JP3723358B2 - 光変調装置及び光変調器の制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光変調装置及び光変調器の制御方法に係わり、特に、電圧対光出力特性が周期的に変化する光変調器の動作点が温度変化や経年変化により変動しても、該動作点変動を安定に補償できる光変調装置及び光変調器の制御方法に関する。より具体的に言えば、本発明は、時分割多重あるいは波長多重方式の光伝送システムに使用する光送信機におけるマッハッエンダ型光変調器（ＭＺ型光変調器）の動作点案定化制御方式に関するものである。
近年、急激な情報量の増加に伴い、光通信システムの大容量化・長距離化が望まれてきている。現在は、伝送速度 10 Gb/sの光増幅中継システムが実用化されつつある。今後、更なる大容量化が必要とされ、時分割多重(TDM)方式、波長多重(WDM)方式の両面からの研究開発が進められている。
【０００２】
【従来の技術】
・直接変調方式
光通信システムにおける電気−光変換回路としては、強度変調−直接検波方式(直接変調方式)が最も簡易な方式である。この方式は、半導体レーザに流れる電流をデータ信号の“０”、“１”により直接オン/オフして光の発光/消光を制御するものである。しかし、レーザ自身を直接オン/オフすると半導体の性質で光信号に波長変動(チャーピング)が生じる。波長変動はデータ伝送速度(ビットレート)が速くなる程、悪影響を与える。これは波長が違うと伝搬速度が変化するという波長分散の性質がファイバにあるためであり、直接変調により波長変動が生じると伝搬速度の遅速が生じ、ファイバを伝搬する間に波形が崩れ、長距離伝送、高速伝送が困難となる。
【０００３】
・外部変調方式
このため、2.5G、 10Gbpsの高速伝送では、レーザダイオードを連続的に発光させ、このレーザダイオードから発生した光を外部変調器でデータの”１”，”０”によりオン／オフする外部変調方式が行われている。外部変調器としては、マッハツェンダ型光変調器（ＭＺ型光変調器）が主流を占めている。図３２はマッハツェンダ型光変調器の説明図であり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は変調動作説明図である。
図中、１は1Gbps以上の長距離伝送に用いられる分布帰還型型半導体レーザ(DFB-LD)、２はＭＺ型光変調器、３ａ、３ｂは光ファイバである。ＭＺ型変調器２は透明なLiNbO3基板上に、(1) レーザダイオード１からの光信号を導く入力光導路２ａと、(2) 分岐光導路２ｂ，２ｃと、(3) 変調光を出力する出力光導路２ｄが形成されると共に、(4) 分岐した両側の光導路２ｂ，２ｃの光信号に位相変調を与える二つの信号電極２ｅ，２ｆと、(5) 一方の信号電極２ｅにＮＲＺの電気駆動信号を入力する信号入力端子２ｇが形成されている。
【０００４】
データの"1", "0"により信号電極２ｅ，２ｆに印加する電圧を制御すれば、光導路２ｅ、２ｆに屈折率差が発生して各光導路の光信号間の光波の位相が変化する。例えば、データが"0"であれば、光導路２ｅ、２ｆの光信号間の光波の位相差が1800になるように制御し、データが"1"であれば、光導路２ｅ、２ｆの光信号間の光波の位相差が00となるように制御する。このようにすれば、各光導路２ｅ，２ｆの光信号を重ね合わせることにより入力光をデータの"1", "0"により変調(発光/消光)して出力できる。
ＭＺ型光変調器１の電極間印加電圧と光出力特性は（ｂ）に示すように印加電圧に応じて周期的に変化する特性を有している。Ａは発光の頂点、Ｂは消光の頂点であり、１周期の電圧幅は２Ｖπである。従って、データが"1"のとき信号電極２ｅ，２ｆ間に振幅Ｖπの電圧を入力することにより発光し、データが"0"のとき信号電極２ｅ，２間に電圧0を入力することにより消光する。
【０００５】
以上のＭＺ型光変調器は、送信光の波長変動が小さいという利点があるが、基板材質のLiNb03の温度変化、長時間の電界印加、経時変化に伴って、基板自体が分極化し、基板表面に電荷が滞留して信号電極間のバイアス電圧が変動する。このため、ＭＺ型光変調器の電圧対光出力特性が図３３の理想曲線ａから左右に変動して曲線ｂ，ｃに示すようになる問題が生じる。すなわち、ＭＺ型光変調器の動作点が時間的に変動(ドリフト)し、光のオン／オフレベルが符号間干渉を起こす問題が生じる。
【０００６】
・ＮＲＺ変調方式におけるバイアス制御方法
そこで、従来は動作点を安定にするために、曲線が右に移動したらバイアス電圧をその分増加し、曲線が左に移動したらバイアス電圧をその分減少する制御を行っている。すなわち、電気駆動信号に低周波信号を重畳して動作点の変動量及び変動方向を検出し、フィードバックによりバイアス電圧を制御する補償方法(以後Automatic bias control(ABC)方法と呼ぶ)が提案されている(特開平3-251815号公報参照)。図３４は現状の変調器動作点補償方法を実現する光変調器動作点安定化回路の構成図、図３５は動作点安定化の原理説明図である。
【０００７】
図３４において、１は半導体レーザ(DFB-LD)、２はＭＺ型光変調器（ＬＮ光変調器）、３ａ、３ｂは光ファイバ、４は駆動回路であり、ＮＲＺ電気信号（データ信号）を入力され、ＭＺ型光変調器２の電圧対光出力特性の発光の頂点Ａとそれに隣接する消光の頂点Ｂ間の振幅（=Ｖπ)を有する電気駆動信号ＳＤを発生するもの、５は低周波数ｆ0例えば１ＫＨｚ程度の低周波信号を発生する低周波発振器、６は該低周波信号を駆動信号ＳＤに重畳する低周波重畳回路、７は光変調器から出力する光信号を分岐する光分岐器、８は光変調器から出力される光信号を電気信号に変換するフォトダイオード等の受光器（ＰＤ）、９はアンプ、１０は位相比較器であり、光変調器２から出力する光信号に含まれる周波数ｆ0の低周波信号成分と、該低周波信号成分と低周波発振器５から出力する低周波信号の位相差θを検出して出力するもの、１１は位相比較器１０の出力信号を整流するローパスフィルタ（ＬＰＦ）、１２は信号電極に印加するバイアス電圧を制御して前記位相差θが零となるようにするバイアス供給回路である。
低周波重畳回路６はＭＺ型光変調器２の駆動信号を低周波数f0の信号で振幅変調し、受光器８は光変調器２の出力光を電気信号に変換し、位相比較器１０は駆動信号に与えた低周波信号と光信号に含まれる低周波信号成分との位相比較を行い、バイアス供給回路１２は位相差θが零となるように信号電極に印加するバイアス電圧を制御する。
【０００８】
ＭＺ型光変調器の最適な動作点は、駆動信号ＳＤの波形の両レベルが最大及び最小の出力光電力を与える点Ａ，Ｂ（図３５）である。このとき、ＭＺ型光変調器２の電圧対光出力特性に変動がない理想の状態（曲線ａ）では、駆動信号ＳＤに低周波数f0の信号ＳＬＦが重畳されていても、出力光の上下の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬにはf0成分が含まれず、f0の２倍の周波数成分が現れる。
一方、特性曲線がａからｂあるいはｃに示すように左または右にずれると（動作点が左右にずれると）、光出力の上下包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬが共に同位相で変調された信号となり、かつ、f0成分を含む信号となる。又、特性曲線ｂと特性曲線ｃとでは出力光の上下の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬの位相が反転する。
以上より、駆動信号にかけた低周波信号ＳＬＦと光信号中に含まれる低周波信号成分の位相を比較することにより、動作点の変動方向を検出することができ、該位相差が零となるようにバイアス電圧制御を行うことができる。
【０００９】
・光デュオバイナリ変調方式
時分割(TDM)方式によって大容量化を図る場合、波長分散(GVD)が伝送距離を制御する要因になる。分散耐力はデータ伝送速度（ビットレート）の二乗に反比例するために、10 Gb/sシステムにおいて約800ps/nmであった分散耐力が、40 Gb/sシステムにおいては、1/16の約50 ps/nmと厳しくなる。波長分散による波形劣化を低減する方法の一つとして、光デュオバイナリ変調方式が考えられている (例えば A.J.Price et al.,"Reduced bandwidth optical digital intensity moudulation with improved chromatic dispersion tolerance",Electron.Lett.,vol.31,No.1,pp.58-59,1995)。
【００１０】
光デュオバイナリ方式はＮＲＺ変調方式に比べ、光信号スペクトルの帯域幅を約半分にして波長分散による影響を低減する。例えば、10Gb/s ＮＲＺ信号における光信号スペクトルの帯域幅は周波数にして10GHz、波長にして0.2nmあるが、10Gb/s デュオバイナリ信号における光信号スペクトルの帯域幅は周波数にして5GHz、波長にして0.1nmと半減する。波長により光の伝搬速度が異なるから光信号スペクトルの帯域幅が大きい程伝搬速度の変化幅が大きくなり、長距離伝送による波形の崩れが大きくなる。従って、光デュオバイナリ方式により光信号スペクトルの帯域幅を小さくできれば速度変動幅が小さくなり分散耐力が増大する。
【００１１】
図３６は光デュオバイナリ変調方式による変調部の構成図、図３７及び図３８は光デュオバイナリ変調方式の原理説明図、図３９は各部信号波形図である。
図３８において、１は半導体レーザ(DFB-LD)、２はＭＺ型光変調器であり、両側光導路の光信号にそれぞれ位相変調を与える２つの信号電極と各々の信号電極に相補的な駆動信号を入力する駆動信号入力端子を備えている。
２１は40Gb/sの２値のＮＲＺ電気入力信号を符号化するプリコーダ、２２はプリコーダ出力を40GHzのクロックで打ち抜いて記憶し、非反転信号Ｄ及び反転信号＊Ｄを出力するD-FF(D型フリップフロップ)、２３ａ，２３ｂはD-FFの出力位相を調整する位相調整部、２４ａ，２４ｂは振幅調整部、２５ａ，２５ｂはビットレート(=40Gb/s)の1/4程度の帯域を有する電気の低域透過フィルタ、２６ａ，２６ｂはバイアス調整回路（バイアスティ）、２７ａ，２７ｂは終端器である。プリコーダ２１によって符号化された２値のＮＲＺ電気入力信号を低域フィルタ２５ａ，２５ｂを透過することで符号が反転した３値の電気信号Ｓ１，Ｓ２にし、更に、これらをバイアス調整回路２６ａ，２６ｂを通すことで、相補的な３値の電気駆動信号（プッシュプル信号）Ｓ１′，Ｓ２′を発生してＭＺ型光変調器２の２つの対称信号電極に印加する。
【００１２】
ＭＺ型光変調器２はその電圧対光出力特性より、光のオン・オフに必要な駆動振幅は一般にＶπである（図３７（ｂ）参照）。しかし、光デュオバイナリ方式においては、２つの信号電極の各々に振幅Ｖπでプッシュプル変調(両電極に常に逆符号の電圧が印加する変調)を行う。このため、光変調器２の印加電圧は入力信号Ｓ１′，Ｓ２′の電圧差（＝Ｓ１′−Ｓ２′）になる。すなわち、光デュオバイナリ変調方式において、ＭＺ型光変調器２はＶπの２倍の駆動振幅（＝２Ｖπ）で変調される。また、電圧対光出力特性曲線上の二つの発光の頂点Ａ，Ａの間で駆動されるように、バイアス電圧(電気信号の中心電圧)が設定される。
【００１３】
以下に、光デュオバイナリ変調方式をより詳細に説明する。
プリコーダ２１は図３８に示すように、入力信号ａnを反転するノットゲート２１ａと、１ビット(25ps)遅延ゲート２１ｂと、前回の出力ｃn-1と今回の反転入力ｂnの排他的論理和演算を行って信号ｃnを出力するEX-ORゲート２１ｃで構成されている。反転信号ｂn、前回のEX-OR出力信号ｃn-1及び今回のEX-OR出力信号ｃnの真理値表を参照すると、
(1) ｂn＝"0"ならｃn＝ｃn-1（符号不変）
(2) ｂn＝"1"ならｃn＝１−ｃn-1（符号反転）
となる。
【００１４】
さて、低域透過フィルタ２５ａはビットレートの1/4程度(=10GHz)の帯域しか有しない。このため、連続する２ビットの入力信号ｃnに着目すると、低域透過フィルタ２５ａは"0,1"あるいは"1,0"と入力データが高速に変化する場合に追従できず、0レベルと1レベルの中間レベル0.5を出力する。又、入力データが"1,1"と連続する場合にはレベル1.0を出力し、入力データが"0,0"と連続する場合にはレベル0.0を出力する。すなわち、低域フィルタ２５ａは
(4) プリコーダの出力ｃnが"0"の連続になる場合（"00”符号不変）、低域透過フィルタ２５ａの出力は0.0レベルになる。
(5) プリコーダの出力ｃnが"１"の連続になる場合（"11”符号不変）、低域透過フィルタ２５ａの出力は1.0レベルになる。
(6) プリコーダの出力ｃnの符号が反転する場合（“01”又は“10”）、低域透過フィルタ２５ａの出力は0.5レベルになる。
【００１５】
(1)〜(5)より、低域透過フィルタ２５ａは、プリコーダ出力の符号が変化しなければ、すなわち、入力データａnが"1"であれば、出力ｄnとしてレベル0.0または+1.0を出力し、入力データａnが"0"であればレベル+0.5を出力する。同様に、低域透過フィルタ２５ｂは、入力データａnが"1"であれば、出力＊ｄnとしてレベル0.0または-1.0を出力し、入力データａnが"0"であればレベル-0.5を出力する。従って、レベル±1.0を±Ｖπ、レベル±0.5を±Ｖπ／２とすれば、入力データがａnが"1"であれば、ＭＺ型光変調器２の信号電極間に２Ｖπまたは０が入力し、入力データがａnが"0"であれば、ＭＺ型光変調器２の信号電極間にＶπが入力する。この結果、図３７（ｂ）を参照すると、
▲１▼入力データが ａnが"1"でＭＺ型光変調器２の信号電極間に２Ｖπまたは０が入力すると“１”が出力し（発光）、
▲２▼入力データがａnが"0"でＭＺ型光変調器２の信号電極間にＶπが入力すると“０”が出力する（消光）。
【００１６】
以上より、各低域透過フィルタ２５ａ、２５ｂの出力信号Ｓ１，Ｓ２の波形は図３９（ａ）に示すようになり、ＭＺ型光変調期２の出力である光信号は図３９（ｂ）に示すようになる。
光デュオバイナリ変調方式は、前述のように従来のＮＲＺ変調方式に比べ、光信号スペクトルの帯域幅が約半分になるという特徴があり、波長分散による影響を低減することができる。
また、光デュオバイナリ変調方式によれば波長多重(WDM)方式において、より高密度にチャネルを配置をすることができる。すなわち、波長多重(WDM)技術によって大容量化を図る場合、光増幅器が増幅できる波長帯域幅が制限要因の一つとなる。しかし、光デュオバイナリ変調方式を用いれば、その光信号スペクトルの狭帯域性を利用することができ、光増幅器の増幅帯域幅内に、より高密度にチャネルを配置することができる。
【００１７】
また、光デュオバイナリ変調方式においてはプッシュプル駆動のため波長変動（チャーピング）を減少することができる。チャーピングは光変調器の印加電圧が増大及び減小するときに発生し、波長変動方向は逆になる。しかし、光デュオバイナリ変調方式では互いに相補的な電気信号で各電極を駆動するため、一方の電極で印加電圧が増大すると他方の電極で減小し、又、一方の電極で印加電圧が減小すると他方の電極で増大する。出力光信号の光位相は両電極で起きる光位相の和になるためチャーピングが相殺されて減小する。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
MZ型光変調器は前述のように送信光の波長変動が小さいという利点がある。しかし、基板材質のLiNb03の温度変化や経時変化に伴って、電圧対光出力特性の動作点が時間的に変動(ドリフト)するという問題点がある。
このため、光デュオバイナリ変調方式においても、ＮＲＺ変調方式と同様に動作点変動に応じてバイアス電圧を制御する必要がある。しかし、ＮＲＺ変調方式による動作点補償方式をそのまま光デュオバイナリ方式に適用すると以下の問題が生じる。図４０はＮＲＺ変調方式による動作点補償方式をそのまま光デュオバイナリ方式に適用した場合の説明図である。
【００１９】
光デュオバイナリ方式ではＮＲＺ変調方式に比べ駆動電圧が２倍になる。このため、電圧対光出力特性が理想特性ａの位置かから左右にずれてｂ，ｃになると、低周波変調を受けた変調器の電気駆動信号（変調器駆動電圧）のオン側・オフ側部分ＥＵ，ＥＬに対応する光信号の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬが互いに逆位相になって打ち消し合い、低周波数f0の信号成分を検出できなくなる。よって、光デュオバイナリ変調方式を含めた、電圧対光出力特性の二つの発光の頂点または二つの消光の頂点の間で駆動する変調方式において、従来のＮＲＺ変調方式で採用したＡＢＣ制御方法を適用できない問題が生じる。
また、別の問題として、従来のＡＢＣ制御方法は、片側駆動構成のマッハツェンダ型光変調器を用いることを想定しており、光デュオバイナリ方式やＮＲＺ方式、ＲＺ方式において両側駆動構成の光変調器を用いる場合の動作点設定に関しても考慮する必要がある。
【００２０】
以上から本発明の目的は、電圧対光出力特性の二つの発光の頂点間の振幅電圧または二つの消光の頂点間の振幅電圧で光変調器を駆動する光変調装置において、電圧対光出力特性の変動に伴う動作点変動を補償できるようにすることである。
光デュオバイナリ方式やＮＲＺ方式、ＲＺ方式において両側駆動構成の光変調器を用いる場合において、光変調器の電圧対光出力特性が変動しても動作点を適正位置に制御できるようにすることである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、電圧対光出力特性が周期的に変化する特性を備えた光変調器を、該電圧対光出力特性の二つの発光の頂点または二つの消光の頂点の間の振幅を有する電気駆動信号で駆動する際、(1) 所定の低周波信号を該駆動信号に重畳し、(2) 光変調器から出力する光信号に含まれる前記低周波信号成分を低周波信号として検出するフォトダイオードにより検出された該低周波信号に基づいて光変調器の動作点変動を検出し、動作点変動の方向に応じて光変調器の動作点を制御する。この場合、光変調器として、光入力側で分岐し、光出力側で結合する光導路と、分岐した両側の光導路の光信号に位相変調を与える二つの信号電極と、各々の信号電極に相補的な駆動信号を入力する二つの駆動信号入力端子を備えた光変調器、例えばＭＺ型光変調器を使用する。又、該光変調器の電圧対光出力特性の発光の頂点とそれに隣接する消光の頂点の間の振幅を有し、かつ、互いに相補的な２つの駆動信号を発生し、少なくとも一方の駆動信号に低周波信号を重畳して信号電極に入力して両側電極駆動する。
【００２２】
低周波信号を駆動信号に重畳する方法としては、
(1) 駆動信号の上下の包絡線の位相が一致するように該駆動信号に低周波信号を重畳する、
(2) 駆動信号の上下の包絡線の振幅が異なるように低周波信号を該駆動信号に重畳する、
(3) 駆動信号の上下の包絡線の周波数が異なるように低周波信号を該駆動信号に重畳する、
(4) 駆動信号の上下の包絡線の位相が異なるように該駆動信号に低周波信号を重畳する、などの方法がある。
【００２３】
以上のようにすれば、光変調器から出力する光信号より低周波信号成分を確実に検出でき、しかも、簡単な構成で、変調器の電圧対光出力特性の変動に伴う動作点変動を補償することができる。
【００２５】
また、両側駆動構成の光変調器を用いる場合であっても、簡単な構成で、光変調器から出力する光信号より低周波信号成分を検出して、変調器の電圧対光出力特性の変動に伴う動作点変動を補償することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（Ａ）本発明の概略
（ａ）概略構成
図１は本発明の光変調装置の第１の概略構成図であり、５１は半導体レーザ(DFB-LD)、５２は電圧対光出力特性が周期的に変化する光変調器（例えばＭＺ型光変調器）、５３は光変調器の電圧対光出力特性の二つの発光の頂点Ａ，Ａまたは二つの消光の頂点Ｂ，Ｂの間の振幅２・Ｖπで駆動する電気駆動信号を生成する駆動信号発生部、５４は所定の低周波信号を発生する低周波発振器、５５は該低周波信号を駆動信号ＳＤに重畳する低周波重畳部、５６は光変調器５２から出力される光信号を分岐する光分岐器、５７は光変調器から出力される光信号に含まれる前記低周波信号成分を検出し、該低周波信号成分に基づいて光変調器の動作点変動を検出する低周波信号検出部、５８は光変調器の動作点変動の方向に応じて該光変調器のバイアス電圧を制御して動作点位置を制御する動作点制御部である。
【００２７】
光変調器５２を振幅２・Ｖπの電気信号で駆動する際、低周波重畳部５５は駆動信号発生部５３から出力する電気駆動信号ＳＤに低周波数信号ＳＬＦを重畳する。低周波信号検出部５７は、光変調器５２から出力する光信号に含まれる該低周波信号成分を検出し、動作点制御部５８はこの検出した低周波信号成分に基づいて動作点の変動方向を判別して光変調器５２のバイアス電圧を制御する。すなわち、動作点制御部５８は変調器に印加する電気駆動信号（変調器駆動電圧）の中心レベルが特性曲線の消光頂点Ｂのレベルに一致し、電気駆動信号の両側のレベルが特性曲線の二つの発光頂点Ａ，Ａに一致するように動作点制御を行う。
【００２８】
（ｂ）低周波信号重畳方法
低周波信号を駆動信号に重畳する方法としては、
(1) 駆動信号（入力電気信号）ＳＤの上下の包絡線の位相が一致するように該駆動信号に低周波信号を重畳する第１の方法（図２）、
(2) 駆動信号の上または下のいずれかの包絡線のみ変化するように該駆動信号に低周波信号を重畳する第２の方法（図３）、
(3) 駆動信号の上下の包絡線の振幅が異なるように低周波信号を重畳する第３の方法（図４）、
(4) 駆動信号の上下の包絡線の周波数が異なるように低周波信号を重畳する第４の方法（図５）、
(5) 駆動信号の上下の包絡線の位相が異なるように低周波信号を重畳する第５の方法（図６）、
がある。
【００２９】
第１の方法は、図２に示すように、電気駆動信号（変調器駆動電圧）のオン側とオフ側に対応する包絡線ＥＵ，ＥＬが同位相になるように低周波変調を行う方法である。ＭＺ型光変調器の最適な動作点は、電気駆動信号の波形の両レベルが最大出力光電力を与える点Ａ，Ａ、中間レベルが最小の出力光電力を与える点Ｂである。ＭＺ型光変調器２の電圧対光出力特性に変動がない理想の状態（曲線ａ）では、電気駆動信号に低周波数f0の信号ＳＬＦが重畳されても、出力光の上下の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬにはf0成分が含まれず、f0の２倍の周波数成分だけが現れる。
一方、特性曲線がａからｂ，ｃに示すように左右にずれると（動作点が左右にずれると）、出力光の上下の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬにf0成分が含まれる。この場合、電気駆動信号のオン側とオフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬを同位相にしたことにより、図４０の場合と異なり、光信号の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬが同位相になる。こにため、f0成分は打ち消されることがなく、確実に検出でき、しかも、出力光の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬの位相は、特性曲線がずれた方向によって反転する。このため、変調器の電圧対光出力特性が理想曲線ａから左右にずれて曲線ｂ、ｃになっても、すなわち、動作点が最適点から変化しても、重畳した低周波数f0の信号成分を検出できる。又、このfO成分の信号の位相は、動作点の変動方向によって180°異なるため、駆動信号に重畳した低周波信号ＳＬＦの位相と比較することにより、動作点の変動方向を検出することができる。
【００３０】
第２の方法は、図３に示すように、電気駆動信号のオン側のみに低周波変調を行う方法である（オフ側でも良い）。この第２の方法によれば、特性曲線がａからｂ，ｃに示すように左右にずれると、出力光の上側の包絡線ＥＬＵにのみf0成分が含まれるため確実に低周波信号成分を検出でき、しかも、出力光の包絡線ＥＬＵの位相は、ずれた方向によって反転する。このため、変調器の電圧対光出力特性が理想曲線ａより左右にずれて曲線ｂ、ｃになっても、すなわち、動作点が最適点から変化しても、重畳した低周波数f0の信号成分を検出できる。又、このfO成分の信号の位相は、動作点の変動方向によって180°異なるため、駆動信号に重畳した低周波信号ＳＬＦの位相と比較することにより、動作点の変動方向を検出することができる。
【００３１】
第３の方法は図４に示すように電気駆動信号のオン側とオフ側に対応する包絡線ＥＵ，ＥＬの振幅が異なるように振幅変調を行う方法である。電圧対光出力特性曲線がａからｂ，ｃに示すように左右にずれると、出力光の上下の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬにf0成分が含まれる。この場合、電気駆動信号のオン側とオフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬが逆位相であるため、光信号の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬの位相も逆になるが、包絡線ＥＵ，ＥＬの振幅が異なるため、光信号の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬの合成信号は０にならず、f0成分を確実に検出できる。しかも、出力光の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬの合成信号の位相は、ずれた方向によって反転する。このため、変調器の電圧対光出力特性が理想曲線ａより左右にずれて曲線ｂ、ｃになっても、すなわち、動作点が最適点から変化しても、重畳した低周波数f0の信号成分を検出できる。又、このfO成分の信号の位相は、動作点の変動方向によって180°異なるため、駆動信号に重畳した低周波信号ＳＬＦの位相と比較することにより、動作点の変動方向を検出することができる。
【００３２】
第４の方法は図５に示すように電気駆動信号のオン側とオフ側に対応する包絡線ＥＵ，ＥＬの低周波変調の周波数ｆ1，ｆ2を異ならせる方法である。電圧対光出力特性曲線がａからｂ，ｃに示すように左右にずれると、出力光の上下の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬにｆ1，ｆ2成分がそれぞれ含まれるため、これら信号成分を確実に検出できる。しかも、出力光の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬの位相は動作点のずれ方向によって反転する。従って、変調器の電圧対光出力特性が理想曲線ａより左右にずれて曲線ｂ、ｃになっても変調器出力光より重畳した周波数ｆ1，ｆ2の信号成分をそれぞれ検出でき、又、これら周波数ｆ1，ｆ2の信号成分の位相は動作点の変動方向によって180°異なるため、動作点の変動方向を検出することができる。
【００３３】
第５の方法は図６に示すように、電気駆動信号のオン側とオフ側に対応する包絡線ＥＵ，ＥＬの低周波変調の位相を異ならせる方法である。電圧対光出力特性曲線がａからｂ，ｃに示すように左右にずれると、出力光の上下の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬにf0成分が含まれる。この場合、電気駆動信号のオン側とオフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬの位相をθずらしているため、光信号の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬの合成信号は０にならず、f0成分を確実に検出できる。しかも、出力光の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬの合成信号の位相は、ずれた方向によって反転する。このため、変調器の電圧対光出力特性が理想曲線ａより左右にずれて曲線ｂ、ｃになっても、重畳した低周波数f0の信号成分を検出できる。また、このfO成分の信号の位相は、動作点の変動方向によって反転するため動作点の変動方向を検出することができる。
【００３４】
（ｃ）両側駆動型光変調器
以上では光変調器を規定しなかったが、光変調器５２として、(1) LiNbO3基板上に形成され、光入力側で分岐し、また、光出力側で結合する光導路５２ａ，５２ｂと、(2) 分岐した両側の光導路の光信号に位相変調を与える二つの信号電極５２ｃ，５２ｄと、(3) 各々の信号電極に相補的な駆動信号を入力する二つの駆動信号入力端子５２ｅ，５２ｆと、(4) バイアス電圧入力端子５２ｇを備えた両側駆動のＬＮ光変調器(ＭＺ型光変調器)を使用する。
かかる両側駆動の光変調器を使用する場合、駆動信号発生部５３は光変調器の電圧対光出力特性の発光の頂点Ａとそれに隣接する消光の頂点Ｂ間の振幅Ｖπを有し、かつ、互いに相補的な２つの駆動信号（プッシュプル駆動信号）ＳＤ，ＳＤ′を発生し、低周波重畳部５５は少なくとも一方の駆動信号ＳＤに低周波信号ＳＬＦを重畳して信号電極５２ｆに入力し、他方の駆動信号ＳＤ′を信号電極５２ｃに入力して両側駆動する。尚、両側駆動型光変調器をＮＲＺ変調方式、ＲＺ変調方式等に用いる場合にも、前述の低周波信号重畳方法を適用できる。
【００３５】
（Ｂ）実施例
（ａ）第１実施例
図７は第１実施例の光変調装置の構成図であり、光変調器として両側駆動のＬＮ変調器（ＭＺ型光変調器）を用いると共に、該光変調器に印加する電気駆動信号のオン側とオフ側の包絡線が同位相になるように低周波変調を行う例である。図８は図７の各部の信号波形図である。
図７において、５１は半導体レーザ(DFB-LD)、５２は電圧対光出力特性が周期的に変化するＭＺ型光変調器である。このＭＺ型光変調器５２において、５２ａ，５２ｂはLiNbO3基板上に形成され、光入力側で分岐し、また、光出力側で結合する光導路、５２ｃ，５２ｄは分岐した両側の光導路の光信号に位相変調を与える２つの信号電極、５２ｅ，５２ｆは各々の信号電極に相補的な駆動信号を入力する駆動信号入力端子、５２ｇ，５２ｈは信号電極にバイアス電圧を入力するバイアス電圧入力端子である。
【００３６】
５３は駆動信号発生部であり、光変調器５２の電圧対光出力特性（図１参照）の発光の頂点Ａとそれに隣接する消光の頂点Ｂ間の振幅Ｖπを有し、かつ、互いに相補的な２つの駆動信号（プッシュプル駆動信号）ＳＤ，ＳＤ′を発生する。この駆動信号発生部５３は、図３６のプリコーダ２１〜低域透過フィルタ２５Ａ，２５ｂまでの回路に相当し、２値の入力データを３値のプッシュプル駆動信号ＳＤ，ＳＤ′に変換して出力する。駆動信号ＳＤは、入力データが”１”であればＶπ又は０、入力データが０であればＶπ／２のレベルを有する３値の信号であり、駆動信号ＳＤ′は、入力データが”１”であれば−Ｖπ又は０、入力データが０であれば−Ｖπ／２のレベルを有する３値の信号である。
【００３７】
５４は所定の低周波信号ＳＬＦ、例えば周波数ｆ0=1KHz程度の低周波信号を発生する低周波発振器、５５は該低周波信号を一方の駆動信号ＳＤに重畳する低周波重畳回路であり、低周波信号通過用のコイルＬと直流カット用のコンデンサＣ１で構成されている。低周波重畳回路５５はバイアスティを用い、光変調器５２の入力端で駆動信号ＳＤの中心電圧を周波数f0の低周波信号で変化させている。５６はＭＺ型光変調器５２から出力される光信号を分岐する光分岐器、５７ａは分岐光を電気信号に変換するフォトダイオード等の受光器、５７ｂは受光器出力を増幅する増幅回路、５７ｃは位相比較器であり、低周波発振器５４から出力する低周波信号ＳＬＦと受光信号に応じた電気信号を入力され、位相比較によって受光信号に含まれる低周波信号を検出し、該検出低周波信号を変調器の動作点変動信号として出力するもの、５７ｄは位相比較器出力を平滑化するローパスフィルタである。受光器５７ａ、増幅回路５７ｂ、位相比較器５７ｃ及びローパスフィルタ５７ｄは光変調器の動作点変動を検出する図１の低周波信号検出部５７を構成する。位相比較の精度を上げるために、増幅回路５７ｂの後段に周波数f0のバンドパスフィルタを挿入することができる。
【００３８】
５８は光変調器５２の動作点変動の方向に応じて信号電極５２ａに印加するバイアス電圧Ｖb1を制御して動作点位置を制御するバイアス供給回路（動作点制御部）であり、バイアスティ５８ａと５０Ωの終端器５８ｂで構成されている。バイアスティ５８ａはバイアス電圧Ｖb1を光変調器の信号電極５２ａに供給するためのコイルＬ及び変調器からの高周波信号を終端器５８ｂに入力するコンデンサＣを有している。５９は変調器の他方の信号電極５２ｂにバイアス電圧Ｖb2を供給するＬ，Ｃ構成のバイアスティ、６０は終端器、６１、６２は駆動信号発生部５３から出力する駆動信号ＳＤ，ＳＤ′を光変調器５２の各信号電極に入力して駆動する駆動回路である。
第１実施例において光変調器５２に印加する変調器駆動電圧の振幅は２・Ｖπ(電圧対光出力特性の２つの発光の頂点Ａ，Ａ間の電圧)である。このため、駆動回路６１，６２から出力する互いに反転した振幅Ｖπの駆動信号（図８の（ａ），（ｄ）参照）を光変調器５２に入力するプッシュプル変調を行う。このプッシュプル変調により光変調信号の波長変動(チャーピング)を零にし、伝送波形劣化を小さくできる。
【００３９】
光変調器５２の電圧対光出力特性（図１）における横軸電圧は、両電極の電位の絶対値ではなく、両電極の電位差のみに依存している、このため、駆動回路６２に対応するバイアス電圧Ｖb2はバイアスティ５９を用いて零(または他の一定電圧)に固定しておき、駆動回路６１に対応するバイアス電圧Ｖｂ1のみ動作点変動に基づいて制御する（ＡＢＣ制御）。又、低周波重畳回路５５は、駆動回路６１から出力する駆動信号のみに低周波発振器５４から出力する低周波信号ＳＬＦ（図８の(ｂ)）を用いて低周波振幅変調を行う。
容量Ｃ1，Ｃ２，Ｃ３は、光変調器の信号電極に与えるバイアス電圧をこの位置で遮断するものである。但し、容量Ｃ３は低周波信号ＳＬＦが透過できるよう、充分大きな値にする必要がある。
【００４０】
低周波重畳回路５５の出力信号及び駆動回路６２の出力信号の中心はそれぞれ信号電極５２ａ，５２ｂのバイス電圧Ｖb1，Ｖb2(=0v)に一致するため、その信号波形は図８の(c)および(e)のようになる。この結果、両電極の電位差に相当した図８の(d)-(f)で示した振幅２・Ｖπを有し、かつ、オン側、オフ側の両包絡線ＥＵ，ＥＬが周波数ｆ0の低周波で、しかも、同位相で変調された変調器駆動電圧が光変調器５２に印加されることになる。
【００４１】
光変調器５２の動作点が最適値から変化した場合、光変調器５２から出力する光信号中に変化の方向に応じた位相の低周波信号成分が生じるから、以後、該低周波信号成分を打ち消す方向に光変調器のバイアス電圧Ｖb1を制御する。すなわち、光分岐器５６は光変調器５２から出力する光信号の一部を分岐し、受光器５７ａは光信号を光電変換し、増幅回路５７ｂは必要な振幅まで増幅して位相比較器５７ｃに入力する。位相比較器５７ｃは、低周波発振器５４から入力する低周波信号ＳＬＦと受光信号に応じた電気信号を入力され、位相比較によって受光信号中の低周波信号を抽出してバイアス供給回路５８に入力する。バイアス供給回路５８は、受光信号中の低周波信号成分が零となる方向にバイアス電圧Ｖb1を制御する。
以上、図７では駆動回路６１のみに低周波重畳を行う方法を示したが、駆動回路６１，６２から出力する駆動信号に同時に逆位相で同様の低周波振幅変調を行うことも可能である。この場合、図８の(d)-(f)で示す光変調器印加電圧の低周波変調振幅は２倍になる。
【００４２】
図９は第１実施例の光変調装置の第１変形例であり、図７と同一部分には同一符号を付している。第１実施例では、光変調器５２の入力端で駆動信号ＳＤの中心電圧を周波数f0の低周波信号で変化させているが、信号電極５２ｃに入力するバイアス電圧を周波数f0の低周波信号で変化することもできる。
図９において、第１実施例と異なる点は、
(1) 低周波発振器５４の出力とバイアス供給回路５８の出力端子を接続してバイアス電圧Ｖb1を周波数f0の低周波信号で変化する点、
(2) バイアス重畳回路５５を介して低周波信号で振幅が変化するバイアス電圧Ｖb1を光変調器５２の信号電極５２ｃに入力している点である。
なお、容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、光変調器の信号電極に与えるバイアス電圧をこの位置で遮断して駆動回路や低周波発振器に入力するの防止するものである。
図９の構成でも各部の信号波形は図１０に示すように第１実施例の波形と同じになる。すなわち、振幅２・Ｖπを有し、オン側、オフ側の包絡線ＥＵ，ＥＣが共に周波数ｆ0の低周波で、かつ、同位相で変調された変調器駆動電圧（図１０の(d)-(f)参照）が光変調器５２に印加する。以後の動作点制御は第１実施例と同じである。
【００４３】
図１１は第１実施例の光変調装置の第２変形例であり、図７と同一部分には同一符号を付している。第１実施例、第１変形例では、光変調器５２における変調信号を与える信号電極とその中心電圧を与えるバイアス電極が共通であったが、電極を駆動信号用とバイアス電圧用に分離して設けることができる。電極を分離することにより、バイアス電圧遮断用の容量Ｃ１，Ｃ２を省略できる。
図１１において、第１実施例と異なる点は、
(1) 低周波発振器５４の出力とバイアス供給回路５８の出力端子を接続してバイアス電圧Ｖb1を周波数f0の低周波信号で変化する点、
(2) 電極５２ｃ，５２ｄをそれぞれ駆動信号用とバイアス電圧用の電極５２ｃ1，５２ｃ2；５２ｄ1，５２ｄ2に分離している点、
(3) 信号用電極５２ｃ1，５２ｄ1に駆動回路６１、６２から出力する駆動信号を入力している点、
(4) バイアス重畳回路５５を介して低周波信号で振幅が変化するバイアス電圧Ｖb1を光変調器５２のバイアス電圧用電極５２ｃ2に入力し、バイアス電圧Ｖb2(=0)をバイアス電圧用電極５２ｄ2に入力し定る点、
(5) 容量Ｃ１，Ｃ２を削除した点、
である。
【００４４】
低周波重畳回路５５から出力するバイアス電圧は図８の(c)に示すように低周波信号が重畳した波形となる。又、駆動信号用とバイアス電圧用の電極を別々にした結果、光変調器５２には、図１２の(a)+(c)-(d)で示す変調器駆動電圧が入力する。この変調器駆動電圧は、振幅２・Ｖπを有し、オン側、オフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬが周波数ｆ0の低周波で、かつ、同位相で変調された波形を有している。尚、動作点制御は第１実施例と同じである。
尚、図１１では第１変形例（図９）の構成において、電極を駆動信号用とバイアス電圧用に分離した場合であるが、図７の第１実施例の構成において、電極を駆動信号用とバイアス電圧用に分離することもできる。
【００４５】
（ｂ）第２実施例
図１３は第２実施例の光変調装置の構成図、図１４は図１３の各部の信号波形図である。第２実施例は第１実施例と低周波信号を重畳する方法が異なるが、図１３の第２実施例において図７の第１実施例と同一部分には同一符号を付している。
第１実施例では、光変調器５２の入力端に低周波重畳回路５５を設け、駆動信号ＳＤの中心電圧を低周波信号で変化させる構成になっているが、第２実施例では駆動回路６１，６２の利得を低周波信号で変化させることにより、駆動信号を低周波信号で振幅変調する構成になっている。
図１３において、５１は半導体レーザ(DFB-LD)、５２はＭＺ型光変調器、５３は駆動信号発生部で、振幅Ｖπを有し、かつ、互いに相補的な２つの駆動信号（プッシュプル駆動信号）ＳＤ，ＳＤ′（図１４の(a),(e))を発生する。５４は周波数ｆ0の低周波信号ＳＬＦを発生する低周波発振器、５５′は振幅変調信号発生部で、低周波信号ＳＬＦを入力され、位相が1800ずれた２つの振幅変調信号ＳＡＭ1，ＳＡＭ2(図１４の(c),(f))を発生する。振幅変調信号発生部５５′は駆動信号に低周波信号を重畳する低周波重畳手段としての機能を有している。
【００４６】
５６はＭＺ型光変調器５２から出力する光信号を分岐する光分岐器、５７ａは受光器、５７ｂは受光器出力を増幅する増幅回路、５７ｃは受光信号に含まれる低周波信号成分を検出し、該低周波信号成分を光変調器５２の動作点変動信号として出力する位相比較器、５７ｄは位相比較器出力を平滑化するローパスフィルタ、５８は受光信号中の低周波信号成分に基づいて、すなわち、光変調器５２の動作点変動に基づいて信号電極５２ｃに印加するバイアス電圧Ｖb1を制御して動作点位置を制御するバイアス供給回路（動作点制御部）である。６１、６２は駆動信号発生部５３から出力する駆動信号ＳＤ，ＳＤ′をそれぞれ光変調器５２の信号電極５２ｃ，５２ｄに入力して駆動する駆動回路であり、ゲイン制御端子を備え、該端子に振幅変調信号発生部５５′から振幅変調信号ＳＡＭ1，ＳＡＭ2が入力する。容量Ｃ１，Ｃ２は、変調器の信号電極に与えるバイアス電圧をこの位置で遮断するためのものである。
【００４７】
駆動回路６１，６２に与える振幅変調信号ＳＡＭ1，ＳＡＭ2を図１４の(c)および(f)に示すように互い反転させることによって、各駆動回路６１，６２は図１４の(d)および(g)に示す駆動信号を出力する。この結果、光変調器５２に印加する変調器駆動電圧は両電極５２ｃ，５２ｄに与える電位差（図１４の(d)-(g)）となり、図８の第１実施例と同様の波形となる。従って、以後、第１実施例と同様の動作点制御が行われる。
尚、図１４において“１”，“０”は入力電気信号の論理に対応する。プッシュプル駆動のため、駆動信号(d)が“１”の瞬間に駆動信号(g)も“１”になるため、(d)-(g)の包絡線ＥＵはd1-g1となる。同様に、駆動信号(d)が“０”の瞬間に駆動信号(g)も“０”になるため、(d)-(g)の包絡線ＥＬはd0-g0となる。(e)は(a)の反転信号である。
【００４８】
図１５は第２実施例の光変調装置の変形例であり、図１３と同一部分には同一符号を付している。第２実施例では駆動信号を入力する電極とそのバイアス電圧を入力する電極が共通であったが、この変形例では電極を駆動信号用とバイアス電圧用に分離している。電極を分離することにより、信号電極にバイアス電圧が入力しないため、バイアス電圧遮断用の容量を省略できる。
図１５において、第２実施例と異なる点は、
(1) 電極５２ｃ，５２ｄをそれぞれ駆動信号用とバイアス電圧用の電極５２ｃ1，５２ｃ2；５２ｄ1，５２ｄ2に分離している点、
(2) 信号用電極５２ｃ1，５２ｄ1に駆動回路６１、６２から出力する駆動信号を入力している点、
(3) バイアス電圧Ｖb1(=Ｖb），Ｖｂ2(=0)を光変調器５２のバイアス電圧用電極５２ｃ2に入力し、バイアス電圧Ｖb2(=0)をバイアス電圧用電極５２ｄ2に入力している点、
(4) 容量Ｃ１，Ｃ２を削除した点、
である。
【００４９】
駆動回路６１，６２に与える振幅変調信号ＳＡＭ1，ＳＡＭ2を図１６の(c)および(f)に示すように互い反転させることによって、各駆動回路６１，６２より図１６の(d)および(g)に示す駆動信号が出力する。図１５の変形例では、駆動信号用とバイアス電圧用の電極を別々にした結果、光変調器５２に印加する変調器駆動電圧は両信号電極５２ｃ1，５２ｄ1に入力する電位差にバイアス電極５２ｃ2のバイアス電圧Ｖb1(=Ｖb)を加えた値となり、該変調器駆動電圧波形は図１６の(d)+(h)-(g)で示すようになり、第２実施例と同様の波形となる。
【００５０】
（ｃ）第３実施例
図１７は第３実施例の光変調装置の構成図であり、図１３の第２実施例と同一部分には同一符号を付している。第２実施例では駆動信号ＳＤ，ＳＤ′の両方を低周波信号で振幅変調し、これにより変調器駆動電圧のオン側及びオフ側を同位相の低周波信号で変調する。第２実施例では駆動信号ＳＤ，ＳＤ′の一方のみ低周波信号で振幅変調し、これにより変調器駆動電圧のオン側あるいはオフ側の一方のみ低周波信号で変調する。
図１７において、図１３の第２実施例と異なる点は、周波数ｆ0の低周波信号ＳＬＦを振幅変調信号ＳＡＭ1として駆動回路６１のゲイン制御端子に入力し、駆動回路６２のゲインは制御していない点である。振幅変調信号ＳＡＭ1を駆動回路６１のゲイン制御端子に入力すると該駆動回路の利得が変化する。この結果、駆動回路６１は図１８の(c)で示すような駆動信号を出力する。一方、駆動回路６２はゲインが一定であるため、バイアス電圧Ｖb2(=0)を中心とする図１８の(e)で示す駆動信号を出力する。この結果、光変調器５２に印加する変調器駆動電圧は両電極５２ｃ，５２ｄに与える電位差（図１８の(c)-(e)）となり、図３の原理図で示す波形となる。従って、以後、光変調器５２から出力する光信号に含まれる周波数0の低周波信号成分が零となるように動作点制御を行う。
【００５１】
（ｄ）第４実施例
図１９は第４実施例の光変調装置の構成図であり、図１３の第２実施例と同一部分には同一符号を付している。第２実施例では駆動信号ＳＤ，ＳＤ′を低周波信号ＳＡＭ1及びその反転信号ＳＡＭ2でそれぞれ変調し、これにより変調器駆動電圧のオン側及びオフ側を同位相の低周波信号で変調する。第４実施例では駆動信号ＳＤ，ＳＤ′を振幅の異なる同一位相の低周波信号ＳＡＭ1，ＳＡＭ2により振幅変調し、これにより変調器駆動電圧のオン側、オフ側を同位相で、振幅の異なる低周波信号で変調する。
【００５２】
図１９において、図１３の第２実施例と異なる点は、
(1) 振幅変調信号発生部５５′に変えて、ゲインの異なるアンプで構成した第１、第２の振幅変調信号発生部５５ａ，５５ｂを設け、それぞれに低周波信号ＳＬＦを入力した点、
(2) 第１の振幅変調信号発生部５５ａから出力する振幅変調信号ＳＡＭ1を駆動回路６１のゲイン制御端子に入力し、第２の振幅変調信号発生部５５ｂから出力する振幅変調信号ＳＡＭ2を駆動回路６２のゲイン制御端子に入力した点である。
駆動回路６１，６２に与える振幅変調信号ＳＡＭ1，ＳＡＭ2を図２０の(c)および(f)に示すように振幅変えることによって、各駆動回路６１，６２は図２０の(d)および(g)に示す駆動信号を出力する。この結果、光変調器５２に印加する変調器駆動電圧は両電極５２ｃ，５２ｄに与える電位差（図２０の(d)-(g)）となり、図４の原理図で示す波形となる。従って、以後、光変調器５２から出力する光信号に含まれる周波数0の低周波信号成分が零となるように動作点制御を行う。
【００５３】
（ｄ）第５実施例
図２１は第５実施例の光変調装置の構成図であり、図１３の第２実施例と同一部分には同一符号を付している。第２実施例では駆動信号ＳＤ，ＳＤ′を同一の低周波信号ＳＡＭ1及びその反転信号ＳＡＭ2でそれぞれ変調し、これにより変調器駆動電圧のオン側及びオフ側を同位相の低周波信号で変調する。第５実施例では駆動信号ＳＤ，ＳＤ′を周波数の異なる低周波信号ＳＡＭ1，ＳＡＭ2により振幅変調し、これにより変調器駆動電圧のオン側、オフ側を異なる周波数信号で変調する。
【００５４】
図２１において、図１３の第２実施例と異なる点は、
(1) 周波数ｆ1，ｆ2の低周波信号をそれぞれ発生する第１、第２の低周波信号発生器５４ａ，５４ｂを設けた点、
(2) 周波数ｆ1の低周波信号ＳＬＦ1を振幅変調信号ＳＡＭ1として駆動回路６１のゲイン制御端子に入力し、周波数ｆ2の低周波信号ＳＬＦ2を振幅変調信号ＳＡＭ2として駆動回路６２のゲイン制御端子に入力している点、
(3) 低周波発振器５４ａ，５４ｂから出力する低周波信号ＳＬＦ1，ＳＬＦ2と受光信号に応じた電気信号をそれぞれ入力され、受光信号に含まれる周波数ｆ1，ｆ2の低周波信号成分を検出して出力する第１、第２の位相比較器５７ｃ1．５７ｃ2を設けた点、
(4) 第１、第２の位相比較器５７ｃ1．５７ｃ2から出力する信号を平滑化するローパスフィルタ５７ｄ1，５７ｄ2を設けた点、
(5) 受光信号に含まれる周波数ｆ1，ｆ2の低周波成分の平均値を演算してバイアス供給回路５８に入力する平均化回路５７ｅを設けた点、
(6) バイアス供給回路５８は前記平均値が零となるようにバイアス電圧を制御する点である。
【００５５】
周波数ｆ1の振幅変調信号ＳＡＭ1を駆動回路６１のゲイン制御端子に入力すると該駆動回路の利得が変化し、駆動回路６１は図２２の(ｄ)で示すような駆動信号を出力する。又、周波数ｆ2の振幅変調信号ＳＡＭ2を駆動回路６２のゲイン制御端子に入力すると該駆動回路の利得が変化し、駆動回路６２は図２２の(ｇ)で示すような駆動信号を出力する。この結果、光変調器５２に印加する変調器駆動電圧は両電極５２ｃ，５２ｄに与える電位差（図２２の(d)-(g)）となり、図５の原理図で示す波形となる。従って、以後、光変調器５２から出力する光信号に含まれる周波数ｆ1，ｆ2の低周波信号成分が零となるように動作点制御を行う。例えば、光変調器５２のバイアス点が最適値から変化すると、光信号に低周波数f1,f2の両信号成分が現れ、各信号の位相はバイアス点を最適位置に変化させるための制御の方向を与える。そこで、平均化回路５７ｅにおいて両信号成分の平均値を演算し、該平均値が零なるようにバイアス制御を行うことにより、制御の精度を向上することが出来る。
【００５６】
（ｅ）第６実施例
図２３は第６実施例の光変調装置の構成図であり、図１３の第２実施例と同一部分には同一符号を付している。第２実施例では駆動信号ＳＤ，ＳＤ′を低周波信号ＳＡＭ1及びその反転信号ＳＡＭ2でそれぞれ変調し、これにより変調器駆動電圧のオン側及びオフ側を同位相の低周波信号で変調する。第６実施例では駆動信号ＳＤ，ＳＤ′を位相の異なる低周波信号ＳＡＭ1及びその反転信号ＳＡＭ2でそれぞれ変調し、これにより変調器駆動電圧のオン側及びオフ側を異なる位相の低周波信号で変調する。
【００５７】
図２３において、図１３の第２実施例と異なる点は、
(1) 周波数ｆ0の低周波信号ＳＬＦを所定時間Ｔだけ遅延する第１の遅延回路７１を設け、この遅延回路７１から出力する遅延信号を振幅変調信号ＳＡＭ2として駆動回路６２のゲイン制御端子に入力する点、
(2) 低周波信号ＳＬＦを第１の遅延回路７１の遅延時間の半分（＝Ｔ／２）、遅延して位相比較器５７ｃに入力する第２の遅延回路７２を設けた点、
(3) 位相比較器５７ｃは遅延差Ｔ／２の遅延回路７２から出力する低周波信号と光信号中の低周波信号成分との位相比較をすることによって光変調器におけるバイアス点の変化の方向を検知する点である。
【００５８】
低周波信号ＳＬＦを反転して得られる振幅変調信号ＳＡＭ1を駆動回路６１のゲイン制御端子に入力すると該駆動回路の利得が変化する。この結果、駆動回路６１は図２４の(ｄ)で示すような駆動信号を出力する。又、低周波信号ＳＬＦの位相をＴ遅延した振幅変調信号ＳＡＭ2を駆動回路６２のゲイン制御端子に入力すると該駆動回路の利得が変化し、駆動回路６２は図２４の(ｇ）で示すような駆動信号を出力する。この結果、光変調器５２に印加する変調器駆動電圧は両電極５２ｃ，５２ｄに与える電位差（図２４の(d)-(g)）となり、図６の原理図で示す波形となる。従って、以後、光変調器５２から出力する光信号に含まれる周波数ｆ0の低周波信号成分が零となるように動作点制御を行う。
例えば、光変調器５２のバイアス点が変動すると、その変化方向に応じた位相遅延であって遅延量Ｔ／２の低周波信号成分が光信号中に現れる。よって、遅延差Ｔ／２の遅延回路７２を介して入力する低周波信号と光信号中の低周波信号を位相比較することによって、光変調器におけるバイアス点の変化の方向を検知することができる。
【００５９】
（ｆ）第７実施例
図２５は第７実施例の光変調装置の構成図であり、図７の第１実施例と同一部分には同一符号を付している。又、各部の信号波形は図８の第１実施例における信号波形と同じになる。
第１実施例では低周波発振器５４で発生した周波数ｆ0と同じ周波数成分を光信号中から検出して動作点制御を行ったが、図２〜図６の原理説明図から分かるように、光変調器の動作点が最適値にあるとき、光信号中に周波数ｆ0の２倍（＝２・ｆ0）の低周波信号成分が現われ、該信号成分が最大になる。そこで、第７実施例では、光信号中に含まれるこの周波数２・ｆ0の低周波信号成分を検出し、該信号成分が最大になるように動作点制御を行う。
【００６０】
図２５に示すように、第１実施例の構成に加えて低周波発振器５４から出力する低周波信号ＳＬＦの周波数ｆ0を２倍にする逓倍器７３を設ける。位相比較器５７ｃは逓倍器７３から出力する周波数２・ｆ0の低周波信号と光変調器から出力する光信号に応じた電気信号が入力され、位相比較により光信号中に含まれる周波数２・ｆ0の低周波信号を検出し、バイアス供給回路５８は該低周波信号成分が最大になる方向に光変調器の信号電極５２ｃに入力するバイアス電圧を制御する。
【００６１】
（ｇ）第８実施例
以上の実施例では、光変調器５２の電圧対光出力特性の発光の頂点Ａとそれに隣接する消光の頂点Ｂ間の振幅Ｖπを有し、かつ、互いに相補的な２つの駆動信号（プッシュプル駆動信号）ＳＤ，ＳＤ′を発生して両側駆動型光変調器の２つの信号電極に入力し、これにより光変調器に２・Ｖπの変調器駆動電圧を印加する。しかし、プッシュプル変調により光変調信号の波長変動(チャーピング)を零にし、伝送波形劣化を小さくする目的であれば、必ずしも光変調器に２・Ｖπの変調器駆動電圧を印加する必要はない。そこで、第８実施例では振幅Ｖπ／２の互いに相補的な２つの駆動信号ＳＰ，ＳＰ′を発生して両側駆動型光変調器の２つの信号電極に入力し、これにより光変調器にＶπの変調器駆動電圧を印加してＮＲＺ光信号又はＲＺ光信号を生成する。
【００６２】
図２６はかかる本発明の第８実施例の光変調器の構成図、図２７は各部信号波形図である。図２６において、図７の第１実施例と同一部分には同一符号を付している。第８実施例において図７の第１実施例と異なる点は、
(1) 振幅Ｖπ／２の互いに相補的な２つの駆動信号ＳＰ，ＳＰ′を発生するプッシュプル駆動信号発生部７４を設けた点、
(2) 低周波重畳回路５５において、変調器駆動電圧のオン側とオフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬの位相が1800ずれるように駆動信号ＳＰに周波数ｆ0の低周波信号を重畳する点(図２７の(c)参照)、
(3) 変調器駆動電圧の振幅をＶπにし、かつ、該変調器駆動電圧のオン側とオフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬの位相が1800ずれるようにした点（図２７の(d)-(f)参照)、である。
【００６３】
低周波重畳回路５５の出力信号及び駆動回路６２の出力信号の中心はそれぞれ信号電極５２ａ，５２ｂのバイス電圧Ｖb1，Ｖb2(=0v)に一致する。このため、これら出力信号波形は図２７の(d)および(f)のようになる。この結果、両電極の電位差に相当した図２７の(d)-(f)で示した振幅Ｖπを有し、かつ、オン側、オフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬが周波数ｆ0の低周波で、しかも、1800位相差を持って変調された変調器駆動電圧が光変調器５２に印加される。
光変調器５２の動作点が最適値から変化した場合、光変調器５２から出力する光信号中に変化の方向に応じた位相の低周波信号成分が生じるから(図３５参照）、以後、該低周波信号成分を打ち消す方向に光変調器のバイアス電圧Ｖb1を制御する。
以上第８実施例によれば、プッシュプル変調により光変調信号の波長変動(チャーピング)を零にし、伝送波形劣化を小さくでき、しかも、バイアス電圧制御により動作点変動を補償することができる。
【００６４】
第８実施例では低周波発振器５４で発生した周波数ｆ0と同じ周波数成分を光信号中から検出して動作点制御を行ったが、第７実施例（図２５参照）と同様に光信号中に含まれる周波数２・ｆ0の低周波信号成分を検出し、該信号成分が最大になるように動作点制御を行うように構成することもできる。
又、以上では、変調器駆動電圧のオン側とオフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬの位相が1800ずれるように駆動信号ＳＰに周波数ｆ0の低周波信号を重畳したが、以下のようにすることもできる。すなわち、
(1) 変調器駆動電圧のオン側とオフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬのいずれかの包絡線のみ変化するように駆動信号に低周波信号を重畳する、あるいは、
(2) 変調器駆動電圧のオン側とオフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬの振幅が異なるように駆動信号に低周波信号を重畳する、あるいは、
(3) 変調器駆動電圧のオン側とオフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬの周波数が異なるように駆動信号に低周波信号を重畳する、あるいは、
(4) 変調器駆動電圧のオン側とオフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬの位相が異なるように駆動信号に低周波信号を重畳し、
光信号から低周波数ｆ0と同じ周波数成分を検出して動作点制御を行う。これら動作点制御に際しては、第２実施例〜第６実施例の構成を適用することができる。
【００６５】
（ｈ）第９実施例
光変調器の電圧対光出力特性は電圧２・Ｖπを１周期とする周期性を備えている。従って、光変調器の電圧対光出力特性上の駆動範囲を切り換える機能を光変調装置に付加することができる。
例えば、ＮＲＺ変調においてＶπの駆動振幅で変調を行う場合、図２８（ａ）に示すようにバイアス電圧をＶbAとＶbBとの間でＶπ分シフトさせる機能を光変調装置に付加し、該バイアス電圧のシフトにより、駆動電圧の範囲をＡからＢに変化させる。この動作点シフトは、両側駆動の光変調器を用いてＮＲＺ信号、ＲＺ信号を生成する第８実施例の光変調装置（図２６参照）にも、そのまま適用できる。
【００６６】
また、光ディオバイナリ変調等、２・Ｖπの駆動振幅で変調を行う場合、図２８（ｂ）に示すようにバイアス電圧をＶbAとＶbBの間で２・Ｖπ分シフトさせる機能を光変調装置に付加し、該バイアス電圧のシフトにより、駆動電圧の範囲をＡからＢに変化させる。
以上の動作点切替は、波長変動(チャーピング)を伝送に有利な方向に設定する場合や、電圧対光出力特性曲線の形状が適正な範囲を選択する必要がある場合などに適用でき、外部からの切替信号によって意図的に一定電圧分シフトさせることで実現できる。
【００６７】
図２９は動作点シフト機能を備えた第９実施例の光変調装置の構成図であり、図７の第１実施例と同一部分には同一符号を付している。
動作点切替回路８１は外部からの切替信号ＣＳによってバイアス電圧を一定電圧分シフトし、電圧対光出力特性の駆動範囲を切り替えるものである。
動作点リセット回路８２は外部からの動作点リセット信号ＲＳにより、強制的にバイアス点を零に設定しなおすものである。(1) システム運用開始時や、(2) システム運用中のバイアス点ドリフトが大きくなって安定化制御された変調器のバイアス電圧が許容範囲以上に大きくなった場合などにおいて、バイアス点をリセットする必要がある。かかる場合、動作点リセット回路８２は外部から入力する動作点リセット信号ＲＳにより、強制的にバイアス点を零に設定する。
【００６８】
図２９では、動作点切替回路８１を一定電圧電源(可変電圧電源でも可)とバイアス供給線を切り換えるスイッチ構成で実現し、又、動作点リセット回路８２を接地電位(GND)とバイアス供給線を切り換えるスイッチ構成で実現している。しかし、同様の動作点切替機能、動作点リセット機能を実現できれば他の方法でもよい。又、必要に応じて外部から動作点切替信号ＣＳや動作点リセット信号ＲＳを入力し、その信号に従って、動作点切替回路における動作点切替や、動作点リセット回路における動作点リセットを行う。
尚、図２９の動作点シフト及び動作点リセットの構成を図２６の第８実施例にそのまま適用することができる。
【００６９】
（ｉ）受光器の位置
以上の各実施例においては、光変調器の外部に光分岐部５６および受光器５７ａを設けたが、図３０（ａ）に示すように、受光器３７ａを光変調器５２の LiNbO3基板５２ｉ内に内蔵させ、光変調器内に生じる放射光強度を検出することで同様の機能を満たすように構成することもできる(ECOC'97vol.2 pp167-170, Y,Kubota et al.,"10Gb/s Ti;LiNb03 Mach-Zehnder modulator with Built-in Monitor Photodiode Chip")。
すなわち、ＭＺ型光変調器５２の消光時、分岐光導路５２ａ，５２ｂを伝搬する1800位相のずれた光が結合しても実際には光エネルギーは消えず、光導路の幅でモードの結合が生じ、余剰モードによる放射光が干渉点から光導路の外側に放射する。この放射光は基板を真上から見ると、図３０（ｂ）に示すように分岐光導路５２ａ′の延長線方向に放射する。そこで、該延長線方向の所定の位置に孔ＨＬを掘って受光器５７ａを埋め込み、該受光器に電気配線を行う。このようにすれば、光分岐器や外部の受光器が不要になり構成を簡略化できる。
【００７０】
（ｊ）任意の偏波状態の入力光にも対応する構成
光源と光変調器の間のファイバ引回しが長い場合や定偏波構成になっていない場合などでは、光変調器が任意の偏波に対して変調を行えるように構成する必要がある。図３１はかかる場合に対応できるＭＺ型光変調器の構成例であり、５２ａ，５２ｂは光変調器内で二つに分岐された光導路、５２ｃ，５２ｄは各光導路中の光信号を変調するための電気信号が入力される電極、９１、９２は光導波路の中央部に挿入された半波長板であり、孔を掘って複屈折性を持つ材質を光導路中に埋め込み、その幅を複屈折による偏波モード間の行路差が信号波長のλ／２となるようにする。
【００７１】
光変調器の光導路における位相変調の効率は光偏波状態のＴＥモードよりＴＭモードが良い。ＴＥモード成分とＴＭモード成分が混じった任意の偏光が入力された場合、ＴＭモード成分は光導路５２ａ，５２ｂの前半(半波長板の前)で位相変調を受けた後、半波長板９１，９２によってＴＥモード成分に変換され、光導路の後半(半波長板の後)では位相変調を受けない。逆に、ＴＥモード成分は導波路の前半で位相変調を受けず、半波長板９１，９２によってＴＭモード成分に変換され、光導路の後半において位相変調を受ける。
よって、光導路の前半と後半の各々に、必要とされる位相変調量を得るための電極長等の設計を行うことで、任意の偏光が入射した場合においても変調を行うことが可能になる。
以上、本発明を実施例により説明したが、本発明は請求の範囲に記載した本発明の主旨に従い種々の変形が可能であり、本発明はこれらを排除するものではない。
【００７２】
【発明の効果】
以上本発明によれば、電圧対光出力特性の二つの発光の頂点または二つの消光の頂点間の振幅２・Ｖπを有する電気駆動信号で光変調器を駆動する際、簡単な構成で、光変調器から出力する光信号より低周波信号成分を確実に検出でき、この低周波信号成分を用いて光変調器の電圧対光出力特性の変動、すなわち、動作点変動を補償することができる。又、光デュオバイナリ変調方式において本発明の動作点制御方法を適用することにより、波長分散による影響を低減でき、しかも、プッシュプル駆動のため、波長変動（チャーピング）を減少することができる。
【００７４】
又、本発明によれば、両側駆動構成の光変調器を用いる場合であっても、簡単な構成で、光変調器から出力する光信号より低周波信号成分を検出して、変調器の電圧対光出力特性の変動に伴う動作点変動を補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光変調装置の原理構成図である。
【図２】本発明の第１の原理説明図（電気駆動信号のオン側／オフ側に同位相の低周波変調を行うもの）である。
【図３】本発明の第２の原理説明図（電気駆動信号のオン側のみに低周波変調を行うもの）である。
【図４】本発明の第３の原理説明図（電気駆動信号のオン側／オフ側に異なる振幅の振幅変調を行うもの）である。
【図５】本発明の第４の原理説明図（電気駆動信号のオン側／オフ側に異なる周波数の低周波変調を行うもの）である。
【図６】本発明の第５の原理説明図（電気駆動信号のオン側／オフ側に異なる位相の低周波変調を行うもの）である。
【図７】第１実施例の光変調装置の構成図である。
【図８】図７の各部信号波形図である。
【図９】第１実施例の光変調装置の第１の変形例である。
【図１０】図９の各部信号波形図である。
【図１１】第１実施例の光変調装置の第２の変形例である。
【図１２】図１１の各部信号波形図である。
【図１３】第２実施例の光変調装置である。
【図１４】図１３の各部信号波形図である。
【図１５】第２実施例の光変調装置の変形例である。
【図１６】図１５の各部信号波形図である。
【図１７】第３実施例の光変調装置である。
【図１８】図１７の各部信号波形図である。
【図１９】第４実施例の光変調装置である。
【図２０】図１９の各部信号波形図である。
【図２１】第５実施例の光変調装置である。
【図２２】図２１の各部信号波形図である。
【図２３】第６実施例の光変調装置である。
【図２４】図２３の各部信号波形図である。
【図２５】第７実施例の光変調装置である。
【図２６】第８実施例の光変調装置である。
【図２７】図２６の各部信号波形図である。
【図２８】変調器のバイアス点切り換えの説明図である。
【図２９】第９実施例の光変調装置である。
【図３０】受光器を基板内に内蔵する場合の説明図である。
【図３１】任意の偏波に対しても変調が可能な光変調器の構成図である。
【図３２】マッハツェンダ型光変調器の説明図である。
【図３３】光変調器の動作点変動による問題点説明図である。
【図３４】ＮＲＺ変調方式における光変調器動作点安定化回路の構成図である。
【図３５】ＮＲＺ変調方式における光変調器の動作点安定化回路の原理図である。
【図３６】光デュオバイナリ変調方式の変調部の構成例である。
【図３７】光デュオバイナリ変調方式の原理説明図である。
【図３８】光デュオバイナリ変調方式の別の原理説明図である。
【図３９】光デュオバイナリ変調器の各部信号波形図である。
【図４０】ＮＲＺ変調方式と同様の方式を光デュオバイナリ変調方式に適用した場合の説明図である。
【符号の説明】
５１・・半導体レーザ(DFB-LD)５２・・光変調器（例えばＭＺ型光変調器）
５３・・駆動信号発生部
５４・・低周波発振器
５５・・低周波重畳部
５６・・光分岐器
５７・・低周波信号検出部
５８・・動作点制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は光変調装置及び光変調器の制御方法に係わり、特に、電圧対光出力特性が周期的に変化する光変調器の動作点が温度変化や経年変化により変動しても、該動作点変動を安定に補償できる光変調装置及び光変調器の制御方法に関する。より具体的に言えば、本発明は、時分割多重あるいは波長多重方式の光伝送システムに使用する光送信機におけるマッハッエンダ型光変調器（ＭＺ型光変調器）の動作点案定化制御方式に関するものである。
近年、急激な情報量の増加に伴い、光通信システムの大容量化・長距離化が望まれてきている。現在は、伝送速度 10 Gb/sの光増幅中継システムが実用化されつつある。今後、更なる大容量化が必要とされ、時分割多重(TDM)方式、波長多重(WDM)方式の両面からの研究開発が進められている。
【０００２】
【従来の技術】
・直接変調方式
光通信システムにおける電気−光変換回路としては、強度変調−直接検波方式(直接変調方式)が最も簡易な方式である。この方式は、半導体レーザに流れる電流をデータ信号の“０”、“１”により直接オン/オフして光の発光/消光を制御するものである。しかし、レーザ自身を直接オン/オフすると半導体の性質で光信号に波長変動(チャーピング)が生じる。波長変動はデータ伝送速度(ビットレート)が速くなる程、悪影響を与える。これは波長が違うと伝搬速度が変化するという波長分散の性質がファイバにあるためであり、直接変調により波長変動が生じると伝搬速度の遅速が生じ、ファイバを伝搬する間に波形が崩れ、長距離伝送、高速伝送が困難となる。
【０００３】
・外部変調方式
このため、2.5G、 10Gbpsの高速伝送では、レーザダイオードを連続的に発光させ、このレーザダイオードから発生した光を外部変調器でデータの”１”，”０”によりオン／オフする外部変調方式が行われている。外部変調器としては、マッハツェンダ型光変調器（ＭＺ型光変調器）が主流を占めている。図３２はマッハツェンダ型光変調器の説明図であり、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は変調動作説明図である。
図中、１は1Gbps以上の長距離伝送に用いられる分布帰還型型半導体レーザ(DFB-LD)、２はＭＺ型光変調器、３ａ、３ｂは光ファイバである。ＭＺ型変調器２は透明なLiNbO3基板上に、(1) レーザダイオード１からの光信号を導く入力光導路２ａと、(2) 分岐光導路２ｂ，２ｃと、(3) 変調光を出力する出力光導路２ｄが形成されると共に、(4) 分岐した両側の光導路２ｂ，２ｃの光信号に位相変調を与える二つの信号電極２ｅ，２ｆと、(5) 一方の信号電極２ｅにＮＲＺの電気駆動信号を入力する信号入力端子２ｇが形成されている。
【０００４】
データの"1", "0"により信号電極２ｅ，２ｆに印加する電圧を制御すれば、光導路２ｅ、２ｆに屈折率差が発生して各光導路の光信号間の光波の位相が変化する。例えば、データが"0"であれば、光導路２ｅ、２ｆの光信号間の光波の位相差が1800になるように制御し、データが"1"であれば、光導路２ｅ、２ｆの光信号間の光波の位相差が00となるように制御する。このようにすれば、各光導路２ｅ，２ｆの光信号を重ね合わせることにより入力光をデータの"1", "0"により変調(発光/消光)して出力できる。
ＭＺ型光変調器１の電極間印加電圧と光出力特性は（ｂ）に示すように印加電圧に応じて周期的に変化する特性を有している。Ａは発光の頂点、Ｂは消光の頂点であり、１周期の電圧幅は２Ｖπである。従って、データが"1"のとき信号電極２ｅ，２ｆ間に振幅Ｖπの電圧を入力することにより発光し、データが"0"のとき信号電極２ｅ，２間に電圧0を入力することにより消光する。
【０００５】
以上のＭＺ型光変調器は、送信光の波長変動が小さいという利点があるが、基板材質のLiNb03の温度変化、長時間の電界印加、経時変化に伴って、基板自体が分極化し、基板表面に電荷が滞留して信号電極間のバイアス電圧が変動する。このため、ＭＺ型光変調器の電圧対光出力特性が図３３の理想曲線ａから左右に変動して曲線ｂ，ｃに示すようになる問題が生じる。すなわち、ＭＺ型光変調器の動作点が時間的に変動(ドリフト)し、光のオン／オフレベルが符号間干渉を起こす問題が生じる。
【０００６】
・ＮＲＺ変調方式におけるバイアス制御方法
そこで、従来は動作点を安定にするために、曲線が右に移動したらバイアス電圧をその分増加し、曲線が左に移動したらバイアス電圧をその分減少する制御を行っている。すなわち、電気駆動信号に低周波信号を重畳して動作点の変動量及び変動方向を検出し、フィードバックによりバイアス電圧を制御する補償方法(以後Automatic bias control(ABC)方法と呼ぶ)が提案されている(特開平3-251815号公報参照)。図３４は現状の変調器動作点補償方法を実現する光変調器動作点安定化回路の構成図、図３５は動作点安定化の原理説明図である。
【０００７】
図３４において、１は半導体レーザ(DFB-LD)、２はＭＺ型光変調器（ＬＮ光変調器）、３ａ、３ｂは光ファイバ、４は駆動回路であり、ＮＲＺ電気信号（データ信号）を入力され、ＭＺ型光変調器２の電圧対光出力特性の発光の頂点Ａとそれに隣接する消光の頂点Ｂ間の振幅（=Ｖπ)を有する電気駆動信号ＳＤを発生するもの、５は低周波数ｆ0例えば１ＫＨｚ程度の低周波信号を発生する低周波発振器、６は該低周波信号を駆動信号ＳＤに重畳する低周波重畳回路、７は光変調器から出力する光信号を分岐する光分岐器、８は光変調器から出力される光信号を電気信号に変換するフォトダイオード等の受光器（ＰＤ）、９はアンプ、１０は位相比較器であり、光変調器２から出力する光信号に含まれる周波数ｆ0の低周波信号成分と、該低周波信号成分と低周波発振器５から出力する低周波信号の位相差θを検出して出力するもの、１１は位相比較器１０の出力信号を整流するローパスフィルタ（ＬＰＦ）、１２は信号電極に印加するバイアス電圧を制御して前記位相差θが零となるようにするバイアス供給回路である。
低周波重畳回路６はＭＺ型光変調器２の駆動信号を低周波数f0の信号で振幅変調し、受光器８は光変調器２の出力光を電気信号に変換し、位相比較器１０は駆動信号に与えた低周波信号と光信号に含まれる低周波信号成分との位相比較を行い、バイアス供給回路１２は位相差θが零となるように信号電極に印加するバイアス電圧を制御する。
【０００８】
ＭＺ型光変調器の最適な動作点は、駆動信号ＳＤの波形の両レベルが最大及び最小の出力光電力を与える点Ａ，Ｂ（図３５）である。このとき、ＭＺ型光変調器２の電圧対光出力特性に変動がない理想の状態（曲線ａ）では、駆動信号ＳＤに低周波数f0の信号ＳＬＦが重畳されていても、出力光の上下の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬにはf0成分が含まれず、f0の２倍の周波数成分が現れる。
一方、特性曲線がａからｂあるいはｃに示すように左または右にずれると（動作点が左右にずれると）、光出力の上下包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬが共に同位相で変調された信号となり、かつ、f0成分を含む信号となる。又、特性曲線ｂと特性曲線ｃとでは出力光の上下の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬの位相が反転する。
以上より、駆動信号にかけた低周波信号ＳＬＦと光信号中に含まれる低周波信号成分の位相を比較することにより、動作点の変動方向を検出することができ、該位相差が零となるようにバイアス電圧制御を行うことができる。
【０００９】
・光デュオバイナリ変調方式
時分割(TDM)方式によって大容量化を図る場合、波長分散(GVD)が伝送距離を制御する要因になる。分散耐力はデータ伝送速度（ビットレート）の二乗に反比例するために、10 Gb/sシステムにおいて約800ps/nmであった分散耐力が、40 Gb/sシステムにおいては、1/16の約50 ps/nmと厳しくなる。波長分散による波形劣化を低減する方法の一つとして、光デュオバイナリ変調方式が考えられている (例えば A.J.Price et al.,"Reduced bandwidth optical digital intensity moudulation with improved chromatic dispersion tolerance",Electron.Lett.,vol.31,No.1,pp.58-59,1995)。
【００１０】
光デュオバイナリ方式はＮＲＺ変調方式に比べ、光信号スペクトルの帯域幅を約半分にして波長分散による影響を低減する。例えば、10Gb/s ＮＲＺ信号における光信号スペクトルの帯域幅は周波数にして10GHz、波長にして0.2nmあるが、10Gb/s デュオバイナリ信号における光信号スペクトルの帯域幅は周波数にして5GHz、波長にして0.1nmと半減する。波長により光の伝搬速度が異なるから光信号スペクトルの帯域幅が大きい程伝搬速度の変化幅が大きくなり、長距離伝送による波形の崩れが大きくなる。従って、光デュオバイナリ方式により光信号スペクトルの帯域幅を小さくできれば速度変動幅が小さくなり分散耐力が増大する。
【００１１】
図３６は光デュオバイナリ変調方式による変調部の構成図、図３７及び図３８は光デュオバイナリ変調方式の原理説明図、図３９は各部信号波形図である。
図３８において、１は半導体レーザ(DFB-LD)、２はＭＺ型光変調器であり、両側光導路の光信号にそれぞれ位相変調を与える２つの信号電極と各々の信号電極に相補的な駆動信号を入力する駆動信号入力端子を備えている。
２１は40Gb/sの２値のＮＲＺ電気入力信号を符号化するプリコーダ、２２はプリコーダ出力を40GHzのクロックで打ち抜いて記憶し、非反転信号Ｄ及び反転信号＊Ｄを出力するD-FF(D型フリップフロップ)、２３ａ，２３ｂはD-FFの出力位相を調整する位相調整部、２４ａ，２４ｂは振幅調整部、２５ａ，２５ｂはビットレート(=40Gb/s)の1/4程度の帯域を有する電気の低域透過フィルタ、２６ａ，２６ｂはバイアス調整回路（バイアスティ）、２７ａ，２７ｂは終端器である。プリコーダ２１によって符号化された２値のＮＲＺ電気入力信号を低域フィルタ２５ａ，２５ｂを透過することで符号が反転した３値の電気信号Ｓ１，Ｓ２にし、更に、これらをバイアス調整回路２６ａ，２６ｂを通すことで、相補的な３値の電気駆動信号（プッシュプル信号）Ｓ１′，Ｓ２′を発生してＭＺ型光変調器２の２つの対称信号電極に印加する。
【００１２】
ＭＺ型光変調器２はその電圧対光出力特性より、光のオン・オフに必要な駆動振幅は一般にＶπである（図３７（ｂ）参照）。しかし、光デュオバイナリ方式においては、２つの信号電極の各々に振幅Ｖπでプッシュプル変調(両電極に常に逆符号の電圧が印加する変調)を行う。このため、光変調器２の印加電圧は入力信号Ｓ１′，Ｓ２′の電圧差（＝Ｓ１′−Ｓ２′）になる。すなわち、光デュオバイナリ変調方式において、ＭＺ型光変調器２はＶπの２倍の駆動振幅（＝２Ｖπ）で変調される。また、電圧対光出力特性曲線上の二つの発光の頂点Ａ，Ａの間で駆動されるように、バイアス電圧(電気信号の中心電圧)が設定される。
【００１３】
以下に、光デュオバイナリ変調方式をより詳細に説明する。
プリコーダ２１は図３８に示すように、入力信号ａnを反転するノットゲート２１ａと、１ビット(25ps)遅延ゲート２１ｂと、前回の出力ｃn-1と今回の反転入力ｂnの排他的論理和演算を行って信号ｃnを出力するEX-ORゲート２１ｃで構成されている。反転信号ｂn、前回のEX-OR出力信号ｃn-1及び今回のEX-OR出力信号ｃnの真理値表を参照すると、
(1) ｂn＝"0"ならｃn＝ｃn-1（符号不変）
(2) ｂn＝"1"ならｃn＝１−ｃn-1（符号反転）
となる。
【００１４】
さて、低域透過フィルタ２５ａはビットレートの1/4程度(=10GHz)の帯域しか有しない。このため、連続する２ビットの入力信号ｃnに着目すると、低域透過フィルタ２５ａは"0,1"あるいは"1,0"と入力データが高速に変化する場合に追従できず、0レベルと1レベルの中間レベル0.5を出力する。又、入力データが"1,1"と連続する場合にはレベル1.0を出力し、入力データが"0,0"と連続する場合にはレベル0.0を出力する。すなわち、低域フィルタ２５ａは
(4) プリコーダの出力ｃnが"0"の連続になる場合（"00”符号不変）、低域透過フィルタ２５ａの出力は0.0レベルになる。
(5) プリコーダの出力ｃnが"１"の連続になる場合（"11”符号不変）、低域透過フィルタ２５ａの出力は1.0レベルになる。
(6) プリコーダの出力ｃnの符号が反転する場合（“01”又は“10”）、低域透過フィルタ２５ａの出力は0.5レベルになる。
【００１５】
(1)〜(5)より、低域透過フィルタ２５ａは、プリコーダ出力の符号が変化しなければ、すなわち、入力データａnが"1"であれば、出力ｄnとしてレベル0.0または+1.0を出力し、入力データａnが"0"であればレベル+0.5を出力する。同様に、低域透過フィルタ２５ｂは、入力データａnが"1"であれば、出力＊ｄnとしてレベル0.0または-1.0を出力し、入力データａnが"0"であればレベル-0.5を出力する。従って、レベル±1.0を±Ｖπ、レベル±0.5を±Ｖπ／２とすれば、入力データがａnが"1"であれば、ＭＺ型光変調器２の信号電極間に２Ｖπまたは０が入力し、入力データがａnが"0"であれば、ＭＺ型光変調器２の信号電極間にＶπが入力する。この結果、図３７（ｂ）を参照すると、
▲１▼入力データが ａnが"1"でＭＺ型光変調器２の信号電極間に２Ｖπまたは０が入力すると“１”が出力し（発光）、
▲２▼入力データがａnが"0"でＭＺ型光変調器２の信号電極間にＶπが入力すると“０”が出力する（消光）。
【００１６】
以上より、各低域透過フィルタ２５ａ、２５ｂの出力信号Ｓ１，Ｓ２の波形は図３９（ａ）に示すようになり、ＭＺ型光変調期２の出力である光信号は図３９（ｂ）に示すようになる。
光デュオバイナリ変調方式は、前述のように従来のＮＲＺ変調方式に比べ、光信号スペクトルの帯域幅が約半分になるという特徴があり、波長分散による影響を低減することができる。
また、光デュオバイナリ変調方式によれば波長多重(WDM)方式において、より高密度にチャネルを配置をすることができる。すなわち、波長多重(WDM)技術によって大容量化を図る場合、光増幅器が増幅できる波長帯域幅が制限要因の一つとなる。しかし、光デュオバイナリ変調方式を用いれば、その光信号スペクトルの狭帯域性を利用することができ、光増幅器の増幅帯域幅内に、より高密度にチャネルを配置することができる。
【００１７】
また、光デュオバイナリ変調方式においてはプッシュプル駆動のため波長変動（チャーピング）を減少することができる。チャーピングは光変調器の印加電圧が増大及び減小するときに発生し、波長変動方向は逆になる。しかし、光デュオバイナリ変調方式では互いに相補的な電気信号で各電極を駆動するため、一方の電極で印加電圧が増大すると他方の電極で減小し、又、一方の電極で印加電圧が減小すると他方の電極で増大する。出力光信号の光位相は両電極で起きる光位相の和になるためチャーピングが相殺されて減小する。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
MZ型光変調器は前述のように送信光の波長変動が小さいという利点がある。しかし、基板材質のLiNb03の温度変化や経時変化に伴って、電圧対光出力特性の動作点が時間的に変動(ドリフト)するという問題点がある。
このため、光デュオバイナリ変調方式においても、ＮＲＺ変調方式と同様に動作点変動に応じてバイアス電圧を制御する必要がある。しかし、ＮＲＺ変調方式による動作点補償方式をそのまま光デュオバイナリ方式に適用すると以下の問題が生じる。図４０はＮＲＺ変調方式による動作点補償方式をそのまま光デュオバイナリ方式に適用した場合の説明図である。
【００１９】
光デュオバイナリ方式ではＮＲＺ変調方式に比べ駆動電圧が２倍になる。このため、電圧対光出力特性が理想特性ａの位置かから左右にずれてｂ，ｃになると、低周波変調を受けた変調器の電気駆動信号（変調器駆動電圧）のオン側・オフ側部分ＥＵ，ＥＬに対応する光信号の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬが互いに逆位相になって打ち消し合い、低周波数f0の信号成分を検出できなくなる。よって、光デュオバイナリ変調方式を含めた、電圧対光出力特性の二つの発光の頂点または二つの消光の頂点の間で駆動する変調方式において、従来のＮＲＺ変調方式で採用したＡＢＣ制御方法を適用できない問題が生じる。
また、別の問題として、従来のＡＢＣ制御方法は、片側駆動構成のマッハツェンダ型光変調器を用いることを想定しており、光デュオバイナリ方式やＮＲＺ方式、ＲＺ方式において両側駆動構成の光変調器を用いる場合の動作点設定に関しても考慮する必要がある。
【００２０】
以上から本発明の目的は、電圧対光出力特性の二つの発光の頂点間の振幅電圧または二つの消光の頂点間の振幅電圧で光変調器を駆動する光変調装置において、電圧対光出力特性の変動に伴う動作点変動を補償できるようにすることである。
光デュオバイナリ方式やＮＲＺ方式、ＲＺ方式において両側駆動構成の光変調器を用いる場合において、光変調器の電圧対光出力特性が変動しても動作点を適正位置に制御できるようにすることである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、電圧対光出力特性が周期的に変化する特性を備えた光変調器を、該電圧対光出力特性の二つの発光の頂点または二つの消光の頂点の間の振幅を有する電気駆動信号で駆動する際、(1) 所定の低周波信号を該駆動信号に重畳し、(2) 光変調器から出力する光信号に含まれる前記低周波信号成分を低周波信号として検出するフォトダイオードにより検出された該低周波信号に基づいて光変調器の動作点変動を検出し、動作点変動の方向に応じて光変調器の動作点を制御する。この場合、光変調器として、光入力側で分岐し、光出力側で結合する光導路と、分岐した両側の光導路の光信号に位相変調を与える二つの信号電極と、各々の信号電極に相補的な駆動信号を入力する二つの駆動信号入力端子を備えた光変調器、例えばＭＺ型光変調器を使用する。又、該光変調器の電圧対光出力特性の発光の頂点とそれに隣接する消光の頂点の間の振幅を有し、かつ、互いに相補的な２つの駆動信号を発生し、少なくとも一方の駆動信号に低周波信号を重畳して信号電極に入力して両側電極駆動する。
【００２２】
低周波信号を駆動信号に重畳する方法としては、
(1) 駆動信号の上下の包絡線の位相が一致するように該駆動信号に低周波信号を重畳する、
(2) 駆動信号の上下の包絡線の振幅が異なるように低周波信号を該駆動信号に重畳する、
(3) 駆動信号の上下の包絡線の周波数が異なるように低周波信号を該駆動信号に重畳する、
(4) 駆動信号の上下の包絡線の位相が異なるように該駆動信号に低周波信号を重畳する、などの方法がある。
【００２３】
以上のようにすれば、光変調器から出力する光信号より低周波信号成分を確実に検出でき、しかも、簡単な構成で、変調器の電圧対光出力特性の変動に伴う動作点変動を補償することができる。
【００２５】
また、両側駆動構成の光変調器を用いる場合であっても、簡単な構成で、光変調器から出力する光信号より低周波信号成分を検出して、変調器の電圧対光出力特性の変動に伴う動作点変動を補償することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（Ａ）本発明の概略
（ａ）概略構成
図１は本発明の光変調装置の第１の概略構成図であり、５１は半導体レーザ(DFB-LD)、５２は電圧対光出力特性が周期的に変化する光変調器（例えばＭＺ型光変調器）、５３は光変調器の電圧対光出力特性の二つの発光の頂点Ａ，Ａまたは二つの消光の頂点Ｂ，Ｂの間の振幅２・Ｖπで駆動する電気駆動信号を生成する駆動信号発生部、５４は所定の低周波信号を発生する低周波発振器、５５は該低周波信号を駆動信号ＳＤに重畳する低周波重畳部、５６は光変調器５２から出力される光信号を分岐する光分岐器、５７は光変調器から出力される光信号に含まれる前記低周波信号成分を検出し、該低周波信号成分に基づいて光変調器の動作点変動を検出する低周波信号検出部、５８は光変調器の動作点変動の方向に応じて該光変調器のバイアス電圧を制御して動作点位置を制御する動作点制御部である。
【００２７】
光変調器５２を振幅２・Ｖπの電気信号で駆動する際、低周波重畳部５５は駆動信号発生部５３から出力する電気駆動信号ＳＤに低周波数信号ＳＬＦを重畳する。低周波信号検出部５７は、光変調器５２から出力する光信号に含まれる該低周波信号成分を検出し、動作点制御部５８はこの検出した低周波信号成分に基づいて動作点の変動方向を判別して光変調器５２のバイアス電圧を制御する。すなわち、動作点制御部５８は変調器に印加する電気駆動信号（変調器駆動電圧）の中心レベルが特性曲線の消光頂点Ｂのレベルに一致し、電気駆動信号の両側のレベルが特性曲線の二つの発光頂点Ａ，Ａに一致するように動作点制御を行う。
【００２８】
（ｂ）低周波信号重畳方法
低周波信号を駆動信号に重畳する方法としては、
(1) 駆動信号（入力電気信号）ＳＤの上下の包絡線の位相が一致するように該駆動信号に低周波信号を重畳する第１の方法（図２）、
(2) 駆動信号の上または下のいずれかの包絡線のみ変化するように該駆動信号に低周波信号を重畳する第２の方法（図３）、
(3) 駆動信号の上下の包絡線の振幅が異なるように低周波信号を重畳する第３の方法（図４）、
(4) 駆動信号の上下の包絡線の周波数が異なるように低周波信号を重畳する第４の方法（図５）、
(5) 駆動信号の上下の包絡線の位相が異なるように低周波信号を重畳する第５の方法（図６）、
がある。
【００２９】
第１の方法は、図２に示すように、電気駆動信号（変調器駆動電圧）のオン側とオフ側に対応する包絡線ＥＵ，ＥＬが同位相になるように低周波変調を行う方法である。ＭＺ型光変調器の最適な動作点は、電気駆動信号の波形の両レベルが最大出力光電力を与える点Ａ，Ａ、中間レベルが最小の出力光電力を与える点Ｂである。ＭＺ型光変調器２の電圧対光出力特性に変動がない理想の状態（曲線ａ）では、電気駆動信号に低周波数f0の信号ＳＬＦが重畳されても、出力光の上下の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬにはf0成分が含まれず、f0の２倍の周波数成分だけが現れる。
一方、特性曲線がａからｂ，ｃに示すように左右にずれると（動作点が左右にずれると）、出力光の上下の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬにf0成分が含まれる。この場合、電気駆動信号のオン側とオフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬを同位相にしたことにより、図４０の場合と異なり、光信号の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬが同位相になる。こにため、f0成分は打ち消されることがなく、確実に検出でき、しかも、出力光の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬの位相は、特性曲線がずれた方向によって反転する。このため、変調器の電圧対光出力特性が理想曲線ａから左右にずれて曲線ｂ、ｃになっても、すなわち、動作点が最適点から変化しても、重畳した低周波数f0の信号成分を検出できる。又、このfO成分の信号の位相は、動作点の変動方向によって180°異なるため、駆動信号に重畳した低周波信号ＳＬＦの位相と比較することにより、動作点の変動方向を検出することができる。
【００３０】
第２の方法は、図３に示すように、電気駆動信号のオン側のみに低周波変調を行う方法である（オフ側でも良い）。この第２の方法によれば、特性曲線がａからｂ，ｃに示すように左右にずれると、出力光の上側の包絡線ＥＬＵにのみf0成分が含まれるため確実に低周波信号成分を検出でき、しかも、出力光の包絡線ＥＬＵの位相は、ずれた方向によって反転する。このため、変調器の電圧対光出力特性が理想曲線ａより左右にずれて曲線ｂ、ｃになっても、すなわち、動作点が最適点から変化しても、重畳した低周波数f0の信号成分を検出できる。又、このfO成分の信号の位相は、動作点の変動方向によって180°異なるため、駆動信号に重畳した低周波信号ＳＬＦの位相と比較することにより、動作点の変動方向を検出することができる。
【００３１】
第３の方法は図４に示すように電気駆動信号のオン側とオフ側に対応する包絡線ＥＵ，ＥＬの振幅が異なるように振幅変調を行う方法である。電圧対光出力特性曲線がａからｂ，ｃに示すように左右にずれると、出力光の上下の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬにf0成分が含まれる。この場合、電気駆動信号のオン側とオフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬが逆位相であるため、光信号の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬの位相も逆になるが、包絡線ＥＵ，ＥＬの振幅が異なるため、光信号の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬの合成信号は０にならず、f0成分を確実に検出できる。しかも、出力光の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬの合成信号の位相は、ずれた方向によって反転する。このため、変調器の電圧対光出力特性が理想曲線ａより左右にずれて曲線ｂ、ｃになっても、すなわち、動作点が最適点から変化しても、重畳した低周波数f0の信号成分を検出できる。又、このfO成分の信号の位相は、動作点の変動方向によって180°異なるため、駆動信号に重畳した低周波信号ＳＬＦの位相と比較することにより、動作点の変動方向を検出することができる。
【００３２】
第４の方法は図５に示すように電気駆動信号のオン側とオフ側に対応する包絡線ＥＵ，ＥＬの低周波変調の周波数ｆ1，ｆ2を異ならせる方法である。電圧対光出力特性曲線がａからｂ，ｃに示すように左右にずれると、出力光の上下の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬにｆ1，ｆ2成分がそれぞれ含まれるため、これら信号成分を確実に検出できる。しかも、出力光の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬの位相は動作点のずれ方向によって反転する。従って、変調器の電圧対光出力特性が理想曲線ａより左右にずれて曲線ｂ、ｃになっても変調器出力光より重畳した周波数ｆ1，ｆ2の信号成分をそれぞれ検出でき、又、これら周波数ｆ1，ｆ2の信号成分の位相は動作点の変動方向によって180°異なるため、動作点の変動方向を検出することができる。
【００３３】
第５の方法は図６に示すように、電気駆動信号のオン側とオフ側に対応する包絡線ＥＵ，ＥＬの低周波変調の位相を異ならせる方法である。電圧対光出力特性曲線がａからｂ，ｃに示すように左右にずれると、出力光の上下の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬにf0成分が含まれる。この場合、電気駆動信号のオン側とオフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬの位相をθずらしているため、光信号の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬの合成信号は０にならず、f0成分を確実に検出できる。しかも、出力光の包絡線ＥＬＵ，ＥＬＬの合成信号の位相は、ずれた方向によって反転する。このため、変調器の電圧対光出力特性が理想曲線ａより左右にずれて曲線ｂ、ｃになっても、重畳した低周波数f0の信号成分を検出できる。また、このfO成分の信号の位相は、動作点の変動方向によって反転するため動作点の変動方向を検出することができる。
【００３４】
（ｃ）両側駆動型光変調器
以上では光変調器を規定しなかったが、光変調器５２として、(1) LiNbO3基板上に形成され、光入力側で分岐し、また、光出力側で結合する光導路５２ａ，５２ｂと、(2) 分岐した両側の光導路の光信号に位相変調を与える二つの信号電極５２ｃ，５２ｄと、(3) 各々の信号電極に相補的な駆動信号を入力する二つの駆動信号入力端子５２ｅ，５２ｆと、(4) バイアス電圧入力端子５２ｇを備えた両側駆動のＬＮ光変調器(ＭＺ型光変調器)を使用する。
かかる両側駆動の光変調器を使用する場合、駆動信号発生部５３は光変調器の電圧対光出力特性の発光の頂点Ａとそれに隣接する消光の頂点Ｂ間の振幅Ｖπを有し、かつ、互いに相補的な２つの駆動信号（プッシュプル駆動信号）ＳＤ，ＳＤ′を発生し、低周波重畳部５５は少なくとも一方の駆動信号ＳＤに低周波信号ＳＬＦを重畳して信号電極５２ｆに入力し、他方の駆動信号ＳＤ′を信号電極５２ｃに入力して両側駆動する。尚、両側駆動型光変調器をＮＲＺ変調方式、ＲＺ変調方式等に用いる場合にも、前述の低周波信号重畳方法を適用できる。
【００３５】
（Ｂ）実施例
（ａ）第１実施例
図７は第１実施例の光変調装置の構成図であり、光変調器として両側駆動のＬＮ変調器（ＭＺ型光変調器）を用いると共に、該光変調器に印加する電気駆動信号のオン側とオフ側の包絡線が同位相になるように低周波変調を行う例である。図８は図７の各部の信号波形図である。
図７において、５１は半導体レーザ(DFB-LD)、５２は電圧対光出力特性が周期的に変化するＭＺ型光変調器である。このＭＺ型光変調器５２において、５２ａ，５２ｂはLiNbO3基板上に形成され、光入力側で分岐し、また、光出力側で結合する光導路、５２ｃ，５２ｄは分岐した両側の光導路の光信号に位相変調を与える２つの信号電極、５２ｅ，５２ｆは各々の信号電極に相補的な駆動信号を入力する駆動信号入力端子、５２ｇ，５２ｈは信号電極にバイアス電圧を入力するバイアス電圧入力端子である。
【００３６】
５３は駆動信号発生部であり、光変調器５２の電圧対光出力特性（図１参照）の発光の頂点Ａとそれに隣接する消光の頂点Ｂ間の振幅Ｖπを有し、かつ、互いに相補的な２つの駆動信号（プッシュプル駆動信号）ＳＤ，ＳＤ′を発生する。この駆動信号発生部５３は、図３６のプリコーダ２１〜低域透過フィルタ２５Ａ，２５ｂまでの回路に相当し、２値の入力データを３値のプッシュプル駆動信号ＳＤ，ＳＤ′に変換して出力する。駆動信号ＳＤは、入力データが”１”であればＶπ又は０、入力データが０であればＶπ／２のレベルを有する３値の信号であり、駆動信号ＳＤ′は、入力データが”１”であれば−Ｖπ又は０、入力データが０であれば−Ｖπ／２のレベルを有する３値の信号である。
【００３７】
５４は所定の低周波信号ＳＬＦ、例えば周波数ｆ0=1KHz程度の低周波信号を発生する低周波発振器、５５は該低周波信号を一方の駆動信号ＳＤに重畳する低周波重畳回路であり、低周波信号通過用のコイルＬと直流カット用のコンデンサＣ１で構成されている。低周波重畳回路５５はバイアスティを用い、光変調器５２の入力端で駆動信号ＳＤの中心電圧を周波数f0の低周波信号で変化させている。５６はＭＺ型光変調器５２から出力される光信号を分岐する光分岐器、５７ａは分岐光を電気信号に変換するフォトダイオード等の受光器、５７ｂは受光器出力を増幅する増幅回路、５７ｃは位相比較器であり、低周波発振器５４から出力する低周波信号ＳＬＦと受光信号に応じた電気信号を入力され、位相比較によって受光信号に含まれる低周波信号を検出し、該検出低周波信号を変調器の動作点変動信号として出力するもの、５７ｄは位相比較器出力を平滑化するローパスフィルタである。受光器５７ａ、増幅回路５７ｂ、位相比較器５７ｃ及びローパスフィルタ５７ｄは光変調器の動作点変動を検出する図１の低周波信号検出部５７を構成する。位相比較の精度を上げるために、増幅回路５７ｂの後段に周波数f0のバンドパスフィルタを挿入することができる。
【００３８】
５８は光変調器５２の動作点変動の方向に応じて信号電極５２ａに印加するバイアス電圧Ｖb1を制御して動作点位置を制御するバイアス供給回路（動作点制御部）であり、バイアスティ５８ａと５０Ωの終端器５８ｂで構成されている。バイアスティ５８ａはバイアス電圧Ｖb1を光変調器の信号電極５２ａに供給するためのコイルＬ及び変調器からの高周波信号を終端器５８ｂに入力するコンデンサＣを有している。５９は変調器の他方の信号電極５２ｂにバイアス電圧Ｖb2を供給するＬ，Ｃ構成のバイアスティ、６０は終端器、６１、６２は駆動信号発生部５３から出力する駆動信号ＳＤ，ＳＤ′を光変調器５２の各信号電極に入力して駆動する駆動回路である。
第１実施例において光変調器５２に印加する変調器駆動電圧の振幅は２・Ｖπ(電圧対光出力特性の２つの発光の頂点Ａ，Ａ間の電圧)である。このため、駆動回路６１，６２から出力する互いに反転した振幅Ｖπの駆動信号（図８の（ａ），（ｄ）参照）を光変調器５２に入力するプッシュプル変調を行う。このプッシュプル変調により光変調信号の波長変動(チャーピング)を零にし、伝送波形劣化を小さくできる。
【００３９】
光変調器５２の電圧対光出力特性（図１）における横軸電圧は、両電極の電位の絶対値ではなく、両電極の電位差のみに依存している、このため、駆動回路６２に対応するバイアス電圧Ｖb2はバイアスティ５９を用いて零(または他の一定電圧)に固定しておき、駆動回路６１に対応するバイアス電圧Ｖｂ1のみ動作点変動に基づいて制御する（ＡＢＣ制御）。又、低周波重畳回路５５は、駆動回路６１から出力する駆動信号のみに低周波発振器５４から出力する低周波信号ＳＬＦ（図８の(ｂ)）を用いて低周波振幅変調を行う。
容量Ｃ1，Ｃ２，Ｃ３は、光変調器の信号電極に与えるバイアス電圧をこの位置で遮断するものである。但し、容量Ｃ３は低周波信号ＳＬＦが透過できるよう、充分大きな値にする必要がある。
【００４０】
低周波重畳回路５５の出力信号及び駆動回路６２の出力信号の中心はそれぞれ信号電極５２ａ，５２ｂのバイス電圧Ｖb1，Ｖb2(=0v)に一致するため、その信号波形は図８の(c)および(e)のようになる。この結果、両電極の電位差に相当した図８の(d)-(f)で示した振幅２・Ｖπを有し、かつ、オン側、オフ側の両包絡線ＥＵ，ＥＬが周波数ｆ0の低周波で、しかも、同位相で変調された変調器駆動電圧が光変調器５２に印加されることになる。
【００４１】
光変調器５２の動作点が最適値から変化した場合、光変調器５２から出力する光信号中に変化の方向に応じた位相の低周波信号成分が生じるから、以後、該低周波信号成分を打ち消す方向に光変調器のバイアス電圧Ｖb1を制御する。すなわち、光分岐器５６は光変調器５２から出力する光信号の一部を分岐し、受光器５７ａは光信号を光電変換し、増幅回路５７ｂは必要な振幅まで増幅して位相比較器５７ｃに入力する。位相比較器５７ｃは、低周波発振器５４から入力する低周波信号ＳＬＦと受光信号に応じた電気信号を入力され、位相比較によって受光信号中の低周波信号を抽出してバイアス供給回路５８に入力する。バイアス供給回路５８は、受光信号中の低周波信号成分が零となる方向にバイアス電圧Ｖb1を制御する。
以上、図７では駆動回路６１のみに低周波重畳を行う方法を示したが、駆動回路６１，６２から出力する駆動信号に同時に逆位相で同様の低周波振幅変調を行うことも可能である。この場合、図８の(d)-(f)で示す光変調器印加電圧の低周波変調振幅は２倍になる。
【００４２】
図９は第１実施例の光変調装置の第１変形例であり、図７と同一部分には同一符号を付している。第１実施例では、光変調器５２の入力端で駆動信号ＳＤの中心電圧を周波数f0の低周波信号で変化させているが、信号電極５２ｃに入力するバイアス電圧を周波数f0の低周波信号で変化することもできる。
図９において、第１実施例と異なる点は、
(1) 低周波発振器５４の出力とバイアス供給回路５８の出力端子を接続してバイアス電圧Ｖb1を周波数f0の低周波信号で変化する点、
(2) バイアス重畳回路５５を介して低周波信号で振幅が変化するバイアス電圧Ｖb1を光変調器５２の信号電極５２ｃに入力している点である。
なお、容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、光変調器の信号電極に与えるバイアス電圧をこの位置で遮断して駆動回路や低周波発振器に入力するの防止するものである。
図９の構成でも各部の信号波形は図１０に示すように第１実施例の波形と同じになる。すなわち、振幅２・Ｖπを有し、オン側、オフ側の包絡線ＥＵ，ＥＣが共に周波数ｆ0の低周波で、かつ、同位相で変調された変調器駆動電圧（図１０の(d)-(f)参照）が光変調器５２に印加する。以後の動作点制御は第１実施例と同じである。
【００４３】
図１１は第１実施例の光変調装置の第２変形例であり、図７と同一部分には同一符号を付している。第１実施例、第１変形例では、光変調器５２における変調信号を与える信号電極とその中心電圧を与えるバイアス電極が共通であったが、電極を駆動信号用とバイアス電圧用に分離して設けることができる。電極を分離することにより、バイアス電圧遮断用の容量Ｃ１，Ｃ２を省略できる。
図１１において、第１実施例と異なる点は、
(1) 低周波発振器５４の出力とバイアス供給回路５８の出力端子を接続してバイアス電圧Ｖb1を周波数f0の低周波信号で変化する点、
(2) 電極５２ｃ，５２ｄをそれぞれ駆動信号用とバイアス電圧用の電極５２ｃ1，５２ｃ2；５２ｄ1，５２ｄ2に分離している点、
(3) 信号用電極５２ｃ1，５２ｄ1に駆動回路６１、６２から出力する駆動信号を入力している点、
(4) バイアス重畳回路５５を介して低周波信号で振幅が変化するバイアス電圧Ｖb1を光変調器５２のバイアス電圧用電極５２ｃ2に入力し、バイアス電圧Ｖb2(=0)をバイアス電圧用電極５２ｄ2に入力し定る点、
(5) 容量Ｃ１，Ｃ２を削除した点、
である。
【００４４】
低周波重畳回路５５から出力するバイアス電圧は図８の(c)に示すように低周波信号が重畳した波形となる。又、駆動信号用とバイアス電圧用の電極を別々にした結果、光変調器５２には、図１２の(a)+(c)-(d)で示す変調器駆動電圧が入力する。この変調器駆動電圧は、振幅２・Ｖπを有し、オン側、オフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬが周波数ｆ0の低周波で、かつ、同位相で変調された波形を有している。尚、動作点制御は第１実施例と同じである。
尚、図１１では第１変形例（図９）の構成において、電極を駆動信号用とバイアス電圧用に分離した場合であるが、図７の第１実施例の構成において、電極を駆動信号用とバイアス電圧用に分離することもできる。
【００４５】
（ｂ）第２実施例
図１３は第２実施例の光変調装置の構成図、図１４は図１３の各部の信号波形図である。第２実施例は第１実施例と低周波信号を重畳する方法が異なるが、図１３の第２実施例において図７の第１実施例と同一部分には同一符号を付している。
第１実施例では、光変調器５２の入力端に低周波重畳回路５５を設け、駆動信号ＳＤの中心電圧を低周波信号で変化させる構成になっているが、第２実施例では駆動回路６１，６２の利得を低周波信号で変化させることにより、駆動信号を低周波信号で振幅変調する構成になっている。
図１３において、５１は半導体レーザ(DFB-LD)、５２はＭＺ型光変調器、５３は駆動信号発生部で、振幅Ｖπを有し、かつ、互いに相補的な２つの駆動信号（プッシュプル駆動信号）ＳＤ，ＳＤ′（図１４の(a),(e))を発生する。５４は周波数ｆ0の低周波信号ＳＬＦを発生する低周波発振器、５５′は振幅変調信号発生部で、低周波信号ＳＬＦを入力され、位相が1800ずれた２つの振幅変調信号ＳＡＭ1，ＳＡＭ2(図１４の(c),(f))を発生する。振幅変調信号発生部５５′は駆動信号に低周波信号を重畳する低周波重畳手段としての機能を有している。
【００４６】
５６はＭＺ型光変調器５２から出力する光信号を分岐する光分岐器、５７ａは受光器、５７ｂは受光器出力を増幅する増幅回路、５７ｃは受光信号に含まれる低周波信号成分を検出し、該低周波信号成分を光変調器５２の動作点変動信号として出力する位相比較器、５７ｄは位相比較器出力を平滑化するローパスフィルタ、５８は受光信号中の低周波信号成分に基づいて、すなわち、光変調器５２の動作点変動に基づいて信号電極５２ｃに印加するバイアス電圧Ｖb1を制御して動作点位置を制御するバイアス供給回路（動作点制御部）である。６１、６２は駆動信号発生部５３から出力する駆動信号ＳＤ，ＳＤ′をそれぞれ光変調器５２の信号電極５２ｃ，５２ｄに入力して駆動する駆動回路であり、ゲイン制御端子を備え、該端子に振幅変調信号発生部５５′から振幅変調信号ＳＡＭ1，ＳＡＭ2が入力する。容量Ｃ１，Ｃ２は、変調器の信号電極に与えるバイアス電圧をこの位置で遮断するためのものである。
【００４７】
駆動回路６１，６２に与える振幅変調信号ＳＡＭ1，ＳＡＭ2を図１４の(c)および(f)に示すように互い反転させることによって、各駆動回路６１，６２は図１４の(d)および(g)に示す駆動信号を出力する。この結果、光変調器５２に印加する変調器駆動電圧は両電極５２ｃ，５２ｄに与える電位差（図１４の(d)-(g)）となり、図８の第１実施例と同様の波形となる。従って、以後、第１実施例と同様の動作点制御が行われる。
尚、図１４において“１”，“０”は入力電気信号の論理に対応する。プッシュプル駆動のため、駆動信号(d)が“１”の瞬間に駆動信号(g)も“１”になるため、(d)-(g)の包絡線ＥＵはd1-g1となる。同様に、駆動信号(d)が“０”の瞬間に駆動信号(g)も“０”になるため、(d)-(g)の包絡線ＥＬはd0-g0となる。(e)は(a)の反転信号である。
【００４８】
図１５は第２実施例の光変調装置の変形例であり、図１３と同一部分には同一符号を付している。第２実施例では駆動信号を入力する電極とそのバイアス電圧を入力する電極が共通であったが、この変形例では電極を駆動信号用とバイアス電圧用に分離している。電極を分離することにより、信号電極にバイアス電圧が入力しないため、バイアス電圧遮断用の容量を省略できる。
図１５において、第２実施例と異なる点は、
(1) 電極５２ｃ，５２ｄをそれぞれ駆動信号用とバイアス電圧用の電極５２ｃ1，５２ｃ2；５２ｄ1，５２ｄ2に分離している点、
(2) 信号用電極５２ｃ1，５２ｄ1に駆動回路６１、６２から出力する駆動信号を入力している点、
(3) バイアス電圧Ｖb1(=Ｖb），Ｖｂ2(=0)を光変調器５２のバイアス電圧用電極５２ｃ2に入力し、バイアス電圧Ｖb2(=0)をバイアス電圧用電極５２ｄ2に入力している点、
(4) 容量Ｃ１，Ｃ２を削除した点、
である。
【００４９】
駆動回路６１，６２に与える振幅変調信号ＳＡＭ1，ＳＡＭ2を図１６の(c)および(f)に示すように互い反転させることによって、各駆動回路６１，６２より図１６の(d)および(g)に示す駆動信号が出力する。図１５の変形例では、駆動信号用とバイアス電圧用の電極を別々にした結果、光変調器５２に印加する変調器駆動電圧は両信号電極５２ｃ1，５２ｄ1に入力する電位差にバイアス電極５２ｃ2のバイアス電圧Ｖb1(=Ｖb)を加えた値となり、該変調器駆動電圧波形は図１６の(d)+(h)-(g)で示すようになり、第２実施例と同様の波形となる。
【００５０】
（ｃ）第３実施例
図１７は第３実施例の光変調装置の構成図であり、図１３の第２実施例と同一部分には同一符号を付している。第２実施例では駆動信号ＳＤ，ＳＤ′の両方を低周波信号で振幅変調し、これにより変調器駆動電圧のオン側及びオフ側を同位相の低周波信号で変調する。第２実施例では駆動信号ＳＤ，ＳＤ′の一方のみ低周波信号で振幅変調し、これにより変調器駆動電圧のオン側あるいはオフ側の一方のみ低周波信号で変調する。
図１７において、図１３の第２実施例と異なる点は、周波数ｆ0の低周波信号ＳＬＦを振幅変調信号ＳＡＭ1として駆動回路６１のゲイン制御端子に入力し、駆動回路６２のゲインは制御していない点である。振幅変調信号ＳＡＭ1を駆動回路６１のゲイン制御端子に入力すると該駆動回路の利得が変化する。この結果、駆動回路６１は図１８の(c)で示すような駆動信号を出力する。一方、駆動回路６２はゲインが一定であるため、バイアス電圧Ｖb2(=0)を中心とする図１８の(e)で示す駆動信号を出力する。この結果、光変調器５２に印加する変調器駆動電圧は両電極５２ｃ，５２ｄに与える電位差（図１８の(c)-(e)）となり、図３の原理図で示す波形となる。従って、以後、光変調器５２から出力する光信号に含まれる周波数0の低周波信号成分が零となるように動作点制御を行う。
【００５１】
（ｄ）第４実施例
図１９は第４実施例の光変調装置の構成図であり、図１３の第２実施例と同一部分には同一符号を付している。第２実施例では駆動信号ＳＤ，ＳＤ′を低周波信号ＳＡＭ1及びその反転信号ＳＡＭ2でそれぞれ変調し、これにより変調器駆動電圧のオン側及びオフ側を同位相の低周波信号で変調する。第４実施例では駆動信号ＳＤ，ＳＤ′を振幅の異なる同一位相の低周波信号ＳＡＭ1，ＳＡＭ2により振幅変調し、これにより変調器駆動電圧のオン側、オフ側を同位相で、振幅の異なる低周波信号で変調する。
【００５２】
図１９において、図１３の第２実施例と異なる点は、
(1) 振幅変調信号発生部５５′に変えて、ゲインの異なるアンプで構成した第１、第２の振幅変調信号発生部５５ａ，５５ｂを設け、それぞれに低周波信号ＳＬＦを入力した点、
(2) 第１の振幅変調信号発生部５５ａから出力する振幅変調信号ＳＡＭ1を駆動回路６１のゲイン制御端子に入力し、第２の振幅変調信号発生部５５ｂから出力する振幅変調信号ＳＡＭ2を駆動回路６２のゲイン制御端子に入力した点である。
駆動回路６１，６２に与える振幅変調信号ＳＡＭ1，ＳＡＭ2を図２０の(c)および(f)に示すように振幅変えることによって、各駆動回路６１，６２は図２０の(d)および(g)に示す駆動信号を出力する。この結果、光変調器５２に印加する変調器駆動電圧は両電極５２ｃ，５２ｄに与える電位差（図２０の(d)-(g)）となり、図４の原理図で示す波形となる。従って、以後、光変調器５２から出力する光信号に含まれる周波数0の低周波信号成分が零となるように動作点制御を行う。
【００５３】
（ｄ）第５実施例
図２１は第５実施例の光変調装置の構成図であり、図１３の第２実施例と同一部分には同一符号を付している。第２実施例では駆動信号ＳＤ，ＳＤ′を同一の低周波信号ＳＡＭ1及びその反転信号ＳＡＭ2でそれぞれ変調し、これにより変調器駆動電圧のオン側及びオフ側を同位相の低周波信号で変調する。第５実施例では駆動信号ＳＤ，ＳＤ′を周波数の異なる低周波信号ＳＡＭ1，ＳＡＭ2により振幅変調し、これにより変調器駆動電圧のオン側、オフ側を異なる周波数信号で変調する。
【００５４】
図２１において、図１３の第２実施例と異なる点は、
(1) 周波数ｆ1，ｆ2の低周波信号をそれぞれ発生する第１、第２の低周波信号発生器５４ａ，５４ｂを設けた点、
(2) 周波数ｆ1の低周波信号ＳＬＦ1を振幅変調信号ＳＡＭ1として駆動回路６１のゲイン制御端子に入力し、周波数ｆ2の低周波信号ＳＬＦ2を振幅変調信号ＳＡＭ2として駆動回路６２のゲイン制御端子に入力している点、
(3) 低周波発振器５４ａ，５４ｂから出力する低周波信号ＳＬＦ1，ＳＬＦ2と受光信号に応じた電気信号をそれぞれ入力され、受光信号に含まれる周波数ｆ1，ｆ2の低周波信号成分を検出して出力する第１、第２の位相比較器５７ｃ1．５７ｃ2を設けた点、
(4) 第１、第２の位相比較器５７ｃ1．５７ｃ2から出力する信号を平滑化するローパスフィルタ５７ｄ1，５７ｄ2を設けた点、
(5) 受光信号に含まれる周波数ｆ1，ｆ2の低周波成分の平均値を演算してバイアス供給回路５８に入力する平均化回路５７ｅを設けた点、
(6) バイアス供給回路５８は前記平均値が零となるようにバイアス電圧を制御する点である。
【００５５】
周波数ｆ1の振幅変調信号ＳＡＭ1を駆動回路６１のゲイン制御端子に入力すると該駆動回路の利得が変化し、駆動回路６１は図２２の(ｄ)で示すような駆動信号を出力する。又、周波数ｆ2の振幅変調信号ＳＡＭ2を駆動回路６２のゲイン制御端子に入力すると該駆動回路の利得が変化し、駆動回路６２は図２２の(ｇ)で示すような駆動信号を出力する。この結果、光変調器５２に印加する変調器駆動電圧は両電極５２ｃ，５２ｄに与える電位差（図２２の(d)-(g)）となり、図５の原理図で示す波形となる。従って、以後、光変調器５２から出力する光信号に含まれる周波数ｆ1，ｆ2の低周波信号成分が零となるように動作点制御を行う。例えば、光変調器５２のバイアス点が最適値から変化すると、光信号に低周波数f1,f2の両信号成分が現れ、各信号の位相はバイアス点を最適位置に変化させるための制御の方向を与える。そこで、平均化回路５７ｅにおいて両信号成分の平均値を演算し、該平均値が零なるようにバイアス制御を行うことにより、制御の精度を向上することが出来る。
【００５６】
（ｅ）第６実施例
図２３は第６実施例の光変調装置の構成図であり、図１３の第２実施例と同一部分には同一符号を付している。第２実施例では駆動信号ＳＤ，ＳＤ′を低周波信号ＳＡＭ1及びその反転信号ＳＡＭ2でそれぞれ変調し、これにより変調器駆動電圧のオン側及びオフ側を同位相の低周波信号で変調する。第６実施例では駆動信号ＳＤ，ＳＤ′を位相の異なる低周波信号ＳＡＭ1及びその反転信号ＳＡＭ2でそれぞれ変調し、これにより変調器駆動電圧のオン側及びオフ側を異なる位相の低周波信号で変調する。
【００５７】
図２３において、図１３の第２実施例と異なる点は、
(1) 周波数ｆ0の低周波信号ＳＬＦを所定時間Ｔだけ遅延する第１の遅延回路７１を設け、この遅延回路７１から出力する遅延信号を振幅変調信号ＳＡＭ2として駆動回路６２のゲイン制御端子に入力する点、
(2) 低周波信号ＳＬＦを第１の遅延回路７１の遅延時間の半分（＝Ｔ／２）、遅延して位相比較器５７ｃに入力する第２の遅延回路７２を設けた点、
(3) 位相比較器５７ｃは遅延差Ｔ／２の遅延回路７２から出力する低周波信号と光信号中の低周波信号成分との位相比較をすることによって光変調器におけるバイアス点の変化の方向を検知する点である。
【００５８】
低周波信号ＳＬＦを反転して得られる振幅変調信号ＳＡＭ1を駆動回路６１のゲイン制御端子に入力すると該駆動回路の利得が変化する。この結果、駆動回路６１は図２４の(ｄ)で示すような駆動信号を出力する。又、低周波信号ＳＬＦの位相をＴ遅延した振幅変調信号ＳＡＭ2を駆動回路６２のゲイン制御端子に入力すると該駆動回路の利得が変化し、駆動回路６２は図２４の(ｇ）で示すような駆動信号を出力する。この結果、光変調器５２に印加する変調器駆動電圧は両電極５２ｃ，５２ｄに与える電位差（図２４の(d)-(g)）となり、図６の原理図で示す波形となる。従って、以後、光変調器５２から出力する光信号に含まれる周波数ｆ0の低周波信号成分が零となるように動作点制御を行う。
例えば、光変調器５２のバイアス点が変動すると、その変化方向に応じた位相遅延であって遅延量Ｔ／２の低周波信号成分が光信号中に現れる。よって、遅延差Ｔ／２の遅延回路７２を介して入力する低周波信号と光信号中の低周波信号を位相比較することによって、光変調器におけるバイアス点の変化の方向を検知することができる。
【００５９】
（ｆ）第７実施例
図２５は第７実施例の光変調装置の構成図であり、図７の第１実施例と同一部分には同一符号を付している。又、各部の信号波形は図８の第１実施例における信号波形と同じになる。
第１実施例では低周波発振器５４で発生した周波数ｆ0と同じ周波数成分を光信号中から検出して動作点制御を行ったが、図２〜図６の原理説明図から分かるように、光変調器の動作点が最適値にあるとき、光信号中に周波数ｆ0の２倍（＝２・ｆ0）の低周波信号成分が現われ、該信号成分が最大になる。そこで、第７実施例では、光信号中に含まれるこの周波数２・ｆ0の低周波信号成分を検出し、該信号成分が最大になるように動作点制御を行う。
【００６０】
図２５に示すように、第１実施例の構成に加えて低周波発振器５４から出力する低周波信号ＳＬＦの周波数ｆ0を２倍にする逓倍器７３を設ける。位相比較器５７ｃは逓倍器７３から出力する周波数２・ｆ0の低周波信号と光変調器から出力する光信号に応じた電気信号が入力され、位相比較により光信号中に含まれる周波数２・ｆ0の低周波信号を検出し、バイアス供給回路５８は該低周波信号成分が最大になる方向に光変調器の信号電極５２ｃに入力するバイアス電圧を制御する。
【００６１】
（ｇ）第８実施例
以上の実施例では、光変調器５２の電圧対光出力特性の発光の頂点Ａとそれに隣接する消光の頂点Ｂ間の振幅Ｖπを有し、かつ、互いに相補的な２つの駆動信号（プッシュプル駆動信号）ＳＤ，ＳＤ′を発生して両側駆動型光変調器の２つの信号電極に入力し、これにより光変調器に２・Ｖπの変調器駆動電圧を印加する。しかし、プッシュプル変調により光変調信号の波長変動(チャーピング)を零にし、伝送波形劣化を小さくする目的であれば、必ずしも光変調器に２・Ｖπの変調器駆動電圧を印加する必要はない。そこで、第８実施例では振幅Ｖπ／２の互いに相補的な２つの駆動信号ＳＰ，ＳＰ′を発生して両側駆動型光変調器の２つの信号電極に入力し、これにより光変調器にＶπの変調器駆動電圧を印加してＮＲＺ光信号又はＲＺ光信号を生成する。
【００６２】
図２６はかかる本発明の第８実施例の光変調器の構成図、図２７は各部信号波形図である。図２６において、図７の第１実施例と同一部分には同一符号を付している。第８実施例において図７の第１実施例と異なる点は、
(1) 振幅Ｖπ／２の互いに相補的な２つの駆動信号ＳＰ，ＳＰ′を発生するプッシュプル駆動信号発生部７４を設けた点、
(2) 低周波重畳回路５５において、変調器駆動電圧のオン側とオフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬの位相が1800ずれるように駆動信号ＳＰに周波数ｆ0の低周波信号を重畳する点(図２７の(c)参照)、
(3) 変調器駆動電圧の振幅をＶπにし、かつ、該変調器駆動電圧のオン側とオフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬの位相が1800ずれるようにした点（図２７の(d)-(f)参照)、である。
【００６３】
低周波重畳回路５５の出力信号及び駆動回路６２の出力信号の中心はそれぞれ信号電極５２ａ，５２ｂのバイス電圧Ｖb1，Ｖb2(=0v)に一致する。このため、これら出力信号波形は図２７の(d)および(f)のようになる。この結果、両電極の電位差に相当した図２７の(d)-(f)で示した振幅Ｖπを有し、かつ、オン側、オフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬが周波数ｆ0の低周波で、しかも、1800位相差を持って変調された変調器駆動電圧が光変調器５２に印加される。
光変調器５２の動作点が最適値から変化した場合、光変調器５２から出力する光信号中に変化の方向に応じた位相の低周波信号成分が生じるから(図３５参照）、以後、該低周波信号成分を打ち消す方向に光変調器のバイアス電圧Ｖb1を制御する。
以上第８実施例によれば、プッシュプル変調により光変調信号の波長変動(チャーピング)を零にし、伝送波形劣化を小さくでき、しかも、バイアス電圧制御により動作点変動を補償することができる。
【００６４】
第８実施例では低周波発振器５４で発生した周波数ｆ0と同じ周波数成分を光信号中から検出して動作点制御を行ったが、第７実施例（図２５参照）と同様に光信号中に含まれる周波数２・ｆ0の低周波信号成分を検出し、該信号成分が最大になるように動作点制御を行うように構成することもできる。
又、以上では、変調器駆動電圧のオン側とオフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬの位相が1800ずれるように駆動信号ＳＰに周波数ｆ0の低周波信号を重畳したが、以下のようにすることもできる。すなわち、
(1) 変調器駆動電圧のオン側とオフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬのいずれかの包絡線のみ変化するように駆動信号に低周波信号を重畳する、あるいは、
(2) 変調器駆動電圧のオン側とオフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬの振幅が異なるように駆動信号に低周波信号を重畳する、あるいは、
(3) 変調器駆動電圧のオン側とオフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬの周波数が異なるように駆動信号に低周波信号を重畳する、あるいは、
(4) 変調器駆動電圧のオン側とオフ側の包絡線ＥＵ，ＥＬの位相が異なるように駆動信号に低周波信号を重畳し、
光信号から低周波数ｆ0と同じ周波数成分を検出して動作点制御を行う。これら動作点制御に際しては、第２実施例〜第６実施例の構成を適用することができる。
【００６５】
（ｈ）第９実施例
光変調器の電圧対光出力特性は電圧２・Ｖπを１周期とする周期性を備えている。従って、光変調器の電圧対光出力特性上の駆動範囲を切り換える機能を光変調装置に付加することができる。
例えば、ＮＲＺ変調においてＶπの駆動振幅で変調を行う場合、図２８（ａ）に示すようにバイアス電圧をＶbAとＶbBとの間でＶπ分シフトさせる機能を光変調装置に付加し、該バイアス電圧のシフトにより、駆動電圧の範囲をＡからＢに変化させる。この動作点シフトは、両側駆動の光変調器を用いてＮＲＺ信号、ＲＺ信号を生成する第８実施例の光変調装置（図２６参照）にも、そのまま適用できる。
【００６６】
また、光ディオバイナリ変調等、２・Ｖπの駆動振幅で変調を行う場合、図２８（ｂ）に示すようにバイアス電圧をＶbAとＶbBの間で２・Ｖπ分シフトさせる機能を光変調装置に付加し、該バイアス電圧のシフトにより、駆動電圧の範囲をＡからＢに変化させる。
以上の動作点切替は、波長変動(チャーピング)を伝送に有利な方向に設定する場合や、電圧対光出力特性曲線の形状が適正な範囲を選択する必要がある場合などに適用でき、外部からの切替信号によって意図的に一定電圧分シフトさせることで実現できる。
【００６７】
図２９は動作点シフト機能を備えた第９実施例の光変調装置の構成図であり、図７の第１実施例と同一部分には同一符号を付している。
動作点切替回路８１は外部からの切替信号ＣＳによってバイアス電圧を一定電圧分シフトし、電圧対光出力特性の駆動範囲を切り替えるものである。
動作点リセット回路８２は外部からの動作点リセット信号ＲＳにより、強制的にバイアス点を零に設定しなおすものである。(1) システム運用開始時や、(2) システム運用中のバイアス点ドリフトが大きくなって安定化制御された変調器のバイアス電圧が許容範囲以上に大きくなった場合などにおいて、バイアス点をリセットする必要がある。かかる場合、動作点リセット回路８２は外部から入力する動作点リセット信号ＲＳにより、強制的にバイアス点を零に設定する。
【００６８】
図２９では、動作点切替回路８１を一定電圧電源(可変電圧電源でも可)とバイアス供給線を切り換えるスイッチ構成で実現し、又、動作点リセット回路８２を接地電位(GND)とバイアス供給線を切り換えるスイッチ構成で実現している。しかし、同様の動作点切替機能、動作点リセット機能を実現できれば他の方法でもよい。又、必要に応じて外部から動作点切替信号ＣＳや動作点リセット信号ＲＳを入力し、その信号に従って、動作点切替回路における動作点切替や、動作点リセット回路における動作点リセットを行う。
尚、図２９の動作点シフト及び動作点リセットの構成を図２６の第８実施例にそのまま適用することができる。
【００６９】
（ｉ）受光器の位置
以上の各実施例においては、光変調器の外部に光分岐部５６および受光器５７ａを設けたが、図３０（ａ）に示すように、受光器３７ａを光変調器５２の LiNbO3基板５２ｉ内に内蔵させ、光変調器内に生じる放射光強度を検出することで同様の機能を満たすように構成することもできる(ECOC'97vol.2 pp167-170, Y,Kubota et al.,"10Gb/s Ti;LiNb03 Mach-Zehnder modulator with Built-in Monitor Photodiode Chip")。
すなわち、ＭＺ型光変調器５２の消光時、分岐光導路５２ａ，５２ｂを伝搬する1800位相のずれた光が結合しても実際には光エネルギーは消えず、光導路の幅でモードの結合が生じ、余剰モードによる放射光が干渉点から光導路の外側に放射する。この放射光は基板を真上から見ると、図３０（ｂ）に示すように分岐光導路５２ａ′の延長線方向に放射する。そこで、該延長線方向の所定の位置に孔ＨＬを掘って受光器５７ａを埋め込み、該受光器に電気配線を行う。このようにすれば、光分岐器や外部の受光器が不要になり構成を簡略化できる。
【００７０】
（ｊ）任意の偏波状態の入力光にも対応する構成
光源と光変調器の間のファイバ引回しが長い場合や定偏波構成になっていない場合などでは、光変調器が任意の偏波に対して変調を行えるように構成する必要がある。図３１はかかる場合に対応できるＭＺ型光変調器の構成例であり、５２ａ，５２ｂは光変調器内で二つに分岐された光導路、５２ｃ，５２ｄは各光導路中の光信号を変調するための電気信号が入力される電極、９１、９２は光導波路の中央部に挿入された半波長板であり、孔を掘って複屈折性を持つ材質を光導路中に埋め込み、その幅を複屈折による偏波モード間の行路差が信号波長のλ／２となるようにする。
【００７１】
光変調器の光導路における位相変調の効率は光偏波状態のＴＥモードよりＴＭモードが良い。ＴＥモード成分とＴＭモード成分が混じった任意の偏光が入力された場合、ＴＭモード成分は光導路５２ａ，５２ｂの前半(半波長板の前)で位相変調を受けた後、半波長板９１，９２によってＴＥモード成分に変換され、光導路の後半(半波長板の後)では位相変調を受けない。逆に、ＴＥモード成分は導波路の前半で位相変調を受けず、半波長板９１，９２によってＴＭモード成分に変換され、光導路の後半において位相変調を受ける。
よって、光導路の前半と後半の各々に、必要とされる位相変調量を得るための電極長等の設計を行うことで、任意の偏光が入射した場合においても変調を行うことが可能になる。
以上、本発明を実施例により説明したが、本発明は請求の範囲に記載した本発明の主旨に従い種々の変形が可能であり、本発明はこれらを排除するものではない。
【００７２】
【発明の効果】
以上本発明によれば、電圧対光出力特性の二つの発光の頂点または二つの消光の頂点間の振幅２・Ｖπを有する電気駆動信号で光変調器を駆動する際、簡単な構成で、光変調器から出力する光信号より低周波信号成分を確実に検出でき、この低周波信号成分を用いて光変調器の電圧対光出力特性の変動、すなわち、動作点変動を補償することができる。又、光デュオバイナリ変調方式において本発明の動作点制御方法を適用することにより、波長分散による影響を低減でき、しかも、プッシュプル駆動のため、波長変動（チャーピング）を減少することができる。
【００７４】
又、本発明によれば、両側駆動構成の光変調器を用いる場合であっても、簡単な構成で、光変調器から出力する光信号より低周波信号成分を検出して、変調器の電圧対光出力特性の変動に伴う動作点変動を補償することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光変調装置の原理構成図である。
【図２】本発明の第１の原理説明図（電気駆動信号のオン側／オフ側に同位相の低周波変調を行うもの）である。
【図３】本発明の第２の原理説明図（電気駆動信号のオン側のみに低周波変調を行うもの）である。
【図４】本発明の第３の原理説明図（電気駆動信号のオン側／オフ側に異なる振幅の振幅変調を行うもの）である。
【図５】本発明の第４の原理説明図（電気駆動信号のオン側／オフ側に異なる周波数の低周波変調を行うもの）である。
【図６】本発明の第５の原理説明図（電気駆動信号のオン側／オフ側に異なる位相の低周波変調を行うもの）である。
【図７】第１実施例の光変調装置の構成図である。
【図８】図７の各部信号波形図である。
【図９】第１実施例の光変調装置の第１の変形例である。
【図１０】図９の各部信号波形図である。
【図１１】第１実施例の光変調装置の第２の変形例である。
【図１２】図１１の各部信号波形図である。
【図１３】第２実施例の光変調装置である。
【図１４】図１３の各部信号波形図である。
【図１５】第２実施例の光変調装置の変形例である。
【図１６】図１５の各部信号波形図である。
【図１７】第３実施例の光変調装置である。
【図１８】図１７の各部信号波形図である。
【図１９】第４実施例の光変調装置である。
【図２０】図１９の各部信号波形図である。
【図２１】第５実施例の光変調装置である。
【図２２】図２１の各部信号波形図である。
【図２３】第６実施例の光変調装置である。
【図２４】図２３の各部信号波形図である。
【図２５】第７実施例の光変調装置である。
【図２６】第８実施例の光変調装置である。
【図２７】図２６の各部信号波形図である。
【図２８】変調器のバイアス点切り換えの説明図である。
【図２９】第９実施例の光変調装置である。
【図３０】受光器を基板内に内蔵する場合の説明図である。
【図３１】任意の偏波に対しても変調が可能な光変調器の構成図である。
【図３２】マッハツェンダ型光変調器の説明図である。
【図３３】光変調器の動作点変動による問題点説明図である。
【図３４】ＮＲＺ変調方式における光変調器動作点安定化回路の構成図である。
【図３５】ＮＲＺ変調方式における光変調器の動作点安定化回路の原理図である。
【図３６】光デュオバイナリ変調方式の変調部の構成例である。
【図３７】光デュオバイナリ変調方式の原理説明図である。
【図３８】光デュオバイナリ変調方式の別の原理説明図である。
【図３９】光デュオバイナリ変調器の各部信号波形図である。
【図４０】ＮＲＺ変調方式と同様の方式を光デュオバイナリ変調方式に適用した場合の説明図である。
【符号の説明】
５１・・半導体レーザ(DFB-LD)５２・・光変調器（例えばＭＺ型光変調器）
５３・・駆動信号発生部
５４・・低周波発振器
５５・・低周波重畳部
５６・・光分岐器
５７・・低周波信号検出部
５８・・動作点制御部
Claims (16)
- 電圧対光出力特性が周期的に変化する特性を備えた光変調器と、該電圧対光出力特性の二つの発光の頂点または二つの消光の頂点の間の振幅で光変調器を駆動する電気駆動信号を生成する駆動信号生成部を備えた光変調装置において、
所定の低周波信号を発生する低周波発振器、
該低周波信号を、低周波信号成分が前記光変調器から出力される光信号に含まれるように、前記駆動信号に重畳する低周波重畳手段、
前記光変調器から出力される光信号に含まれる前記低周波信号成分を低周波信号として検出するフォトダイオードを備え、該フォトダイオードにより検出された該低周波信号に基づいて光変調器の動作点変動を検出する低周波信号検出手段、
前記光変調器の動作点変動の方向に応じて光変調器の動作点を制御する動作点制御手段を、
備えたことを特徴とする光変調装置。 - 前記光変調器は、
光入力側で分岐し、光出力側で結合する光導路と、分岐した両側の光導路の光信号に位相変調を与える二つの信号電極と、各々の信号電極に相補的な駆動信号を入力する二つの駆動信号入力端子を備えている、
ことを特徴とする請求項１記載の光変調装置。 - ２値のデータ信号を３値の電気信号に変換し、該３値の電気信号を光信号に変換する光デュオバイナリ変調を行うこと、
を特徴とする請求項１又請求項２記載の光変調装置。 - 前記低周波重畳手段は、前記駆動信号の中心レベルを前記低周波信号で変化させることにより駆動信号に低周波信号を重畳すること、
を特徴とする請求項１又は請求項２記載の光変調装置。 - 前記低周波重畳手段は、前記駆動信号の上下の包絡線の位相が一致するように該駆動信号に低周波信号を重畳すること、
を特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３又は請求項４記載の光変調装置。 - 前記低周波重畳手段は、前記駆動信号の上下の包絡線の振幅が異なるように該駆動信号に低周波信号を重畳すること、を特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載の光変調装置。
- 前記低周波重畳手段は、前記駆動信号の上下の包絡線の周波数が異なるように該駆動信号に低周波信号を重畳すること、
を特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載の光変調装置。 - 前記低周波重畳手段は、前記駆動信号の上下の包絡線の位相が異なるように該駆動信号に低周波信号を重畳すること、
を特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載の光変調装置。 - 光入力側で分岐し、光出力側で結合する光導路と、両側の光導路の光信号に位相変調を与える二つの信号電極と、各々の信号電極に相補的な駆動信号を入力する二つの駆動信号入力端子を備え、かつ、電圧対光出力特性が周期的に変化する特性を備えた光変調器と、該光変調器の電圧対光出力特性の発光の頂点とそれに隣接する消光の頂点の間の振幅を有し、互いに相補的な駆動信号を発生する駆動信号発生部を備えた光変調装置において、
所定の低周波信号を発生する低周波発振器、
該低周波信号を、低周波信号成分が前記光変調器から出力される光信号に含まれるように、前記駆動信号に重畳する低周波重畳手段、
前記光変調器から出力される光信号に含まれる前記低周波信号成分を低周波信号として検出するフォトダイオードを備え、該フォトダイオードにより検出された該低周波信号に基づいて光変調器の動作点変動を検出する低周波信号検出手段、
前記光変調器の動作点変動の方向に応じて光変調器の動作点を制御する動作点制御手段を、
備えたことを特徴とする光変調装置。 - 前記低周波重畳手段は前記信号電極の少なくとも一方の電極に与える駆動信号に低周波信号を重畳し、
前記動作点制御手段は光変調器の動作点変動に基づいて前記一方の信号電極のバイアス電圧を制御して光変調器の動作点を制御し、
他の信号電極に与える駆動信号の電圧中心をアース電圧に固定する手段を設けた、
ことを特徴とする請求項９記載の光変調装置。 - 電圧対光出力特性が周期的に変化する特性を備えた光変調器を、該電圧対光出力特性の二つの発光の頂点または二つの消光の頂点の間の振幅を有する電気駆動信号で駆動する光変調器の制御方法において、
所定の低周波信号を、低周波信号成分が前記光変調器から出力される光信号に含まれるように、前記駆動信号に重畳し、
前記光変調器から出力する光信号に含まれる前記低周波信号成分を低周波信号として検出するフォトダイオードにより検出された該低周波信号に基づいて光変調器の動作点変動を検出し、
動作点変動の方向に応じて光変調器の動作点を制御する
ことを特徴とする光変調器の制御方法。 - 前記光変調器として、光入力側で分岐し、光出力側で結合する光導路と、分岐した両側の光導路の光信号に位相変調を与える二つの信号電極と、各々の信号電極に相補的な駆動信号を入力する二つの駆動信号入力端子を備えた光変調器を使用し、
光変調器の電圧対光出力特性の発光の頂点とそれに隣接する消光の頂点の間の振幅を有し、かつ、互いに相補的な２つの駆動信号を発生し、それぞれを前記各信号電極に入力する、
ことを特徴とする請求項１１記載の光変調器の制御方法。 - 前記駆動信号の上下の包絡線の位相が一致するように該駆動信号に低周波信号を重畳すること、を特徴とする請求項１１又は請求項１２記載の光変調器の制御方法。
- 前記駆動信号の上下の包絡線の振幅が異なるように該駆動信号に低周波信号を重畳すること、
を特徴とする請求項１１は請求項１２記載の光変調器の制御方法。 - 前記駆動信号の上下の包絡線の周波数が異なるように該駆動信号に低周波信号を重畳すること、
を特徴とする請求項１１は請求項１２記載の光変調器の制御方法。 - 前記駆動信号の上下の包絡線の位相が異なるように低周波信号を重畳すること、
を特徴とする請求項１１は請求項１２記載の光変調器の制御方法。
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