(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
４値位相変調器であって、
第一の光源から出力された光を２分して出力する光分波器と、
前記分波器から前記出力された２つの光の位相をそれぞれ変調して出力する第一及び第二の位相変調器と、
前記第一の位相変調器から出力された光の位相をシフトして出力する位相器と、
前記位相器の出力光と、前記第二の位相変調器の出力光とを合波して出力する光合波器と、
前記第一の光源から出力された光とは逆方向に伝搬する逆進光を出力する第二の光源と、
前記第二の光源から出力された上記逆進光を前記合波器の出力端に導入する光カプラと、
前記逆進光の前記光分波器の入力端における光強度モニタ結果が最小値又は第一の所定値以下となるように、上記第一及び第二の位相変調器に印加される変調電気信号のバイアス電圧のそれぞれを帰還制御する第一の制御手段と、
前記光合波器の出力光を通信ビットレート以下の周波数応答特性を持つフォトダイオードによりモニタした結果が最小値又は第二の所定値以下となるように、前記位相器に印加される電圧を帰還制御する第二の制御手段を備え、
上記第二の制御手段における前記帰還制御を行った後に、前記第一の制御手段における前記帰還制御を行うことを特徴とする４値位相変調器。
【請求項２】
４値位相変調器であって、
第一の光源から出力された光を２分して出力する光分波器と、
前記分波器から前記出力された２つの光の位相をそれぞれ変調して出力する第一及び第二の位相変調器と、
前記第一の位相変調器から出力された光の位相をシフトして出力する位相器と、
前記位相器の出力光と、前記第二の位相変調器の出力光とを合波して出力する光合波器と、
前記第一の光源から出力された光とは逆方向に伝搬する逆進光を出力する第二の光源と、
前記第二の光源から出力された上記逆進光を前記合波器の出力端に導入する光カプラと、
前記逆進光の前記光分波器の入力端における光強度モニタ結果が最小値又は第一の所定値以下となるように、上記第一及び第二の位相変調器に印加される変調電気信号のバイアス電圧のそれぞれを帰還制御する第一の制御手段と、
前記光合波器の出力光を通信ビットレート以下の周波数応答特性を持つフォトダイオードによりモニタした結果が最小値又は第二の所定値以下となるように、前記位相器に印加される電圧を帰還制御する第二の制御手段を備え、
上記第二の制御手段における前記帰還制御の制御時定数が、前記第一の制御手段における前記帰還制御の制御時定数よりも小さいことを特徴とする４値位相変調器。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の４値位相変調器であって、
前記第二の光源及び前記光カプラに代えて、
前記第一の光源からの出力光の一部を分波して、前記光合波器の出力端からループバックする手段を備えることを特徴とする４値位相変調器。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の４値位相変調器であって、
前記第二の光源として、エルビウム添加ファイバ増幅器からの自然放出光を用いることを特徴とする４値位相変調器。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の４値位相変調器であって、
前記第二の光源として、ＬＥＤを用いることを特徴とする４値位相変調器。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の４値位相変調器であって、
前記第二の光源に代えて、
前記光合波器からの出力光の一部を反射してループバックする手段を備えたことを特徴とする４値位相変調器。
【請求項７】
４値位相変調器であって、
第一の光源から出力された光を２分して出力する光分波器と、
前記分波器から前記出力された２つの光の位相をそれぞれ変調して出力する第一及び第二の位相変調器と、
前記第一の位相変調器から出力された光の位相をシフトして出力する位相器と、
前記位相器の出力光と、前記第二の位相変調器の出力光とを合波して出力する光合波器と、
前記第一の光源から出力された光とは逆方向に伝搬する逆進光を出力する第二の光源と、
前記第二の光源から出力された上記逆進光を前記合波器の出力端に導入する光カプラと、
前記逆進光の前記光分波器の入力端における光強度モニタ結果が最小値又は第一の所定値以下となるように、上記第一及び第二の位相変調器に印加される変調電気信号のバイアス電圧のそれぞれを帰還制御する第一の制御手段を有し、
さらに、前記第一及び第二の位相変調器に印加される前記変調電気信号にはそれぞれ第一及び第二の低周波信号が重畳されており、
さらに、前記光合波器の出力光を光電変換した電気信号を前記第一及び第二の低周波信号の和の成分又は差の成分の周波数でフィルタリングし、該フィルタリングされた電気信号の強度の絶対値が最小値又は第二の所定値以下となるように前記位相器に印加される電圧を帰還制御する第二の制御手段を備え、
上記第二の制御手段における前記帰還制御を行った後に、前記第一の制御手段における前記帰還制御を行うことを特徴とする４値位相変調器。
【請求項８】
４値位相変調器であって、
第一の光源から出力された光を２分して出力する光分波器と、
前記分波器から前記出力された２つの光の位相をそれぞれ変調して出力する第一及び第二の位相変調器と、
前記第一の位相変調器から出力された光の位相をシフトして出力する位相器と、
前記位相器の出力光と、前記第二の位相変調器の出力光とを合波して出力する光合波器と、
前記第一の光源から出力された光とは逆方向に伝搬する逆進光を出力する第二の光源と、
前記第二の光源から出力された上記逆進光を前記合波器の出力端に導入する光カプラと、
前記逆進光の前記光分波器の入力端における光強度モニタ結果が最小値又は第一の所定値以下となるように、上記第一及び第二の位相変調器に印加される変調電気信号のバイアス電圧のそれぞれを帰還制御する第一の制御手段を有し、
さらに、前記第一及び第二の位相変調器に印加される前記変調電気信号にはそれぞれ第一及び第二の低周波信号が重畳されており、
さらに、前記光合波器の出力光を光電変換した電気信号を前記第一及び第二の低周波信号の和の成分又は差の成分の周波数でフィルタリングし、該フィルタリングされた電気信号の強度の絶対値が最小値又は第二の所定値以下となるように前記位相器に印加される電圧を帰還制御する第二の制御手段を備え、
上記第二の制御手段における前記帰還制御の制御時定数が、前記第一の制御手段における前記帰還制御の制御時定数よりも小さいことを特徴とする４値位相変調器。
【請求項９】
４値位相変調器であって、
第一の光源から出力された光を２分して出力する光分波器と、
前記分波器から前記出力された２つの光の位相をそれぞれ変調して出力する第一及び第二の位相変調器と、
前記第一の位相変調器から出力された光の位相をシフトして出力する位相器と、
前記位相器の出力光と、前記第二の位相変調器の出力光とを合波して出力する光合波器と、
前記第一の光源から出力された光とは逆方向に伝搬する逆進光を出力する第二の光源と、
前記第二の光源から出力された上記逆進光を前記合波器の出力端に導入する光カプラと、
前記逆進光の前記光分波器の入力端における光強度モニタ結果が最小値又は第一の所定値以下となるように、上記第一及び第二の位相変調器に印加される変調電気信号のバイアス電圧のそれぞれを帰還制御する第一の制御手段を有し、
さらに、前記第一及び第二の位相変調器に印加される前記変調電気信号にはそれぞれ第一及び第二の低周波信号が重畳されており、
さらに、前記光分波器の入力端における前記逆進光を光電変換した電気信号を前記第一及び第二の低周波信号の和の成分又は差の成分の周波数でフィルタリングし、該フィルタリングされた電気信号の強度の絶対値が最小値又は第二の所定値以下となるように前記位相器に印加される電圧を帰還制御する第二の制御手段を備え、
上記第二の制御手段における前記帰還制御を行った後に、前記第一の制御手段における前記帰還制御を行うことを特徴とする４値位相変調器。
【請求項１０】
４値位相変調器であって、
第一の光源から出力された光を２分して出力する光分波器と、
前記分波器から前記出力された２つの光の位相をそれぞれ変調して出力する第一及び第二の位相変調器と、
前記第一の位相変調器から出力された光の位相をシフトして出力する位相器と、
前記位相器の出力光と、前記第二の位相変調器の出力光とを合波して出力する光合波器と、
前記第一の光源から出力された光とは逆方向に伝搬する逆進光を出力する第二の光源と、
前記第二の光源から出力された上記逆進光を前記合波器の出力端に導入する光カプラと、
前記逆進光の前記光分波器の入力端における光強度モニタ結果が最小値又は第一の所定値以下となるように、上記第一及び第二の位相変調器に印加される変調電気信号のバイアス電圧のそれぞれを帰還制御する第一の制御手段を有し、
さらに、前記第一及び第二の位相変調器に印加される前記変調電気信号にはそれぞれ第一及び第二の低周波信号が重畳されており、
さらに、前記光分波器の入力端における前記逆進光を光電変換した電気信号を前記第一及び第二の低周波信号の和の成分又は差の成分の周波数でフィルタリングし、該フィルタリングされた電気信号の強度の絶対値が最小値又は第二の所定値以下となるように前記位相器に印加される電圧を帰還制御する第二の制御手段を備え、
上記第二の制御手段における前記帰還制御の制御時定数が、前記第一の制御手段における前記帰還制御の制御時定数よりも小さいことを特徴とする４値位相変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の位相を４つのレベルに変調する４値位相変調器に関し、特に、位相変調器の安定化制御手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、アクセス網は急速に光化が進行し，こうした大容量アクセス網を用いたビデオ配信サービスも増加の一途を辿っている。このようなハード・ソフト両面での大容量データ通信への需要の増加により、光ファイバ通信のビットレート向上の要求が高まっている。
【０００３】
しかしながら、光ファイバ通信のビットレートの向上においては様々な課題が浮上している。まず、光ファイバ通信のビットレートの向上に伴い、送受信器における電気デバイス及び光デバイスの動作速度を追従して向上する必要がある。現在、光ファイバ通信の主流であるＩＭ−ＤＤ方式（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ−Ｄｉｒｅｃｔ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ：強度変調−直接検波）では、送信器において電気信号の”０”、”１”をそのまま光のＯＦＦ，ＯＮに置換え、受信器において再び電気信号の”０”、”１”を再生する、シンプルな手法である。従って、現在主流の１０Ｇビット毎秒の信号を４０Ｇビット毎秒に向上しようとした場合には、レーザやフォトダイオード等の光デバイス、あるいは、これらを駆動する電気アンプや識別器等の電気デバイスの動作速度を４倍にする必要がある。４０Ｇビット毎秒で動作する電気・光デバイスは技術的な課題に加え、その材料や製造コストも大きな課題である。
【０００４】
また、光ファイバ通信のビットレートの向上に伴い、光ファイバ中の波長分散という特性によって、光波形が劣化し、伝送速度や伝送距離が制限されてしまう。波長分散（以下、分散と称する）とは、光ファイバ中で信号が伝播する群速度の波長依存性のことである。光波形は厳密には複数の波長成分を持ち（スペクトル広がりを持ち）、群速度に波長依存性があると、光ファイバ中をゆっくり進む成分と早く進む成分が現れて、その結果として波形が広がることになり、分散の値が無視できない場合には、波形歪みが発生して受信特性が劣化してしまう。分散の量はファイバ長に比例するので、結果として、伝送距離が制限されてしまう。波長分散限界の伝送距離は伝送帯域の２乗に反比例し、例えば１０Ｇビット毎秒の信号を４０Ｇ化しようとすると、距離は１６分の１に縮小されてしまう。
【０００５】
また、光ファイバ通信のビットレートの向上に伴い、光ファイバ中の偏波分散という特性によっても、光波形が劣化し、伝送速度や伝送距離が制限されてします。偏波分散とは、本来、その断面が真円となるように設計された光ファイバが物理的な応力、あるいは温度や湿度などの環境変化によって、その断面の真円性がわずかに劣化し、シングルモードファイバでも実際には２つのモードが伝播することに起因している。このモード間で僅かに伝播速度が異なるために、やはり波形広がりが生じ，距離が制限されてしまう。偏波分散限界での伝送距離は伝送帯域に反比例し、前記例と同様に１０Ｇビット毎秒の信号を４０Ｇ化しようとすると距離は１／４に縮小されてしまう。
【０００６】
さらに、ビットレートの上昇は、占有する信号帯域の増加をももたらす。例えばビットレートを４倍化しようとした場合には、占有する信号帯域、つまり占有する光スペクトル幅も４倍となる。波長多重伝送（ＷＤＭ）のように光信号を波長方向にマルチチャネル化して大容量伝送を実現しようとした場合、この波長多重信号を一括増幅する光増幅器の増幅帯域によって帯域は制限される。つまり各波長多重信号が重ならないように波長を設定することを考えると、占有スペクトル幅と波長数の積が、この光増幅器の増幅帯域である必要がある。増幅帯域が一定である以上、占有スペクトル幅を増加させたら、波長数を減少させる必要があるので、ビットレートを向上してもその分だけスペクトル幅が拡大し、波長数が減少し、結局全容量は変わらないままということになり、大容量化が制限されてしまう。
【０００７】
こうしたデバイス応答速度の限界、波長分散や偏波分散による制限、そして
スペクトル幅増大による制限を打破して、ビットレート向上を実現する手法として、光多値変調が注目されている。光多値変調は、光強度、あるいは光位相、あるいはその双方をＭ値（Ｍ＞２）変調することにより、変調駆動信号のビットレートを高めることなしに、総伝送容量をｌｏｇＭ倍（但し対数の底は２である）に向上させる技術である。具体的には、例えば４０Ｇビット毎秒の信号を形成する場合を考えると、従来の２値伝送では、４０Ｇビット毎秒の駆動信号が必要である。一方、４値伝送では伝送容量をｌｏｇ４＝２倍に高めることができるので、２０Ｇビット毎秒の駆動信号を２系統準備することで、４０Ｇビット毎秒の伝送が実現できる。同様に８値伝送では伝送容量を３倍に高めることができるので約１３Ｇビット毎秒の信号３系統により、１６値伝送では伝送容量を４倍に高めることができるので１０Ｇビット毎秒の信号４系統により、それぞれ４０Ｇビット毎秒の伝送が実現できる。
【０００８】
また、こうした光多値変調信号を用いた伝送では、これらの駆動信号のレートによって波長分散、偏波分散、そして占有スペクトル幅の制限されることになるので、前述の２０Ｇビット毎秒の信号２系統によって形成された４０Ｇビット毎秒の信号は、従来の２値伝送の４０Ｇビット毎秒の信号と比べて、波長分散限界距離を４倍に、偏波分散限界距離を２倍にそれぞれ伸長可能であり、さらに占有スペクトル幅を２分の１に縮小することが可能となる。
【０００９】
光多値変調のなかでも特に、光の位相を４値に変調した４値位相変調（ＱＰＳＫ：Ｑｕａｔｅｒｎａｒｙ  Ｐｈａｓｅ  Ｓｈｉｆｔ  Ｋｅｙｉｎｇ）はその各レベルの間隔を一定に管理することの容易さ、位相変調とすることによる感度の向上等の利点より、注目を集めている。
【００１０】
４値位相変調信号の形成手法としては、文献１において開示された手法が多用されている。図１を用いてその原理を説明する。光源（１）から出力した信号光は、分波器（２）において２分される。２分された信号光はそれぞれ位相変調器Ａ、Ｂ（３Ａ、３Ｂ）に達する。位相変調器Ａには、データ信号Ａ（７Ａ）にバイアス電圧１Ａ（６Ａ）をバイアス重畳器（８Ａ）にて重畳した電気信号が印加されている。この電気信号によって位相変調器Ａ（３Ａ）に入力した光信号は２値位相変調されて出力される。
【００１１】
この様子を図２、図３を用いて説明する。この位相変調器には一般的にマッハツエンダ（ＭＺ）型干渉計が用いられる。ＭＺ型変調器の出力特性（消光特性）を図２に示す。ＭＺ型変調器の印加電圧（横軸）を変化させた場合、変調器からの出力（縦軸）は図２のように正弦波に似た軌跡をトレースする。消光特性が谷から山まで変化するのに要する電圧はＶπとして定義され、変調器の特性を表す主要パラメータである。
【００１２】
ここに図３に示すように、消光特性の谷を中心とした（消光特性の谷にバイアス電圧を一致させた）振幅２Ｖπの２値電気波形を、この変調器に印加する場合を考える。消光特性の山から山へ変調するので、変調器の出力は山から一旦、谷におちて再び山となる波形となる。つまり、ビットの中心では常に出力が山の位置にあり、振幅は一定となる。しかしながら、光の位相に関しては注意が必要である。ＭＺ型変調器の消光特性の隣りあう山では出力光の位相が互いにπだけ異なるという特性がある。つまり、この特性を考慮すると、入力電気波形の”０”は振幅”１”位相”０”の出力光に、入力電気波形の”１”は振幅”１”位相”π”の出力光にそれぞれ変換されることになる。つまり、振幅は一定で、かつ位相が”０”、”π”の２値位相変調信号が形成される。
【００１３】
図１点Ａ、つまり位相変調器Ａ（３Ａ）の出力における位相状態を図４に示す。図４の各グラフは位相をＩ軸とＱ軸を用いた複素平面上に表した図であり、Ｉ軸は同相成分の量を、Ｑ軸は直交成分の量を示している。また、座標軸上の任意の信号点を配置した場合、原点から信号点の距離がその信号の振幅を表している。また、原点から信号点を接続した線と、原点からＩ軸正方向を接続した線との角度がその信号の位相を表している。点Ａでの位相状態は、原点を対称としてＩ軸上に配置された２点に配置されるといえる。つまり、振幅”０”、”１”のデータ信号が位相”０”と位相”π”の２点にそれぞれ変換されるといえる。
【００１４】
同様に、位相変調器Ｂには、データ信号Ｂ（７Ｂ）にバイアス電圧１Ｂ（６Ｂ）をバイアス重畳器（８Ｂ）にて重畳した電気信号が印加されている。この電気信号によって位相変調器Ｂ（３Ｂ）に入力した光信号は２値位相変調されて出力される。図１点Ｂ、つまり位相変調器Ｂ（３Ｂ）の出力における位相状態は、図４に示すように、点Ａと同様に原点を対称としてＩ軸上に配置された２点に配置されるといえる。つまり、振幅”０”、”１”のデータ信号が位相”０”と位相”π”の２点にそれぞれ変換されるといえる。
【００１５】
さらに２つの位相変調器の一方、位相変調器Ｂ（３Ｂ）の出力には位相器（４）が設置されている。位相器（４）にはバイアス電圧２が印加されている。位相器（４）に入力した光信号は、このバイアス電圧２に応じた量だけ、位相がシフトして出力される。この位相シフト量はπ／２が理想値である。位相がπ／２だけシフトした結果、点Ｃ、及び点Ｄでの位相状態は図４に示すように、互いに異なる結果となる。つまり、点Ｄでの位相状態は、各信号点がπ／２だけ回転した結果、原点を対称としてＱ軸上に配置された２点に移動する。
【００１６】
位相変調器Ａ（３Ａ）の出力、及び位相器（４）の出力は合波器（５）で合波される。合波器（５）の出力、つまり点Ｅでの信号点の位相状態を図４に示す。それぞれの信号点は合波前の時点では図中の破線の小さな円で示した４点に相当するが、合波器（５）で合波された結果、これらの４点を電界合成、幾何学的にはベクトル合成した信号点が出力となる。つまり、データＡの状態と、データＢの状態をそれぞれ”ｘ、ｙ”で示しすものとし、データＡが”０”、データＢが”１”の場合、つまり”０、１”の場合の信号点は座標中の第４象限の点に配置される。同様に”０、０”、”１、０”、そして”１、１”の点はそれぞれ第１、第２、そして第３象限に配置される。このようにして、位相が＋π／４、＋３π／４、−３π／４、そして−π／４と、４つの位相レベルを持つ、４値位相変調信号が形成される。
【００１７】
【特許文献１】特表２００４−５１６７４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
図４に示すような４値位相変調波形は、位相変調器Ａ（３Ａ）のバイアス電圧１Ａ（６Ａ）、及び位相変調器Ｂ（３Ｂ）のバイアス電圧１Ｂ（６Ｂ）がいずれも位相変調器の消光特性の谷に一致していることを前提とし、かつ、位相器（４）のバイアス電圧２（９）が位相シフト量π／２を発生させるのに相当する量に一致していることを前提としている。
【００１９】
しかしながら、位相変調器（３Ａ、３Ｂ）の消光特性、あるいは位相器（４）の位相シフト特性は、環境温度変動や、入力した電気信号を吸収することに伴う熱変動、あるいは、電気信号の電極における帯電効果によって時間とともに変動することがよく知られている。一般的にこれはバイアスドリフト現象と称される。このバイアスドリフトが発生し、前述の前提が維持できなくなった場合について考える。
【００２０】
例えば、位相変調器Ａ（３Ａ）においてバイアスドリフトが発生し、位相変調器の谷とバイアス電圧１Ａ（６Ａ）が不一致した場合を考える。この場合、図５に示すように、電気波形の中心（バイアス）が消光特性の谷から変位することになる。ここで、データが”０”から”１”に変化する場合を考えると、消光特性の山に達して一旦最大出力となった後も変化し続け、山を通り越して山の中腹で落ち着くことになる。この結果、出力波形の振幅が減少することになる。
【００２１】
これを複素座標上で表すと図６のようになる。つまり、点Ａでの位相状態は原点を田対称としてＩ軸上にあるのは変わらないが、原点からの距離、つまり振幅が減少することになる。その結果、変調器出力、つまり点Ｅでの位相状態は全体をＩ軸方向に縮小した形となる。従って、等位相間隔で配置されていたはずの４つの位相レベルの間隔が不等間隔となり、レベル毎の感度ばらつきが発生してしまう。
【００２２】
また、位相器（４）においてバイアスドリフトが発生し、位相シフト量がπ／２を下回った場合を考える。この場合、図７の点Ｄの特性に示すように、位相シフト量がπ／２を下回った結果、変調器出力、つまり点Ｅでの位相状態は正方形だった配置が菱型に変化している。つまり、”１、０”及び”０、１”の状態における振幅が減少することになり、”１、０”及び”０、１”状態のの受信感度が劣化することになる。
【００２３】
このようにバイアスドリフトが発生し、位相変調器Ａ、Ｂ（３Ａ、３Ｂ）のバイアス電圧１Ａ、１Ｂ（６Ａ、６Ｂ）が消光特性の谷から変位した場合、あるいは位相器（４）の位相シフト量がπ／２から変位した場合には受信感度のばらつき、そしてトータルでの受信感度劣化をもたらしてしまうという問題があった。
【００２４】
また、位相変調器Ａ、Ｂの消光特性が谷となる理想的バイアス電圧、あるいは位相器（４）の位相シフト量がπ／２となる理想バイアス電圧は、デバイス毎に異なる値であり、個体毎の調整を施さないと、固体毎の受信感度劣化をもたらすという問題があった。
【００２５】
また、位相変調器を立ち上げる際には、初期状態（多くの場合は電圧ゼロ、あるいは装置内にメモリされたある規定値）から位相変調器Ａ、Ｂの消光特性が谷となる理想的バイアス電圧、あるいは位相器（４）の位相シフト量がπ／２となる理想バイアス電圧にまで制御することが必要となり、こうした制御機構が無いと、やはり受信感度劣化をもたらすという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
かかる問題に対して本出願の第一の発明が提供する構成は、第１の光源から出力された光を２分する光分波器と、前記分波器の２つの出力にそれぞれ設置され、２つの光の位相をそれぞれ変調して出力する、２台の位相変調器と、前記位相変調器のうち一方の出力に設置され、光の位相をシフトして出力する、１台の位相器と、前記位相器の出力光と、位相器が設置されない側の位相変調器の出力光とを合波して出力する、光合波器とから構成される４値位相変調器において、前記４値位相変調器中を上記の第１の光源から出力された光とは、逆方向に伝播する逆進光、この逆進光用の第２の光源、及びこの第２の光源を前記多値位相変調器中に導入するための光カプラを、前記光合波器の出力に備え、前記４値位相変調器の入力側、つまり前記光分波器の入力側での、前記逆進光の光強度モニタ結果が最小値となるよう、あるいはある定められた規定値以下となるように、前記２台の位相変調器に印加される変調電気信号のバイアス電圧のそれぞれを帰還制御する第１の制御手段を備え、前記４値位相変調器の出力側、つまり前記光合波器の出力光をビットレート以下の周波数応答特性を持つフォトダイオードによりモニタした結果が最小値となるよう、あるいはある定められた規定値以下となるように、前記位相器に印加される電圧を帰還制御する第２の制御手段を備え、前記第２の制御手段を優先的に実行した後に、前記第１の制御手段を実行することを特徴とする４値位相変調器である。
【００２７】
また、かかる問題に対して本出願の第二の発明が提供する構成は、第１の光源から出力された光を２分する光分波器と、前記分波器の２つの出力にそれぞれ設置され、２つの光の位相をそれぞれ変調して出力する、２台の位相変調器と、前記位相変調器のうち一方の出力に設置され、光の位相をシフトして出力する、１台の位相器と、前記位相器の出力光と、位相器が設置されない側の位相変調器の出力光とを合波して出力する、光合波器とから構成される４値位相変調器において、前記４値位相変調器中を上記の第１の光源から出力された光とは、逆方向に伝播する逆進光、この逆進光用の第２の光源、及びこの第２の光源を前記多値位相変調器中に導入するための光カプラを、前記光合波器の出力に備え、前記４値位相変調器の入力側、つまり前記光分波器の入力側での、前記逆進光の光強度モニタ結果が最小値となるよう、あるいはある定められた規定値以下となるように、前記２台の位相変調器に印加される変調電気信号のバイアス電圧のそれぞれを帰還制御する第１の制御手段を備え、前記４値位相変調器の出力側、つまり前記光合波器の出力光をビットレート以下の周波数応答特性を持つフォトダイオードによりモニタした結果が最小値となるよう、あるいはある定められた規定値以下となるように、前記位相器に印加される電圧を帰還制御する第２の制御手段を備え、前記第２の制御手段の制御時定数を、前記第１の制御手段の制御時定数よりも小さい値とすることを特徴とする４値位相変調器である。
【００２８】
また、かかる問題に対して本出願の第三の発明が提供する構成は、第１の光源から出力された光を２分する光分波器と、前記分波器の２つの出力にそれぞれ設置され、２つの光の位相をそれぞれ変調して出力する、２台の位相変調器と、前記位相変調器のうち一方の出力に設置され、光の位相をシフトして出力する、１台の位相器と、前記位相器の出力光と、位相器が設置されない側の位相変調器の出力光とを合波して出力する、光合波器とから構成される４値位相変調器において、前記４値位相変調器中を上記の第１の光源から出力された光とは、逆方向に伝播する逆進光、この逆進光用の第２の光源、及びこの第２の光源を前記多値位相変調器中に導入するための光カプラを、前記光合波器の出力に備え、前記４値位相変調器の入力側、つまり前記光分波器の入力側での、前記逆進光の光強度モニタ結果が最小値となるよう、あるいはある定められた規定値以下となるように、前記２台の位相変調器に印加される変調電気信号のバイアス電圧のそれぞれを帰還制御する第１の制御手段を備え、前記２台の位相変調器に印加されるそれぞれの変調電気信号には互いに異なる、あるいは等しい２つの低周波信号がそれぞれ重畳され、前記４値位相変調器の出力側、つまり前記光合波器の出力光を光電変換し、さらに前記２つの低周波信号の和の成分あるいは差の成分の周波数でフィルタリングし、絶対値をとった結果が最小値となるよう、あるいはある定められた規定値以下となるように、前記位相器に印加される電圧を帰還制御する第２の制御手段を備え、前記第２の制御手段を優先的に実行した後に、前記第１の制御手段を実行することを特徴とする４値位相変調器である。
【００２９】
また、かかる問題に対して本出願の第四の発明が提供する構成は、第１の光源から出力された光を２分する光分波器と、前記分波器の２つの出力にそれぞれ設置され、２つの光の位相をそれぞれ変調して出力する、２台の位相変調器と、前記位相変調器のうち一方の出力に設置され、光の位相をシフトして出力する、１台の位相器と、前記位相器の出力光と、位相器が設置されない側の位相変調器の出力光とを合波して出力する、光合波器とから構成される４値位相変調器において、前記４値位相変調器中を上記の第１の光源から出力された光とは、逆方向に伝播する逆進光、この逆進光用の第２の光源、及びこの第２の光源を前記多値位相変調器中に導入するための光カプラを、前記光合波器の出力に備え、前記４値位相変調器の入力側、つまり前記光分波器の入力側での、前記逆進光の光強度モニタ結果が最小値となるよう、あるいはある定められた規定値以下となるように、前記２台の位相変調器に印加される変調電気信号のバイアス電圧のそれぞれを帰還制御する第１の制御手段を備え、前記２台の位相変調器に印加されるそれぞれの変調電気信号には互いに異なる、あるいは等しい２つの低周波信号がそれぞれ重畳され、前記４値位相変調器の出力側、つまり前記光合波器の出力光を光電変換し、さらに前記２つの低周波信号の和の成分あるいは差の成分の周波数でフィルタリングし、絶対値をとった結果が最小値となるよう、あるいはある定められた規定値以下となるように、前記位相器に印加される電圧を帰還制御する第２の制御手段を備え、
前記第２の制御手段の制御時定数を、前記第１の制御手段の制御時定数よりも小さい値とすることを特徴とする４値位相変調器である。
【００３０】
また、かかる問題に対して本出願の第五の発明が提供する構成は、第１の光源から出力された光を２分する光分波器と、前記分波器の２つの出力にそれぞれ設置され、２つの光の位相をそれぞれ変調して出力する、２台の位相変調器と、前記位相変調器のうち一方の出力に設置され、光の位相をシフトして出力する、１台の位相器と、前記位相器の出力光と、位相器が設置されない側の位相変調器の出力光とを合波して出力する、光合波器とから構成される４値位相変調器において、前記４値位相変調器中を上記の第１の光源から出力された光とは、逆方向に伝播する逆進光、この逆進光用の第２の光源、及びこの第２の光源を前記多値位相変調器中に導入するための光カプラを、前記光合波器の出力に備え、前記４値位相変調器の入力側、つまり前記光分波器の入力側での、前記逆進光の光強度モニタ結果が最小値となるよう、あるいはある定められた規定値以下となるように、前記２台の位相変調器に印加される変調電気信号のバイアス電圧のそれぞれを帰還制御する第１の制御手段を備え、前記２台の位相変調器に印加されるそれぞれの変調電気信号には互いに異なる、あるいは等しい２つの低周波信号がそれぞれ重畳され、前記４値位相変調器の入力側、つまり前記光分波器の入力側での、前記逆進光を光電変換し、さらに前記２つの低周波信号の和の成分あるいは差の成分の周波数でフィルタリングし、絶対値をとった結果が最小値となるよう、あるいはある定められた規定値以下となるように、前記位相器に印加される電圧を帰還制御する第２の制御手段を備え、前記第２の制御手段を優先的に実行した後に、前記第１の制御手段を実行することを特徴とする４値位相変調器である。
【００３１】
また、かかる問題に対して本出願の第六の発明が提供する構成は、第１の光源から出力された光を２分する光分波器と、前記分波器の２つの出力にそれぞれ設置され、２つの光の位相をそれぞれ変調して出力する、２台の位相変調器と、前記位相変調器のうち一方の出力に設置され、光の位相をシフトして出力する、１台の位相器と、前記位相器の出力光と、位相器が設置されない側の位相変調器の出力光とを合波して出力する、光合波器とから構成される４値位相変調器において、前記４値位相変調器中を上記の第１の光源から出力された光とは、逆方向に伝播する逆進光、この逆進光用の第２の光源、及びこの第２の光源を前記多値位相変調器中に導入するための光カプラを、前記光合波器の出力に備え、前記４値位相変調器の入力側、つまり前記光分波器の入力側での、前記逆進光の光強度モニタ結果が最小値となるよう、あるいはある定められた規定値以下となるように、前記２台の位相変調器に印加される変調電気信号のバイアス電圧のそれぞれを帰還制御する第１の制御手段を備え、前記２台の位相変調器に印加されるそれぞれの変調電気信号には互いに異なる、あるいは等しい２つの低周波信号がそれぞれ重畳され、前記４値位相変調器の入力側、つまり前記光分波器の入力側での、前記逆進光を光電変換し、さらに前記２つの低周波信号の和の成分あるいは差の成分の周波数でフィルタリングし、絶対値をとった結果が最小値となるよう、あるいはある定められた規定値以下となるように、前記位相器に印加される電圧を帰還制御する第２の制御手段を備え、前記第２の制御手段の制御時定数を、前記第１の制御手段の制御時定数よりも小さい値とすることを特徴とする４値位相変調器である。
【発明の効果】
【００３２】
本出願の第一、第三、及び第五の発明によれば、第１の制御手段により２つの位相変調器のバイアス電圧が安定化制御され、第２の制御手段により位相器のバイアス電圧が安定化制御され、そして第２の制御を、第１の制御よりも優先して実施することにより、より安定化された４値位相変調器が実現可能となる。また本発明により、より高速に４値試走変調器の起動が可能となる。
【００３３】
また、本出願の第二、第四、及び第六の発明によれば、第１の制御手段により２つの位相変調器のバイアス電圧が安定化制御され、第２の制御手段により位相器のバイアス電圧が安定化制御され、そして第２の制御時定数を、第１の制御時定数よりも短くすることで、より安定化された４値位相変調器が実現可能となる。
【実施例１】
【００３４】
本発明の第１の実施例を図８から図２０を用いて説明する。光源１（１１）から出力した信号光は、分波器（１４）において２分される。光源１（１１）と分波器（１４）の間には別の分波器（１２）が設置され、光源１（１１）から出力される信号光とは逆方向に伝播する光が、この分波器（１４）によって分波され、フォトダイオード（１３）に達する。分波器（１４）によって２分された信号光はそれぞれ位相変調器Ａ、Ｂ（１５Ａ、１５Ｂ）に達する。位相変調器Ａ（１５Ａ）には、データ信号Ａ（２３Ａ）にバイアス電圧１Ａ（２２Ａ）をバイアス重畳器（２４Ａ）にて重畳した電気信号が印加されている。この電気信号によって位相変調器Ａ（１５Ａ）に入力した光信号は２値位相変調されて出力される。
【００３５】
同様に、位相変調器Ｂ（１５Ｂ）には、データ信号Ｂ（２３Ｂ）にバイアス電圧１Ｂ（２２Ｂ）をバイアス重畳器（２４Ｂ）にて重畳した電気信号が印加されている。この電気信号によって位相変調器Ｂ（１５Ｂ）に入力した光信号は２値位相変調されて出力される。
【００３６】
さらに２つの位相変調器の一方、位相変調器Ｂ（１５Ｂ）の出力には位相器（１６）が設置されている。位相器（１６）にはバイアス電圧２（２６）が印加されている。位相器（１６）に入力した光信号は、このバイアス電圧２（２５）に応じた量だけ、位相がシフトして出力される。この位相シフト量はπ／２が理想値である。
【００３７】
位相変調器Ａ（１５Ａ）の出力、及び位相器（１６）の出力は合波器（１７）で合波される。合波器（１７）の出力は、位相変調器Ａ（１５Ａ）、位相変調器Ｂ（１５Ｂ）、及び位相器（１６）のバイアスが理想的な場合には、位相が＋π／４、＋３π／４、−３π／４、そして−π／４と、４つの位相レベルを持つ、４値位相変調信号となる。
【００３８】
合波器（１７）の出力には出力光の一部を取り出す分波器（１８）が設置され、分波された光信号はフォトダイオード（１９）に達する。フォトダイオード（１９）はビットレート以下の周波数応答特性を持つ。さらに分波器（１８）のもう一方の出力には光源２（２１）からの信号光を合波するための合波器（２０）が設置される。
【００３９】
注意すべきは、光源１（１１）から出力される光信号が図を左から右に伝播、つまり分波器（１４）から位相変調器Ａ（１５Ａ）あるいは位相変調器Ｂ（１５Ｂ）と位相器（１６）を経て合波器（１７）に達し、その一部がフォトダイオード（１９）で光電変換されるのに対し、光源２（２１）からの出力される光は図を右から左に伝播、つまり合波器（１７）から位相変調器Ａ（１５Ａ）あるいは位相器（１６）そして位相変調器Ｂ（１５Ｂ）を経て分波器（１４）に達し、最終的にフォトダイオード（１３）で光電変換されることである。
【００４０】
フォトダイオード（１３）からの出力、つまり逆方向に伝播してきた光の光強度モニタ結果は、制御回路１（２５）に達し、この情報を元に制御回路１（２５）はバイアス電圧１Ａ（２２Ａ）、及びバイアス電圧１Ｂ（２２Ｂ）を調整する。
【００４１】
また、ビットレート以下の周波数応答特性を持つフォトダイオード（１９）からの出力、つまり光合波器（１７）の出力光から光電変換されたＲＦ電気信号のＲＦパワーモニタ結果は、制御回路２（２７）に達し、この情報を元に制御回路２（２７）はバイアス電圧２（２６）を調整する。
【００４２】
バイアス電圧がバイアスドリフトの影響等により、理想的なバイアス電圧あから変位が発生している場合には、図５で前述したように、位相変調器の出力振幅の減少となってあらわれる。また、一般的に位相変調器のＶπは４〜６Ｖ程度の値であり、２値位相変調を実現するための２Ｖπの振幅を得ようとした場合には、駆動振幅として８〜１２Ｖの相当な大振幅信号を実現する必要がある。送信器のコスト削減のためには、振幅をある程度削減することが望ましく、駆動振幅を２Ｖπ以下とした場合の変調の様子を図９に示す。変調振幅が２Ｖπより削減した場合には、となりあうデータ毎に振幅が異なる結果となる。この場合には、平均パワーはこの異なる振幅の中間値となるので、むしろバイアス変位に伴う平均パワー変動は減少する。
【００４３】
この様子を図１０に示す。図１０はバイアスの変位量に対する、変調器、つまり合波器（１７）の出力のをプロットしたシミュレーション結果である。バイアス変位量は２Ｖπで規格化してある。つまり、バイアス変位量５０％とは、Ｖπに相当するバイアス変位量である。また、同様に変調振幅も２Ｖπで規格化してある。つまり、変調振幅１００％とは、２Ｖπに相当する変調振幅であり、図５に示すような理想的な変調振幅であることを示している。
【００４４】
バイアス変位量が増大していくと変調器出力もなだらかに変化していく。バイアスが５０％変位したとしても、その変化量は最大で４ｄＢ程度であり、また変調振幅が１００％から減少していくとともに、変化量も減少してしまう。変調振幅がいずれの場合でも、バイアス変位量が１０％以下の場合には、変化量は０．２ｄＢを下回り、変調器出力からバイアスを調整するのは困難である。
【００４５】
一方、本発明で提供するように、逆方向に伝播する逆進光をモニタする場合を次に説明する。１０Ｇビット毎秒や２０Ｇビット毎秒のような高速変調に用いる変調器は進行波型変調器が一般的である。進行波型変調器は変調する電気信号と変調される光信号とが、変調器の内部を同一方向に伝播することによって電気信号と光信号の相互作用長を増大させ、変調効率を高める変調器である。逆に言うと、変調する電気信号と、逆方向に伝播する光信号とでは、相互作用長が減少するので、変調効率が著しく減少する。つまり、逆方向に伝播する光はほとんど変調されることなく、変調器から出力される。従って、逆方向に伝播する光に対しては、バイアス電圧と出力光の関係が、消光特性そのものに一致することになる。この結果、出力光を最小とすることで、消光特性の谷にバイアスを調整可能、つまり、バイアス電圧を最適値に設定することが可能となる。
【００４６】
実際には、データ信号は１０Ｇヘルツや２０Ｇヘルツのような高速成分だけではなく、低速の周波数から連続したスペクトルを持つ。これらの低速成分の場合には前述の電気信号と光信号の相互作用長が相対的に増大するため、逆方向に伝播する光の場合であっても、低速周波数成分で変調されることになる。そこで、逆方向に伝播する光と電気波形の変調応答周波数（応答特性が３ｄＢ減少する周波数）を５００ＭＨｚとした場合について、図１０と同様に、バイアス変位量と変調器出力（この場合は逆進光出力、つまり図８のフォトダイオード（１３）でモニタした結果）の関係についてシミュレーションした結果を図１１に示す。
【００４７】
変調振幅が０％の場合、つまり変調無しの場合には、バイアス変位量５０％に対し、モニタ結果は１７ｄＢも変動し、バイアス変位量に対する逆進光出力の感度は非常に高いといえる。変調振幅が上昇していくと、前述した低域周波数成分によって逆進光が変調される効果が加わり、逆進光出力の変動量は減少していく。それでもバイアス変位量１０％、変調振幅１００％に対する逆進光出力の変動量は１．８ｄＢに達し、十分な制御感度が得られるといえる。前述の通常の出力をモニタした結果の０．２ｄＢと比較した場合でもその差は明瞭である。
【００４８】
このように逆方向に伝播する光をフォトダイオード（１３）によってモニタし、制御回路１（２５）によって、そのモニタされた強度が最小となるように、あるいはある規定値以下となるように、バイアス１Ａ（２２Ａ）を制御することにより、位相変調器Ａ（１５Ａ）のバイアスを最適点に保持することが可能となる。
【００４９】
一方、位相器（１６）の制御について次に説明する。前述した図４に示すような位相点において、データが”０、０”、”１、０”、”１、１”、”０、１”と変化した場合を考える。図１２は、位相差が理想的つまりπ／２の場合、あるいは最悪の場合、つまり位相差がゼロの場合について、その光電界、光パワー、そしてフォトダイオード（１９）で受信した後のＲＦパワーについて、模式的に表した図である。まず位相差がπ／２の場合、光出力での光電界振幅は常に一定で、図１２（１）のように例えば±√２となる。光パワーはその２乗に比例するので、図１２（３）のように例えば２となる。これを光電変換するとこれに比例した電流が出力され、結果としてＲＦパワーは、さらにその２乗に比例することになり、図１２（５）に示すように一定値（＝４）となる。
【００５０】
これに対し、位相差がゼロの場合には、”１、０”及び”０、１”のデータが光電界振幅ゼロ、”０、０”及び”１、１”の光電界振幅が２となる。この結果光パワーは４と０を交互にくりかえし、平均値は２となる。これを光電変換した結果、これに比例した電流が出力され、結果としてＲＦパワーは、さらにその２乗に比例し、１６と０を交互に繰返し、平均値は８となる。つまり、伝送信号と同程度の応答特性を持つフォトダイオードを用いてモニタしたＲＦパワーの場合には、そのモニタ結果を最小とすることで位相差をπ／２に、つまり理想状態に調整できることがわかる。
【００５１】
位相差をπ／２あるいはゼロとした場合の、ＲＦパワーのモニタ結果についてシミュレーションした結果を図１３に示す。本シミュレーションでは４０Ｇビット毎秒のＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）−ＤＱＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ＱＰＳＫ）信号、つまり２０Ｇビット毎秒の信号を２系統用いて４値位相変調信号を形成し、その出力をフォトダイオードで光電変換した場合のＲＦパワーを、フォトダイオードの帯域をパラメータ（横軸）として算出した。ＲＦパワーの値（縦軸）は相対値である。位相差ゼロの場合のモニタ結果、及び位相差π／２の場合のモニタ結果、共に帯域の減少と共に減少しているが、ビットレートの１０分の１、例えば帯域２．５ＧＨｚの汎用的なフォトダイオードを用いたとしても、感度劣化は１０分の１程度であり、十分な制御感度が確保可能であるといえる。
【００５２】
このように変調器の出力をビットレート以下の周波数応答特性を持つフォトダイオード（１９）によりモニタされたＲＦパワーが最小値となるよう、あるいはある規定値以下となるように、制御回路２（２７）によって、バイアス２（２６）を制御することにより、位相器（１６）のバイアスを最適点に保持することが可能となる。
【００５３】
ここで位相変調器Ａ（１５Ａ）、位相変調器Ｂ（１５Ｂ）そして位相器（１６）の各バイアス制御に伴う相互の影響について説明する。図１４は位相器（１６）のバイアス特性について、他のバイアス制御が及ぼす影響を説明する図である。同図は、位相器のバイアスを変化させながら、４０Ｇビット毎秒のＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号の変調出力を帯域２．５ＧＨｚのフォトダイオードを用いて測定した実験結果であり、２つの位相変調器のバイアスとしては、（１）共に最適値の場合、（２）共に最適値と最悪値の中間の値の場合、（３）一方が最悪値であり、もう一方が最適値とした場合の３通りを評価した。同図からわかるように、モニターパワーの変動特性の振幅は、２つの位相変調器のバイアス状態によって変化するが、谷となるバイアス電圧、つまり最小化制御した場合の制御収束点は殆ど変化しない。つまり、位相器のバイアス制御においては、２つの位相変調器のバイアスの状態の影響は軽微である。
【００５４】
その一方で、図１５、図１６、及び図１７は位相変調器１Ａ（１５Ａ）のバイアス特性について、他のバイアス制御が及ぼす影響を説明する図である。これらも図１４と同様に、位相変調器のバイアスを変化させながら、４０Ｇビット毎業のＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号の逆進光のモニタ出力を測定した実験結果であり、もう一方の位相変調器のバイアスとしては、（１）最適値の場合、（２）最適値と最悪値の中間の値の場合、（３）最悪値の場合の３通りを評価した。また、位相器のバイアスとしては、図１５は最適値、図１６は最適値と最悪値の中間の価、そして図１７は最悪の値とした。
【００５５】
図１５からわかるように、バイアス２が最適値の場合には、バイアス１Ｂの状態に関わらずバイアス１Ａは−２．５Ｖ近傍で最小値となっている。つまり、バイアス１Ａを最小化制御した場合の制御収束点は、バイアス１Ｂが変動しても殆ど変化せず、バイアス１Ｂとバイアス１Ａは独立に最小化制御可能である。
【００５６】
しかしながら、図１６からわかるように、バイアス２が中間値となると一転して、バイアス１Ａの最小値はバイアス１Ｂの値によって変動し、バイアス１Ｂが最適値から最悪値にシフトするとともに、バイアス１Ａの最小値は負側にシフトしていく。つまり、バイアス１Ａを最小化制御した場合の制御収束点は、バイアス１Ｂに依存することになる。この結果、バイアス１Ａとバイアス１Ｂを独立に制御した場合には、互いの制御収束点が相互の影響を受けてあって変動し、制御が収束せずに、出力波形が不安定に変動することになる。図１７を見ると、この傾向はさらに強まることがわかる。
【００５７】
このように、位相器のバイアス制御においては２つの位相変調器のバイアスの影響を殆ど受けない一方で、２つの位相変調器のバイアス制御においては位相期のバイアスの影響を強く受けることがわかる。この理由は、図１８、図１９に示す模式図から説明することが可能である。
【００５８】
図１８はバイアス２が最適値の場合、つまり位相差がπ／２となり、２つの位相変調成分が直交してる場合の、逆進光の様子を示す模式図である。位相変調器Ａ（１５Ａ）を透過する逆進光をベクトルＡで表し、位相変調器Ｂ（１５Ｂ）を透過する逆進光をベクトルＢで表す。ベクトルＡ、ベクトルＢのベクトル長は光強度を表す。ベクトルＡとベクトルＢは分波器（１４）において電界結合、つまりベクトル合成される。フォトダイオード（１３）が受信する光は破線で示すベクトル、つまりベクトルＡとベクトルＢの合成ベクトルである。
【００５９】
ここで位相変調器Ｂ（１５Ｂ）のバイアスはある値で固定したまま、位相変調器Ａ（１５Ａ）のバイアスを調整する操作を考える。この操作は、図１８において、ベクトルＢの長さを固定したまま、ベクトルＡの長さを変える操作と等価である。また、フォトダイオード（１３）の強度をモニタする操作は、合成ベクトルの長さを測定する操作と等価である。つまり、逆進光が最小となるように位相変調器Ａ（１５Ａ）のバイアスを調整する操作は、合成ベクトルの長さを最小化するように、ベクトルＡの長さを調整する操作と等価である。
【００６０】
図１８のケース１、ケース２、ケース３とベクトルＡの長さを正の値から負の値に変えていく様子から自明なように、合成ベクトルの長さが最小となるのはベクトルＡがゼロベクトルの場合である。つまり、ベクトルＢの状態によらずにベクトルＡを最小化可能であり、従って、位相変調器Ａと位相変調器Ｂのバイアスは独立に最小化制御が可能である。
【００６１】
しかしながら、図１６に示すように、バイアス２が最適値からずれた場合、つまりベクトルの直交性が劣化した場合には、この議論は成立しない。つまり、ケース２のようにベクトルＡがゼロベクトルとなった場合よりも、合成ベクトルの長さが最小となるケース３が存在する。合成ベクトルの長さが最小となるのは、ベクトルＡの長さを変化させた時に合成ベクトルの終点が描く軌跡（トレース）と合成ベクトルが直交する、ケース３の場合である。この時のベクトルＡの長さは、２つのベクトルのなす角度（鋭角側を選択する）をθとしたとき、ベクトルＢの長さにｃｏｓθを掛け合わせたものであるからθがπ／２である場合を除き、ベクトルＢの長さに依存する。つまり、非直交の場合には、位相変調器Ａの制御収束点は位相変調器Ｂのバイアスによって変動することを意味する。
【００６２】
こうして、位相器のバイアス制御においては２つの位相変調器のバイアスの影響を殆ど受けない一方で、２つの位相変調器のバイアス制御においては位相期のバイアスの影響を強く受けることがわかる。そこで、図２０に示すフローチャートに従って制御を施すことにより、図８に示す４値位相変調器の位相器（１６）、及び２つの位相変調器（１５Ａ、１５Ｂ）を安定に制御することが可能となる。つまり、制御１（位相変調器のバイアスの制御）に先立ち、制御２（位相器のバイアス、つまり直交性の制御）を優先的に実施し、直交性を確保した状態で、それぞれの位相変調器のバイアスを制御することより、図１５、図１６、図１７、図１８及び図１９を用いて前述した、他方の位相変調器、位相器の影響を受けること無しに、位相器、位相変調器の制御が可能となる。
【００６３】
本発明は、位相変調器や位相器のバイアスドリフトを補償するのみならず、位相変調器や位相器の個体毎の理想特性のばらつきを吸収する場合に有効であり、あるいは電圧ゼロボルトからの変位量や、あらかじめ設定しておいた初期値（規定値）からスタートして安定動作に持っていく場合の制御に有効であり、特に装置を起動する場合の制御に有効である。
【００６４】
制御２の制御フローとしては例えば図２１に示すような、最小化制御が適している。また、制御１のような２変数制御のフローとしては、例えば図２２に示すように、バイアス１Ａをまず最小化して、次にバイアス１Ｂを最小化するような逐次制御が適用可能である。また、図の２３に示すようなバイアス１Ａ，バイアス１Ｂを同時にそれぞれΔＡ、ΔＢだけ変動させ、モニタ結果の変動量と併せて、最大勾配となる、次のΔＡ，ΔＢを逐次算出して繰り返す、いわゆる山登り法のようなフローを適用することも可能である。
【００６５】
逆進光源（２１）の実現手段としては、レーザー光源やＬＥＤ光源が考えられる。また、図２４に示すようにエルビウム添加増幅器（ＥＤＦＡ、３２）からの自然放出光を用いた場合には、逆進光と位相変調器の偏波調整の工程を省略可能であるという利点が生じる。また、図２６に示すように、信号光源の一部を分波器（３１）によって分波しループバックして逆進光源を代用することも可能である。また、図２６に示すように、信号光の一部を反射器（３３）によって反射させて逆進させることによって逆進光源を代用することも可能である。これら逆進光源の代用法は、以下に示す他の実施例でも同様に適用可能である。
【００６６】
位相変調器Ｂ（１５Ｂ）と位相器（１６）の配置順に優位差は無く、位相器（１６）が位相変調器Ｂ（１５Ｂ）よりも先に配置された場合でも本特許は問題なく適用可能である。以下に示す他の実施例でも同様に適用可能である。
【００６７】
位相変調器や位相器の材料としては、ＬｉＮｂＯ３（リチウムナイオベイト）、ＧａＡｓやＩｎＰなどの半導体など、いずれの材料でも本発明は適用可能である。
【００６８】
位相変調器や位相器は集積された導波路上に形成された場合であっても、あるいはそれぞれ個別部品を結合して作製した場合であっても適用可能であり、以下に示す他の実施例でも同様に適用可能である。
【実施例２】
【００６９】
本発明の第２の実施例を、図８、図２７を用いて説明する。図８の構成に、図２７に示すフローチャートに従って制御を施すことにより、図８に示す４値位相変調器の位相器（１６）、及び２つの位相変調器（１５Ａ、１５Ｂ）を安定に制御することが可能となる。つまり、制御１（位相変調器のバイアスの制御）を時定数ｔ１で、制御２（位相器のバイアス、つまり直交性の制御）を字定数ｔ２でそれぞれ独立に制御し、かつ、制御２の制御時定数ｔ２を制御１の制御時定数ｔ１より短くし、制御２をより高速に制御することにより、直交性制御を優先制御した状態で、それぞれの位相変調器のバイアスを制御することより、他方の位相変調器、位相器の影響を受けること無しに、位相器、位相変調器の制御が可能となる。
【００７０】
制御時定数の差としては、例えばｔ１＞１０×ｔ２のように１桁程度の差をつければ安定動作として申し分ないし、またサンプルホールド回路の制限など、時定数にある程度の選択の制約がある場合には数倍程度でも問題なく適用可能である。
【実施例３】
【００７１】
本発明の第３の実施例を図２８、図２０を用いて説明する。図２８の構成は図８の構成に加えて、バイアス１Ａに低速周波数ｆＡ（２８Ａ）を重畳する回路（２９Ａ）、バイアス１Ｂに低速周波数ｆＢ（２８Ｂ）を重畳する回路（２９Ｂ）、が加わり、さらに、フォトダイオード（１９）の出力に電気バンドパスフィルタ（３０）が加わった構成となっている。
【００７２】
図２８の構成における制御１は実施例１と同様である。図２６の構成における制御２は、フォトダイオード（１９）の出力に設置された電気バンドパスフィルタ（３０）により、前記２つの低周波信号の和の成分（ｆＡ＋ｆＢ）あるいは差の成分（ｆＡ−ｆＢ）の周波数成分を抽出し、その絶対値をとった結果が最小値となるよう、あるいはある定められた規定値以下となるように、位相器（１６）のバイアス２（２６）を制御する構成となっている。このように同期検波を用いて制御をおこなうことにより、制御２をより高精度に実施することが可能となる。
【００７３】
この図２８の構成において、図２０に示すフローチャートに従って制御を施すことにより、図２８に示す４値位相変調器の位相器（１６）、及び２つの位相変調器（１５Ａ、１５Ｂ）を安定に制御することが可能となる。つまり、制御１（位相変調器のバイアスの制御）に先立ち、制御２（位相器のバイアス、つまり直交性の制御）を優先的に実施し、直交性を確保した状態で、それぞれの位相変調器のバイアスを制御することより、他方の位相変調器、位相器の影響を受けること無しに、位相器、位相変調器の制御が可能となる。
【実施例４】
【００７４】
本発明の第４の実施例を図２８、図２７を用いて説明する。図２８の構成に、図２７に示すフローチャートに従って制御を施すことにより、図２８に示す４値位相変調器の位相器（１６）、及び２つの位相変調器（１５Ａ、１５Ｂ）を安定に制御することが可能となる。つまり、制御１（位相変調器のバイアスの制御）を時定数ｔ１で、制御２（位相器のバイアス、つまり直交性の制御）を字定数ｔ２でそれぞれ独立に制御し、かつ、制御２の制御時定数ｔ２を制御１の制御時定数ｔ１より短くし、制御２をより高速に制御することにより、直交性制御を優先制御した状態で、それぞれの位相変調器のバイアスを制御することより、他方の位相変調器、位相器の影響を受けること無しに、位相器、位相変調器の制御が可能となる。
【実施例５】
【００７５】
本発明の第５の実施例を図２９、図２０を用いて説明する。図２９の構成は図２８の構成に含まれていたフォトダイオード（１９）を省略し、変りにフォトダイオード（１３）から出力をさらにもう１系統取り出して、これをバンドパスフィルタ（３０）に入力した構成となっている。制御１は実施例１、３と同様であり、制御２はフォトダイオード（１３）の出力に設置された電気バンドパスフィルタ（３０）により、前記２つの低周波信号の和の成分（ｆＡ＋ｆＢ）あるいは差の成分（ｆＡ−ｆＢ）の周波数成分を抽出し、その絶対値をとった結果が最小値となるよう、あるいはある定められた規定値以下となるように、位相器（１６）のバイアス２（２６）を制御する構成となっている。このように同期検波を用いて制御をおこなうことにより、制御２をより高精度に実施することが可能となる。
【００７６】
この図２９の構成において、図２０に示すフローチャートに従って制御を施すことにより、図２９に示す４値位相変調器の位相器（１６）、及び２つの位相変調器（１５Ａ、１５Ｂ）を安定に制御することが可能となる。つまり、制御１（位相変調器のバイアスの制御）に先立ち、制御２（位相器のバイアス、つまり直交性の制御）を優先的に実施し、直交性を確保した状態で、それぞれの位相変調器のバイアスを制御することより、他方の位相変調器、位相器の影響を受けること無しに、位相器、位相変調器の制御が可能となる。
【実施例６】
【００７７】
本発明の第４の実施例を図２９、図２７を用いて説明する。図２９の構成に、図２７に示すフローチャートに従って制御を施すことにより、図２９に示す４値位相変調器の位相器（１６）、及び２つの位相変調器（１５Ａ、１５Ｂ）を安定に制御することが可能となる。つまり、制御１（位相変調器のバイアスの制御）を時定数ｔ１で、制御２（位相器のバイアス、つまり直交性の制御）を字定数ｔ２でそれぞれ独立に制御し、かつ、制御２の制御時定数ｔ２を制御１の制御時定数ｔ１より短くし、制御２をより高速に制御することにより、直交性制御を優先制御した状態で、それぞれの位相変調器のバイアスを制御することより、他方の位相変調器、位相器の影響を受けること無しに、位相器、位相変調器の制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】４値位相変調器の一般構成。
【図２】ＭＺ型変調器の消光特性。
【図３】ＭＺ型変調器での位相変調の例。
【図４】４値位相変調器中の位相状態の例。
【図５】ＭＺ型変調器での位相変調の例２（バイアス変位がある場合１）。
【図６】４値位相変調器中の位相状態の例２（バイアス変位がある場合１）。
【図７】４値位相変調器中の位相状態の例３（バイアス変位がある場合２）。
【図８】第一、第二の実施例構成
【図９】ＭＺ型変調器での位相変調の例３（バイアス変位がある場合２）。
【図１０】４値位相変調器の出力特性。
【図１１】４値位相変調器の逆進光モニタ特性。
【図１２】４値位相変調器の直交性劣化を説明する模式図。
【図１３】４値位相変調器のＲＦパワーモニタ特性。
【図１４】位相器バイアスに対する位相変調器バイアスの影響。
【図１５】位相変調器バイアスに対する位相器バイアスの影響１。
【図１６】位相変調器バイアスに対する位相器バイアスの影響２。
【図１７】位相変調器バイアスに対する位相器バイアスの影響３。
【図１８】位相変調器バイアスに対する位相器バイアスの影響を説明する模式図１。
【図１９】位相変調器バイアスに対する位相器バイアスの影響を説明する模式図２。
【図２０】第一、第三、第五の実施例における制御フロー。
【図２１】位相器バイアス制御フロー例。
【図２２】位相変調器バイアス制御フロー例１。
【図２３】位相変調器バイアス制御フロー例２。
【図２４】第一実施例構成の別の形態１。
【図２５】第一実施例構成の別の形態１。
【図２６】第一実施例構成の別の形態１。
【図２７】第二、第四、第六の実施例における制御フロー。
【図２８】第三、第四の実施例構成。
【図２９】第五、第六の実施例構成。
【符号の説明】
【００７９】
１：光源
２：分波器
３Ａ，３Ｂ：位相変調器
４：位相器
５：合波器
６Ａ、６Ｂ：バイアス１電圧源
７Ａ、７Ｂ：データ源
８Ａ，８Ｂ：バイアス重畳回路
９：バイアス２電圧源
１１：光源１
１２：逆進光用の分波器
１３：フォトダイオード
１４：分波器
１５Ａ，１５Ｂ：位相変調器
１６：位相器
１７：合波器
１８：分波器
１９：フォトダイオード
２０：逆進光用の合波器
２１：逆進光用の光源２
２２Ａ、２２Ｂ：バイアス１電圧源
２３Ａ、２３Ｂ：データ源
２４Ａ、２４Ｂ：バイアス重畳回路
２５：制御回路１
２６：バイアス２電圧源
２７：制御回路２
２８Ａ、２８Ｂ：低周波発信器
２９Ａ、２９Ｂ：低周波信号重畳回路
３０：バンドパスフィルタ
３１：分波器
３２：ＥＤＦＡ
３３：反射器。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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