特開 2024-143915 光送信装置、遅延制御回路、及び遅延制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024143915

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】光送信装置、遅延制御回路、及び遅延制御方法

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/01 20060101AFI20241004BHJP

【ＦＩ】

G02F1/01 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023056863

(22)【出願日】2023-03-31

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）令和３年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「高効率・高速処理を可能とするＡＩチップ・次世代コンピューティングの技術開発／次世代コンピューティング技術の開発／異種材料集積光エレクトロニクスを用いた高効率・高速処理分散コンピューティングシステム技術開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(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

(72)【発明者】

【氏名】▲角▼田 有紀人

【テーマコード（参考）】

2K102

【Ｆターム（参考）】

2K102AA21

2K102BA02

2K102BB01

2K102BB04

2K102BC04

2K102BD01

2K102CA09

2K102DA04

2K102DB04

2K102EA02

2K102EA17

2K102EA25

2K102EB22

(57)【要約】

【課題】光変調器の動作中に駆動信号の入力タイミングずれを自動制御する遅延制御技術を提供する。
【解決手段】光送信装置は、マッハツェンダ干渉計を構成する導波路に沿って分割された３以上の電極セグメントを有する光変調器と、前記光変調器の動作中に前記３以上の電極セグメントに入力される同一信号の入力タイミングを制御する遅延制御回路と、を備え、前記同一信号が入力される前記３以上の電極セグメントは、前記光変調器を通過する光に対して異なる変調量をもち、前記遅延制御回路は、前記３以上の電極セグメントの中の制御対象の電極セグメントの信号入力タイミングを、他の電極セグメントの中で変調量が最大の電極セグメントの入力タイミングにしたがって制御する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マッハツェンダ干渉計を構成する導波路に沿って、分割された３以上の電極セグメントを有する光変調器と、
前記光変調器の動作中に、前記３以上の電極セグメントに入力される同一信号の入力タイミングを制御する遅延制御回路と、
を備え、
前記同一信号が入力される前記３以上の電極セグメントは、前記光変調器を通過する光に対して異なる変調量をもち、
前記遅延制御回路は、前記３以上の電極セグメントの中の制御対象の電極セグメントの信号入力タイミングを、他の電極セグメントの中で変調量が最大の電極セグメントの入力タイミングにしたがって制御する、
光送信装置。

【請求項2】

前記３以上の電極セグメントは、サイズまたは長さが異なり、
前記サイズまたは前記長さが異なる前記３以上の電極セグメントに、前記同一信号が入力される、
請求項１に記載の光送信装置。

【請求項3】

前記３以上の電極セグメントに入力される前記同一信号は異なる振幅をもつ、
請求項１に記載の光送信装置。

【請求項4】

前記同一信号を異なる増幅率で増幅する増幅回路、
を有する請求項３に記載の光送信装置。

【請求項5】

前記遅延制御回路は、前記３以上の電極セグメントのうち、最も変調量が大きい電極セグメントから順に遅延調整する、
請求項１に記載の光送信装置。

【請求項6】

前記遅延制御回路は、前記光変調器の出力光のパワーが最大に近づくように、前記３以上の電極セグメントに入力される前記同一信号の前記入力タイミングを調整する、
請求項１に記載の光送信装置。

【請求項7】

前記遅延制御回路は、前記光変調器の出力光の検出結果を表す電気信号から所定の周波数成分を抽出する周波数フィルタを有し、
前記周波数フィルタで抽出された前記周波数成分のパワーが最大に近づくように、前記３以上の電極セグメントに入力される前記同一信号の前記入力タイミングを調整する、
請求項６に記載の光送信装置。

【請求項8】

光変調器のマッハツェンダ干渉計の導波路に沿って設けられた異なる変調量の３以上の電極セグメントに入力される同一信号の遅延を調整する遅延回路と、
前記光変調器の出力光のパワーをモニタするモニタと、
前記モニタのモニタ結果に基づいて、前記異なる変調量の前記３以上の電極セグメントに入力される前記同一信号の入力タイミングを制御する制御回路と、
を備える遅延制御回路。

【請求項9】

前記制御回路は、前記モニタでモニタされるパワーが最大になるように、前記３以上の電極セグメントに入力される前記同一信号の前記入力タイミングを制御する、
請求項８に記載の遅延制御回路。

【請求項10】

前記光変調器の出力光の検出結果を表す電気信号から所定の周波数成分を抽出する周波数フィルタ、
前記モニタは、抽出された前記所定の周波数成分のパワーをモニタし、
前記制御回路は、前記所定の周波数成分の前記パワーが最大に近づくように、前記３以上の電極セグメントに入力される前記同一信号の前記入力タイミングを制御する、
請求項９に記載の遅延制御回路。

【請求項11】

光変調器のマッハツェンダ干渉計を構成する導波路に沿って設けられた３以上の電極セグメントに異なる変調量を設定し、
前記異なる変調量の前記３以上の電極セグメントに同一信号を入力し、
前記３以上の電極セグメントの中で、制御対象の電極セグメントの信号入力タイミングを、他の電極セグメントの中で変調量が最大の電極セグメントの入力タイミングにしたがって制御する、
遅延制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光送信装置、遅延制御回路、及び遅延制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

光変調器のマッハツェンダ（ＭＺ）干渉計を構成する２本の導波路の一方または両方に沿って複数の信号電極を設け、各電極を独立して駆動する構成が採用されつつある（たとえば、特許文献１及び２参照）。このような構成の光変調器は「セグメント変調器」と呼ばれることがある。長い信号電極を複数の電極に分割し、分割された各電極に個別に駆動電圧を印加することで、素子の容量を低減し、高周波への対応が可能になる。セグメント変調器では、各電極を光が通過するタイミングと、その電極にデータ信号を入力するタイミングとを一致させる遅延制御が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－２４３４７号

【特許文献2】国際公開第２０１２／０６３４１３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来のセグメント変調器の遅延制御は、主として電気信号の配線長のばらつきに起因する遅延（数ピコ秒から数十ピコ秒）と、光信号の伝搬遅延（５０ピコ秒程度）に起因する遅延を制御するものであり、工場出荷時に遅延調整が行われるのが一般的である。近年の通信トラフィックの急激な増大に応じてボーレートが高くなると、光変調器が用いられる環境における温度、湿度などのばらつきや変動で、電子回路側に発生する遅延変動が無視できなくなる。光変調器の動作中に遅延量が変動すると、波形が歪み、通信品質が劣化する。本開示は、光変調器の動作中に駆動信号の入力タイミングずれを自動制御する遅延制御技術を提供することを一つの目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一実施形態において、光送信装置は、
マッハツェンダ干渉計を構成する導波路に沿って、分割された３以上の電極セグメントを有する光変調器と、
前記光変調器の動作中に、前記３以上の電極セグメントに入力される同一信号の入力タイミングを制御する遅延制御回路と、
を備え、
前記同一信号が入力される前記３以上の電極セグメントは、前記光変調器を通過する光に対して異なる変調量をもち、
前記遅延制御回路は、前記３以上の電極セグメントの中の制御対象の電極セグメントの信号入力タイミングを、他の電極セグメントの中で変調量が最大の電極セグメントの入力タイミングにしたがって制御する。

【発明の効果】

【0006】

光変調器の動作中に駆動信号の入力タイミングずれを自動制御する遅延制御技術が実現される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】実施形態の遅延制御の基本概念を示す図である。

【図2】ある電極セグメントへの信号入力タイミングずれの調整例を示す図である。

【図3】ある電極セグメントへの信号入力タイミングずれの調整例を示す図である。

【図4】実施形態の遅延制御が適用されるデジタルコヒーレント向け光送信器の構成例を示す図である。

【図5】比較構成での遅延制御を示す図である。

【図6】同じ信号が入力される複数の電極セグメントの構成例を示す図である。

【図7】遅延調整のケース１を示す図である。

【図8】遅延調整のケース２を示す図である。

【図9】遅延調整のケース３を示す図である。

【図10】変形例の遅延制御の基本概念を示す図である。

【図11】図１０の遅延制御が適用されるデジタルコヒーレント向け光ＤＡＣ送信器の構成例を示す図である。

【図12】遅延制御方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下で、図面を参照して、実施形態の遅延制御の具体的な構成と手法を説明する。以下に示す形態は、本開示の技術思想を具現化するための一例であって、開示内容を限定するものではない。各図面に示される構成要素の大きさ、位置関係等は、発明の理解を容易にするために、誇張して描かれている場合がある。同一の構成要素または機能に同一の名称または符号を付けて、重複する説明を省略する場合がある。

【0009】

実施形態では、光変調器の信号電極を複数の電極セグメントに分割したセグメント光変調器の実動作中に、遅延ずれ、すなわち電極セグメントへの信号入力のタイミングずれを調整し、制御する。工場出荷時や現場での光変調器の立ち上げ時には、通信の開始前にランダムなトレーニング系列などを用いて、電極セグメント間の遅延量を相対的に調整できる。制御対象となる電極セグメントと基準となる電極セグメントの間で相対的に遅延ずれを調整する間、その他の電極セグメントへの信号入力はオフにされる。遅延制御回路は、光変調器の出力光のモニタ結果が、どの電極セグメントと電極セグメントの間での相対的なタイミングずれを表しているのかを認識できる。これに対し、実動作中は光変調器へのデータ信号の入力を停止できない。光変調器を動作させつつ、複数の電極セグメント間の相対的な遅延ずれ、すなわち信号入力のタイミングずれを調整するための工夫が必要である。

【0010】

光変調器の実動作中に、同一の信号が入力される３以上の電極セグメント間での信号入力タイミングを制御するために、同一信号が入力される３以上の電極セグメント間で変調量を異ならせる。変調量は、電極セグメントのサイズを異ならせる、変調強さを異ならせる、などにより変更可能である。同一の信号入力に対して電極セグメントの長さを異ならせると、光と電気の相互作用長が変化して変調量が変わる。変調強さまたは変調度は、搬送波の強度に対する信号の強度で表され、たとえば、電極セグメント間で入力される同一信号の振幅を異ならせることで、変更可能である。

【0011】

３以上の電極セグメントに同一の信号が入力される状態では、変調量の大きい電極セグメントでの影響が最も支配的になる。同一の信号が入力されている３以上の電極セグメントの中のあるひとつの電極セグメントの遅延量を調整するときに、残りの電極セグメントの中で最も変調の影響が大きい電極セグメントの信号入力タイミングに合わせて遅延制御する。

【0012】

＜実施形態の遅延制御の基本概念＞
図１は、実施形態の遅延制御の基本概念を示す図である。遅延制御の基本概念をわかりやすく示すために、光送信装置１の主要部の一部を簡略化して示している。光送信装置１は、光変調器１３０と、光変調器１３０に入力されるデータ信号を生成し出力するデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）５と、光変調器１３０に入力されるデータ信号の遅延量を制御する遅延制御回路１０を有する。ここでは、ＤＳＰ５から出力されるデータ信号のうちの１つの信号に着目して説明する。

【0013】

光変調器１３０は、並列に接続される２本の導波路１４１と１４２でＭＺ干渉計が形成されるＭＺ変調器である。導波路１４１と１４２の少なくとも一方に沿って、分割された複数の信号電極が設けられている。分割された信号電極の各々を、便宜上「電極セグメント」と呼ぶ。導波路１４１と１４２に沿って、電極セグメント１３８－１、１３８－２、１３８－３（以下、「電極セグメント１３８」と総称する場合がある）が設けられ、これらの電極セグメント１３８－１、１３８－２、及び１３８－３に同一のデータ信号が入力される。

【0014】

電極セグメント１３８－１、１３８－２、及び１２８－３をそれぞれ、「ｓｅｇ．１」、「ｓｅｇ．２」、及び「ｓｅｇ．３」と呼ぶ。電極セグメント１３８のサイズは、ｓｅｇ．１、ｓｅｇ．２、ｓｅｇ．３の順に大きい。導波路１４１と１４２を通る光が、入力されたデータ信号により変調を受けるときに、最も長いｓｅｇ．１での変調の影響が支配的である。ｓｅｇ．１への信号入力のタイミングに合わせて、各電極セグメントの直下を通る光に作用する信号の入力タイミングが調整されていれば、光変調器１３０から出力される光信号の強度は高くなる。

【0015】

光変調器１３０で変調を受けた光信号の一部は分岐され、モニタＰＤ１４０で検出される。モニタＰＤ１４０は光検出器の一例である。モニタＰＤ１４０は、光変調器１３０から出力される光信号の強度に比例した光電流を出力する。光変調器１３０の出力光の強度を表す電気信号は、遅延制御回路１０に入力される。

【0016】

遅延制御回路１０は、遅延回路１１と、周波数フィルタ１２と、モニタ１３と、制御回路１５を有する。周波数フィルタ１２は、入力された電気信号から特定の周波数成分を抽出するバンドパスフィルタである。モニタ１３は、抽出された周波数成分のパワースペクトルをモニタする。電気信号の中から特定の周波数成分を抽出することで、所望の精度で信号入力のタイミングずれを調整できる。電極セグメント１３８へ信号を入力するタイミングに微小なずれがあると、タイミングずれの量に応じて、高周波領域から光変調器１３０の出力光の強度が低下する。実動作中の遅延制御の場合、使用環境での温度変動や湿度変動による微小なタイミングずれを制御するので、周波数フィルタ１２で高周波成分を取り出してその減衰をモニタすることが有利である。周波数フィルタ１２の中心周波数を高く設定することで、制御できるタイミングずれ、すなわち遅延ずれの範囲は狭くなるが、微小な遅延ずれをモニタ１３で精度良く検出することができる。

【0017】

制御回路１５は、モニタ１３のモニタ結果に基づいて、遅延回路１１の各遅延調整回路１１１－１、１１１－２、及び１１１－３に設定される調整量を制御する。たとえば、制御対象がｓｅｇ．１である場合、対応する遅延調整回路１１１－１の遅延量を制御し、モニタ１３のモニタ結果を最大化する遅延量に設定する。ｓｅｇ．１の遅延量、すなわち信号入力タイミングは、ｓｅｇ．２とｓｅｇ．３のうちの変調の影響が大きい方の信号入力タイミングにしたがって制御される。制御対象の電極セグメントを順次選択し、同様の方式で、他の電極セグメントの中で変調の影響が最も大きい電極セグメントの信号入力タイミングに従って遅延制御する。これにより、同一信号が入力される３以上の電極セグメント１３８－１、１３８－２、及び１３８－３の間で、信号入力を停止することなくタイミングずれを最小にできる。

【0018】

図２は、ｓｅｇ．２のタイミングずれの調整例を示す。ｓｅｇ．２の信号入力タイミング（遅延量）は、ｓｅｇ．１に対して２．０ピコ秒ずれており、ｓｅｇ．３に対してはタイミングがあっている（０ピコ秒のずれ量）。制御回路１５は、モニタ１３でモニタされたパワーが最大になるようにｓｅｇ．２の人号入力タイミングを制御したい。同じ大きさの３つの電極セグメントに同じ信号が入力される状態では、ｓｅｇ．２への信号入力タイミングを、ｓｅｇ．１とｓｅｇ．３に対してどのように合わせるべきか判断できない。これに対し、実施形態では、ｓｅｇ．２の遅延量を、変調量の大きいｓｅｇ．１の信号入力タイミングに合わせて、ｓｅｇ．２とｓｅｇ．１の間でタイミングずれが最小になるように制御する。

【0019】

ｓｅｇ．２の信号入力タイミングを、変調量が最大のｓｅｇ．１との間でタイミングずれが最小になるように調整することで、図２に示すように、モニタＰＤ１４０で検出される平均光強度は最大に近づく。続いてｓｅｇ．３の遅延量を調整する場合も、変調の影響が最も大きいｓｅｇ．１の信号入力タイミングにしたがって調整することで、３つの電極セグメント１３８間でのタイミングずれが最小になる。

【0020】

図３は、ｓｅｇ．２の信号入力タイミングずれの別の調整例を示す。図３の（Ａ）は、ｓｅｇ．２の信号入力タイミングが、ｓｅｇ．１に対してもｓｅｇ．３に対してもずれていない状態を示す。この場合、遅延調整回路１１１－２（図１参照）の遅延量をいずれの方向に変化させても、光変調器１３０の出力光の強度は減少する。制御回路１５は、変調量が最大のｓｅｇ．１の信号入力タイミングにしたがって、ｓｅｇ．２の現在の遅延量を維持する。

【0021】

図３の（Ｂ）では、ｓｅｇ．２への信号入力タイミングが、ｓｅｇ．１に対して４ピコ秒ずれており、ｓｅｇ．３に対して２ピコ秒ずれている。制御回路１５は、最大の変調量をもつｓｅｇ．１との間の信号入力タイミングのずれが最小になるように、遅延調整回路１１１－２の遅延量を制御する。

【0022】

図１に示す遅延制御は、図３の（Ａ）のように、ｓｅｇ．１とｓｅｇ．３の信号入力タイミングにずれがない場合や、図３の（Ｂ）のように、ｓｅｇ．１とｓｅｇ．３のどちらの信号入力タイミングに合わせても光出力パワーに変化がない場合にも、一律に適用可能である。いずれの場合も、制御対象の電極セグメントの信号入力タイミングは、変調量が最大のｓｅｇ．１の信号入力タイミングに合わせて制御される。

【0023】

図４は、実施形態の遅延制御が適用されるデジタルコヒーレント向けの光送信装置１Ａの構成例を示す。光変調器１３０は、分波器１４３と合波器１４５の間に並列に接続された導波路１４１と１４２で形成されるＭＺ干渉計を有する。導波路１４１と１４２に沿って、分割された複数の電極セグメント１３８ａから１３８ｇ（適宜、「電極セグメント１３８」を総称する）が設けられている。各電極セグメント１３８には、対応する遅延調整回路１１１で遅延調整がされた各ビットの信号が入力される。各電極セグメント１３８に入力される信号は、デジタルビットを表すＮＲＺ（non-return-to-zero）信号である。

【0024】

光変調器１３０にｎビットの信号が入力される場合、ビット０の信号が入力される電極セグメント１３８の数は、２＾０で１つである。ビット１の信号が入力される電極セグメント１３８の数は、２＾１で２つ、ビット２の信号が入力される電極セグメント１３８の数は２＾２で４つである。最上位ビット（ＭＳＢ）であるビット（ｎ－１）の信号が入力される電極セグメント１３８の数は、２＾（ｎ－１）個である。ｎビットの信号は各電極セグメント１３８に入力されるまではデジタル電気信号であり、光変調器１３０によりアナログ光信号が生成される。この意味で、光送信装置１Ａは「光ＤＡＣ」送信器と呼ばれることがある。

【0025】

電極セグメント１３８ｂと１３８ｃにビット１の同じ信号が入力され、２つの電極セグメント１３８ｂと１３８ｃの間で遅延調整がなされる。ビット１の信号に対しては、常に２つの電極セグメント１３８間での遅延調整になるので、電極セグメント１３８ｂと１３８ｃの大きさは同じである。ビット１のデータ変調に必要な長さの信号電極が、ほぼ同じ長さの２つの電極セグメント１３８ｂと１３８ｃに分割され、容量が低減される。ビット１の信号は、対応する増幅器１２１によって増幅され、電極セグメント１３８ｂと１３８ｃに入力される。増幅器１２１は、データ遷移時にのみ電流が流れるインバータドライバであり、消費電力が低減される

【0026】

ビット２の同じ信号が入力される電極セグメント１３８ｄ、１３８ｅ、１３８ｆ、及び１３８ｇは、異なるサイズに形成され、異なる変調量をもつ。電極セグメント１３８ｄ、１３８ｅ、１３８ｆ、及び１３８ｇの変調量をトータルすると、ビット２のデータ変調に必要な変調量が得られる。この構成で、電極セグメント１３８ｄ、１３８ｅ、１３８ｆ、及び１３８ｇのそれぞれに入力される信号のタイミングは、変調の影響が大きい電極セグメントの信号入力タイミングに合わせて制御される。

【0027】

図５は、比較構成での遅延制御を示す。図５の（Ａ）は、同じ変調量の３つの電極セグメントｓｅｇ．１、ｓｅｇ．２、及びｓｅｇ．３に同一のデータ信号が入力される構成例を示す。光変調器１３の出力光のモニタ結果に基づいて遅延制御を行う場合、遅延制御回路１０は、モニタ結果にあらわれるパワーの減衰が、制御対象の電極セグメントと、他のいずれの電極セグメントとの間のタイミングずれに起因するものなのか判断できない。

【0028】

図５の（Ｂ）で、ｓｅｇ．２への信号入力タイミングは、ｓｅｇ．１に対して２ピコ秒ずれているが、ｓｅｇ．３に対してはタイミングずれがない。モニタ光の強度を最大に維持するには、ｓｅｇ．２の信号入力タイミングを、ｓｅｇ．１の信号入力タイミングとｓｅｇ．３の信号入力タイミングのいずれかに合わせるべきであるが、制御回路１５はどちらの信号入力タイミングに合わせるべきか判断できない。

【0029】

図５の（Ｃ）で、ｓｅｇ．２への信号入力タイミングは、ｓｅｇ．１に対して４ピコ秒ずれているが、ｓｅｇ．３に対してはタイミングずれがない。モニタ光の強度が最大になる領域は、ｓｅｇ．１の信号入力タイミングとｓｅｇ．３の信号入力タイミングの間のどこかにあるが、制御回路１５はどちらの信号入力タイミングにどのように合わせるべきか判断できない。

【0030】

これに対し、図１及び図４に示す構成で、３つ以上の電極セグメントに同一の信号が入力される構成で、３つ以上の電極セグメントの変調量を異ならせている。制御対象の電極セグメントへの信号入力タイミングを、残りの電極セグメントの中で最も影響力の強い、すなわち最も変調量の多い電極セグメントのタイミングに合わせることで、同一信号が入力される３つ以上の電極セグメント間での相対的な遅延制御が可能になる。

【0031】

図６は、同じ信号が入力される４つの電極セグメントの構成例を示す。光変調器１３０のＭＺ干渉計１３１を構成する導波路１４１と１４２に沿って、異なる長さに分割された４つの信号電極が設けられる。分割された信号電極の長さは、ｓｅｇ．１、ｓｅｇ．２、ｓｅｇ．３、ｓｅｇ．４の順に長い。ｓｅｇ．３とｓｅｇ．４の長さの合計はｓｅｇ．２の長さよりも長く、ｓｅｇ．１の長さよりも短い（ｓｅｇ．１＞ｓｅｇ．３＋ｓｅｇ．４＞ｓｅｇ．２）。このモデルでの遅延調整の例を、図７から９を参照して説明する。

【0032】

＜遅延調整のケース１＞
図７は、図６のモデルにおける遅延調整のケース１を示す。ケース１は、４つの電極セグメントに入力される同一信号の遅延量の初期値がすべて異なるシナリオである。光変調器１３０の動作開始後に、４つの電極セグメントに入力される信号のタイミングを順次調整する。たとえば、最初にｓｅｇ．１を制御対象とする。ｓｅｇ．１を最初に制御することは必須ではないが、変調量が多いセグメントのほうが、光変調器１３０の出力光の変化量が大きいため、検出が容易である。

【0033】

ｓｅｇ．１の信号入力タイミングを制御する場合、他の３つの電極セグメントの中で変調量が最大の電極セグメントの信号入力タイミングに合わせる。図６のモデルでは、残りの３つの電極セグメントの中でｓｅｇ．２の変調量が最も多い。そこで、ｓｅｇ．１の信号入力タイミングを、ｓｅｇ．２の信号入力タイミングに合わせて調整する（ステップ１）。次に、ｓｅｇ．２を制御対象とする。ｓｅｇ．２を除く３つの電極セグメントの中でｓｅｇ．１の変調量が最大であり、ｓｅｇ．１の信号入力タイミングに合わせる。この場合、ｓｅｇ．１とｓｅｇ．２の間で信号入力タイミングはすでに揃っているので、ｓｅｇ．２の遅延量はそのまま維持される（ステップ２）。

【0034】

次に、ｓｅｇ．３を制御対象とする。ｓｅｇ．３を除く３つの電極セグメントの中で、ｓｅｇ．１の変調量が最大であり、ｓｅｇ．３の信号入力タイミングをｓｅｇ．１の信号入力タイミングに合わせて調整する（ステップ３）。図７の例では、ｓｅｇ．３の遅延量を減らす方向に制御される。最後に、ｓｅｇ．４を制御対象とする。ｓｅｇ．４を除く３つの電極セグメントの中で、ｓｅｇ．１の変調量が最大であり、ｓｅｇ．４信号入力タイミングをｓｅｇ．１の信号入力タイミングに合わせて調整する。この時点で、４つの電極セグメント間の信号入力タイミング、すなわち遅延量が調整され、光変調器１３０の出力光のパワーが最大になる。

【0035】

＜遅延調整のケース２＞
図８は、図６のモデルにおける遅延調整のケース２を示す。ケース２は、ｓｅｇ．３とｓｅｇ．４の遅延量の初期値が同じシナリオである。ｓｅｇ．１を制御対象とする。他の３つの電極セグメントの中で、ｓｅｇ．３とｓｅｇ．４を合わせた電極部分での変調量が、ｓｅｇ．２の変調量よりも多くなる。そこで、ｓｅｇ．１の信号入力タイミングを、ｓｅｇ．３またはｓｅｇ．４の信号入力タイミングに合わせて調整する（ステップ１）。次に、ｓｅｇ．２を制御対象とする。ｓｅｇ．２の信号入力タイミングを、変調量が最大のｓｅｇ．１の信号入力タイミングに合わせて調整する（ステップ２）。

【0036】

次に、ｓｅｇ．３を制御対象とする。ｓｅｇ．３の信号入力タイミングをｓｅｇ．１の信号入力タイミングに合わせる。ｓｅｇ．１とｓｅｇ．３との間の信号入力タイミングはすでに調整されているので、ｓｅｇ．３の遅延量はそのまま維持される（ステップ３）。次に、ｓｅｇ．４号を制御対象とする。ｓｅｇ．４の信号入力タイミングを、ｓｅｇ．１の信号入力タイミングに合わせる。ｓｅｇ．１とｓｅｇ．４の間の信号入力タイミングはすでに調整されているので、ｓｅｇ．４の遅延量はそのまま維持される（ステップ４）。この時点で、４つの電極セグメント間の信号入力タイミングが調整されて、光変調器１３０の出力光のパワーが最大になる。

【0037】

＜遅延調整のケース３＞
図９は、図６のモデルにおける遅延調整のケース３を示す。ケース３は、ｓｅｇ．２とｓｅｇ．３の遅延調整回路の遅延量の初期値が同じシナリオである。ｓｅｇ．２とｓｅｇ．３の合計の長さは、ｓｅｇ．１よりも長くなる。すなわち、ｓｅｇ．２とｓｅｇ．３を合わせた電極部分の変調量が最大となる。

【0038】

ｓｅｇ．１を制御対象とすると、他の３つの電極セグメントの中で、ｓｅｇ．２とｓｅｇ．３を合わせた電極部分での変調の影響が最大になる。ｓｅｇ．１の信号入力タイミングを、ｓｅｇ．２またはｓｅｇ．３の信号入力タイミングに合わせて調整する（ステップ１）。次に、ｓｅｇ．２を制御対象とする。ｓｅｇ．２とｓｅｇ．１の間の信号入力タイミングはすでに調整されているので、ｓｅｇ．２の遅延量はそのまま維持される（ステップ２）。

【0039】

次に、ｓｅｇ．３を制御対象とする。ｓｅｇ．３の信号入力タイミングをｓｅｇ．１の信号入力タイミングに合わせる。ｓｅｇ．１とｓｅｇ．３との間の信号入力タイミングはすでに調整されているので、ｓｅｇ．３の遅延量はそのまま維持される（ステップ３）。次に、ｓｅｇ．４号を制御対象とする。ｓｅｇ．４の信号入力タイミングを、ｓｅｇ．１の信号入力タイミングに合わせて調整する（ステップ４）。この時点で、４つの電極セグメント間の信号入力タイミングが調整され、光変調器１３０からの出力光のパワーは最大になる。

【0040】

実施形態の遅延制御は、３以上の電極セグメント間ですべての信号入力タイミングが異なる場合も、２以上の電極セグメント間の信号入力タイミングは一致している場合にも適用される。同一信号が入力される４つの電極セグメント間で、変調の影響が最も支配的になるいずれかの電極部分の信号入力タイミングに合わせればよいので、遅延ずれの向き（符号）や絶対値は問わない。光変調器１３０の実動作中に、信号入力を中断させずに、遅延量の微小な変動を制御することができる。この遅延制御は、工場出荷時の遅延制御は行われているが、現場での光送信装置の立ち上げ時に遅延量の再調整がない場合に、特に有効である。

【0041】

＜変形例＞
図１０は、変形例の遅延制御の基本概念を示す模式図である。変形例では、３以上の電極セグメント間で変調量を異ならせるために、電極セグメントに入力される同一のデータ信号の振幅、または増幅率を異ならせる。

【0042】

光送信装置１Ｂは、光変調器１３０と、光変調器１３０に入力されるデータ信号を生成し出力するＤＳＰ５と、光変調器１３０に入力されるデータ信号の遅延量を制御する遅延制御回路１０と、光変調器１３０に入力されるデータ信号を増幅する増幅回路１２０とを有する。ここでは、ＤＳＰ５から出力されるデータ信号のうちの１つの信号に着目して説明する。増幅回路１２０は増幅器１２１ａ、１２１ｂ、及び１２１ｃを含み、同一のデータ信号を異なる増幅率で増幅する。

【0043】

光変調器１３０は、並列に接続される２本の導波路１４１と１４２でＭＺ干渉計が形成されるＭＺ変調器である。導波路１４１と１４２の少なくとも一方に沿って、分割された複数の信号電極を有する。分割された信号電極の各々を、便宜上「電極セグメント」と呼ぶ。導波路１４１と１４２に沿って、同じ大きさに分割された複数の電極セグメント１４８が設けられる。複数の電極セグメント１４８をそれぞれ、「ｓｅｇ．１」、「ｓｅｇ．２」、及び「ｓｅｇ．３」と呼ぶ。

【0044】

電極セグメント１４８に入力される信号の振幅または増幅率は、ｓｅｇ．１、ｓｅｇ．２、ｓｅｇ．３の順に大きい。導波路１４１と１４２を通る光が、入力信号により変調を受けるときに、ｓｅｇ．１での変調量が最も大きく、ｓｅｇ．１での変調の影響が最も支配的である。各電極セグメントの直下を通過する光に作用する信号入力のタイミングが、変調量が最大のｓｅｇ．１の信号入力タイミングに合わせて調整されていれば、光変調器１３０から出力される光信号の強度が高くなる。

【0045】

ＤＳＰ５と光変調器１３０の間に設けられる遅延制御回路１０の構成は、図１を参照して説明したとおりである。遅延回路１１の各遅延調整回路１１１－１、１１１－２、及び１１１－３で遅延調整された同一の信号は、対応する増幅器１２１ａ、１２１ｂ、及び１２１ｃで、異なる増幅率で増幅される。遅延調整回路１１１－１で遅延調整された信号は、増幅器１２１ａで増幅されて、信号Ｓ１－１としてｓｅｇ．１に入力される。遅延調整回路１１１－２で遅延調整された信号は、増幅器１２１ｂにて増幅器１２１ａよりも低い増幅率で増幅され、信号Ｓ１－２としてｓｅｇ．２に入力される。遅延調整回路１１１－３で遅延調整された信号は、増幅器１２１ｃにて増幅器１２１ｂよりも低い増幅率で増幅され、信号Ｓ１－３としてｓｅｇ．３に入力される。

【0046】

光変調器１３０で変調を受けた光信号の一部はモニタＰＤ１４０で検出され、モニタ結果を表す電気信号が遅延制御回路１０に入力される。遅延制御回路１０は、入力された電気信号から特定の周波数成分を抽出し、抽出された周波数成分のパワースペクトルをモニタする。制御回路１５は、モニタされたパワーが最大に近づくように、遅延調整回路１１１－１、１１１－２、及び１１１－３の調整量を制御する。各遅延調整回路１１１の遅延量は、変調の影響が最も支配的な他の電極セグメントの信号入力タイミングに合わせて調整される。

【0047】

図１１は、図１０の遅延制御が適用されるデジタルコヒーレント向け光ＤＡＣ送信器の構成例を示す。図４と同様に、光変調器１３０にｎビットの信号が入力される場合を考える。光変調器１３０のＭＺ干渉計を構成する導波路１４１と１４２の少なくとも一方に沿って、分割された複数の電極セグメント１４８ａから１４８ｇが設けられている。電極セグメント１４８ａから１４８ｇのサイズまたは長さは同じである。

【0048】

同一のデータ信号が入力される３以上の電極セグメントを含むブロックとして、ビット２の信号が入力される電極セグメント１４８ｄから１４８ｇのブロックに着目する。電極セグメント１４８ｄ、１４８ｅ、１４８ｆ、及び１４８ｇは同じサイズに形成されているが、入力される同一のデータ信号の振幅が異なる。その結果、電極セグメント１４８ｄ、１４８ｅ、１４８ｆ、及び１４８ｇの間で変調量が異なる。電極セグメント１４８ｄ、１５８ｅ、１６８ｆ、及び１６８ｇの変調量をトータルすると、ビット２のデータ変調に必要な変調量が得られる。この構成で、電極セグメント１４８ｄ、１４８ｅ、１４８ｆ、及び１４８ｇのそれぞれに入力されるの信号のタイミングは、変調量が最大の電極セグメントのタイミングに合わせて制御される。遅延制御の具体例は、図７から図９を参照して述べたとおりである。この構成でも、光変調器１３０の実動作中に、信号の入力を中断せずに微小な遅延ずれを調整することができる。

【0049】

＜遅延制御方法＞
図１２は、実施形態の遅延制御方法のフローチャートである。この制御フローは、光変調器１３０、すなわち光送信器１の動作中に、遅延制御回路１０によって実行される。同一信号が入力される３以上の電極セグメントの中で、最初のセグメントを選択し（Ｓ１１）、この電極セグメントの遅延調整を開始する（Ｓ１２）。どの電極セグメントから選択してもよいが、変調量が大きい電極セグメントから選択すると、光変調器１３０の出力光の変化を検出しやすい。制御対象の電極セグメントの遅延調整回路１１１の遅延量の設定を切替えて（Ｓ１３）、遅延量を増加または減少する方向に変化させる（Ｓ１４）。調整可能な範囲で現在の遅延量から最小または最大に向けて変化させてもよいし、調整可能範囲の中心からいずれかの方向に変化させてもよい。遅延量を最小から最大へ、または最大から最小にスイープしてもよい。

【0050】

光変調器１３０の出力光のモニタ結果から、所定の周波数成分を抽出し、そのパワースペクトルをモニタして、遅延量の変化に伴うパワーモニタの変化量が閾値以下か否かを判断する（Ｓ１５）。遅延量の変更にもかかわらず、モニタ結果が閾値以下の範囲でしか変化しない場合（Ｓ１５でＹＥＳ）、光変調器１３０の現在の光出力強度が最大か、または極大にあり、制御対象の電極セグメントへの信号入力タイミングが適正である。この場合、対応する遅延調整回路１１１の遅延量を、現在の遅延量に固定する（Ｓ１８）。

【0051】

モニタ結果が閾値を超えて変化した場合（Ｓ１５でＮＯ）、モニタされたパワーが増加する方向に変化したか否かを判断する（Ｓ１６）。モニタされたパワーが増加する方向に変化すれば（Ｓ１６でＹＥＳ）、遅延の制御の方向が正しいので、同じ制御方向に、遅延量をさらに変化させる（Ｓ１４）。モニタされるパワーの変動が閾値以下（Ｓ１５でＹＥＳ）になるまで、ステップＳ１４からＳ１６を繰り返す。

【0052】

モニタされるパワーの変化の方向が増加方向でない場合（Ｓ１６でＮＯ）、制御の方向が正しくない。この場合は、遅延量の変化の方向が逆方向になるように（Ｓ１７）、遅延回路１１１の設定を切り替えて（Ｓ１３）、遅延量を変化させる（Ｓ１４）。遅延量の変化が閾値以下に収束するまで（Ｓ１５でＹＥＳ）、ステップＳ１３からＳ１７を繰り返す。モニタされるパワーの変動が閾値以下に収束したら、対応する遅延調整回路１１１の遅延量を、現在の遅延量に固定する（Ｓ１８）。この段階で、制御対象の電極セグメントの信号入力タイミングは、同一信号が入力される他の電極セグメントの中で変調量が最大の電極セグメントとの間で相対的にタイミング調整されたことになる。

【0053】

次に、今回の制御対象が最後のセグメントか否か、すなわち、他に制御すべき電極セグメントがあるか否かを判断する。他に制御すべき電極セグメントがある場合（Ｓ１９でＮＯ）、次の電極セグメントを選択して（Ｓ２０）、ステップＳ１２からＳ２０を繰り返す。現在の制御対象が最後の電極セグメントである場合（Ｓ１９でＹＥＳ）、制御対象のブロックのすべての電極セグメントの間で１サイクルのタイミング調整が終了する。その後、ステップＳ１１に戻って、次の制御サイクルを開始する。図１２の制御動作は、光送信装置１の動作中、繰り返し行われる。

【0054】

この遅延制御方法により、光変調器１３０の実動作中に、信号入力を中断せずに、同一信号が入力される３以上の電極セグメント間で信号入力のタイミング調整が行われる。図９のケース３のように、ｓｅｇ．２とｓｅｇ．３の信号入力タイミングが偶然一致し、ｓｅｇ．２とｓｅｇ．３のトータルの変調量が、ｓｅｇ．１の変調量よりも大きくなる場合にも対応可能である。

【0055】

以上、特定の構成例に基づいて実施形態の遅延制御の構成と方法を述べてきたが、本開示は上述した構成と手法に限定されない。実施形態の構成と手法は、たとえば、４ビット以上のデータ信号が入力されるときのビット２よりも上位の各ビットのブロック内の遅延制御にも適用できる。実施形態では、光変調器１３０の出力光のパワーが最大になるように各遅延調整回路の遅延量を調整したが、位相変調の場合、モニタされるパワーが最小になるように遅延調整してもよい。分割された複数の電極セグメントを有する光変調器を、ＦＩＲ（有限インパルス応答）フィルタと等化と考えると、電極セグメントへの信号入力のタイミングずれ（遅延）の加算により、所定の周波数成分が除去される（デジタルフィルタ）。モニタ１３で測定されたパワースペクトルから、除去された周波数成分を検出し、この周波数成分を補う方向に遅延調整してもよい。この場合も、制御対象の電極セグメントと、その他の電極セグメントの中で変調の影響が最大の電極セグメントとの間で相対的に信号入力タイミングが調整される。

【符号の説明】

【0056】

１、１Ａ、１Ｂ 光送信装置
５ ＤＳＰ
１０、１０ 遅延制御回路
１１ 遅延回路
１１１、１１１－１、１１１－２、１１１－３ 遅延調整回路
１３ モニタ
１５ 制御回路
１２０ 増幅回路
１２１、１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ 増幅器
１３０ 光変調器
１３１ ＭＺ干渉計
１３８、１３８ａ～１３８ｇ、１４８、１４８ａ～１４８ｇ 電極セグメント
１４０ モニタＰＤ（光検出器）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】