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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5853386
(24)【登録日】2015年12月18日
(45)【発行日】2016年2月9日
(54)【発明の名称】光変調装置および光変調制御方法
(51)【国際特許分類】
G02F 1/03 20060101AFI20160120BHJP
G02F 1/035 20060101ALI20160120BHJP
H04B 10/516 20130101ALI20160120BHJP
H04B 10/61 20130101ALI20160120BHJP
【ＦＩ】
G02F1/03 502
G02F1/035
H04B9/00 L
【請求項の数】11
【全頁数】44
(21)【出願番号】特願2011-61692(P2011-61692)
(22)【出願日】2011年3月18日
(65)【公開番号】特開2012-141565(P2012-141565A)
(43)【公開日】2012年7月26日
【審査請求日】2013年11月28日
(31)【優先権主張番号】特願2010-281086(P2010-281086)
(32)【優先日】2010年12月16日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】309015134
【氏名又は名称】富士通オプティカルコンポーネンツ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100074099
【弁理士】
【氏名又は名称】大菅 義之
(74)【代理人】
【識別番号】100133570
【弁理士】
【氏名又は名称】▲徳▼永 民雄
(72)【発明者】
【氏名】西本 央
(72)【発明者】
【氏名】桑原 博
【審査官】
佐藤 宙子
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００８−１２２７８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００５−３２６５４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−０９２１７２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｇ０２Ｆ １／０１−１／０３５
Ｈ０４Ｂ １０／５１６
Ｈ０４Ｂ １０／６１
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気光学効果を有する半導体基板に設けられた光導波路と、バイアス電圧および変調信号に応じた電界を前記光導波路に与える信号電極を備える変調器と、
前記変調信号を生成する駆動回路と、
前記バイアス電圧に低周波信号を重畳する重畳器と、
前記変調器により生成される変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記変調器の変調方向に直交する直交方向のバイアス電圧を制御するコントローラと、を備え、
前記光導波路は、マッハツェンダ干渉計を形成する第１および第２の光導波路を含み、
前記信号電極は、前記第１および第２の光導波路にそれぞれ電界を与える第１および第２の電極を含み、
前記第１の電極には、前記変調信号および第１のバイアス電圧が与えられ、
前記第２の電極には、前記変調信号の反転信号および第２のバイアス電圧が与えられ、
前記半導体基板に設けられた変調器は、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧を互いに同じ方向にシフトさせたときに前記変調器の出力光の強度が変化する構成であって、
前記コントローラは、前記変調器により生成される変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧を同じ方向にシフトさせることにより、前記直交方向のバイアス電圧を制御する
ことを特徴とする光変調装置。
前記変調信号を生成する駆動回路と、
前記バイアス電圧に低周波信号を重畳する重畳器と、
前記変調器により生成される変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記変調器の変調方向に直交する直交方向のバイアス電圧を制御するコントローラと、を備え、
前記光導波路は、マッハツェンダ干渉計を形成する第１および第２の光導波路を含み、
前記信号電極は、前記第１および第２の光導波路にそれぞれ電界を与える第１および第２の電極を含み、
前記第１の電極には、前記変調信号および第１のバイアス電圧が与えられ、
前記第２の電極には、前記変調信号の反転信号および第２のバイアス電圧が与えられ、
前記半導体基板に設けられた変調器は、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧を互いに同じ方向にシフトさせたときに前記変調器の出力光の強度が変化する構成であって、
前記コントローラは、前記変調器により生成される変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧を同じ方向にシフトさせることにより、前記直交方向のバイアス電圧を制御する
ことを特徴とする光変調装置。
【請求項2】
前記コントローラは、前記変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記変調方向のバイアス電圧および前記直交方向のバイアス電圧を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
【請求項3】
前記重畳器は、前記駆動回路に与えられる振幅制御信号に低周波信号を重畳し、
前記コントローラは、前記変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記振幅制御信号を用いて前記変調信号の振幅を制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の光変調装置。
前記コントローラは、前記変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記振幅制御信号を用いて前記変調信号の振幅を制御する
ことを特徴とする請求項２に記載の光変調装置。
【請求項4】
電気光学効果を有する半導体基板に設けられた光導波路と、バイアス電圧および変調信号に応じた電界を前記光導波路に与える信号電極を備える変調器と、
前記変調信号を生成する駆動回路と、
前記バイアス電圧に低周波信号を重畳する重畳器と、
前記変調器により生成される変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記変調器の変調方向のバイアス電圧および前記変調方向に直交する直交方向のバイアス電圧を制御するコントローラ、を備え、
前記光導波路は、マッハツェンダ干渉計を形成する第１および第２の光導波路を含み、
前記信号電極は、前記第１および第２の光導波路にそれぞれ電界を与える第１および第２の電極を含み、
前記第１の電極には、前記変調信号および第１のバイアス電圧が与えられ、
前記第２の電極には、前記変調信号の反転信号および第２のバイアス電圧が与えられ、
前記コントローラは、前記直交方向のバイアス電圧を制御する第１のバイアス制御器を備え、
前記重畳器が、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧に対して互いに同相で前記低周波信号を重畳するときに、前記第１のバイアス制御器は、前記変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記直交方向のバイアス電圧を制御する
ことを特徴とする光変調装置。
前記変調信号を生成する駆動回路と、
前記バイアス電圧に低周波信号を重畳する重畳器と、
前記変調器により生成される変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記変調器の変調方向のバイアス電圧および前記変調方向に直交する直交方向のバイアス電圧を制御するコントローラ、を備え、
前記光導波路は、マッハツェンダ干渉計を形成する第１および第２の光導波路を含み、
前記信号電極は、前記第１および第２の光導波路にそれぞれ電界を与える第１および第２の電極を含み、
前記第１の電極には、前記変調信号および第１のバイアス電圧が与えられ、
前記第２の電極には、前記変調信号の反転信号および第２のバイアス電圧が与えられ、
前記コントローラは、前記直交方向のバイアス電圧を制御する第１のバイアス制御器を備え、
前記重畳器が、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧に対して互いに同相で前記低周波信号を重畳するときに、前記第１のバイアス制御器は、前記変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記直交方向のバイアス電圧を制御する
ことを特徴とする光変調装置。
【請求項5】
前記コントローラは、前記変調方向のバイアス電圧を制御する第２のバイアス制御器を備え、
前記重畳器が、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧に対して互いに逆相で前記低周波信号を重畳するときに、前記第２のバイアス制御器は、前記変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記変調方向のバイアス電圧を制御する
ことを特徴とする請求項４に記載の光変調装置。
前記重畳器が、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧に対して互いに逆相で前記低周波信号を重畳するときに、前記第２のバイアス制御器は、前記変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記変調方向のバイアス電圧を制御する
ことを特徴とする請求項４に記載の光変調装置。
【請求項6】
前記コントローラは、前記振幅制御信号を用いて前記変調信号の振幅を制御する振幅制御器を備え、
前記重畳器が、前記振幅制御信号に前記低周波信号を重畳するときに、前記振幅制御器は、前記変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分を小さくするように、前記振幅制御信号を用いて前記変調信号の振幅を制御する
ことを特徴とする請求項４に記載の光変調装置。
前記重畳器が、前記振幅制御信号に前記低周波信号を重畳するときに、前記振幅制御器は、前記変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分を小さくするように、前記振幅制御信号を用いて前記変調信号の振幅を制御する
ことを特徴とする請求項４に記載の光変調装置。
【請求項7】
前記コントローラは、前記変調方向のバイアス電圧、前記直交方向のバイアス電圧、および前記変調信号の振幅を、時分割方式で制御する
ことを特徴とする請求項３に記載の光変調装置。
ことを特徴とする請求項３に記載の光変調装置。
【請求項8】
前記コントローラは、前記変調方向のバイアス電圧、前記直交方向のバイアス電圧、および前記変調信号の振幅を、周波数分割方式で制御する
ことを特徴とする請求項３に記載の光変調装置。
ことを特徴とする請求項３に記載の光変調装置。
【請求項9】
第１および第２の変調器を含み、前記第１および第２の変調器が、それぞれ、電気光学効果を有する半導体基板に設けられた光導波路と、バイアス電圧および変調信号に応じた電界を前記光導波路に与える信号電極を備えるＱＰＳＫ変調器と、
前記第１の変調器を駆動する第１の変調信号を生成する第１の駆動回路と、
前記第２の変調器を駆動する第２の変調信号を生成する第２の駆動回路と、
前記第１の変調器のバイアス電圧および前記第１の駆動回路に与えられる第１の振幅制御信号に低周波信号を重畳する第１の重畳器と、
前記第２の変調器のバイアス電圧および前記第２の駆動回路に与えられる第２の振幅制御信号に低周波信号を重畳する第２の重畳器と、
前記ＱＰＳＫ変調器により生成されるＱＰＳＫ変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記第１の変調器の変調方向のバイアス電圧、前記第１の変調器の変調方向に直交する方向のバイアス電圧、および前記第１の変調信号の振幅を制御する第１のコントローラと、
前記ＱＰＳＫ変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記第２の変調器の変調方向のバイアス電圧、前記第２の変調器の変調方向に直交する方向のバイアス電圧、および前記第２の変調信号の振幅を制御する第２のコントローラと、を備え、
前記第１および第２の変調器それぞれにおいて、前記光導波路は、マッハツェンダ干渉計を形成する第１および第２の光導波路を含み、
前記第１および第２の変調器それぞれにおいて、前記信号電極は、前記第１および第２の光導波路にそれぞれ電界を与える第１および第２の電極を含み、
前記第１および第２の変調器それぞれにおいて、前記第１の電極には、前記変調信号および第１のバイアス電圧が与えられ、
前記第１および第２の変調器それぞれにおいて、前記第２の電極には、前記変調信号の反転信号および第２のバイアス電圧が与えられ、
前記半導体基板に設けられた前記第１および第２の変調器は、それぞれ、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧を互いに同じ方向にシフトさせたときに前記変調器の出力光の強度が変化する構成であって、
前記第１のコントローラは、前記ＱＰＳＫ変調器により生成されるＱＰＳＫ変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記第１の変調器の第１のバイアス電圧および第２のバイアス電圧を同じ方向にシフトさせることにより、前記第１の変調器の直交方向のバイアス電圧を制御し、
前記第２のコントローラは、前記ＱＰＳＫ変調器により生成されるＱＰＳＫ変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記第２の変調器の第１のバイアス電圧および第２のバイアス電圧を同じ方向にシフトさせることにより、前記第２の変調器の直交方向のバイアス電圧を制御する、
ことを特徴とする光変調装置。
前記第１の変調器を駆動する第１の変調信号を生成する第１の駆動回路と、
前記第２の変調器を駆動する第２の変調信号を生成する第２の駆動回路と、
前記第１の変調器のバイアス電圧および前記第１の駆動回路に与えられる第１の振幅制御信号に低周波信号を重畳する第１の重畳器と、
前記第２の変調器のバイアス電圧および前記第２の駆動回路に与えられる第２の振幅制御信号に低周波信号を重畳する第２の重畳器と、
前記ＱＰＳＫ変調器により生成されるＱＰＳＫ変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記第１の変調器の変調方向のバイアス電圧、前記第１の変調器の変調方向に直交する方向のバイアス電圧、および前記第１の変調信号の振幅を制御する第１のコントローラと、
前記ＱＰＳＫ変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記第２の変調器の変調方向のバイアス電圧、前記第２の変調器の変調方向に直交する方向のバイアス電圧、および前記第２の変調信号の振幅を制御する第２のコントローラと、を備え、
前記第１および第２の変調器それぞれにおいて、前記光導波路は、マッハツェンダ干渉計を形成する第１および第２の光導波路を含み、
前記第１および第２の変調器それぞれにおいて、前記信号電極は、前記第１および第２の光導波路にそれぞれ電界を与える第１および第２の電極を含み、
前記第１および第２の変調器それぞれにおいて、前記第１の電極には、前記変調信号および第１のバイアス電圧が与えられ、
前記第１および第２の変調器それぞれにおいて、前記第２の電極には、前記変調信号の反転信号および第２のバイアス電圧が与えられ、
前記半導体基板に設けられた前記第１および第２の変調器は、それぞれ、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧を互いに同じ方向にシフトさせたときに前記変調器の出力光の強度が変化する構成であって、
前記第１のコントローラは、前記ＱＰＳＫ変調器により生成されるＱＰＳＫ変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記第１の変調器の第１のバイアス電圧および第２のバイアス電圧を同じ方向にシフトさせることにより、前記第１の変調器の直交方向のバイアス電圧を制御し、
前記第２のコントローラは、前記ＱＰＳＫ変調器により生成されるＱＰＳＫ変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記第２の変調器の第１のバイアス電圧および第２のバイアス電圧を同じ方向にシフトさせることにより、前記第２の変調器の直交方向のバイアス電圧を制御する、
ことを特徴とする光変調装置。
【請求項10】
電気光学効果を有する半導体基板に設けられた光導波路と、バイアス電圧および変調信号に応じた電界を前記光導波路に与える信号電極を備える変調器と、
前記変調器に入力されるキャリア光を生成する光源と、
前記変調信号を生成する駆動回路と、
前記バイアス電圧および前記駆動回路に与えられる振幅制御信号に低周波信号を重畳する重畳器と、
前記変調器により生成される変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記変調器の変調方向のバイアス電圧、前記変調器の変調方向に直交する方向のバイアス電圧、および前記変調信号の振幅を制御するコントローラと、を備え、
前記光導波路は、マッハツェンダ干渉計を形成する第１および第２の光導波路を含み、
前記信号電極は、前記第１および第２の光導波路にそれぞれ電界を与える第１および第２の電極を含み、
前記第１の電極には、前記変調信号および第１のバイアス電圧が与えられ、
前記第２の電極には、前記変調信号の反転信号および第２のバイアス電圧が与えられ、
前記半導体基板に設けられた変調器は、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧を互いに同じ方向にシフトさせたときに前記変調器の出力光の強度が変化する構成であって、
前記コントローラは、前記変調器により生成される変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧を同じ方向にシフトさせることにより、前記直交方向のバイアス電圧を制御する
ことを特徴とする光送信装置。
前記変調器に入力されるキャリア光を生成する光源と、
前記変調信号を生成する駆動回路と、
前記バイアス電圧および前記駆動回路に与えられる振幅制御信号に低周波信号を重畳する重畳器と、
前記変調器により生成される変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記変調器の変調方向のバイアス電圧、前記変調器の変調方向に直交する方向のバイアス電圧、および前記変調信号の振幅を制御するコントローラと、を備え、
前記光導波路は、マッハツェンダ干渉計を形成する第１および第２の光導波路を含み、
前記信号電極は、前記第１および第２の光導波路にそれぞれ電界を与える第１および第２の電極を含み、
前記第１の電極には、前記変調信号および第１のバイアス電圧が与えられ、
前記第２の電極には、前記変調信号の反転信号および第２のバイアス電圧が与えられ、
前記半導体基板に設けられた変調器は、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧を互いに同じ方向にシフトさせたときに前記変調器の出力光の強度が変化する構成であって、
前記コントローラは、前記変調器により生成される変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧を同じ方向にシフトさせることにより、前記直交方向のバイアス電圧を制御する
ことを特徴とする光送信装置。
【請求項11】
電気光学効果を有する半導体基板に設けられた光導波路と、バイアス電圧および変調信号に応じた電界を前記光導波路に与える信号電極を備える変調器の動作状態を制御する光変調制御方法において、
前記光導波路は、マッハツェンダ干渉計を形成する第１および第２の光導波路を含み、
前記信号電極は、前記第１および第２の光導波路にそれぞれ電界を与える第１および第２の電極を含み、
前記第１の電極には、前記変調信号および第１のバイアス電圧が与えられ、
前記第２の電極には、前記変調信号の反転信号および第２のバイアス電圧が与えられ、
前記半導体基板に設けられた変調器は、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧を互いに同じ方向にシフトさせたときに前記変調器の出力光の強度が変化する構成であって、
前記バイアス電圧に低周波信号を重畳し、
前記変調器により生成される変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧を同じ方向にシフトさせることにより、前記変調器の変調方向に直交する方向のバイアス電圧を制御する
ことを特徴とする光変調制御方法。
前記光導波路は、マッハツェンダ干渉計を形成する第１および第２の光導波路を含み、
前記信号電極は、前記第１および第２の光導波路にそれぞれ電界を与える第１および第２の電極を含み、
前記第１の電極には、前記変調信号および第１のバイアス電圧が与えられ、
前記第２の電極には、前記変調信号の反転信号および第２のバイアス電圧が与えられ、
前記半導体基板に設けられた変調器は、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧を互いに同じ方向にシフトさせたときに前記変調器の出力光の強度が変化する構成であって、
前記バイアス電圧に低周波信号を重畳し、
前記変調器により生成される変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧を同じ方向にシフトさせることにより、前記変調器の変調方向に直交する方向のバイアス電圧を制御する
ことを特徴とする光変調制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光変調装置および光変調制御方法に係わり、例えば、半導体マッハツェンダ型変調器（ＳＭＺＭ：Semiconductor Mach-Zehnder Modulator）を利用する光変調に適用可能である。
【背景技術】
【0002】
光変調デバイスとして、近年、半導体マッハツェンダ型変調器（ＳＭＺＭ）が実用化されている。ＳＭＺＭは、ＬＮ変調等と比較して、小型化が容易であり、また広い波長帯域特性を有する。
【0003】
関連する技術として、同一半導体基板上にて光が導波する方向に半導体光増幅器とマッハツェンダ変調器とが集積されている光半導体装置が提案されている。（例えば、特許文献１）。
【0004】
他の関連する技術として、下記の光変調装置が提案されている。すなわち、光変調装置は、入力された入力光を２つの光導波路に分岐し、当該各光導波路を伝搬した各分岐光を合成して合成光を出力する光干渉手段と、前記２つの光導波路のうち、少なくとも１つの光導波路に伝搬光の位相を調整するための電圧を供給する位相調整電圧供給手段と、前記２つの光導波路のうち、少なくとも１つの光導波路に直流電圧を供給する直流電圧供給手段と、前記入力光の波長に応じて、前記直流電圧供給手段で供給する前記直流電圧の値を制御する直流電圧制御手段とを含む。（例えば、特許文献２）さらに他の関連する技術として、下記の光送信装置が提案されている。すなわち、光送信装置は、光源と、入力信号に応じた駆動電圧を発生する駆動回路と、上記駆動電圧に応じて上記光源の出射光を変調し、上記入力信号を光信号に変換する光変調器と、該光変調器の動作特性曲線のドリフトを検出して、動作点が上記動作特性曲線に対して一定の位置になるように上記光変調器を制御する動作点安定化回路を備える。光送信装置は、動作点切換信号に基づいて、上記動作点を上記動作特性曲線上で半周期シフトさせる動作点シフト回路をさらに備える。（例えば、特許文献３）
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００９−１９８８８１号公報
【特許文献2】特開２００５−３２６５４８号公報
【特許文献3】特開平４−１４０７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ＳＭＺＭは、１組の光導波路を備える。１組の光導波路には、光源からの入力光が分岐されて導かれる。また、ＳＭＺＭは、各光導波路に対してそれぞれ電界を与える電極を備える。各電極には、データ信号から生成される駆動信号、およびバイアス電圧が印加される。そして、ＳＭＺＭは、入力光を駆動信号で変調することにより、変調光信号を生成する。このとき、駆動振幅（すなわち、駆動信号の振幅）およびバイアス電圧を適切に調整することにより、品質の良い変調光信号が生成される。
【0007】
ところが、ＳＭＺＭの静特性は、デバイス毎にばらつきを有するとともに、入力光の波長に依存する。このため、入力光の波長を考慮しながら各ＳＭＺＭについて予め最適な駆動振幅およびバイアス電圧の組合せを決定するためには、膨大な時間を要する。また、ＳＭＺＭに対して予め最適な駆動振幅およびバイアス電圧の組合せを決定したとしても、ＳＭＺＭの静特性は、周囲の温度または経年劣化などにより変化することがある。そして、ＳＭＺＭの静特性が変化すると、変調光信号の品質が劣化する。例えば、消光比の劣化、クロスポイントの変動、光波形の開口度の縮小などが生じる。
【0008】
なお、ＳＭＺＭの静特性は、一般的なＬＮ変調器と異なっている。このため、ＬＮ変調器の動作状態を調整する方法をＳＭＺＭに導入しても、ＳＭＺＭの動作状態を最適化することは困難である。
【0009】
本発明の課題は、半導体マッハツェンダ型変調器を備える光変調装置の動作状態を調整する構成および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の１つの態様の光変調装置は、電気光学効果を有する半導体基板に設けられた光導波路と、バイアス電圧および変調信号に応じた電界を前記光導波路に与える信号電極を備える変調器と、前記変調信号を生成する駆動回路と、前記バイアス電圧に低周波信号を重畳する重畳器と、前記変調器により生成される変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記変調器の変調方向に直交する直交方向のバイアス電圧を制御するコントローラ、を備える。
【発明の効果】
【0011】
上述の態様によれば、半導体マッハツェンダ型変調器を備える光変調装置の動作状態を自動的にまたは容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第１の実施の形態に係る光変調装置の一例を示す図である。
【図2】制御動作の一例を示すフローチャートである。
【図3】ＳＭＺＭの静特性および駆動方法の一例を示す図である。
【図4】Ｙ軸方向の変調動作の一例を示す図である。
【図5】ＳＭＺＭの静特性の一例を示す図である。
【図6】Ｙ軸方向の電圧変化に対する光出力を示す図である。
【図7】Ｘ軸方向の電圧に対する光出力特性を示す図である。
【図8】第２の実施の形態に係る光送信モジュールの一例を示す図である。
【図9】Ｙ軸方向バイアスの低周波重畳による動作の一例を示す図である。
【図10】Ｖ１bias、Ｖ２bias、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の電圧波形の一例を示す図である。
【図11】Ｙ軸方向バイアスの制御動作の一例を示す図である。
【図12】Ｙ軸方向のバイアス電圧、変調信号および光出力の一例を示す図である。
【図13】駆動振幅制御信号に低周波重畳した場合の動作の一例を示す図である。
【図14】振幅制御電圧、正相変調信号、逆相変調信号およびＹ軸方向の電圧の一例を示す図である。
【図15】Ｙ軸方向の駆動振幅の制御動作の一例を示す図である。
【図16】振幅制御電圧、データ信号変調信号および光出力の一例を示す図である。
【図17】Ｘ軸方向のバイアス電圧を変調した場合の動作の一例を示す図である。
【図18】Ｖ１bias、Ｖ２bias、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の電圧波形の一例を示す図である。
【図19】Ｘ軸方向のバイアス制御の動作の一例を示す図である。
【図20】Ｘ軸方向のバイアス電圧および光出力電力の一例を示す図である。
【図21】第３の実施の形態に係る光送信モジュールの一例を示す図である。
【図22】制御動作の一例を示すフローチャートである。
【図23】第４の実施の形態に係る光送信モジュールの一例を示す図である。
【図24】第５の実施の形態に係るＸ軸方向バイアス制御部、Ｙ軸方向バイアス制御部およびバイアス制御部の一例を示す図である。
【図25】比較例を示す図である。
【図26】ＱＰＳＫ変調器を備える光送信モジュールの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
＜第１の実施の形態＞第１の実施の形態では、Ｙ軸方向だけでなく、Ｘ軸方向のバイアス制御もフィードバック制御（すなわち、自動制御）により実現される。すなわち、バイアス制御は、最適なバイアス電圧を表すデータ等を事前に取得することなく実現される。なお、Ｘ軸およびＹ軸については、後で記載する。
【0014】
図１は、第１の実施の形態に係る光変調装置の一例を示す。図１に示す光変調装置２は、本発明の光変調装置の一例であって、光変調デバイスとして半導体マッハツェンダ型変調器（ＳＭＺＭ：Semiconductor Mach-Zehnder Modulator、以下「ＳＭＺＭ」と称する）４を備える。ＳＭＺＭ４は、電気光学効果を有する半導体基板を用いて実現される。ＳＭＺＭ４は、光変調器の一例であって、信号電極に付与されるバイアス電圧および変調信号により、通過光の位相を変調する。
【0015】
なお、本発明の実施形態に係る光変調器は、半導体変調器に限定されるものではなく、光位相変調時に光吸収変調を生じる変調器を含む。また、図１は、２値位相変調の例を示すが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本発明の実施形態に係る光変調器は、多値位相変調器（例えば、ＱＰＳＫ変調器）にも適用可能である。多値位相変調器は、例えば、図１に示す光変調器を複数備えることで実現される。
【0016】
ＳＭＺＭ４は、第１の光導波路６、および第２の光導波路８を備える。光導波路６、８は、上述の半導体基板上に形成される。また、光導波路６、８は、例えば、互いに平行に形成される。ＳＭＺＭ４には、入力光が導かれる。入力光は、信号を伝送するためのキャリア光であって、例えば、直流光源により生成されるＣＷ光である。光源は、例えば、レーザ光源である。ただし、ＳＭＺＭ４には、光変調器から出力される光信号が入力されてもよい。入力光は、光スプリッタ１０により分岐され、光導波路６、８に導かれる。光導波路６、８を通過した光は、合波器１２により合波される。これにより、データ信号などの変調信号に対応する変調光信号が生成される。
【0017】
光導波路６に対して第１の信号電極１６が設けられる。また、光導波路８に対して第２の信号電極１８が設けられる。ここで、光導波路６、８、および信号電極１６、１８は、電気光学効果を有する半導体基板上にマッハツェンダ干渉計を実現するように、形成される。信号電極１６、１８は、それぞれ、バイアス電圧および変調信号に応じた電界を光導波路６、８に与える。この結果、光導波路６、８を通過する光の位相は、バイアス電圧および変調信号に応じて変調される。
【0018】
信号電極１６は、第１の入力端子２０に接続され、信号電極１８は、第２の入力端子２２に接続される。入力端子２０には、第１の入力電圧Ｖ１が与えられ、入力端子２２には、第２の入力電圧Ｖ２が与えられる。また、信号電極１６、１８には、それぞれ終端器２４、２６が接続されている。
【0019】
光変調装置２は、ＳＭＺＭ４の周辺回路として、駆動部２８および制御部３０を備えている。駆動部２８は、入力データ信号から、ＳＭＺＭ４を駆動するための変調信号を生成する。変調信号は、正相変調信号Ｖ１ppおよび逆相変調信号Ｖ２ppを含む。逆相変調信号Ｖ２ppは、正相変調信号Ｖ１ppの反転信号である。また、制御部３０は、第１のバイアス電圧Ｖ１biasおよび第２のバイアス電圧Ｖ２biasを生成する。入力電圧Ｖ１は、バイアス電圧Ｖ１biasおよび正相変調信号Ｖ１ppの重畳信号であり、入力電圧Ｖ２は、バイアス電圧Ｖ２biasおよび逆相変調信号Ｖ２ppの重畳信号である。各重畳信号は、それぞれバイアスＴ回路３２、３３を用いて生成され、入力端子２０、２２を介して信号電極１６、１８に印加される。バイアスＴ回路３２、３３は、例えば、インダクタおよびキャパシタを含む電子回路である。バイアスＴ回路（３２、３３）を使用することにより、高周波信号（Ｖ１pp、Ｖ２pp）はそれぞれ直流成分（Ｖ１bias、Ｖ２bias）の影響を受けることはなく、直流成分はそれぞれ高周波信号の影響を受けることはない。なお、バイアスＴ回路の構成および作用は、例えば、特開２００７−１０９８３９号公報に記載されている。
【0020】
信号電極１６、１８に入力電圧Ｖ１、Ｖ２が印加されると、光導波路６、８の屈折率は電気光学効果により印加電圧に応じて変化する。この屈折率の変化は、各光導波路６、８の通過光の位相を変化させる。すなわち、光導波路６の屈折率は、入力電圧Ｖ１により変化し、光導波路８の屈折率は、入力電圧Ｖ２により変化する。この結果、各光導波路において、光位相が変調される。例えば、光導波路６においては入力光に対して０／−π変調が行われ、光導波路８においては入力光に対して０／π変調が行われる。この位相変調においては、光周波数チャーピングを小さくするために、プッシュプル駆動（差動駆動）が行われる。この結果、チャープの小さい変調光信号が生成され、ＳＭＺＭ４から出力される。
【0021】
駆動部２８は、入力データ信号から、ＳＭＺＭ４を駆動するための変調信号（正相変調信号Ｖ１ppおよび逆相変調信号Ｖ２pp）を生成する。駆動部２８は、制御部３０から与えられる振幅制御電圧Ｖｃに従って、変調信号の振幅を調整する。振幅制御電圧Ｖｃに低周波信号Ｌｆが重畳されているときは、変調信号の振幅は、低周波信号Ｌｆの周波数に応じて変動する。以下では、変調信号の振幅が低周波信号Ｌｆの周波数に応じて変動する状態を、「（低周波信号Ｌｆによる）振幅変調」と呼ぶことがある。また、変調信号の振幅のことを「駆動振幅（または、変調振幅）」と呼ぶ。なお、低周波信号Ｌｆは、基準信号の一例であり、例えば、周波数が１ｋＨｚ程度の振幅の小さい低周波小信号（ディザ）である。
【0022】
制御部３０は、ＳＭＺＭ４および駆動部２８を制御する。制御部３０は、ＳＭＺＭ４から出力される変調光信号を利用して、バイアス電圧Ｖ１bias、Ｖ２bias、および振幅制御電圧Ｖcを制御する。このとき、光モニタ部３４は、ＳＭＺＭ４から出力される光信号をモニタし、制御部３０は、光モニタ部３４の出力を利用して上述の制御を行う。
【0023】
低周波変調部（低周波信号生成器）３６は、低周波信号Ｌｆを生成する。また、低周波変調部３６は、バイアス電圧および駆動部２８に与えられる振幅制御信号Ｖｃに低周波信号を重畳する重畳器（または、その一部）として動作する。
【0024】
位相検出器３８は、ＳＭＺＭ４から出力される変調光信号に含まれる低周波信号Ｌｆの周波数成分（以下、低周波成分と呼ぶことがある）を検出する。すなわち、位相検出器３８は、低周波検出器として動作する。このとき、位相検出器３８は、低周波変調部３６により生成される低周波信号Ｌｆを利用して、出力光信号中の低周波成分の大きさおよび位相を検出する。ここで、出力光信号中の低周波成分の大きさおよび位相は、ＳＭＺＭ４の動作条件（バイアス電圧および駆動振幅）に依存する。例えば、ＳＭＺＭ４の動作状態が最適化されると、出力光信号に含まれる低周波成分のパワーまたは振幅はゼロになる（図１３、図１７、図２１など）。よって、制御部３０は、出力光信号中の低周波成分を小さくするように、バイアス電圧および／または駆動振幅を制御する。そうすると、ＳＭＺＭ４の動作状態が最適化される。また、出力光信号中の低周波成分の位相は、低周波変調部３６により生成される低周波信号Ｌｆに対して、同相（位相差ゼロ）または逆相（位相差π）である。そして、この位相は、バイアス電圧および／または駆動振幅の制御の方向を表す。なお、制御部３０は、広義の意味では、低周波成分と低周波信号Ｌｆと間の位相差（０またはπ）に基づいて、バイアス電圧および／または駆動振幅を制御する。ただし、制御部３０は、この位相差を小さくするようにバイアス電圧および／または駆動振幅を制御するのではなく、低周波成分のパワーまたは振幅を小さくするようにバイアス電圧および／または駆動振幅を制御する。
【0025】
バイアス制御部４０は、バイアス電圧Ｖ１bias、バイアス電圧Ｖ２biasを制御する。このとき、バイアス制御部４０は、位相検出器３８の出力に基づいて、出力光信号中の低周波成分を低減させるように、バイアス電圧Ｖ１bias、Ｖ２biasを制御する。バイアス電圧Ｖ１bias、Ｖ２biasには、必要に応じて、低周波信号Ｌｆが重畳される。また、バイアス電圧Ｖ１bias、Ｖ２biasは、出力光信号中の低周波成分のパワー（および、位相）に基づいて制御される。このとき、バイアス制御部４０は、Ｘ軸方向および／またはＹ軸方向のバイアス電圧を制御する。すなわち、バイアス制御部４０は、位相検出器３８で検出された低周波成分に基づいてＸ軸方向および／またはＹ軸方向のバイアス電圧を最適化または略最適化するように、１組のバイアス電圧Ｖ１bias、Ｖ２biasを生成する。
【0026】
駆動振幅制御部４２は、駆動部２８が生成する変調信号の振幅を制御するための振幅制御電圧Ｖｃを生成する。駆動振幅制御部４２は、位相検出器３８の出力に基づいて、出力光信号中の低周波成分を低減させるように、振幅制御電圧Ｖｃを生成する。振幅制御電圧Ｖｃには、必要に応じて、上述の低周波信号Ｌｆが重畳される。この場合、低周波信号Ｌｆが重畳された電圧が駆動部２８に与えられる。すなわち、正相変調信号Ｖ１ppおよび逆相変調信号Ｖ２ppの変調振幅は、出力光信号中の低周波成分のパワー（および、位相）基づいて制御される。
【0027】
このように、制御部３０は、ＳＭＺＭ４の出力光信号中の低周波成分に基づいて１組のバイアス電圧Ｖ１bias、Ｖ２biasおよび振幅制御電圧Ｖｃを制御することにより、Ｘ軸方向およびＹ軸方向のバイアス電圧を自動的に制御すると共に、駆動振幅を自動的に制御する。したがって、ＳＭＺＭ４のバイアス電圧および駆動振幅を個々に且つ事前に調整しなくても、ＳＭＺＭ４の動作状態は最適化または略最適化される。
【0028】
このような制御によれば、温度変化または経年変化などに起因するＳＭＺＭ４の特性の変動、あるいは駆動部２８、制御部３０、光モニタ部３４などを構成するＬＳＩまたは回路素子のばらつき等が存在しても、バイアス電圧および駆動振幅は、常に、最適または最適に近い状態に自動的に調整される。
【0029】
次に、この変調制御の手順について、図２を参照する。図２は、光変調装置の制御動作の一例を示している。図２に示す手順は、本出願に係る光変調制御方法の一例である。図２に示す手順では、光導波路６、８に変調信号およびバイアス電圧が印加される。これにより、光導波路６、８の入力光が変調される。（ステップＳ１１）
ＳＭＺＭ４の出力光信号が光モニタ部３４により検出される。モニタ結果は、制御部３０に導かれる。（ステップＳ１２）
【0030】
制御部３０は、出力光信号の低周波成分を検出する。このとき、制御部３０は、少なくとも低周波成分のパワーを検出する。或いは、制御部３０は、低周波成分のパワーおよび位相を検出してもよい。（ステップＳ１３）制御部３０は、検出した低周波成分に基づいて、変調信号の振幅およびバイアス電圧を制御する。（ステップＳ１４）
【0031】
このように、光導波路６、８には、上述のようにして制御される変調信号およびバイアス電圧が与えられる。ここで、ステップＳ１１〜Ｓ１４の処理は、繰り返し実行される。したがって、ＳＭＺＭ４は、継続的に、最適な動作状態で光変調（位相変調）を行うことができる。すなわち、温度変化、経年変化、素子のばらつき等の様々な変動要因が存在する場合であっても、実施形態の光変調装置は、安定した変調動作を提供し、良好な光信号を生成することができる。
【0032】
なお、上述の実施形態では、位相検出器３８を用いて低周波成分が検出されるが、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、ＳＭＺＭ４の出力光信号は、ＳＭＺＭ４の動作状態を表す情報を含んでいるので、本発明は、他の方法でＳＭＺＭ４の動作状態を表す情報を抽出してもよい。例えば、本発明は、低周波信号Ｌｆを利用して低周波成分を同期検波することにより、ＳＭＺＭ４の出力光信号中の低周波成分またはその高調波成分をモニタし、そのモニタ結果に応じてＳＭＺＭ４を制御してもよい。
【0033】
上記実施の形態では、信号電極１６、１８に与えられる変調信号およびバイアス電圧の双方が制御されるが、本発明は、駆動振幅またはバイアス電圧のいずれか一方を制御する構成であってもよい。
【0034】
このような自動制御により、バイアス電圧および駆動振幅をマクロ的に最適化ないし最適化に近づけることができ、経年変化などの影響を受けない光変調出力が得られる。この結果、光変調出力の安定化が図られる。
【0035】
次に、ＳＭＺＭの静特性と最適な駆動について、図３を参照する。図３は、ＳＭＺＭの静特性の一例、およびＳＭＺＭの最適な駆動方法の一例を示す。図３（Ａ）は、ＳＭＺＭの静特性（等高線表示）を示し、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）は、それぞれ入力電圧Ｖ１および入力電圧Ｖ２の波形をアイダイヤグラムで示している。
【0036】
図３は、ＳＭＺＭ４の動作特性を３次元グラフで表わしている。横軸は、光導波路６の信号電極１６に印加される入力電圧Ｖ１を表す。縦軸は、光導波路８の信号電極１８に印加される入力電圧Ｖ２を表す。ＳＭＺＭ４の出力光パワーは、紙面に垂直な方向に、等高線を利用して表わされている。等高線表示は、正規化されている。すなわち、ＳＭＺＭ４の最大光パワーが「1.0」で表わされ、ＳＭＺＭ４の最小光パワー（或いは、消光状態）が「0.0」で表わされている。
【0037】
光位相変調において、光信号の変調度を最大にするためには、１組の入力電圧Ｖ１、Ｖ２により得られる駆動状態が、図３（Ａ）に示すように、２つのピーク点（すなわち、光パワーが「1.0」である点）の間を移動するように変調が行われる。このような変調動作を得るためには、光導波路６、８に印加する変調信号の振幅電圧Ｖpp（すなわち、正相変調信号Ｖ１ppおよび逆相変調信号Ｖ２ppの各振幅電圧Ｖpp）、およびバイアス電圧Ｖ１bias、Ｖ２biasをそれぞれ制御して、動作状態を最適化する必要がある。例えば、データ信号「１」が一方のピーク点（光パワー＝1.0）に設定され、データ信号「０」が他方のピーク点（光パワー＝1.0）に設定されるように、変調信号Ｖ１pp、Ｖ２ppの振幅、およびバイアス電圧Ｖ１bias、Ｖ２biasが制御される。変調信号Ｖ１ppは、例えば「ゼロ」または「π」を表し、変調信号Ｖ２ppは、例えば「ゼロ」または「−π」を表す。
【0038】
なお、この明細書においては、図３（Ａ）に示す静特性の２つのピーク点間を結ぶ仮想的な直線と平行な方向を「Ｙ軸」または「Ｙ軸方向」と呼ぶ。また、図３（Ａ）に示す静特性において、光パワーゼロを表す直線と平行な方向を「Ｘ軸」または「Ｘ軸方向」と呼ぶ。ここで、ＳＭＺＭにおいては、Ｘ軸およびＹ軸は、互いに直交または略直交する。また、図３（Ａ）において、破線Ｌ１、Ｌ２は、ＳＭＺＭの出力光信号の波形において「折り返し」が発生するレベルを表す。
【0039】
ＳＭＺＭ４の動作状態は、上述したように、図３（Ａ）に示す２つのピーク点間を移動するように制御される。すなわち、変調信号に対応する電圧により生成される状態は、図３（Ａ）に示す２つのピーク点間を移動する。したがって、この明細書においては、２つのピーク点間を結ぶ直線と平行な方向を「変調方向」と呼ぶ。すなわち、変調方向はＹ軸方向であり、Ｘ軸方向は変調方向に直交する。
【0040】
次に、Ｙ軸方向の光変調について説明するために、図４を参照する。図４は、Ｙ軸方向の変調動作の一例を示す。図４（Ａ）は、Ｙ軸方向（すなわち、変調方向）の光出力特性を表す。図４（Ｂ）は、変調信号の波形（アイダイヤグラム）を表す。図４（Ｃ）は、出力光信号の波形（アイダイヤグラム）を表す。
【0041】
光位相変調においては、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、Ｙ軸方向の駆動振幅は２Ｖπである。すなわち、変調信号「０」は、ＳＭＺＭ４の出力光パワーの２つのピーク点の一方に対応する電圧を表し、変調信号「１（πまたは−π）」は、ＳＭＺＭ４の出力光パワーの他方のピーク点に対応する電圧を表す。そうすると、ＳＭＺＭ４の出力光信号のパワーは、図４（Ｃ）に示すように、1.0である。ただし、ＳＭＺＭ４の出力光信号のパワーは、変調信号の値が変化するタイミングで一時的にゼロになる。
【0042】
次に、Ｙ軸方向の光出力特性について、図５および図６を参照する。図５は、図３と同様に、Ｙ軸方向の光出力特性の三次元グラフである。図６は、Ｙ軸方向の電圧変化に対する光出力特性を表す。図７は、Ｘ軸方向の光出力電力特性の一例である。
【0043】
ＳＭＺＭ４のバイアス電圧が変化すると、それに応じてＳＭＺＭ４の光出力特性も変化する。たとえば、図５に示す光出力特性において、バイアス電圧が異なる４つの動作状態ａ、ｂ、ｃ、ｄが与えられるものとする。ここで、状態ｂは、最適な状態に相当する。この場合、図６に示すように、光出力特性ａ、ｂ、ｃ、ｄが得られる。なお、各特性ａ、ｂ、ｃ、ｄは、それぞれ図５に示す動作状態ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応している。
【0044】
バイアス電圧が最適な状態ｂに調整されていれば、出力光パワーは1.0である。この場合、図６において特性ｂで示すように、高い光出力が得られる。Ｘ軸方向においてバイアス電圧が最適値からシフトすると、ＳＭＺＭ４の出力光パワーは低下する。例えば、図５に示す状態ａは、光パワーのピーク点の近傍に位置するので、ＳＭＺＭ４の出力光パワーはさほど低下しない（図６の特性ａ）。これに対して、図５に示す状態ｃ、ｄは、光パワーのピーク点から遠く離れているので、ＳＭＺＭ４の出力光パワーは大きく低下してしまう（図６の特性ｃ、ｄ）。
【0045】
このように、バイアス電圧が最適値に対してＸ軸方向にシフトすると、ＳＭＺＭ４の出力光パワーが低下し、変調効率が劣化する。ＳＭＺＭ４においては、図７に示すように、Ｘ軸方向においてバイアス電圧が最適値からずれると光出力のピーク値が低下する。換言すれば、バイアス電圧が最適値に制御されれば、最大の光出力パワーが得られる。したがって、ＳＭＺＭ４においては、光導波路６、８に印加する変調信号Ｖ１pp、Ｖ２ppの振幅電圧Ｖpp、および各バイアス電圧Ｖ１bias、Ｖ２biasそれぞれを最適化することにより、好ましい位相変調が実現される。
【0046】
このような制御によれば、ＳＭＺＭ４がバイアスマップのＸ軸方向依存性（光強度変化および等高線間隔の変化）を有していても、優れた光変調出力が得られる。すなわち、バイアス電圧および駆動振幅を最適点に近づけることができ、安定した光変調出力が得られる。また、上記制御を実現するために、キャリア光の波長毎に最適な駆動振幅およびバイアス電圧を予め測定または取得しなくてもよい。
【0047】
ＳＭＺＭ４の静特性は、デバイス毎にばらつきを有する。また、上述のように、キャリア光の波長によりその静特性は変化する。しかし、実施形態の構成または方法によれば、出力光信号を利用するフィードバック制御により、駆動振幅およびバイアス電圧の最適化または略最適化が可能である。したがって、駆動振幅およびバイアス電圧の最適点を求めるために光変調装置ごとに調整を行う必要はない。さらに、温度変化あるいは経年変化などに起因してＳＭＺＭ４の特性が変わる場合においても、光変調装置の動作中に駆動振幅およびバイアス電圧を最適化できる。したがって、光波形の折返し、消光比劣化、クロスポイント変動、光波形の開口度の縮小などの光信号の劣化は回避される。
【0048】
＜第１の実施の形態の効果＞（１）ＳＭＺＭ４の出力光信号に基づいてバイアス電圧および駆動振幅が自動的に調整されるので、バイアス電圧および駆動振幅の無調整化を図ることができる。また、事前にキャリア光の波長毎に最適バイアスおよび最適振幅についてのデータを取得するための処理または作業が不要となる。
（２）バイアス電圧および駆動振幅が最適化または略最適化されるので、ＳＭＺＭ４などの光変調器、およびその周辺回路（駆動部２８、制御部３０など）の経年変化や特性変化の影響が回避され、光波形の劣化を防止できる。
【0049】
＜第２の実施の形態＞第２の実施の形態について、図８を参照する。図８は、第２の実施の形態に係る光送信モジュールの一例を示している。図８に示す構成は一例であって、本発明はこの構成に限定されるものではない。なお、図８において、図１と同じ要素には同じ符号が付されている。
【0050】
図８に示す光送信モジュール２００Ａは、本出願に係る光変調装置、光送信装置、光変調制御方法の一例である。光送信モジュール２００Ａは、図１に示す光変調装置２と同様に、ＳＭＺＭ４、制御部３０、駆動部２８、光モニタ部３４を備える。
【0051】
光送信モジュール２００Ａにおいては、ＳＭＺＭ４の入力側に光源４４が設けられ、光源４４の出力光がＳＭＺＭ４に導かれる。光源４４としては、例えば、直流光源が使用される。光源４４は、例えば、ＣＷ光を生成する。ＳＭＺＭ４は、入力端子２０、２２を備える。入力端子２０は、光導波路６に電界を与えるための信号電極１６に接続され、入力端子２２は、光導波路８に電界を与えるための信号電極１８に接続されている。入力端子２０、２２には、それぞれ、入力電圧Ｖ１、Ｖ２が与えられる。そして、ＳＭＺＭ４は、電気光学効果による屈折率変調により、光導波路６、８の通過光の位相を変調する。この結果、変調光信号が生成される。ＳＭＺＭ４の出力光信号は、光モニタ部３４によりモニタされる。光モニタ部３４は、例えば、出力光信号を分岐するための光ビームスプリッタ４６を備える。この場合、光ビームスプリッタ４６は、ＳＭＺＭ４の出力光信号の一部を分岐して受光素子４８に導く。受光素子４８は、分岐光信号に応じた電流を生成することにより、光信号を電気信号に変換する。受光素子４８は、例えば、フォトダイオードにより実現される。
【0052】
制御部３０は、電流／電圧（Ｉ／Ｖ）変換部５０を備える。Ｉ／Ｖ変換部５０は、電流信号を電圧信号に変換する。このとき、Ｉ／Ｖ変換部５０は、光信号に含まれる低周波成分を検出するようにしてもよい。この場合、Ｉ／Ｖ変換部５０により、出力光信号中の低周波成分を表す電圧信号が得られる。なお、Ｉ／Ｖ変換部５０は、例えば、トランスインピーダンスアンプで実現される。
【0053】
Ｉ／Ｖ変換部５０の出力信号は、位相検出器３８の位相比較器５２に導かれる。位相比較器５２は、低周波変調部５４により生成される低周波信号Ｌｆを利用して、出力光信号中の低周波成分を検出する。積分部５６は、位相比較器５２の出力信号を積分（すなわち、平均化）することにより、出力光信号中の低周波成分のパワーおよび位相を検出する。積分部５６は、位相比較器５２の出力信号を平滑する機能、および高周波成分を除去する機能を提供する。積分部５６は、例えば、ローパスフィルタを含んで構成されるようにしてもよい。なお、位相比較器５２において出力光信号中の低周波成分のパワーが検出される場合には、積分部５６を省略してもよい。
【0054】
低周波変調部５４は、基準信号である低周波信号Ｌｆの信号源の一例であって、略一定の振幅を有する低周波信号Ｌｆを生成する。低周波信号Ｌｆの周波数は、入力データ信号のビットレートまたはシンボルレートと比較して十分に低い。また、低周波信号Ｌｆの振幅は、駆動回路７６から出力される変調信号の振幅（すなわち、駆動振幅）と比較して十分に小さいものとする。低周波変調部５４により生成される低周波信号Ｌｆは、位相比較器５２、加算器７４、加算器６８、極性切替部７２に導かれる。
【0055】
制御部３０は、さらに、Ｘ軸方向バイアス制御部（第１のバイアス制御器）５８、Ｙ軸方向バイアス制御部（第２のバイアス制御器）６０、駆動振幅制御部６２、Ｖ１バイアス制御部６４、Ｖ２バイアス制御部６６を備える。
【0056】
Ｘ軸方向バイアス制御部５８は、Ｘ軸方向のバイアスを制御するシーケンスにおいて、積分部５６の出力信号（すなわち、出力光信号中の低周波成分）がゼロになるように、図３に示すマップ上のＸ軸方向にＳＭＺＭ４のバイアス点を制御する。すなわち、Ｘ軸方向バイアス制御部５８は、入力電圧Ｖ１、Ｖ２を制御することにより、ＳＭＺＭ４のバイアス点をＸ軸方向において調整する。この場合、Ｘ軸上におけるバイアス点の移動方向は、積分部５６の出力電圧の極性（すなわち、正または負）により決定される。そして、積分部５６の出力がゼロになるように、バイアス電圧Ｖ１bias、Ｖ２biasが制御される。例えば、バイアス電圧Ｖ１biasの電圧変化量をΔＶ１、バイアス電圧Ｖ２biasの電圧変化量をΔＶ２としたときに、ΔＶ１＝ΔＶ２により、バイアス点がＸ軸方向に移動する。なお、ΔＶ１、ΔＶ２は、積分部５６の出力信号に基づいてＸ軸方向バイアス制御部５８により算出される。
【0057】
Ｙ軸方向バイアス制御部６０は、Ｙ軸方向のバイアスを制御するシーケンスにおいて、積分部５６の出力信号（すなわち、出力光信号中の低周波成分）がゼロになるように、Ｙ軸方向にＳＭＺＭ４のバイアス点を制御する。すなわち、Ｙ軸方向バイアス制御部６０は、入力電圧Ｖ１、Ｖ２を制御することにより、ＳＭＺＭ４のバイアス点をＹ軸方向において調整する。この場合、Ｙ軸上におけるバイアス点の移動方向は、積分部５６の出力電圧の極性（すなわち、正または負）により決定される。そして、積分部５６の出力がゼロになるように、バイアス電圧Ｖ１bias、Ｖ２biasが制御される。例えば、バイアス電圧Ｖ１biasの電圧変化量をΔＶ１、バイアス電圧Ｖ２biasの電圧変化量をΔＶ２としたときに、ΔＶ１＝−ΔＶ２により、バイアス点がＹ軸方向に移動する。なお、ΔＶ１、ΔＶ２は、積分部５６の出力信号に基づいてＹ軸方向バイアス制御部６０により算出される。
【0058】
Ｖ１バイアス制御部６４は、Ｘ軸方向バイアス制御部５８およびＹ軸バイアス制御部６０の出力に基づいて、バイアス電圧Ｖ１biasを生成する。Ｖ１バイアス制御部６４は、現在のバイアス電圧Ｖ１bias、Ｘ軸方向バイアス制御部５８およびＹ軸方向バイアス制御部６０の出力に基づいて、次のバイアス電圧Ｖ１bias（設定値）を算出する。すなわち、出力光信号中の低周波成分を利用してバイアス電圧Ｖ１biasが制御され、その低周波成分をゼロにするようにバイアス電圧Ｖ１biasが最適化される。
【0059】
Ｖ２バイアス制御部６６の動作は、Ｖ１バイアス制御部６４と実質的に同じである。ただし、Ｖ２バイアス制御部６６は、Ｘ軸方向バイアス制御部５８およびＹ軸バイアス制御部６０の出力に基づいて、バイアス電圧Ｖ２biasを生成する。
【0060】
加算器６８は、Ｖ１バイアス制御部６４の出力信号に低周波信号Ｌｆを加算する。すなわち、バイアス電圧Ｖ１biasに低周波信号Ｌｆが重畳される。加算器７０は、Ｖ２バイアス制御部６６の出力信号に、極性切替部７２の出力信号を加算する。極性切替部７２は、後述する制御回路から反転指示を受けたときは、低周波信号Ｌｆの極性を反転させる。すなわち、バイアス電圧Ｖ２biasには、低周波信号Ｌｆまたは反転低周波信号Ｌｆが重畳される。なお、Ｘ軸方向のバイアスを制御するシーケンスにおいては、極性切替部７２は低周波信号Ｌｆを反転させないので、バイアス電圧Ｖ２biasには低周波信号Ｌｆが重畳される。一方、Ｙ軸方向のバイアスを制御するシーケンスにおいては、極性切替部７２は低周波信号Ｌｆを反転させるので、バイアス電圧Ｖ２biasには反転低周波信号Ｌｆが重畳される。
【0061】
駆動振幅制御部６２は、駆動振幅を制御するシーケンスにおいて、積分部５６の出力信号（すなわち、出力光信号中の低周波成分）がゼロになるように、駆動振幅を制御するための振幅制御電圧Ｖｃを生成する。この場合、駆動振幅の制御方向（すなわち、駆動振幅を大きくするのか小さくするのか）は、積分部５６の出力電圧の極性（すなわち、正または負）により決定される。
【0062】
加算器７４は、駆動振幅を制御するシーケンスにおいて、駆動振幅制御部６２の出力信号に低周波信号Ｌｆを加算する。すなわち、振幅制御電圧Ｖｃに低周波信号Ｌｆが重畳される。なお、駆動振幅の制御が行われていないときは、加算器７４には低周波信号Ｌｆは与えられず、加算器７４から出力される振幅制御電圧Ｖｃは、直流電圧である。
【0063】
駆動回路７６は、図１に示す駆動部２８の一例であり、入力データ信号に対応する変調信号（正相変調信号Ｖ１pp、逆相変調信号Ｖ２pp）を生成する。ここで、駆動回路７６は、制御部３０から与えられる振幅制御電圧Ｖｃに応じて、変調信号の振幅（すなわち、駆動振幅）を制御する。したがって、駆動振幅を制御するシーケンスにおいては、変調信号Ｖ１pp、Ｖ２ppの振幅は、それぞれ低周波信号Ｌｆに同期して変動する。
【0064】
正相変調信号Ｖ１ppおよびバイアス電圧Ｖ１biasは、バイアスＴ回路３２により重畳され、この重畳信号は、入力電圧Ｖ１として入力端子２０に与えられる。また、逆相変調信号Ｖ２ppおよびバイアス電圧Ｖ２biasは、バイアスＴ回路３３により重畳され、この重畳信号は、入力電圧Ｖ２として入力端子２２に与えられる。バイアスＴ回路３２、３３は、それぞれ、駆動回路７６に接続されるキャパシタ７８、および制御部３０側に接続されるインダクタ８０を備える。キャパシタ７８は、バイアス電圧Ｖ１bias、Ｖ２biasに対して高いインピーダンスを提供する。インダクタ８０は、正相変調信号Ｖ１ppおよび逆相変調信号Ｖ２ppに対して高インピーダンスを提供する。したがって、これらの重畳信号は、それぞれ効率よく入力端子２０、２２に与えられる。なお、バイアスＴ回路３２、３３は、同様の機能を備える他の回路で実現されてもよい。
【0065】
なお、加算器６８、７０、７４は、重畳器として動作する。この場合、重畳器は、低周波変調部５４を含んでもよい。また、重畳器は、極性切替部７２をさらに含んでもよい。また、Ｘ軸方向バイアス制御部５８、Ｙ軸方向バイアス制御部６０、駆動振幅制御部６２、Ｖ１バイアス制御部６４、Ｖ２バイアス制御部６６は、「変調方向のバイアス電圧、直交方向のバイアス電圧、変調信号の振幅を制御するコントローラ」として動作する。この場合、コントローラは、位相比較器５２、積分部５６を含んでもよい。
【0066】
次に、Ｙ軸方向バイアス制御について、図９および図１０を参照する。図９は、Ｙ軸方向のバイアス電圧に低周波信号を重畳した場合の動作例を示す。図９（Ａ）は、ＳＭＺＭ４の静特性、図９（Ｂ）は、バイアス電圧Ｖ１biasの波形、図９（Ｃ）は、Ｙ軸方向の電圧波形、図９（Ｄ）は、バイアス電圧Ｖ２biasの波形、図９（Ｅ）は、Ｘ軸方向の電圧波形である。図１０は、図９（Ｂ）〜図９（Ｅ）に示す各波形の位相を表す。
【0067】
Ｙ軸方向バイアス制御においては、図９（Ｂ）に示すように、入力電圧Ｖ１には正相の低周波信号（非反転波形）が重畳されている。また、図９（Ｄ）に示すように、入力電圧Ｖ２には、逆相の低周波信号（反転波形）が重畳されている。なお、図９（Ａ）に示す太線矢印は、低周波信号によるＹ軸方向のバイアス電圧変化を表す。
【0068】
このように、入力電圧Ｖ１、Ｖ２に対して互いに同じ振幅で位相が反転した低周波信号を重畳すると、Ｘ軸方向において低周波信号は相殺される。このため、図９（Ｅ）に示すように、Ｘ軸方向のバイアス電圧は変化しない。他方、図９（Ｃ）に示すように、Ｙ軸方向の電圧は、低周波信号で変調される。
【0069】
この場合、図１０（Ａ）に示すように、入力電圧Ｖ１には正相の低周波信号Ｌｆが重畳される。また、図１０（Ｂ）に示すように、入力電圧Ｖ２には逆相の低周波信号Ｌｆが重畳される。この結果、Ｘ軸方向のバイアス電圧は、正相の低周波信号Ｌｆおよび逆相の低周波信号Ｌｆが相殺されるので、図１０（Ｃ）に示すように、略一定レベルの直流電圧となる。一方、Ｙ軸方向のバイアス電圧は、図１０（Ｄ）に示すように、低周波信号Ｌｆと同じ周波数で変動する。Ｙ軸方向のバイアス電圧の位相は、逆相の低周波信号Ｌｆに同期する。
【0070】
Ｙ軸方向のバイアス制御について、さらに図１１および図１２を参照する。図１１は、Ｙ軸方向のバイアス制御動作の一例を示す。図１１（Ａ）はＳＭＺＭ４の入力／出力特性、図１１（Ｂ）はデータ信号変調信号の波形、図１１（Ｃ）は出力光信号の波形を示している。また、図１２は、図１１に示す動作において、Ｙ軸方向バイアス電圧および出力光信号の例を示している。
【0071】
ここでは、図１１（Ａ）に示す動作特性を有するＳＭＺＭ４に、図１１（Ｂ）に示すデータ信号変調信号が入力される。データ信号変調信号は、入力電圧Ｖ１、Ｖ２としてＳＭＺＭ４に与えられる。ここで、Ｙ軸方向のバイアスを制御するシーケンスにおいては、バイアス電圧Ｖ１bias、Ｖ２biasが低周波信号Ｌｆで変調されている。このため、データ信号変調信号は、図１１（Ｂ）に示すように、低周波信号Ｌｆの成分を含んでいる。そして、ＳＭＺＭ４は、図１１（Ｃ）に示す光信号を出力する。
【0072】
Ｙ軸方向のバイアスを制御するシーケンスにおいては、図１２（Ａ）に示すように、Ｙ軸方向のバイアス電圧は低周波信号Ｌｆで変調されている。したがって、データ信号変調信号は、図１２（Ｂ）に示すように、低周波信号Ｌｆの成分を含む。
【0073】
しかし、Ｙ軸方向のバイアス電圧が最適化されていれば、図１２（Ｃ）に示すように、光出力中の低周波成分は零となる。この場合、出力光信号は、低周波信号の周波数の２倍の成分を含む。これに対して、Ｙ軸方向のバイアス電圧が最適値から正（＋）側にずれているときは、図１２（Ｄ）に示すように、出力光信号は、低周波信号Ｌｆの逆相の低周波成分を含む。また、Ｙ軸方向のバイアス電圧が最適値から負（−）側にずれているときには、図１２（Ｅ）に示すように、出力光信号は、低周波信号Ｌｆと同相の低周波成分を含む。
【0074】
従って、制御部は、出力光信号中の低周波成分を検出して低周波信号Ｌｆと位相を比較すれば、制御方向を決定することができる。すなわち、制御部は、低周波信号Ｌｆと同じ位相の低周波成分を検出したときは、Ｙ軸方向のバイアス電圧を正方向にシフトさせることにより、そのバイアス電圧を最適点に近づける。同様に、制御部は、低周波信号Ｌｆと逆の位相の低周波成分を検出したときは、Ｙ軸方向のバイアス電圧を負方向にシフトさせることにより、そのバイアス電圧を最適点に近づける。このフィードバック制御により、Ｙ軸方向のバイアス電圧は、最適点に近づく。ここで、このフィードバック制御は、実質的には、出力光信号中の低周波成分を小さくする制御と等価である。したがって、上記制御により出力光信号中の低周波成分が最小化され、Ｙ軸方向のバイアス電圧が最適化される。
【0075】
次に、Ｙ軸方向の駆動振幅制御について、図１３および図１４を参照する。図１３は、振幅制御電圧Ｖｃに低周波信号が重畳された場合の動作を示す。図１３（Ａ）はＳＭＺＭ４の静特性、図１３（Ｂ）は入力電圧Ｖ１の波形、図１３（Ｃ）はＹ軸方向の電圧波形、図１３（Ｄ）は入力電圧Ｖ２の波形、図１３（Ｅ）はＸ軸方向の電圧波形を示している。図１４は、図１３（Ｂ）〜図１３（Ｅ）に示す波形の位相を示す。
【0076】
Ｙ軸方向の駆動振幅制御においては、例えば、振幅制御電圧Ｖｃに低周波信号Ｌｆが重畳される。この結果、図１３（Ｂ）および図１３（Ｄ）に示すように、入力電圧Ｖ１および入力電圧Ｖ２には、それぞれ低周波信号Ｌｆが重畳される。すなわち、入力電圧Ｖ１および入力電圧Ｖ２は、それぞれ低周波信号Ｌｆで振幅変調される。なお、図１３（Ａ）において、二重線矢印はＹ軸方向の電圧変化を示している。
【0077】
このように、Ｙ軸方向の駆動振幅の制御では、制御部は、振幅制御電圧Ｖｃに低周波信号Ｌｆを重畳する。この結果、図１３（Ｃ）に示すように、低周波信号Ｌｆで変調されたＹ軸方向の電圧が生成される。ただし、入力信号Ｖ１、Ｖ２の振幅は、互いに逆の位相の低周波信号で変調されている。したがって、Ｘ軸方向においては、低周波信号は相殺される。この結果、Ｘ軸方向の電圧は、図１３（Ｅ）に示すように、略一定レベルの直流電圧となる。
【0078】
駆動振幅を制御するシーケンスにおいて、振幅制御電圧Ｖｃには、図１４（Ａ）に示すように、低周波信号Ｌｆが重畳される。駆動回路７６は、この振幅制御電圧Ｖｃにより駆動される。そうすると、図１４（Ｂ）に示す正相データ信号変調信号および図１４（Ｃ）に示す逆相データ信号変調信号が生成される。ここで、データ信号変調信号は、高電位側および低電位側に同じ変化を有する対称振幅変調信号である。したがって、Ｙ軸方向の電圧信号は、図１４（Ｄ）に示すように、低周波信号Ｌｆで振幅変調されている。
【0079】
Ｙ軸方向の駆動振幅制御について、図１５および図１６をさらに参照する。図１５は、Ｙ軸方向の駆動振幅制御の一例を示す。図１５（Ａ）はＳＭＺＭ４の入力／出力特性、図１５（Ｂ）はデータ信号変調信号の波形、図１５（Ｃ）は出力光信号の波形を示す。図１６は、図１５に示す動作において、Ｙ軸方向バイアス電圧および出力光信号の例を示している。
【0080】
ここでは、図１５（Ａ）に示す動作特性を有するＳＭＺＭ４に、図１５（Ｂ）に示すデータ信号変調信号が入力される。駆動振幅を制御するシーケンスにおいては、駆動振幅電圧Ｖｃが低周波信号Ｌｆで変調されている。このため、データ信号変調信号の振幅は、図１５（Ｂ）に示すように、低周波信号Ｌｆの成分を含んでいる。そして、ＳＭＺＭ４は、図１５（Ｃ）に示す光信号を出力する。
【0081】
図１６（Ａ）に示すように、振幅制御電圧Ｖｃは、低周波信号Ｌｆで変調されている。駆動回路７６は、この振幅制御電圧Ｖｃに従って、入力データ信号からデータ信号変調信号を生成する。したがって、データ信号変調信号の振幅は、図１６（Ｂ）に示すように、低周波信号Ｌｆによる対称振幅変調が施されている。ここで、図１５（Ａ）に示す入力／出力特性において、Ｙ軸方向の電圧が、ＳＭＺＭの出力光パワーがピークとなる電圧値を超えると、ＳＭＺＭの出力光信号波形において「折返し」が発生する。図１５（Ｃ）および図１６（Ｃ）は、低周波信号Ｌｆの周期で折返しが発生している光信号の波形を示している。
【0082】
Ｙ軸方向の駆動振幅を制御するシーケンスにおいて、駆動振幅が最適化されているときは、図１６（Ｃ）に示すように、出力光信号中の低周波成分はゼロである。この場合、出力光信号は、低周波信号の周波数の２倍の成分を含む。これに対して、駆動振幅が最適値より小さいときは、図１６（Ｄ）に示すように、出力光信号は、低周波信号Ｌｆと同相の低周波成分を含む。また、駆動振幅が最適値より大きいときは、図１６（Ｅ）に示すように、出力光信号は、低周波信号Ｌｆと逆相の低周波成分を含む。
【0083】
従って、制御部は、出力光信号中の低周波成分を検出して低周波信号Ｌｆと位相を比較すれば、制御方向を決定することができる。すなわち、制御部は、低周波信号Ｌｆと同じ位相の低周波成分を検出したときは、駆動振幅を大きくすることにより、駆動振幅を最適値に近づける。同様に、制御部は、低周波信号Ｌｆと逆の位相の低周波成分を検出したときは、駆動振幅を小さくすることにより、駆動振幅を最適値に近づける。ここで、このフィードバック制御は、実質的には、出力光信号中の低周波成分を小さくする制御と等価である。したがって、上記制御により出力光信号中の低周波成分が最小化され、駆動振幅が最適化される。
【0084】
次に、Ｘ軸方向のバイアス制御について、図１７および図１８を参照する。図１７は、Ｘ軸方向のバイアス制御動作の一例を示す。図１７（Ａ）はＳＭＺＭ４の静特性、図１７（Ｂ）はバイアス電圧Ｖ１biasの波形、図１７（Ｃ）はＹ軸方向の電圧波形、図１７（Ｄ）はバイアス電圧Ｖ２biasの波形、図１７（Ｅ）はＸ軸方向の電圧波形を示す。図１８は、図１７に示す動作において、バイアス電圧Ｖ１bias、バイアス電圧Ｖ２bias、Ｘ軸方向の電圧、Ｙ軸方向の電圧を示している。
【0085】
Ｘ軸方向バイアス制御においては、Ｘ軸方向のバイアス電圧に低周波信号Ｌｆが重畳される。図１７（Ａ）に示すマップ上の太線矢印は、Ｘ軸方向のバイアス制御のための電圧変動を示している。このバイアス制御においては、図１７（Ｂ）に示す低周波信号Ｌｆが重畳されたバイアス電圧Ｖ１bias、および図１７（Ｄ）に示す低周波信号Ｌｆが重畳されたバイアス電圧Ｖ２biasが使用される。この場合、Ｙ軸方向の電圧は、図１７（Ｃ）に示すように、低周波信号Ｌｆによる変化はない。一方、図１７（Ｅ）に示すように、Ｘ軸方向の電圧は、低周波信号Ｌｆで変調されている。
【0086】
Ｘ軸方向の電圧に対する低周波信号Ｌｆの重畳は、同じ位相の低周波信号Ｌｆをバイアス電圧Ｖ１bias、Ｖ２biasにそれぞれ重畳することにより実現される。すなわち、図１８（Ａ）および図１８（Ｂ）に示すように、同じ振幅かつ同じ位相の低周波信号Ｌｆでバイアス電圧Ｖ１bias、Ｖ２biasを振幅変調すると、Ｙ軸方向では低周波信号Ｌｆが相殺される。この結果、図１８（Ｄ）に示すように、Ｙ軸方向の電圧は略一定レベルの直流電圧となる。一方、Ｘ軸方向の電圧は、図１８（Ｃ）に示すように、低周波信号Ｌｆで変調される。
【0087】
Ｘ軸バイアスの制御について、図１９および図２０をさらに参照する。図１９は、Ｘ軸バイアスの制御動作の一例を示す。図１９（Ａ）はＸ軸方向の電圧に対する光出力特性、図１９（Ｂ）はＸ軸方向の電圧波形、図１９（Ｃ）は出力光信号の波形を示している。図２０は、図１９に示す動作において、Ｘ軸方向のバイアス電圧および光出力電力を示している。
【0088】
ここでは、図１９（Ａ）に示す特性を有するＳＭＺＭ４に、図１９（Ｂ）に示すＸ軸方向電圧信号が入力される。ここで、Ｘ軸方向のバイアス電圧を制御するシーケンスにおいては、Ｘ軸方向の電圧が低周波信号Ｌｆで変調されている。そして、ＳＭＺＭ４は、図１９（Ｃ）に示す光信号を出力する。なお、図１９は、Ｘ軸方向のバイアス電圧が最適化されている状態を示している。
【0089】
Ｘ軸方向のバイアス電圧を制御するシーケンスにおいては、Ｘ軸方向の電圧は、図２０（Ａ）に示すように、低周波信号Ｌｆで変調されている。このとき、Ｘ軸方向のバイアス電圧が最適であれば、図２０（Ｂ）に示すように、出力光信号中の低周波成分はゼロである。この場合、出力光信号は、低周波信号の周波数の２倍の成分を含む。Ｘ軸方向のバイアス電圧が最適値から正（＋）側にずれているときは、図２０（Ｃ）に示すように、出力光信号は、低周波信号Ｌｆと逆相の低周波成分を含む。また、Ｘ軸方向のバイアス電圧が最適値から負（−）側にずれているときは、出力光信号は、低周波信号Ｌｆと同相の低周波成分を含む。
【0090】
従って、制御部は、出力光信号中の低周波成分を検出して低周波信号Ｌｆと位相を比較すれば、制御方向を決定することができる。すなわち、制御部は、低周波信号Ｌｆと同じ位相の低周波成分を検出したときは、Ｘ軸方向のバイアス電圧を正方向にシフトさせることにより、そのバイアス電圧を最適点に近づける。同様に、制御部は、低周波信号Ｌｆと逆の位相の低周波成分を検出したときは、Ｘ軸方向のバイアス電圧を負方向にシフトさせることにより、そのバイアス電圧を最適点に近づける。ここで、このフィードバック制御は、実質的には、出力光信号中の低周波成分を小さくする制御と等価である。よって、上記制御により出力光信号中の低周波成分が最小化され、Ｘ軸方向のバイアス電圧が最適化される。
【0091】
第２の実施の形態の各要素の構成および動作は以下の通りである。すなわち、光送信モジュール２００Ａの制御部３０は、低周波信号Ｌｆを生成する低周波変調部５４を備えている。そして、制御部３０は、ＳＭＺＭ４のＸ軸方向バイアス電圧およびＹ軸方向バイアス電圧を、それぞれ低周波信号Ｌｆで変調する。また、制御部３０は、ＳＭＺＭ４を駆動するための変調信号を低周波信号Ｌｆで振幅変調する。
【0092】
光モニタ部３４は、ＳＭＺＭ４の出力光信号の一部を分岐するビームスプリッタ４６、およびその分岐光を光電流に変換する受光素子４８を備える。制御部３０は、Ｉ／Ｖ変換部５０を備え、電流信号を電圧信号に変換する。このように、光モニタ部３４が出力光信号を直接的に監視し、出力光信号を表す電気信号が制御部３０に与えられるので、効率のよい駆動制御が実現される。
【0093】
制御部３０は、位相比較器５２および積分部５６を含む位相検出器３８を備える。位相検出器３８は、出力光信号に含まれる低周波成分のパワーおよび位相を検出する。制御部３０は、Ｘ軸方向バイアス制御部５８、Ｙ軸方向バイアス制御部６０、駆動振幅制御部６２を備え、出力光信号中の低周波成分に基づいて、Ｘ軸方向のバイアス電圧の制御、Ｙ軸方向のバイアス電圧の制御、変調信号の振幅の制御を実行する。これらの制御により、変調信号の振幅およびバイアス電圧が最適化または略最適化される。
【0094】
＜第３の実施の形態＞第３の実施の形態について、図２１を参照する。図２１は、第３の実施の形態に係る光送信モジュールの構成例を示している。図２１において、図１および図８と同一の要素には同一符号が付されている。
【0095】
図２１に示す光送信モジュール２００Ｂは、本出願の光変調装置、光送信装置、光変調制御方法の一例である。光送信モジュール２００Ｂは、ＳＭＺＭ４、制御部３０、駆動部２８、光モニタ部３４を備える。ＳＭＺＭ４の入力側には光源４４が設けられている。
【0096】
光送信モジュール２００Ｂの制御部３０は、低周波信号Ｌｆの重畳、バイアス電圧の制御、駆動振幅の制御を時分割で実行する。制御部３０においては、低周波変調部５４により生成される低周波信号Ｌｆは、位相比較器５２、低周波スイッチ９２、９４、９６に導かれる。低周波スイッチ９２、９４、９６は、それぞれ、時分割制御回路９８からの指示に従ってＯＮ状態またはＯＦＦ状態に制御される。低周波スイッチ９２、９４、９６は、ＯＮ状態においては、低周波信号Ｌｆを通過させる。また、低周波スイッチ９２、９４、９６は、ＯＦＦ状態においては、低周波信号Ｌｆを遮断する。したがって、加算器７４、６８、７０には、それぞれ、対応する低周波スイッチ９２、９４、９６がＯＮ状態に制御されたときに、低周波信号Ｌｆが与えられる。極性切替部７２は、低周波スイッチ９６と加算器７０との間に設けられ、時分割制御回路９８から反転指示を受信したときは、低周波信号Ｌｆの極性を反転させる。
【0097】
時分割制御回路９８は、時分割方式で、制御部３０内の各要素の動作を制御する。すなわち、時分割制御回路９８は、Ｘ軸方向バイアス制御部５８、Ｙ軸方向バイアス制御部６０、駆動振幅制御部６２、極性切替部７２の動作を制御する。また、時分割制御回路９８は、低周波スイッチ９２、９４、９６の状態を制御する。さらに、時分割制御回路９８は、低周波スイッチ９２、９４、９６、極性切替部７２を制御することにより、バイアス電圧を低周波信号Ｌｆで変調する動作、および変調信号の振幅を低周波信号Ｌｆで変調する動作を提供する。なお、時分割制御回路９８は、例えば、クロック回路を備え、所定の時間間隔で制御部３０の動作状態を切り替えることができる。
【0098】
光送信モジュール２００Ｂの制御動作について、図２２を参照する。図２２は、制御動作の手順を示すフローチャートである。光送信モジュール２００Ｂの制御手順においては、Ｙ軸方向のバイアス制御（ステップＳ３１）、Ｙ軸振幅制御（ステップＳ３２）、Ｘ軸方向のバイアス制御（ステップＳ３３）が時系列的に繰り返し実行される。
【0099】
Ｙ軸方向のバイアス制御（ステップＳ３１）においては、時分割制御回路９８は、低周波スイッチ９２、９４、９６を、それぞれＯＦＦ状態、ＯＮ状態、ＯＮ状態に制御する。また、時分割制御回路９８は、極性切替部７２に対して、反転動作を行わせる（ＯＮ：反転動作）。さらに、時分割制御回路９８は、Ｙ軸方向バイアス制御部６０を動作状態（ＯＮ）に制御すると共に、Ｘ軸方向バイアス制御部５８を停止状態（ＯＦＦ：現設定維持）に制御する。
【0100】
ステップＳ３１においては、図９〜図１２を参照しながら説明した動作が実現される。すなわち、加算器６８は、バイアス電圧Ｖ１biasに低周波信号Ｌｆを重畳し、加算器７０は、バイアス電圧Ｖ２biasに反転低周波信号Ｌｆを重畳する。この場合、Ｙ軸方向のバイアス電圧は、図１０（Ｄ）に示すように、低周波信号Ｌｆで変調される。よって、ＳＭＺＭ４の出力光信号は、低周波信号Ｌｆの周波数成分（すなわち、低周波成分）を含むことになる。そして、Ｙ軸方向バイアス制御部６０は、この低周波成分を小さくするように、Ｖ１バイアス制御部６４およびＶ２バイアス制御部６６を制御する。この結果、Ｙ軸方向のバイアス電圧が最適化される。
【0101】
Ｙ軸振幅制御（ステップＳ３２）においては、時分割制御回路９８は、低周波スイッチ９２、９４、９６を、それぞれＯＮ状態、ＯＦＦ状態、ＯＦＦ状態に制御する。また、時分割制御回路９８は、Ｙ軸方向バイアス制御部６０およびＸ軸方向バイアス制御部５８を停止状態（ＯＦＦ：現設定維持）に制御する。なお、Ｙ軸振幅が制御されるときは、低周波スイッチ９６はＯＦＦ状態に制御されており、極性切替部７２には低周波信号Ｌｆは供給されない。したがって、極性切替部７２は、ＯＮ状態またはＯＦＦ状態にいずれであってもよい。
【0102】
ステップＳ３２においては、図１３〜図１６を参照しながら説明した動作が実現される。すなわち、加算器７４は、駆動振幅電圧Ｖｃに低周波信号Ｌｆを重畳する。この場合、駆動回路７６により生成される変調信号の振幅は、図１４（Ｂ）および図１４（Ｃ）に示すように、低周波信号Ｌｆで変調される。よって、ＳＭＺＭ４の出力光信号は、低周波成分を含む。そして、駆動振幅制御部６２は、この低周波成分を小さくするように、駆動振幅電圧Ｖｃを制御する。この結果、駆動振幅が最適化される。
【0103】
Ｘ軸方向のバイアス制御（ステップＳ３３）においては、時分割制御回路９８は、低周波スイッチ９２、９４、９６を、それぞれＯＦＦ状態、ＯＮ状態、ＯＮ状態に制御する。また、時分割制御回路９８は、極性切替部７２に対して、反転動作を行わないことを指示する（ＯＦＦ：非反転動作）。さらに、時分割制御回路９８は、Ｙ軸方向バイアス制御部６０を停止状態（ＯＦＦ）に制御すると共に、Ｘ軸方向バイアス制御部５８を動作状態（ＯＮ）に制御する。
【0104】
ステップＳ３３においては、図１７〜図２０を参照しながら説明した動作が実現される。すなわち、加算器６８は、バイアス電圧Ｖ１biasに低周波信号Ｌｆを重畳し、加算器７０は、バイアス電圧Ｖ２biasに低周波信号Ｌｆを重畳する。この場合、Ｘ軸方向のバイアス電圧は、図１８（Ｄ）に示すように、低周波信号Ｌｆで変調される。よって、ＳＭＺＭ４の出力光信号は、低周波成分を含むことになる。そして、Ｘ軸方向バイアス制御部５８は、この低周波成分を小さくするように、Ｖ１バイアス制御部６４およびＶ２バイアス制御部６６を制御する。この結果、Ｘ軸方向のバイアス電圧が最適化される。
【0105】
なお、ステップＳ３２を実行することにより、ステップＳ３１で最適化されているＹ軸方向のバイアス電圧がその最適値からずれることがある。また、ステップＳ３３を実行することにより、ステップＳ３１で最適化されているＹ軸方向のバイアス電圧、および／またはステップＳ３２で最適化されている駆動振幅が、それぞれ最適値からずれることがある。したがって、この実施形態の制御部３０は、ステップＳ３１〜Ｓ３３の処理を繰り返し実行してもよい。この場合、制御部３０は、ステップＳ３１〜Ｓ３３を予め決められた回数だけ繰り返し実行してもよい。また、制御部３０は、Ｙ軸方向のバイアス電圧、駆動振幅、Ｘ軸方向のバイアス電圧がそれぞれ十分に収束するまでステップＳ３１〜Ｓ３３を繰り返し実行してもよい。
【0106】
このように、第３の実施形態では、Ｙ軸方向バイアス制御部６０、Ｘ軸方向バイアス制御部５８、駆動振幅制御部６２は、時分割制御回路９８の時分割制御に従って、選択的に動作する。また、第３の実施形態では、１つの低周波信号Ｌｆを使用して、Ｘ軸方向バイアス、Ｙ軸方向バイアス、変調信号の振幅が制御される。この場合、バイアス電圧Ｖ１、Ｖ２の一方に重畳される低周波信号Ｌｆは、Ｘ軸バイアス制御時にはそのまま使用され、Ｙ軸バイアス制御時には極性切替部７２により反転させられた後に使用される。
【0107】
さらに、第３の実施形態においては、Ｘ軸方向のバイアス電圧、Ｙ軸方向のバイアス電圧、駆動振幅の制御が、時分割方式により互いに異なるタイミングで行われる。したがって、各制御の精度が高くなる。
【0108】
＜第４の実施の形態＞第４の実施の形態について、図２３を参照する。図２３は、第４の実施の形態に係る光モジュールの構成例を示す。図２３において、図２１と同じ要素には、同じ符号が付されている。
【0109】
図２３に示す光送信モジュール２００Ｃは、本出願の光変調装置、光送信装置および光変調制御方法の一例である。光送信モジュール２００Ｃは、図１に示す光変調装置２と同様に、ＳＭＺＭ４、制御部３０、駆動部２８、光モニタ部３４を備える。ＳＭＺＭ４の入力側には、光源４４が設けられている。
【0110】
光送信モジュール２００Ｃの制御部３０においては、異なる周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３の低周波信号Ｌｆ１、Ｌｆ２、Ｌｆ３が使用される。すなわち、これら３つの低周波信号Ｌｆ１、Ｌｆ２、Ｌｆ３を使用して、上述のＹ軸方向のバイアス電圧制御、Ｘ軸方向のバイアス電圧制御、駆動振幅制御が実行される。この実施例では、Ｘ軸方向のバイアス電圧を制御するために低周波信号Ｌｆ１が使用され、Ｙ軸方向のバイアス電圧を制御するために低周波信号Ｌｆ２が使用され、変調信号の振幅を制御するために低周波信号Ｌｆ３が使用される。
【0111】
制御部３０は、第１の低周波変調部５４１、第２の低周波変調部５４２、第３の低周波変調部５４３を備える。低周波変調部５４１は周波数ｆ１の低周波信号Ｌｆ１を生成し、低周波変調部５４２は周波数ｆ２の低周波信号Ｌｆ２を生成し、低周波変調部５４３は周波数ｆ３の低周波信号Ｌｆ３を生成する。周波数ｆ１、ｆ２、ｆ３は、特に限定されるものではないが、例えば、ｆ１＝1kHz、ｆ２＝1.3kHz、ｆ３＝1.6kHzである。
【0112】
低周波信号Ｌｆ１は、加算器６８１によりＶ１バイアス制御部６４の出力信号に重畳される。また、低周波信号Ｌｆ１は、加算器７０１によりＶ２バイアス制御部６４の出力信号に重畳される。低周波信号Ｌｆ２は、極性反転部７２２により反転された後、加算器６８２によりＶ１バイアス制御部６４の出力信号に重畳される。また、低周波信号Ｌｆ２は、加算器７０２によりＶ２バイアス制御部６６の出力信号に重畳される。低周波信号Ｌｆ３は、加算器７４により駆動振幅制御部６２の出力信号に重畳される。よって、駆動回路７６から出力されるデータ信号変調信号は、低周波信号Ｌｆ３により振幅変調される。そして、ＳＭＺＭ４には、低周波信号Ｌｆ１、Ｌｆ２、Ｌｆ３が重畳されているバイアス電圧および変調信号が与えられる。
【0113】
低周波信号Ｌｆ１、Ｌｆ２、Ｌｆ３に対応する各低周波成分を検出するため、制御部３０は、位相検出器３８１、３８２、３８３を備える。位相検出器３８１は位相比較器５２１および積分部５６１を含み、位相検出器３８２は位相比較器５２２および積分部５６２を含み、位相検出器３８３は位相比較器５２３および積分部５６３を含む。
【0114】
位相検出器３８１は、低周波信号Ｌｆ１を利用して、Ｉ／Ｖ変換部５０の出力信号から低周波信号Ｌｆ１と同じ周波数成分（Ｌｆ１成分）を検出する。同様に、位相検出器３８２は、低周波信号Ｌｆ２を利用して、Ｉ／Ｖ変換部５０の出力信号から低周波信号Ｌｆ２と同じ周波数成分（Ｌｆ２成分）を検出する。位相検出器３８３は、低周波信号Ｌｆ３を利用して、Ｉ／Ｖ変換部５０の出力信号から低周波信号Ｌｆ３と同じ周波数成分（Ｌｆ３成分）を検出する。
【0115】
位相検出器３８１により検出されるＬｆ１成分は、Ｘ方向バイアス制御部５８に与えられる。Ｘ方向バイアス制御部５８は、Ｌｆ１成分を小さくするように、Ｖ１バイアス制御部６４およびＶ２バイアス制御部６６に対して指示を与える。すなわち、バイアス電圧Ｖ１bias、Ｖ２biasは、Ｌｆ１成分を小さくするように制御される。同様に、位相検出器３８２により検出されるＬｆ２成分は、Ｙ方向バイアス制御部６０に与えられる。Ｙ方向バイアス制御部６０は、Ｌｆ２成分を小さくするように、Ｖ１バイアス制御部６４およびＶ２バイアス制御部６６に対して指示を与える。すなわち、バイアス電圧Ｖ１bias、Ｖ２biasは、Ｌｆ１成分およびＬｆ２成分を小さくするように制御される。さらに、位相検出器３８３により検出されるＬｆ３成分は、駆動振幅制御部６２に与えられる。駆動振幅制御部６２は、Ｌｆ３成分を小さくするように、振幅制御電圧Ｖｃを制御する。
【0116】
このように、第４の実施形態においては、異なる周波数の低周波信号Ｌｆ１〜Ｌｆ３を用いて、Ｙ軸方向のバイアス電圧制御、Ｘ軸方向のバイアス電圧制御、変調信号の振幅の制御が実行される。したがって、第４の実施形態においては、Ｙ軸方向のバイアス電圧制御、Ｘ軸方向のバイアス電圧制御、変調信号の振幅の制御を並列に行うことができる。また、周波数の異なる低周波信号を使用するので、動作特性の検出精度を高くすることができ、精度の高い制御が実現される。
【0117】
＜第５の実施の形態＞第５の実施の形態について、図２４を参照する。図２４は、第５の実施の形態に係るバイアス制御部の構成例を示している。図２４において、図８、図２１、図２３と同じ要素には同じ符号が付されている。
【0118】
図２４に示すＸ軸方向バイアス制御部５８、Ｙ軸方向バイアス制御部６０、Ｖ１バイアス制御部６４、Ｖ２バイアス制御部６６は、既述の制御部３０に用いられる。Ｘ軸方向バイアス制御部５８は、この例では、演算増幅器５８０、抵抗５８２、５８４を含む反転増幅回路により実現される。この場合、Ｘ軸方向バイアス制御部５８は、位相検出器３８の積分部５６の出力信号の電圧変化量に応じたレベルの信号を出力する。Ｙ軸方向バイアス制御部６０は、この例では、演算増幅器６００、抵抗６０２、６０４を含む反転増幅回路６０６、および非反転出力および反転出力を得る増幅器６０８を備える。この場合、Ｙ軸方向バイアス制御部６０は、位相検出器３８の積分部５６の出力の電圧変化量に応じたレベルの信号、およびその反転信号を出力する。
【0119】
Ｖ１バイアス制御部６４は、例えば、抵抗６４０、６４２を含む抵抗結合回路６４４により実現される。Ｖ１バイアス制御部６４には、Ｘ軸方向バイアス制御部５８から出力される信号、およびＹ軸方向バイアス制御部６０から出力される反転信号が与えられる。抵抗結合回路６４４は、２つの入力信号を結合することにより、バイアス電圧Ｖ１biasを生成する。同様に、Ｖ２バイアス制御部６６は、例えば、抵抗６６０、６６２を含む抵抗結合回路６６４により実現される。この場合、Ｖ２バイアス制御部６６には、Ｘ軸方向バイアス制御部５８から出力される信号、Ｙ軸方向バイアス制御部６０から出力される非反転信号が与えられる。抵抗結合回路６６４は、２つの入力信号を結合することにより、バイアス電圧Ｖ２biasを生成する。
【0120】
＜バリエーション＞（１）上述の実施形態では、光変調器として半導体マッハツェンダ型光変調器（ＳＭＺＭ）を例示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、光変調器は他の変調器で実現してもよい。
【0121】
（２）本発明は、任意の位相変調方式（２値位相変調、多値位相変調、偏波多重多値位相変調など）に適用可能である。（３）上述の実施形態では、変調方向およびその直交方向のバイアス電圧を制御して位相変調を行なっているが、いずれか一方のバイアス電圧の制御のみを行うようにしてもよい。
【0122】
（４）上述の実施形態では、変調方向のバイアス制御、直交方向のバイアス制御、駆動振幅の制御を行っているが、それらの中のいずれか１つまたは２つの制御のみを行うようにしてもよい。
【0123】
（５）光変調装置／光送信モジュールは、差動バイアス電圧を同相で低周波変調することで、Ｘ軸方向のみを制御して位相変調を行なう構成としてもよい。（６）光変調装置／光送信モジュールは、差動バイアス電圧を逆相で低周波変調することで、Ｙ軸方向のみを制御して位相変調を行なう構成としてもよい。
【0124】
（７）光変調装置／光送信モジュールは、Ｘ軸方向バイアスまたはＹ軸方向バイアスのいずれか一方の制御、および駆動振幅の制御を行う構成としてもよい。（８）駆動回路７６および／または制御部３０は、デジタル回路で構成してもよい。この場合、デジタル回路は、コンピュータ、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等を含むようにしてもよい。
【0125】
（９）第３の実施形態では、１つの低周波信号Ｌｆを使用する時分割制御が行われる。また、第４の実施形態では、異なる周波数の低周波信号Ｌｆ１〜Ｌｆ３を使用する周波数分割方式の制御が行われる。しかし、本発明は、これらの制御シーケンスに限定されるものではない。すなわち、たとえば、周波数の異なる複数の低周波信号を使用しながら、第３の実施形態と同様の時分割制御を行ってもよい。また、複数の低周波信号を使用する場合、各低周波信号のレベルは互いに異なっていてもよい。
【0126】
＜比較例＞比較例について、図２５を参照する。図２５は、ＳＭＺＭおよびその周辺回路を示している。比較例の光変調装置は、既述のＳＭＺＭ４を備える。図２５において、図１、図８等と同じ要素には同じ符号が付与されている。
【0127】
ＳＭＺＭ４の入力端子２０、２２には、駆動回路２８０が接続されるとともに、バイアス制御回路１３０、１３２が接続されている。駆動回路２８０には、振幅制御回路１３４が接続されている。１３６、１３８、１５０は、それぞれデータ信号入力、入力電圧Ｖ１、入力電圧Ｖ２の波形を示している。
【0128】
ＳＭＺＭ４の出力光信号は、光導波路６、８の通過光を合波することで生成される。したがって、出力光信号のパワーは、光導波路６、８を通過する１組の光の位相関係に依存する。すなわち、光導波路６、８を通過する１組の光の位相が互いに同じであれば、出力光信号のパワーは最大である。また、１組の光の位相が互いに逆であれば、出力光信号のパワーは最小である。
【0129】
ＳＭＺＭ４において、光導波路６、８の屈折率は、それぞれ入力電圧Ｖ１、Ｖ２に応じて変化する。すなわち、光導波路６、８を通過する光の位相は、それぞれ入力電圧Ｖ１、Ｖ２に応じて変化する。なお、位相変調においては、光周波数チャーピングを抑制するために、ＳＭＺＭ４はプッシュプル方式（差動方式）で駆動される。
【0130】
ＳＭＺＭ４を用いた位相変調では、ＳＭＺＭデバイス毎に、かつ、キャリア光の波長毎に、予め最適な駆動振幅およびバイアス電圧が決定され、決定した動作条件が光変調装置に設定される。しかしながら、このような設定を行う構成では、下記の課題がある。
【0131】
上述のように、ＳＭＺＭデバイス毎に、かつ、キャリア光の波長毎に動作条件を設定する構成では、最適な動作条件を決定するために要する時間が長い。また、ＳＭＺＭの最適な動作条件は、様々な要因によって変動し得る。例えば、ＳＭＺＭの静特性は、温度変化またはデバイスの経年劣化などに起因して変化し得る。また、バイアス制御回路１３０、１３２、駆動回路２８０、振幅制御回路１３４の特性が変化すると、駆動振幅およびバイアス電圧が変動し得る。これらの要因により、駆動振幅またはバイアス電圧が最適点からずれると、光波形の折り返し、消光比の劣化、クロスポイントの変動、光波形の開口度の縮小が発生し、光波形が劣化する。これらの課題は、本出願の実施形態の構成および制御方向により解決されている。
【0132】
ＬＮ（LiNbO3）光変調器においては、Ｙ軸方向においてバイアス制御および駆動振幅制御が行われているが、Ｘ軸方向の制御は行われていない。ところが、ＳＭＺＭの静特性は、Ｘ軸依存性を有している。したがって、ＬＮ光変調器で実施されている制御をＳＭＺＭに導入しても、最適な動作条件を実現することは困難である。
【0133】
＜ＱＰＳＫ変調＞図２６は、ＱＰＳＫ変調器を備える光送信モジュールの構成を示す図である。図２６に示す光送信モジュール３００は、ＱＰＳＫ変調器３０１を備える。ＱＰＳＫ変調器３０１は、ＳＭＺＭ４ａ、ＳＭＺＭ４ｂ、移相器３０２を備える。ＳＭＺＭ４ａおよびＳＭＺＭ４ｂの構成は、実質的に図１等に示すＳＭＺＭ４と同じである。ただし、ＳＭＺＭ４ａには、入力信号Ｖ１、Ｖ２が与えられ、ＳＭＺＭ４ｂには、入力信号Ｖ３、Ｖ４が与えられる。なお、ＱＰＳＫ変調器３０１は、例えば、１つの半導体チップ上に形成される。ただし、この場合、図２７に示す終端器２４、２６は、この半導体チップの外に設けられる。半導体チップおよび各終端器２４、２６は、例えば、ボンディングワイヤで接続される。
【0134】
移相器３０２は、ＳＭＺＭ４ａを経由する光パスとＳＭＺＭ４ｂを経由する光パスとの間に、位相差π/2を与える。そして、ＱＰＳＫ変調器３０１は、ＳＭＺＭ４ａ、４ｂにより生成される位相変調光信号を結合してＱＰＳＫ変調光信号を生成する。
【0135】
ビームスプリッタ４６は、ＱＰＳＫ変調光信号を分岐する。受光素子４８は、ビームスプリッタ４６から導かれてくるＱＰＳＫ変調光信号を電流信号に変換する。Ｉ／Ｖ変換部５０は、受光素子４８により生成される電流信号を電圧信号に変換する。すなわち、Ｉ／Ｖ変換部５０は、ＱＰＳＫ変調光信号を表す電気信号を生成する。
【0136】
位相コントローラ３０３は、Ｉ／Ｖ変換部５０の出力を利用して（すなわち、ＱＰＳＫ変調器３０１により生成されるＱＰＳＫ変調光信号を利用して）、移相器３０２の移相量をπ/2に最適化する。なお、移相器３０２を調整する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、特開２００７−８２０９４号公報に記載の方法を採用してもよい。
【0137】
低周波変調部５４は、低周波信号Ｌｆを生成する。また、位相比較器５２および積分部５６は、低周波信号Ｌｆを利用して、ＱＰＳＫ変調光信号中の低周波成分を検出する。振幅／バイアスコントローラ３０４ａは、ＱＰＳＫ変調光信号中の低周波成分に基づいて、ＳＭＺＭ４ａのバイアス電圧およびＳＭＺＭ４ａを駆動する変調信号の振幅を制御する。同様に、振幅／バイアスコントローラ３０４ｂは、ＱＰＳＫ変調光信号中の低周波成分に基づいて、ＳＭＺＭ４ｂのバイアス電圧およびＳＭＺＭ４ｂを駆動する変調信号の振幅を制御する。時分割制御回路３０５は、振幅／バイアスコントローラ３０４ａ、３０４ｂの動作を制御する。
【0139】
光スプリッタ３１１は、入力ＣＷ光を分岐してＳＭＺＭ４ａ、４ｂに導く。ＳＭＺＭ４ａ、４ｂは、それぞれ図１等に示すＳＭＺＭ４と実質的に同じである。ただし、ＳＭＺＭ４ａの信号電極１６、１８には、入力電圧Ｖ１、Ｖ２が与えられる。入力電圧Ｖ１は、駆動回路７６ａから出力される変調信号に、振幅／バイアスコントローラ３０４ａから出力されるバイアス電圧Ｖ１biasを加えることにより生成される。入力電圧Ｖ２は、駆動回路７６ａから出力される反転変調信号に、振幅／バイアスコントローラ３０４ａから出力されるバイアス電圧Ｖ２biasを加えることにより生成される。同様に、ＳＭＺＭ４ｂの信号電極１６、１８には、入力電圧Ｖ３、Ｖ４が与えられる。入力電圧Ｖ３は、駆動回路７６ｂから出力される変調信号に、振幅／バイアスコントローラ３０４ｂから出力されるバイアス電圧Ｖ３biasを加えることにより生成される。入力電圧Ｖ４は、駆動回路７６ｂから出力される反転変調信号に、振幅／バイアスコントローラ３０４ｂから出力されるバイアス電圧Ｖ４biasを加えることにより生成される。光コンバイナ３１２は、ＳＭＺＭ４ａ、４ｂにより生成される光信号を結合する。この構成により、ＱＰＳＫ変調光信号が生成される。
【0141】
振幅／バイアスコントローラ３０４ａは、Ｘ軸方向バイアス制御部５８ａ、Ｙ軸方向バイアス制御部６０ａ、駆動振幅制御部６２ａ、Ｖ１バイアス制御部６４ａ、Ｖ２バイアス制御部６６ａ、加算器６８ａ、７０ａ、７４ａ、極性切替部７２ａ、低周波スイッチ９２ａ、９４ａ、９６ａを備える。同様に、振幅／バイアスコントローラ３０４ｂは、Ｘ軸方向バイアス制御部５８ｂ、Ｙ軸方向バイアス制御部６０ｂ、駆動振幅制御部６２ｂ、Ｖ３バイアス制御部６４ｂ、Ｖ４バイアス制御部６６ｂ、加算器６８ｂ、７０ｂ、７４ｂ、極性切替部７２ｂ、低周波スイッチ９２ｂ、９４ｂ、９６ｂを備える。振幅／バイアスコントローラ３０４ａ、３０４ｂの動作は、それぞれ、図２１に示すＸ軸方向バイアス制御部５８、Ｙ軸方向バイアス制御部６０、駆動振幅制御部６２、Ｖ１バイアス制御部６４、Ｖ２バイアス制御部６６、加算器６８、７０、７４、極性切替部７２、低周波スイッチ９２、９４、９６と実質的に同じである。ただし、振幅／バイアスコントローラ３０４ａは、バイアス電圧Ｖ１bias、Ｖ２bias、振幅制御電圧Ｖcaを生成する。また、振幅／バイアスコントローラ３０４ｂは、バイアス電圧Ｖ３bias、Ｖ４bias、振幅制御電圧Ｖcbを生成する。
【0142】
図２９は、図２６に示す光送信モジュール３００の制御方法を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、時分割制御回路３０５が振幅／バイアスコントローラ３０４ａ、３０４ｂに対して指示を与えることにより実現される。
【0143】
ステップＳ４１〜Ｓ４３の処理、およびステップＳ４４〜Ｓ４６の処理は、それぞれ図２２に示すステップＳ３１〜Ｓ３３と実質的に同じである。ただし、ステップＳ４１〜Ｓ４３は、ＳＭＺＭ４ａの動作状態を制御するために、振幅／バイアスコントローラ３０４ａに対して実行される。また、ステップＳ４４〜Ｓ４６は、ＳＭＺＭ４ｂの動作状態を制御するために、振幅／バイアスコントローラ３０４ｂに対して実行される。
【0144】
なお、図２９に示す実施例では、ＱＰＳＫ変調器３０１のバイアス電圧および変調信号の振幅は、時分割方式で順番に制御されるが、本発明はこの手順に限定されるものではない。すなわち、ＱＰＳＫ変調器３０１のバイアス電圧および変調信号の振幅は、例えば周波数分割により、並列に制御されてもよい。
【0145】
以上述べた各実施例を含む実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。なお、本発明は、下記の付記に限定されるものではない。（付記１）
電気光学効果を有する半導体基板に設けられた光導波路と、バイアス電圧および変調信号に応じた電界を前記光導波路に与える信号電極を備える変調器と、
前記変調信号を生成する駆動回路と、
前記バイアス電圧に低周波信号を重畳する重畳器と、
前記変調器により生成される変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記変調器の変調方向に直交する直交方向のバイアス電圧を制御するコントローラと、
を備える光変調装置。
（付記２）
前記コントローラは、前記変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記変調方向のバイアス電圧および前記直交方向のバイアス電圧を制御する
ことを特徴とする付記１に記載の光変調装置。
（付記３）
前記重畳器は、前記駆動回路に与えられる振幅制御信号に低周波信号を重畳し、
前記コントローラは、前記変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記振幅制御信号を用いて前記変調信号の振幅を制御する
ことを特徴とする付記２に記載の光変調装置。
（付記４）
前記光導波路は、マッハツェンダ干渉計を形成する第１および第２の光導波路を含み、
前記信号電極は、前記第１および第２の光導波路にそれぞれ電界を与える第１および第２の電極を含み、
前記第１の電極には、前記変調信号および第１のバイアス電圧が与えられ、
前記第２の電極には、前記変調信号の反転信号および第２のバイアス電圧が与えられ、
前記コントローラは、前記直交方向のバイアス電圧を制御する第１のバイアス制御器を備え、
前記重畳器が、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧に対して互いに同相で前記低周波信号を重畳するときに、前記第１のバイアス制御器は、前記変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記直交方向のバイアス電圧を制御する
ことを特徴とする付記３に記載の光変調装置。
（付記５）
前記第１のバイアス制御器は、前記変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分を小さくするように、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧を同じ方向に同じ量だけシフトさせる
ことを特徴とする付記４に記載の光変調装置。
（付記６）
前記コントローラは、前記変調方向のバイアス電圧を制御する第２のバイアス制御器を備え、
前記重畳器が、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧に対して互いに逆相で前記低周波信号を重畳するときに、前記第２のバイアス制御器は、前記変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記変調方向のバイアス電圧を制御する
ことを特徴とする付記４に記載の光変調装置。
（付記７）
前記第２のバイアス制御器は、前記変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分を小さくするように、前記第１のバイアス電圧および前記第２のバイアス電圧を互いに逆方向に同じ量だけシフトさせる
ことを特徴とする付記６に記載の光変調装置。
（付記８）
前記コントローラは、前記振幅制御信号を用いて前記変調信号の振幅を制御する振幅制御器を備え、
前記重畳器が、前記振幅制御信号に前記低周波信号を重畳するときに、前記振幅制御器は、前記変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分を小さくするように、前記振幅制御信号を用いて前記変調信号の振幅を制御する
ことを特徴とする付記４に記載の光変調装置。
（付記９）
前記コントローラは、前記変調方向のバイアス電圧、前記直交方向のバイアス電圧、および前記変調信号の振幅を、時分割方式で制御する
ことを特徴とする付記３に記載の光変調装置。
（付記１０）
前記コントローラは、前記変調方向のバイアス電圧、前記直交方向のバイアス電圧、および前記変調信号の振幅を、周波数分割方式で制御する
ことを特徴とする付記３に記載の光変調装置。
（付記１１）
第１および第２の変調器を含み、前記第１および第２の変調器が、それぞれ、電気光学効果を有する半導体基板に設けられた光導波路と、バイアス電圧および変調信号に応じた電界を前記光導波路に与える信号電極を備えるＱＰＳＫ変調器と、
前記第１の変調器を駆動する第１の変調信号を生成する第１の駆動回路と、
前記第２の変調器を駆動する第２の変調信号を生成する第２の駆動回路と、
前記第１の変調器のバイアス電圧および前記第１の駆動回路に与えられる第１の振幅制御信号に低周波信号を重畳する第１の重畳器と、
前記第２の変調器のバイアス電圧および前記第２の駆動回路に与えられる第２の振幅制御信号に低周波信号を重畳する第２の重畳器と、
前記ＱＰＳＫ変調器により生成されるＱＰＳＫ変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記第１の変調器の変調方向のバイアス電圧、前記第１の変調器の変調方向に直交する方向のバイアス電圧、および前記第１の変調信号の振幅を制御する第１のコントローラと、
前記ＱＰＳＫ変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記第２の変調器の変調方向のバイアス電圧、前記第２の変調器の変調方向に直交する方向のバイアス電圧、および前記第２の変調信号の振幅を制御する第２のコントローラと、
を備える光変調装置。
（付記１２）
電気光学効果を有する半導体基板に設けられた光導波路と、バイアス電圧および変調信号に応じた電界を前記光導波路に与える信号電極を備える変調器と、
前記変調器に入力されるキャリア光を生成する光源と、
前記変調信号を生成する駆動回路と、
前記バイアス電圧および前記駆動回路に与えられる振幅制御信号に低周波信号を重畳する重畳器と、
前記変調器により生成される変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記変調器の変調方向のバイアス電圧、前記変調器の変調方向に直交する方向のバイアス電圧、および前記変調信号の振幅を制御するコントローラと、
を備える光送信装置。
（付記１３）
電気光学効果を有する半導体基板に設けられた光導波路と、バイアス電圧および変調信号に応じた電界を前記光導波路に与える信号電極を備える変調器の動作状態を制御する光変調制御方法であって、
前記バイアス電圧に低周波信号を重畳し、
前記変調器により生成される変調光信号から抽出される前記低周波信号の成分に基づいて、前記変調器の変調方向に直交する方向のバイアス電圧を制御する
ことを特徴とする光変調制御方法。
【0146】
なお、光変調装置、光送信装置、光変調制御方法の実施形態について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、または発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。そして、そのような変形や変更は、本発明の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0147】
２ 光変調装置４ ＳＭＺＭ
６、８ 光導波路
２８ 駆動部
３０ 制御部
３４ 光モニタ部
３８ 位相検出部
５２ 位相比較器
５４ 低周波変調部
５６ 積分部
５８ Ｘ軸方向バイアス制御部
６０ Ｙ軸方向バイアス制御部
６２ 駆動振幅制御部
６４ Ｖ１バイアス制御部
６６ Ｖ２バイアス制御部
７６ 駆動回路
７２ 極性切替部
２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ 光送信モジュール
３０１ ＱＰＳＫ変調器