特許 6507524 光通信装置及び光変調器の制御方法

(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】6507524

(24)【登録日】2019年4月12日

(45)【発行日】2019年5月8日

(54)【発明の名称】光通信装置及び光変調器の制御方法

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/025 20060101AFI20190422BHJP

   H04B 10/516 20130101ALI20190422BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/025

   H04B10/516

【請求項の数】9

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-169158(P2014-169158)

(22)【出願日】2014年8月22日

(65)【公開番号】特開2016-45341(P2016-45341A)

(43)【公開日】2016年4月4日

【審査請求日】2017年4月26日

(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】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100192636

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 隆夫

(72)【発明者】

【氏名】戸谷 彰宏

【審査官】 山本 貴一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２３２５５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２５７１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３４７８１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０８４３６６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−２３３１７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５４００４１７（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／０１−１／０６５

Ｇ０２Ｂ ６／１２

Ｈ０４Ｂ １０／５１６

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マッハツェンダ型の光変調器と、
前記光変調器の出力光をモニタするモニタ部と、
前記光変調器の１つのマッハツェンダ干渉計を形成する一対の光導波路のうち第１極性の信号が入力される第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、所望の変調率を与える値に設定する第１制御回路と、
前記一対の光導波路のうち前記第１極性と反対の第２極性の信号が入力される第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モニタ部の出力に基づいて制御して、前記第２光導波路を透過する光波の変調率を前記第１光導波路に設定された前記変調率に近づける第２制御回路と、
を有し、前記第１基板バイアスと前記第２基板バイアスは前記光変調器の動作点を決める電圧であることを特徴とする光通信装置。

【請求項2】

前記第２光導波路に印加される前記第２基板バイアスに低周波信号が重畳されており、
前記第２制御回路は、前記モニタ部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２光導波路に印加される前記第２基板バイアスまたは前記第２駆動信号を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２制御回路は、前記モニタ部の出力の平均光強度が最大となるように前記第２光導波路に印加される前記第２基板バイアスまたは前記第２駆動信号を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4】

前記第２制御回路は、前記モニタ部の出力の交流成分電力が最小となるように前記第２光導波路に印加される前記第２基板バイアスまたは前記第２駆動信号を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基板バイアスの電圧値または前記第１駆動信号の振幅値と変調率との関係を記憶するメモリ、
をさらに有し、前記第１制御回路は前記メモリから前記所望の変調率を与える前記第１基板バイアスの電圧値または前記第１駆動信号の振幅値を読み出す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駆動信号と前記第２駆動信号を印加する駆動回路、
をさらに有し、
前記光変調器、前記モニタ部、前記第１制御回路、及び第２制御回路が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】

前記光波を出力する光源と、
前記光源を制御する光源制御回路と、
をさらに有し、
前記光源と前記光源制御回路は前記部品内に配置されることを特徴とする請求項６に記載の光通信装置。

【請求項8】

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駆動信号と前記第２駆動信号を印加する駆動回路と、
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、前記モニタ部、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9】

マッハツェンダ型の光変調器の１つのマッハツェンダ干渉計を形成する一対の光導波路のうち第１極性の信号が入力される第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、所望の変調率を与える値に設定し、
前記光変調器の出力をモニタし、
前記モニタの結果に基づいて前記一対の光導波路のうち前記第１極性と反対の第２極性の信号が入力される第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制御して、前記第２光導波路を透過する光波の変調率を前記第１光導波路を透過する光波の変調率に近づける、
工程を有し、前記第１基板バイアスと前記第２基板バイアスは前記光変調器の動作点を決める電圧であ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変調率制御に関する。

【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。また、光スペクトルを矩形形状にすることにより波長間隔を狭め、より多くの波長を伝送するナイキスト波長分割多重（ＷＤＭ：Wavelength Division Multiplex）による大容量化の開発も進められている。

【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】

変調方式によっては、光変調器の変調率を１００％以下の任意の変調率に設定できることが要求される。一方で、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、駆動振幅がばらついたり、電圧対位相特性に異なる経時変化を生じるという問題がある。

【0009】

上述した第１の技術は基板バイアスを固定値に設定するため、駆動回路の出力振幅が温度変化や経時変化の影響を受ける場合や変調器の変調特性が経時変化する場合に、最適な変調条件から外れてしまう。また、マッハツェンダ型光変調器の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するので、２つの光導波路間で特性がばらついたり、異なる経時変化が生じる場合に対処できない。

【0010】

第２の技術は、変調率１００％に制御するための手法であり、任意の変調率に設定することができない。また、第１の技術と同様に、マッハツェンダ型光変調器の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するので、光導波路間で特性のばらつきや異なる経時変化が生じた場合に最適な条件から外れてしまう。

【0011】

そこで、変調率を任意の値に設定することができ、２つの光導波路間で特性のばらつきや異なる経時変化が生じた場合でも最適な変調条件を維持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】

【0012】

ひとつの態様では、光通信装置は、
マッハツェンダ型の光変調器と、
前記光変調器の出力光をモニタするモニタ部と、
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基板バイアスの電圧値または駆動信号の振幅値を、所望の変調率を与える値に設定する第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基板バイアスの電圧値または駆動信号の振幅値を前記モニタ部の出力に基づいて制御して、前記第２光導波路を透過する光波の変調率を前記第１光導波路に設定された前記変調率に近づける第２制御回路と、
を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

光変調器の変調率を任意の値に設定することができ、マッハツェンダ型光変調器の２つの光導波路間で特性のばらつきや異なる経時変化が生じる場合でも、最適な変調条件を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】マッハツェンダ型光変調器の２つの光導波路間の変調率を同じにする制御の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】ＱＰＳＫまたはＱＡＭ変調で光導波路間の変調率を同じにする制御の原理を説明する図である。

【図6】第２実施形態のフィードバック制御を説明するための図である。

【図7】第３実施形態の光送信機の概略構成図である。

【図8】第４実施形態の光送信機の概略構成図である。

【図9】第５実施形態の光送信機の概略構成図である。

【図10】第６実施形態の光送信機の概略構成図である。

【図11】第７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】

【0015】

変調方式に応じて光変調器の変調率を１００％より小さい値に設定することが要求される場合の例として、以下の例が挙げられる。
（１）ナイキストパルス変調時は駆動波形のオーバーシュートが大きくなるため、波形のピーク値を変調率１００％より小さくするために平均変調率を１００％未満に下げる。
（２）ナイキストパルス変調または多値直交位相変調（１６ＱＡＭ等）時には、光変調器の電圧対位相の関係が線形であることが望ましい。しかし、半導体光変調器では一般に電圧対位相の関係が非線形であるため、線形性を確保するために変調率を下げる。

【0016】

実施形態では、マッハツェンダ型光変調器の２つの光導波路の一方を透過する光波の変調率を所望の値に固定し、他方の光導波路を透過する光波の変調率を、前記一方の光導波路を透過する光波の変調率に一致させることで、変調器の光出力を最大にしつつ任意の変調率を実現する。この構成は、一方の光導波路に対する光源波長に応じたフィードフォワード制御と、他方の光導波路に対するフィードバック制御とを組み合わせたものである。２つの光導波路間で変調率を一致させる制御は、後述するように、光導波路に印加される基板バイアスや駆動信号の振幅を制御することで実現できる。

【0017】

図１は、マッハツェンダ型光変調器の２つの光導波路の光波の変調率を同じにする制御の原理を説明する図である。図１（Ａ）に示すように、２つの光導波路（導波路Ａと導波路Ｂ）で光波の変調率が異なる場合（たとえば導波路Ａの変調率が７０％、導波路Ｂの変調率が８０％）、光導波路Ａ側の光ベクトルと光導波路Ｂ側の光ベクトルの合成ベクトルが一直線上になく、マッハツェンダ型光変調器の０-π位相変調効率が低下する。

【0018】

これに対し、図１（Ｂ）に示すように２つの光導波路で光波の変調率が同じ場合（たとえば双方で変調率が６０％）、２つの光導波路の合成光ベクトルが一直線上に並び、０ラジアンとπラジアンの位相変調が実現される。

【0019】

以下で、具体的な実施形態に基づいて任意の変調率に設定可能な光通信装置の構成を説明する。
＜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制御することで、最適な光出力で変調率を任意の値に制御する。

【0020】

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を有する。光源１１は、たとえば半導体レーザであり、波長分割多重（ＷＤＭ）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で構成される。

【0021】

光源１１から出力された光は光変調器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、駆動信号の振幅は固定値に設定されている。光導波路１２ａと光導波路１２ｂでそれぞれ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。光変調器１２の光導波路Ａ（１２ａ）と光導波路Ｂ（１２ｂ）に対応して、基板バイアス制御回路Ａ（１７ａ）と基板バイアス制御回路Ｂ（１７ｂ）が配置される。基板バイアス制御回路１７ａと基板バイアス制御回路１７ｂよって、光導波路１２ａに印加される基板バイアスと光導波路１２ｂに印加される基板バイアスとが個別に制御される。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】

基板バイアス制御回路１７ａは、メモリ１９から固定の基板バイアス値を読み出して、光導波路１２ａに印加する基板バイアスを制御する。メモリ１９は、光源１１の各波長ごとに変調率と基板バイアスとの対応関係を記述したテーブルまたは算出式を記憶する。

【0023】

基板バイアス制御回路１７ｂは、光導波路１２ｂに印加する基板バイアスをフィードバック制御して、光導波路１２ｂを透過する光波の変調率を光導波路１２ａの光波の変調率に一致させる。具体的には、後述するように低周波重畳回路１８により重畳された低周波信号を含む基板バイアスを光導波路１２ｂに印加し、光変調器１２の出力をモニタし、モニタ出力に含まれる低周波成分が最小になるように基板バイアスの制御を行う。低周波重畳回路１８により生成される低周波信号は駆動信号と比較して十分に低い周波数（たとえば、数ｋＨｚ）の信号である。

【0024】

ここで、基板バイアスとは、光変調器１２の動作点（変調器駆動信号の中心電位）を決めるバイアス電圧であるが、半導体光変調器では、基板バイアスを変えることで、位相変調効率を変化させて位相変調率を変えることができる。これについては、図３を参照して後述する。

【0025】

光変調器１２の合波出力の一部がモニタ回路１５でモニタされ、光電気変換されて基板バイアス制御回路１７ｂに供給される。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の位相と、モニタ信号に含まれる低周波成分の位相を比較して、モニタ信号中の低周波成分の大きさがゼロに近づく方向に基板バイアスを制御する。

【0026】

モニタ回路１５の出力は、位相バイアス制御回路１６にも供給される。位相バイアス制御回路１６は、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、光導波路１２ａと１２ｂに印加され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が光変調器１２の電圧対光強度特性（変調曲線）の光強度の最小点に近づくように、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。

【0027】

ここで、変調率の制御について説明する。電界吸収に伴う位相変化を利用して光波位相を変調する変調器では、基板バイアスを高くするにつれて変調効率は向上するが、吸収損失も大きくなる。実施形態では、以下の制御により変調率を所望の値に設定し、かつ吸収損失が最小になる制御を実現する。

【0028】

まず、光変調器１２の電圧対位相（吸収）特性から、所望の変調率で光変調器１２の光出力電力が最大となる基板バイアスを決める。この決定した基板バイアスを、一方の光導波路１２ａに設定する。

【0029】

次に、他方の光導波路１２ｂに与える基板バイアスを、光変調器１２の光出力電力が最大になるようにフィードバック制御する。すなわち、一方の光導波路１２ａで固定的に設定された変調率と同じ変調率が他方の光導波路１２ｂに設定されるように、他方の光導波路１２ｂの基板バイアスを制御する。光導波路１２ｂの変調率が光導波路１２ａの変調率より小さい場合は、同じ場合に比べて合成光電界の振幅が小さいため、光変調器１２の光出力電力が小さくなる。一方、光導波路１２ｂの変調率を大きくするために光導波路１２ｂの基板バイアスを高くして光導波路１２ａの変調率より高くすると吸収が増加するため、同一変調率の場合に比べて光電力が低くなる。したがって、光変調器１２の光出力電力が最大になるということは、２つの光導波路１２ａ、１２ｂ間で変調率が同じになっていることを意味する。

【0030】

光変調器１２の出力電力を最大にするために、上述のように光導波路１２ｂに印加される基板バイアスを低周波信号で微小変調し、光変調器１２の出力（平均光電力）に含まれる低周波成分をモニタし、低周波成分が最小になるように制御する。光出力のパワースペクトルを取得して光出力電力が最大になるように制御してもよい。

【0031】

図３は、第１実施形態における低周波重畳による変調率の制御、すなわち基板バイアス制御の仕組みを説明する図である。第１実施形態では、光変調器１２の光出力が最大となるように制御する。半導体光変調器は、基板バイアスを変化させることで変調特性（印加電圧に対する位相変化量）を変えることができる。２相位相変調方式または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１２で、０とπの二値位相変調をかける。位相を０ラジアンとπラジアンの間で変化させるのに必要な電圧をＶπ電圧と呼ぶ。

【0032】

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は最大となり、基板バイアスに印加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が最小(ゼロ)になる。光導波路Ｂの位相変調振幅が光導波路Ａの位相変調率よりも大きい場合は、光出力電力が最適バイアスからプラス側にずれて重畳される低周波と逆相の低周波成分が検出される。光導波路Ｂの位相変調振幅が光導波路Ａの位相変調率よりも小さい場合は、光出力電力が最適バイアスからマイナス側にずれて重畳される低周波と同相の低周波成分が検出される。

【0033】

光導波路Ｂの基板バイアスを低周波成分が最小（ゼロ）になるように制御することで、光出力を最大にして、光導波路Ｂを透過する光波の位相変調率を、光導波路Ａの光波と同じ位相変調率に制御することができる。光導波路Ｂの電圧対位相特性が経時変化した場合でも、このフィードバック制御により、光導波路Ａと光導波路Ｂの位相変調率が常に同じになるように制御される。

【0034】

固定的に制御される光導波路Ａの電圧対位相特性が経時変化したときも、上述のフィードバック制御により光導波路Ａと光導波路Ｂの間では常に同じ変調率に制御される。この場合、光変調器１２の位相変調率は光導波路Ａの経時変化分だけ変化するが、２つの光導波路Ａ、Ｂ間の位相変調率が同じに維持されるため、位相の非対称変調に伴う位相歪を回避することができる。

【0035】

このようにして光変調器１２の変調率を任意の値に設定することができる。また、２つの光導波路Ａ，Ｂ間の電圧対位相特性がばらつく場合や、２つの光導波路Ａ，Ｂの電圧対位相特性が異なる経時変化を生じる場合でも、最適な変調条件を実現できる。この構成を用いると、Nyquist-WDMや、多値直交変調（１６ＱＡＭ、６４ＱＡＭ等）を小型の半導体光変調器で安定して実現することができる。
＜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。第２実施形態では、光変調器を構成する一方の光導波路の基板バイアスを所望の変調率を与える固定の電圧値に設定し、他方の光導波路の基板バイアスを、光出力に含まれる交流成分が最小になるようにフィードバック制御する。

【0036】

光送信機１Ｂは、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）やＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）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。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）にそれぞれ入力される。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。

【0037】

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、位相バイアス制御回路１６Ｉ、１６Ｑと基板バイアス制御回路１７Ｉ、１７Ｑに供給される。

【0038】

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。Ｉ変調器１２ＩとＱ変調器１２Ｑは、ともに半導体変調器（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の出力にπ／２の位相差が付加された後に合波された光は、直交位相変調された光波となる。

【0039】

第１実施形態と同様に、Ｉ変調系列とＱ変調系列の各々で、一方の光導波路Ａの基板バイアスが、基板バイアス制御回路Ａ（17Ia,17Qa）により所望の変調率を与える固定値に制御される。図４の例では、I基板バイアス制御回路Ａ(17Ia)とＱ基板バイアス制御回路Ａ(17Qa)のそれぞれに対応してメモリ１９Ｉ，１９Ｑが配置されているが、単一のメモリ１９に格納された単一の固定を共用してもよい。他方の光導波路Ｂの基板バイアスは、基板バイアス制御回路Ｂ（17Ib,17Qb）によってフィードバック制御される。フィードバック制御の仕方は第１実施形態と異なり、低周波重畳によりＩＱ合成出力に含まれる交流成分が最小になるように制御する。

【0040】

低周波重畳回路１８ＩからＩ基板バイアス制御回路Ｂ（17Ib）とＩ位相バイアス制御回路１６Ｉに低周波信号が供給される。Ｉ基板バイアス制御回路Ｂ（17Ib）は、光導波路Ｂ（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Ｑ基板バイアス制御回路Ｂ（17Qb）とＱ位相バイアス制御回路１６Ｑに低周波信号が供給される。Ｑ基板バイアス制御回路Ｂ（17Qb）は、光導波路Ｂ（12Qb）基板バイアスを低周波で微小変調する。単一の低周波重畳回路１８を用いて、Ｉ変調系列とＱ変調系列で共用してもよい。

【0041】

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た後に交流成分の電力（モニタ信号）に変換される。電力値はたとえば交流電流の二乗値である。基板バイアス制御回路１７Ｉｂと１７Ｑｂの各々で、モニタ信号に含まれる低周波成分が同期検波される。２つの光導波路Ａ，Ｂ間で変調率が合致している場合は光出力の交流成分電力が最小となって、検波される低周波成分はゼロになるが、変調率にずれがある場合は交流成分電力が増大し、低周波成分が検出される。光導波路Ａに対する光導波路Ｂの変調率のずれの方向によって、検出される低周波成分の極性（位相）が逆転する。したがって、基板バイアスを制御する方向と大きさがわかる。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

図５は、図４の光送信機１Ｂにおける変調率制御の原理を説明する図である。図５（Ａ）に示すように、光導波路Ａと光導波路Ｂを透過する光波の変調率が異なると、Ｉ出力光で０とπの位相関係がずれ、Ｑ出力光でπ/２と３π／２の位相関係がずれる。Ｉ出力光とＱ出力光の合成出力において、４位相の信号点から外れ光強度がそれぞればらつく。この状態は、ＩＱ合波に含まれる交流成分が多い場合に相当する。

【0045】

これに対し、図５（Ｂ）のように、一方の光導波路Ａを透過する光波の変調率と他方の光導波路Ｂを透過する光波の変調率が同じ場合、Ｉ出力光とＱ出力光の直交性が維持され、合成出力において４位相の光強度が同じになる。この場合、ＩＱ合波中の交流成分が最小となる。

【0046】

図６は交流成分を最小にする制御を説明する図である。図６（Ａ）の左上の図に示すように、基板バイアス電圧が最適なときに交流成分電力は最小となり、基板バイアスに印加された低周波成分は折り返されて図６（Ａ）の右図に示すように重畳された低周波信号の２倍の周波数の成分が検出される。したがって、図６（Ｂ）に示すように、モニタ信号中の低周波成分が最小(ゼロ)になる。交流成分電力が最適バイアスからプラス側にずれて増大すると、重畳される低周波と同相の低周波成分が検出される。交流成分電力が最適バイアスからマイナス側にずれて増大すると重畳される低周波と逆相の低周波成分が検出される。

【0047】

したがって、Ｉ出力光とＱ出力光の合成出力中の交流成分電力をモニタし、交流成分電力が最小になるように基板バイアス（すなわち変調効率）を制御することで、任意の変調率で最大の光出力を得ることができる。
＜第３実施形態＞
図７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制御することで、最適な光出力で変調率を任意の値に制御する。一方の光導波路の駆動振幅を任意の変調率を与える駆動振幅に設定し、他方の光導波路の駆動振幅を、光出力の交流成分電力が最小になるようにフィードバック制御することで２つの光導波路間の変調率を一致させる。

【0048】

光送信機１Ｃの構成は、第１実施形態の光送信機１Ａまたは第２実施形態の光送信機１Ｂの構成と類似するので、相違点を説明する。

【0049】

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、駆動回路１３ａと１３ｂをそれぞれ個別に制御する。

【0050】

駆動振幅制御回路３７ａは、メモリ３９から所望の変調率を与える駆動振幅値を読み出して、駆動回路１３ａの駆動振幅値を設定する。メモリ３９には、変調率と駆動振幅との対応関係を記述するテーブルまたは演算式が記憶されている。他方、駆動振幅制御回路３７ｂは、光変調器１２の出力光のモニタ結果に基づいて、光導波路１２ｂを透過する光波の変調率が光導波路１２ａを透過する光波の変調率に一致するように、駆動回路１３ｂの駆動振幅値をフィードバック制御する。

【0051】

光導波路１２ａと１２ｂのそれぞれに対して、基板バイアス制御回路１７ａと基板バイアス制御回路１７ｂが設けられる。基板バイアス制御回路１７ａと１７ｂは、メモリ２９から波長に応じた基板バイアス値を読み取って、光導波路１２ａと１２ｂに固定の基板バイアス電圧を印加する。低周波重畳回路１８は、基板バイアス制御回路１７ｂに低周波信号を供給する。したがって、光導波路１２ｂに印加される基板バイアス電圧には、低周波成分が含まれている。なお、メモリ２９と３９は必ずしも別個に設ける必要はなく、１つのメモリを共用してもよい。また、低周波信号の重畳先は必ずしも基板バイアス制御回路１７ｂに限らず、基板バイアス制御回路１７ａであっても、駆動振幅制御回路３７ａまたは３７ｂであってもよい。あるいは、基板バイアス制御回路１７ａと１７ｂにそれぞれ逆相の低周波信号を重畳してもよいし、駆動振幅制御回路３７ａと３７ｂにそれぞれ逆相の低周波信号を重畳してもよい。

【0052】

モニタ回路４５は、光変調器１２の出力をモニタする。第２実施形態のようにＱＰＳＫの場合は、２つのマッハツェンダ型光変調器からのＩ変調光とＱ変調光の合波出力をモニタする。モニタ回路４５の出力は、駆動振幅制御回路３７ｂに供給される。駆動振幅制御回路３７ｂは、モニタ回路４５の出力に含まれる交流成分電力が最小（ゼロ）に近づくように、光導波路１２ｂに印加される駆動信号の振幅を制御する。

【0053】

光導波路１２ｂを透過する光波に対する変調率と光導波路１２ａを透過する光波に対する変調率が同じ場合は、モニタ信号に含まれる低周波成分は最小になり、光出力の交流成分電力は最小となる。駆動振幅制御回路Ｂは、低周波重畳回路１８で生成された低周波成分とモニタ回路４５の出力の位相を比較し、検出される低周波成分の大きさが最小になるように駆動回路１３ｂの駆動振幅を制御する。光導波路１２ｂに印加される駆動信号の振幅が大きい場合は、モニタ信号中に同相の交流成分が含まれ、駆動振幅制御回路Ｂは、駆動信号の振幅を小さくする方向に駆動回路１３ｂを制御する。光導波路１２ｂに印加される駆動信号の振幅が小さい場合は、モニタ信号中に逆相の交流成分が含まれ、駆動振幅制御回路Ｂは、駆動信号の振幅を大きくする方向に駆動回路１３ｂを制御する。

【0054】

この構成によっても、光変調器１２の光出力を最適に維持して、所望の変調率を実現することができる。なお、低周波重畳回路１８で生成される低周波信号を位相バイアス制御回路１６に供給して、モニタ回路４５の出力に含まれる低周波成分を最小にするように、２つの光導波路１２ａと１２ｂの間の位相差を制御してもよい。
＜第４実施形態＞
図８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、マッハツェンダ型光変調器の２つの光導波路間の変調率制御を偏波多重変調（ＤＰ−ＱＰＳＫ）に適用する。以下の説明では、第１実施形態のように光出力（平均光強度）を最大にするように基板バイアスを制御するが、第２実施形態のように光出力の交流成分電力を最小にするように基板バイアスを制御してもよいし、第３実施形態のように、光出力の交流成分電力を最小にするように駆動振幅を制御してもよい。

【0055】

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偏波系列の光変調部３ＸとＹ偏波系列の光変調部３Ｙの構成は、図４のＱＰＳＫ方式の変調部３の構成と同じであり、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。各偏波成分に対する基板バイアス、位相バイアス、π／２シフトバイアスの制御は、第２実施形態で説明したのと同様である。

【0056】

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検出してもよい。
＜第５実施形態＞
図９は、第５実施形態の光送信機１Ｅの概略構成図である。光送信機１Ｅ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１Ｅ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、基板バイアス制御回路５７、低周波重畳回路５８、及びメモリ５９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光変調器の構成する２つの光導波路のそれぞれに対応する基板バイアス制御回路５７ａと５７ｂ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、位相バイアス制御回路５６と基板バイアス制御回路５７ｂに供給する。基板バイアス制御回路５７ａは、メモリから固定の基板バイアス値を読み出して、半導体光変調器５２の一方の光導波路に印加される基板バイアスの電圧値を所望の変調率を与える電圧値に設定する。基板バイアス制御回路５７ｂは、モニタ部５５からの出力に基づいて、２つの光導波路間での変調率が同じになるように、他方の光導波路に印加される基板バイアスの電圧値を制御する。

【0057】

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。いずれの場合も、一方の光導波路を透過する光波に対して所望の変調率を与える固定の基板バイアスを設定し、他方の光導波路に印加する基板バイアスを２つの光導波路間の変調率が同じになるようにフィードバック制御することで、最適な光出力で所望の変調率を実現する光送信機１Ｅを小型のモジュールで実現することができる。
＜第６実施形態＞
図１０は、第６実施形態の光送信機１Ｆの概略構成図である。光送信機１Ｆは、光変調モジュール６０と、変調器ドライバ６３を有する。

【0058】

光送信機１Ｆ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、低周波重畳回路６８に、光源（ＬＤ）６１と光源（ＬＤ）制御回路６４が一つのモジュール６０に内蔵されている。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。

【0059】

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はモジュール６０の外部に配置される）、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。
＜第７実施形態＞
図１１は、光通信装置の一例として、第７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。基板バイアス制御回路７７は、図９及び図１０のように、２つの個別の基板バイアス制御回路と、一方の基板バイアス制御回路に接続されるメモリと、他方の基板バイアス制御回路に接続される低周波重畳回路を含んでもよい。

【0060】

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。

【0061】

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方式の光送信機の構成要素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方式の光送信機の構成要素を光送受信モジュール７０に内蔵してもよい。

【0062】

また、第３実施形態（図７）のように、変調器ドライバ７３の２つの駆動回路を個別に制御する駆動振幅制御回路Ａと駆動振幅制御回路Ｂを設けて、モニタ部７５の出力を駆動振幅制御回路Ｂに接続する構成としてもよい。

【0063】

第１〜第７実施形態を通して、他方の光導波路Ｂに対するフィードバック制御は、モニタ出力に含まれる低周波成分が最小となるように、またはモニタ出力の平均光強度が最大となるように、または交流成分電力が最小となるように、基板バイアスや駆動振幅を制御する構成にしてもよい。

【符号の説明】

【0064】

１Ａ〜１Ｆ 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 低周波重畳回路
１９、１９Ｉ、１９Ｑ、２９、３９、５９，６９ メモリ
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）
５０，６０ 光変調モジュール
７０ 光送受信モジュール

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】