系列の光導波路Ｂのための基板バイアス制御及びＩ位相バイアス制御と、(c)Ｑ変調系列の光導波路Ａのための基板バイアス制御及びＱ位相バイアス制御と、(d)Ｑ変調系列の光導波路Ｂのための基板バイアス制御及びＱ位相バイアス制御と、(e)π／２位相バイアス制御、とを時分割制御してもよい。
＜第５実施形態＞
図７は、第５実施形態の光通信装置の一形態として光送信機１Ｅの概略構成を示す。第５実施形態では、光導波路１２ａの基板バイアスと、光導波路１２ｂの基板バイアスとをそれぞれ個別にフィードフォワード制御する。
【００４８】
メモリ４９は、基板バイアス制御回路１７ａのための光源波長に応じた電圧設定値を記述したテーブルまたは演算式と、基板バイアス制御回路１７ｂのための光源波長に応じた電圧設定値を記述したテーブルまたは演算式を有する。基板バイアス制御回路１７ａは、メモリ４９の対応するテーブルまたは演算式から光源波長に応じた電圧値を読み出して、光導波路１２ａに印加する基板バイアスを制御する。基板バイアス制御回路１７ｂは、メモリ４９から対応するテーブルまたは演算式から光源波長に応じた電圧値を読み出して光導波路１２ｂに印加する基板バイアスを制御する。
【００４９】
光導波路１２ａの基板バイアスと光導波路１２ｂの基板バイアスの各々に波長特性を持たせることで、光導波路１２ａと１２ｂの間の変調特性のばらつきを補正することができる。この構成は、経時変化が小さい場合に有用である。
【００５０】
なお、位相バイアスについては、図７のようにモニタ回路４５を用いたフィードバック制御を行ってもよいし、光源波長に応じたフィードフォワード制御にしてもよい。駆動回路１３ａ、１３ｂが生成する駆動信号の振幅は固定値に設定してもよい。
＜第６実施形態＞
図８は、第６実施形態の光通信装置の一形態として光送信機１Ｆの概略構成を示す。第６実施形態では、マッハツェンダ型光変調器の変調率を１００％にする制御を偏波多重変調（ＤＰ−ＱＰＳＫ）に適用する。
【００５１】
光源１１からの光は分岐されて、Ｘ偏波系列とＹ偏波系列に入力される。各偏波系列で光波は２つに分岐されて、マッハツェンダ型光変調器１２Ｉ及び１２Ｑに入力される（以下、適宜「Ｉ変調器１２Ｉ」、「Ｑ変調器１２Ｑ」と称する）。Ｘ偏波系列とＹ偏波系列の光変調部３Ｘと３Ｙの構成は、図４のＱＰＳＫ方式の変調構成と同じであり、重複する説明を省略する。Ｘ偏波系列とＹ偏波系列のそれぞれにモニタ回路２５Ｘ、２５Ｙが設けられ、低周波成分を用いて基板バイアス、位相バイアス、π／２シフトバイアスをフィードバック制御する。
【００５２】
Ｘ偏波系列のＩ変調とＱ変調のそれぞれで、モニタ回路２５Ｘの出力に基づいて、２つの光導波路に対する基板バイアスがたとえば時分割制御により個別に制御される。Ｙ偏波系列のＩ変調とＱ変調のそれぞれで、モニタ回路２５Ｙの出力に基づいて、２つの光導波路に対する基板バイアスがたとえば時分割制御により個別に制御される。各偏波成分に対する位相バイアス、及びπ／２シフトバイアスの制御は、第２実施形態で説明したのと同様である。
【００５３】
Ｘ偏波信号とＹ偏波信号は偏波多重回路４９で合波され、送信光信号として出力される。各偏波系列ごとにモニタ回路２５Ｘと２５Ｙを設ける代わりに、偏波多重回路４９の出力の一部をモニタ光として用いてもよい。
【００５４】
図７では、第１及び第２実施形態のように、２つの光導波路の基板バイアスを個別に制御することで安定した０-π位相変調（変調率１００％）を実現しているが、第３実施形態のように、２つの光導波路に印加される駆動信号の振幅を個別に制御する構成を採用してもよい。その場合は、図５の構成をＸ偏波系列とＹ偏波系列のそれぞれに配置すればよい。
＜第７実施形態＞
図９は、第７実施形態の光送信機１Ｇの概略構成図である。光送信機１Ｇは、光源としてのレーザダイオード５１と、光変調モジュール５０と、変調器ドライバ５３を有する。光送信機１Ｇでは、モニタ部５５を含む半導体光変調器５２と、位相バイアス制御回路５６、及び基板バイアス制御回路５７が一つの光変調モジュール５０に内蔵されている。基板バイアス制御回路５７は、マッハツェンダ型の半導体変調器を構成する２つの光導波路にそれぞれ印加される基板バイアスを個別に制御する基板バイアス制御回路５７ａと５７ｂを含む。また、図示は省略するが、基板バイアス制御回路５７は、基板バイアスに重畳される低周波信号を繰り返し発生する低周波重畳回路１８（図２等を参照）を含む。モニタ部５５はたとえば光検出器であり、検出した光信号を電流に変換して、基板バイアス制御回路５７ａと５７ｂの双方に供給する。モニタ出力は位相バイアス制御回路５６にも供給される。半導体変調器５２に印加される位相バイアスが制御される。
【００５５】
半導体変調器５２の２つの光導波路を個別に制御する基板バイアス制御回路５７ａ、５７ｂをモジュール５０内に搭載することで、２つの光導波路間の電圧対位相特性がばらつく場合や経時変化した場合でも、簡易な構成で安定した０／π位相変調を実現することができる。
【００５６】
この例では、図２の構成に基づいて光変調モジュール５０を構成しているが、図４のＱＰＳＫ方式の光変調部３の構成要素を光変調モジュール５０に内蔵してもよい（駆動回路１３Ｉａ，１３Ｉｂ，１３Ｑａ，１３Ｑｂはモジュール５０の外部に配置される）。あるいは、図８のＤＰ−ＱＰＳＫ方式の光変調部３Ｘ、３Ｙと、偏波多重回路４９とを光変調モジュール５０に内蔵してもよい。
【００５７】
また、フィードバック制御に替えて、図７のように２つの光導波路の基板バイアスに対して、個別に使用波長に応じたフィードフォワード制御する構成を光変調モジュール５０に配置してもよい。
【００５８】
いずれの場合も、２つの光導波路に対する駆動振幅または基板バイアスが個別制御されるので、安定して変調率を１００％に維持する光送信機１Ｅを小型のモジュールで実現することができる。
＜第８実施形態＞
図１０は、第８実施形態の光送信機１Ｈの概略構成図である。光送信機１Ｈは、光変調モジュール６０と、変調器ドライバ６３を有する。
【００５９】
光送信機１Ｈでは、モニタ部６５を含む光変調器６２と、位相バイアス制御回路６６、基板バイアス制御回路６７、光源（ＬＤ）６１、及び光源（ＬＤ）制御回路６４が一つのモジュール６０に内蔵されている。基板バイアス制御回路６７は、マッハツェンダ型の半導体変調器６２の２つの光導波路に与えられる基板バイアスを個別に制御する基板バイアス制御回路６７ａと６７ｂを含む。これにより、光源一体型の光変調モジュール６０が提供される。
【００６０】
この例では、図２の構成に基づいて光変調モジュール６０を構成しているが、図４のＱＰＳＫ方式の光変調部３の構成要素を光変調モジュール６０に内蔵してもよいし（駆動回路１３Ｉａ，１３Ｉｂ，１３Ｑａ，１３Ｑｂは除く）、図８のＤＰ−ＱＰＳＫ方式の光変調部３Ｘ、３Ｙと偏波多重回路４９とを光変調モジュール６０に内蔵してもよい。また、フィードバック制御に替えて、図７のように基板バイアスを使用波長に応じたフィードフォワード制御する構成を光変調モジュール６０に配置してもよい。その場合も、変調器ドライバ６３（駆動回路）はモジュール外に配置される。
＜第９実施形態＞
図１１は、光通信装置の一例として、第９実施形態の光送受信機２の概略構成を示す。光送受信機２は、送信系列と受信系列がひとつの光送受信モジュール７０に搭載されている。送信系列では、モニタ部７５を含む半導体変調器７２、変調器ドライバ７３、光源ユニット、及びバイアス制御系が搭載されている。光源ユニットは光源（ＬＤ）７１と光源制御回路７４を含む。バイアス制御系は位相バイアス制御回路７６、基板バイアス制御回路７７を含む。
【００６１】
受信系列は、光受信器８１と光受信器制御回路８２を含む。ＬＤ７１から出力される光波の一部が分岐され、局発光として光受信器８１に入力される。光受信器８１は、受信した光信号を局発光と混合して光コヒーレント検波を行い、光電気変換および電流電圧変換を行って、電気信号を出力する。これにより、送受信フロントエンドモジュールが提供される。
【００６２】
この例では、第１実施形態の構成に基づいて光送受信モジュール７０の送信系を構成しているが、図４のＱＰＳＫ方式の光送信機を光送受信モジュール７０に内蔵してもよいし、図８のＤＰ−ＱＰＳＫ方式の光送信機を光送受信モジュール７０に内蔵してもよい。また、図７のような基板バイアスの個別のフィードフォワード制御を採用してもよい。
【００６３】
第１実施形態から第９実施形態を通して、フィードバック制御する場合に、基板バイアスを低周波で変調して光変調器の出力に含まれる低周波成分が最小になるように制御してもよいし、光変調器の平均光強度が最大になるように制御してもよい。また、第１実施形態〜第９実施形態のうちの２以上の実施形態を任意で組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１Ａ〜１Ｈ  光送信機（光通信装置）
２  光送受信機（光通信装置）
１２、１２Ｉ、１２Ｑ  光変調器
１２ａ、１２ｂ  光変調器の光導波路
１３，１３Ｉ、１３Ｑ  駆動回路
１５，２５、４５  モニタ回路
１６、１６Ｉ，１６Ｑ  位相バイアス制御回路
１７ａ、１７Ｉａ、１７Ｑａ  基板バイアス制御回路Ａ（第１制御回路）
１７ｂ、１７Ｉｂ、１７Ｑｂ  基板バイアス制御回路Ｂ（第２制御回路）
１８、１８Ｉ、１８Ｑ、１８ａ、１８ｂ  低周波重畳回路
５０，６０  光変調モジュール
３７ａ  駆動振幅制御回路Ａ（第１制御回路）
３７ｂ  駆動振幅制御回路Ｂ（第２制御回路）
３９、４９  メモリ
７０  光送受信モジュール
【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】
2016050963.tif 000010
【図９】
2016050963.tif 000011
【図１０】
2016050963.tif 000012
【図１１】
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