JP2007219063A - 光変調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光ＳＳＢ変調器そのものの構成に変更を加えることなく、完全なＳＳＢ変調をするためのＤＣ電圧制御を容易に行うことが可能とする。
【解決手段】外部に設けられたレーザダイオード（ＬＤ）３からの光を分岐する分岐部１１２と、分岐光の一方が入力される光ＳＳＢ変調器１０と、もう一方の分岐光が入力されてその光周波数の変換を行うＡＯシフタ１１１と、ＳＳＢ変調光と周波数変換された光を合波する合波部１３と、光を受光して２乗検波により電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）１４と、所望の周波数帯の電気信号を通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１５ａ〜１５ｃと、入力された電気信号の比を出力する比演算回路１６ａ、１６ｂと、光ＳＳＢ変調器１０へのＤＣ制御電圧を計算して最適電圧を出力するバイアスコントローラ１７とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は光変調装置に係り、特に精度良くＳＳＢ変調を行うことが可能な光変調装置に関する。

光信号に変調を加えてその変調周波数に対応した変調波を発生させ、一方の側波帯成分を除去する変調方式が、ＳＳＢ（Single Side Band）変調である。また、さらにキャリア光（被変調光）まで抑圧し、単一の側波帯成分だけを取り出すようにした方式は、特にキャリア抑圧ＳＳＢ変調と呼ばれている。
光ＳＳＢ変調は、その用途により、信号光（キャリア光）を入力して異なる周波数の光（単一側波帯光）を出力する周波数変換器や、生成した側波帯信号を使ってデジタル伝送を行うための変調装置など、様々な形で利用することができ、光通信システムや光ファイバ無線システム、光計測等の分野において非常に有効性の高い技術である（例えば、非特許文献１参照）。

ここで、一般的な光ＳＳＢ変調器について説明する。
図２の構成図において、光ＳＳＢ変調器１０は、メインマッハツェンダー導波路１０１の各アームにそれぞれ第１と第２のサブマッハツェンダー導波路１０２、１０３を配置した導波路構成を有しており、また、これら各メインおよびサブマッハツェンダー導波路１０１〜１０３上には、電圧印加によって伝搬光の位相を変化させるためのＲＦ電極１０４とＤＣ電極１０５、１０６が装荷されている。

メインマッハツェンダー導波路１０１には、周波数ｆ_０の光波が入力される。この入力光は、分岐後に２つのサブマッハツェンダー導波路１０２、１０３に導入されて位相変化を受け、再び合波されて出力される。

第１・第２サブマッハツェンダー導波路１０２、１０３上のＤＣ電極１０５ａ、１０５ｂには、当該マッハツェンダー導波路を構成している各アームを伝搬する光波の位相差がπとなるようにＤＣ電圧を印加する。また、第１サブマッハツェンダー導波路１０２上のＲＦ電極１０４ａには、変調周波数ｆ_１のＲＦ電圧を印加し、第２サブマッハツェンダー導波路１０３上のＲＦ電極１０４ｂには、同じく変調周波数ｆ_１のＲＦ電圧を、ＲＦ電極１０４ａに対する位相差がπ／２となるように印加する。さらに、メインマッハツェンダー導波路１０１上のＤＣ電極１０６には、２つのサブマッハツェンダー導波路１０２、１０３間の位相差がπ／２または−π／２となるようなＤＣ電圧を印加する。

すると、この光ＳＳＢ変調器１０内の導波路の各点（図２中の点Ａ〜Ｇ）における光波の周波数スペクトルと位相は、図３に示すような状態となる。ただし、ＤＣ電極１０６によって付与される位相差がπ／２の場合を示した。また、周波数軸（横軸）上の矢印はその周波数のスペクトルを表し、矢印の向きは位相を表している。位相の値は、上向き矢印が０、右斜め上向き矢印がπ／２、下向き矢印がπ、左斜め下向き矢印が３π／２であるとする。

図３において、点Ａと点Ｂのキャリア光（周波数ｆ_０）は、ＤＣ電極１０５ａへの印加電圧によって互いに逆位相（位相差π）となっている。また、周波数ｆ_１のＲＦ電圧で位相変調を与えたことによって、キャリア光の周波数ｆ_０を中心として周波数ｆ_１間隔で高周波成分が発生する。ただし、ここでは２次以上の高次成分は無視して±１次の成分だけを考える。このとき、＋１次の変調光（周波数ｆ_０＋ｆ_１）と−１次の変調光（周波数ｆ_０−ｆ_１）は、点Ａと点Ｂにおいてそれぞれ同位相（位相差０）となっている。

第１サブマッハツェンダー導波路１０２の各アーム上の点Ａ、Ｂでこのような位相関係を持った伝搬光が点Ｅで合波されると、逆位相であるキャリア光は打ち消しあって無くなり、±１次の変調成分だけが残存することになる。
また、第２サブマッハツェンダー導波路１０３の各アーム上の点Ｃ、Ｄにおける伝搬光の位相関係も上記と同様であり、点Ｆでは±１次の変調成分だけが残存する。

さらにＤＣ電極１０６によって位相差が付与されると、点Ｅと点Ｆでは、図３に示されるように＋１次の変調光は同位相、−１次の変調光は逆位相となる。その結果、メインマッハツェンダー導波路１０１の出力側の点Ｇにおいて、合波された光波は＋１次の変調成分のみ有することとなる。なお、ＤＣ電極１０６により付与される位相差を−π／２とした場合には、点Ｇにおいて残存するのは−１次の変調成分となる。
こうして、光ＳＳＢ変調器の出力は、キャリア光と一方の側波帯が抑圧されて単一の側波帯からなるスペクトルを有することとなる。
橋本他、ミリ波自己ヘテロダイン／光ヘテロダイン伝送方式を用いるＲｏＦリンクにおけるＲＦチャネル切り替えに関する一検討、電子情報通信学会総合大会、２００４年

しかしながら、上記のように完全に単一の側波帯成分を出力するためには、ＤＣ電極１０５ａ、１０５ｂによる位相差をπ、ＤＣ電極１０６による位相差をπ／２（または−π／２）とする位相条件が厳密に満足されていなければならない。すなわち、もし仮にこれらの位相差が正しい値をとっていなかったとすると、キャリア光および各次数の変調成分の位相（図３参照）にズレが生じ、それらが合成される結果、出力光（点Ｇ）に望まないキャリア光や他方の側波帯成分が残留することになる。
そしてこの残留成分は、本来の伝送信号とともに送信されて受信装置側で受信される際に、スプリアス信号を発生させて復調精度を低下させてしまうため、光ＳＳＢ変調器の実用上大きな問題となっていた。

これを解決するには、各マッハツェンダー導波路の出力光（図３の点Ｅ、Ｆ、Ｇ）を個別にモニタして、ＤＣ電極への印加電圧をフィードバック制御することが必要となる。しかし、そのためには、モニタ光を取り出すガイド用光導波路を新たに形成し、取り出したモニタ光を検出するＰＤ（フォトダイオード）を備え付ける必要があり、変調器の構成や製造・実装方法が複雑になってしまう欠点がある。
また、別の方法として、上記の光ＳＳＢ変調器の最終的な出力光（図３の点Ｇ）のみを光スペクトルアナライザで測定し、得られた各スペクトル成分を確認しながら人間がＤＣ電圧を手動で調整することも可能ではあるが、調整精度と長期的運用の面で実用的ではなかった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光ＳＳＢ変調器そのものの構成に変更を加えることなく、完全なＳＳＢ変調をするためのＤＣ電圧制御を容易に行うことが可能な光変調装置を提供することにある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、請求項１に記載の発明は、入力された光波を周波数ｆ１のキャリア信号で変調して側波帯成分を発生させるＳＳＢ変調手段と、前記ＳＳＢ変調手段に入力される光波に対して周波数がｆ２（ｆ２＜ｆ１）だけ異なる参照光を生成する参照光生成手段と、前記ＳＳＢ変調手段からの出力光と前記参照光とを合波する合波手段と、前記合波された光を受光し電気信号に変換する光検波手段と、前記光検波手段により得られた電気信号から周波数がｆ１−ｆ２、ｆ２、およびｆ１＋ｆ２の各信号成分を抽出する信号抽出手段と、前記各信号成分に基づいて前記ＳＳＢ変調手段をフィードバック制御して、これら各信号成分の電力を、周波数ｆ２成分が最小値を取り、且つ周波数ｆ１−ｆ２成分とｆ１＋ｆ２成分の一方が最小値を他方が最大値をそれぞれ取るように調整する制御手段と、を備えた光変調装置である。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光変調装置において、前記参照光生成手段は、前記ＳＳＢ変調手段の前段に配置され、入力される光波を２つに分岐してその一方をＳＳＢ変調手段側の経路に導入する光分岐手段と、前記光分岐手段の後段に配置され、前記分岐された光波の他方が入力されて該光波の周波数を変換する光周波数変換手段と、によって構成されて前記周波数変換された光波を前記参照光とすることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光変調装置において、前記参照光生成手段は、前記ＳＳＢ変調手段の前段に配置され、入力される光波を変調して上側側波帯と下側側波帯を発生させるとともにキャリア光を抑圧するＤＳＢ変調手段と、前記ＤＳＢ変調手段と前記ＳＳＢ変調手段の間に配置され両者を接続する光サーキュレータと、前記光サーキュレータのもう一方の接続端の後段に配置され、入力される前記上側側波帯と下側側波帯の一方を透過させ、他方を反射する光選択手段と、によって構成されて、前記光選択手段からの透過光を前記参照光と成し、前記光サーキュレータは、前記ＤＳＢ変調手段から出力される光波を前記光選択手段側に通過させ、該光選択手段から反射される光波を前記ＳＳＢ変調手段側に通過させることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの項に記載の光変調装置において、前記ＳＳＢ変調手段は、２つのマッハツェンダー干渉系と、光波を分岐させて前記２つのマッハツェンダー干渉系に分配する分岐部と、前記２つのマッハツェンダー干渉系から出力される光波を合波する合波部と、前記各マッハツェンダー干渉系に位相が互いにπ／２異なる変調信号を入力してそれぞれを通過する光波を位相変調する変調信号入力手段と、前記マッハツェンダー干渉系を構成している各アームを伝搬する光波に位相差πを付与する、前記２つのマッハツェンダー干渉系のそれぞれに設けられた２つの第１の位相差付与手段と、前記各マッハツェンダー干渉系から出力される光波に位相差π／２若しくは−π／２を付与する第２の位相差付与手段と、からなり、前記制御手段が前記第１および第２の位相差付与手段のそれぞれに対して独立してフィードバック制御を行うことを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかの項に記載の光変調装置において、前記ＳＳＢ変調手段に入力される光波の一部が分岐により取り出されて入力され、その光波をデータ信号で変調するデータ変調手段と、前記ＳＳＢ変調手段および前記データ変調手段から出力され合波された光波を送信信号として出力する出力手段と、をさらに備えたことを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の光変調装置において、前記ＳＳＢ変調手段と前記データ変調手段は、同一基板上に光導波路を形成してなることを特徴とする。

本発明によれば、光信号を周波数ｆ_１でＳＳＢ変調するとともにキャリア光の周波数をｆ_２だけシフトさせ、これらを合波して光検波することによってキャリア光と±１次の側波帯光に対応する周波数成分を検出しているので、ＳＳＢ変調手段へのフィードバック制御を行って単一の側波帯のみを出力する完全なＳＳＢ変調を実現することが可能である。また、ＳＳＢ変調手段自体には特別な構成が不要であるので、光変調装置としての製造が容易であり実用性が高い。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
≪第１の実施形態≫
図１は、本発明の第１の実施形態による光変調装置の構成図である。この光変調装置１は、外部に設けられたレーザダイオード（ＬＤ）３からの光を分岐する分岐部１１２と、分岐光の一方が入力される光ＳＳＢ変調器１０と、もう一方の分岐光が入力されてその光周波数の変換を行うＡＯシフタ１１１と、ＳＳＢ変調光と周波数変換された光を合波する合波部１３と、光を受光して２乗検波により電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）１４と、所望の周波数帯の電気信号を通過させるバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）１５ａ〜１５ｃと、入力された電気信号の比を出力する比演算回路１６ａ、１６ｂと、光ＳＳＢ変調器１０へのＤＣ制御電圧を計算して最適電圧を出力するバイアスコントローラ１７と、伝送するデータによる変調を信号光に与えるデータ変調器１８と、制御された信号光をメイン出力として取り出して伝送路へ送り出すための出力部１９とから構成される。

光ＳＳＢ変調器１０の構成は、既述の図２に示した光ＳＳＢ変調器と同じである。ただし、変調器を構成する各マッハツェンダー導波路１０１〜１０３に設けられたＤＣ電極１０５ａ、１０５ｂ、１０６には、バイアスコントローラ１７によって制御されたＤＣ電圧が供給されるようになっており、これにより伝搬光に付与される位相差が適正な値に保持される。

光ＳＳＢ変調器１０の前段にはＹ字型分岐導波路が配置され、その２つの分岐出力端の一方が同変調器１０、他方がデータ変調器１８のそれぞれの入力端に接続されている。同様に、光ＳＳＢ変調器１０とデータ変調器１８の出力端は、それらの後段に配置されたもう一つのＹ字型分岐導波路の分岐入力端にそれぞれ接続されている。

データ変調器１８は光導波路と電極によって構成された位相変調器であり、電極にデータ信号による変調電圧を印加して導波路を伝搬する光波の位相を変調することで、信号光にデータを乗せて出力する。

上記の光ＳＳＢ変調器１０とデータ変調器１８（およびＹ字型分岐導波路）は、同一のニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３；ＬＮ）基板２０上に形成されている。なお、導波路はチタン（Ｔｉ）を基板内部に熱拡散させることによって、また電極は基板表面への金（Ａｕ）メッキ処理によって、それぞれ作製される。

ＡＯ（Acousto-Optic）シフタ１１１は、音響光学効果を用いた周波数変換デバイスであり、光導波路を形成したＬＮ基板表面にピエゾ（圧電）素子を接着した構成を有する。ピエゾ素子を駆動すると基板に所定周波数の表面弾性波が励振されて、その周波数に応じて導波路を伝搬する光の周波数が変化する。これを利用して入力光の周波数の変換が実現されている。

次に、本光変調装置１の動作について、初めにデータ変調器１８でデータ変調をしない場合を説明し、その後でデータ変調をする場合を説明する。なお、データ変調をしない場合には、図１（および後述する図５）においてデータ変調器１８を省略して光変調装置を構成することもできる。
（１）データ変調しない場合
レーザダイオード３は周波数ｆ_０の単一スペクトルを持つシングルモード光を出力している。出力された光は分岐部１１２に導入されて、光ＳＳＢ変調器１０側とＡＯシフタ１１１側に分岐される。

光ＳＳＢ変調器１０は分岐された一方の光波を入力としてＳＳＢ変調を行うが、ここでは＋１次の側波帯を出力するためにＤＣ電極１０６による位相差をπ／２とする条件で駆動されているものとする。この時フィードバック制御が行われなかったとすると、前述したようにキャリア光と−１次成分が残留する。そして光ＳＳＢ変調器１０から出力される信号光は、図１内（点Ｐ_２）に示されているようなスペクトル形状を有し、所望の＋１次の側波帯による周波数ｆ_０＋ｆ_１の信号光のほかに周波数ｆ_０とｆ_０−ｆ_１の不要な成分（スプリアス信号）を含むこととなる。このスプリアス信号をゼロにすることが、バイアスコントローラ１７等からなる本光変調装置１の制御系の役目である。

一方、分岐部１１２から分岐した他方の光波は、ＡＯシフタ１１１に入力されて周波数を＋ｆ_２だけシフトした光波（周波数ｆ_０＋ｆ_２）に変換される。
なお本実施形態ではこのように、光ＳＳＢ変調器１０へ入力される周波数ｆ_０の信号光の一部を分岐部１１２によって取り出して、それをＡＯシフタ１１１によって周波数変換することで、異なる周波数ｆ_０＋ｆ_２の光（参照光）を生成している。すなわち、ＡＯシフタ１１１と分岐部１１２は参照光生成手段１１として機能している。

光ＳＳＢ変調器１０とＡＯシフタ１１１からの出力光は、合波部１３によって合波された後、フォトダイオード１４により受光される。フォトダイオード１４は、受光した信号光を２乗検波することによって電気信号へ変換する。
２乗検波では、信号光に含まれる各スペクトル成分の積（周波数では差）に相当する電気信号が出力として得られる。ここで、フォトダイオード１４へ入力される光波のスペクトルは上記の説明の通り４つの周波数成分から成るが、以下これらをＥ_０（周波数ｆ_０）、Ｅ_＋１（周波数ｆ_０＋ｆ_１）、Ｅ_−１（周波数ｆ_０−ｆ_１）、およびＥ_２（周波数ｆ_０＋ｆ_２）と記すことにする。すると、２乗検波によって得られる各電気信号の周波数は、次の通り（矢印の右側）となる。ただし、積を“・”で表す。
Ｅ_０・Ｅ_＋１ → ｆ_１
Ｅ_０・Ｅ_−１ → ｆ_１
Ｅ_０・Ｅ_２ → ｆ_２
Ｅ_＋１・Ｅ_−１ → ２ｆ_１
Ｅ_＋１・Ｅ_２ → ｆ_１−ｆ_２
Ｅ_−１・Ｅ_２ → ｆ_１＋ｆ_２

上記の対応関係において、２乗検波後の出力信号に含まれる周波数成分ｆ_２は信号光Ｅ_０とＥ_２から生成されたものであり、同様にｆ_１−ｆ_２成分は信号光Ｅ_＋１とＥ_２から、ｆ_１＋ｆ_２成分は信号光Ｅ_−１とＥ_２からそれぞれ生成されたものである。したがって、信号光Ｅ_０、Ｅ_＋１、Ｅ_−１の変化をフォトダイオード１４からの出力信号成分ｆ_２、ｆ_１−ｆ_２、ｆ_１＋ｆ_２によって検出することができる。なお、この検出は信号光Ｅ_２（参照光）を導入したことにより可能となるものである。

また、各成分は信号光の積の値に比例した電力値を持つが、Ｅ_２が共通であるためその比はＥ_０：Ｅ_＋１：Ｅ_−１である。したがって、２乗検波によって得られた電気信号における周波数ｆ_２、ｆ_１−ｆ_２、ｆ_１＋ｆ_２の電圧比を測定することにより、信号光Ｅ_０、Ｅ_＋１、Ｅ_−１、すなわち光ＳＳＢ変調器１０による各変調成分の大きさの比を知ることができる。

この比は、フォトダイオード１４の後段に設けられたバンドパスフィルタ１５と比演算回路１６を用いて算出される。すなわち、３つのバンドパスフィルタ１５ａ、１５ｂ、１５ｃにはフォトダイオード１４からの出力信号が分配して入力され、それぞれの通過帯域（順にｆ_１＋ｆ_２、ｆ_１−ｆ_２、ｆ_２）の周波数成分だけが各フィルタから出力される。バンドパスフィルタ１５ａと１５ｂの出力は比演算回路１６ａに入力されて、周波数成分ｆ_１−ｆ_２に対するｆ_１＋ｆ_２の電圧比Ｒ_１が演算される。また同様に、バンドパスフィルタ１５ｂと１５ｃの出力は比演算回路１６ｂに入力されて、周波数成分ｆ_１−ｆ_２に対するｆ_２の電圧比Ｒ_２が演算される。

バイアスコントローラ１７は、上記の電圧比Ｒ_１とＲ_２を入力として光ＳＳＢ変調器１０の各ＤＣ電極１０５ａ、１０５ｂ、１０６に対するフィードバック制御を行う。この制御において、電圧比Ｒ_１とＲ_２がともに最小、すなわち周波数ｆ_１−ｆ_２成分（信号光Ｅ_＋１に対応）が最大かつ周波数ｆ_１＋ｆ_２成分（信号光Ｅ_−１に対応）とｆ_２成分（信号光Ｅ_０に対応）が最小となるようにそれぞれのＤＣ電圧が調整される。この結果、光ＳＳＢ変調器１０から＋１次の側波帯の信号光のみを発生させる理想的なＳＳＢ変調が実現される。

（２）データ変調する場合
データ変調器１８において伝送データによる変調が行われる場合、データ変調された光波と光ＳＳＢ変調器１０によってＳＳＢ変調された光波とが合波された信号光が、ＡＯシフタ１１１からの出力光と合波されてフォトダイオード１４に受光される。また、出力部１９はこの信号光のメイン出力を取り出し伝送路へ送り出す。以下、フォトダイオード１４に入力される信号を制御用信号、伝送路へ送信される信号を伝送信号と呼ぶ。

図４は、伝送信号および制御用信号の光スペクトルと２乗検波後の電気スペクトルを示している。同図（ａ）が伝送信号、（ｂ）が制御用信号である。
伝送信号は、バイアスコントローラ１７によるフィードバック制御が行われていないときには、ＳＳＢ変調による信号成分としてキャリア光Ｅ_０（周波数ｆ_０）、および＋１次と−１次の側波帯光Ｅ_＋１、Ｅ_−１（それぞれ周波数ｆ_０＋ｆ_１、ｆ_０−ｆ_１）を含んでいる。すなわち、まだキャリア光と片方の側波帯成分が残留している。また、伝送データの変調周波数の最大値をｆ_ｍとすると、信号光の位相変調成分（Ｅ_３とする）は帯域が周波数ｆ_０±ｆ_ｍの範囲にわたって広がりを持つ（図４（ａ）左上）。

このような光スペクトルの伝送信号を（受信側で）２乗検波すると、電気のスペクトルは図４（ａ）右上のような形になる。周波数ｆ_１−ｆ_ｍからｆ_１＋ｆ_ｍまで広がっている信号成分が、Ｅ_＋１とＥ_３によって生成された本来のデータ信号である。この信号の低周波側にはＥ_０とＥ_３から生じた信号成分が重なっており、これがスプリアスとして受信特性を劣化させる。また、Ｅ_＋１とＥ_３からは周波数ｆ_１を中心として本来のデータ信号と左右対称のスペクトル成分も生じるが、この成分は伝送路の分散に起因する信号光の各成分間の遅延の影響でＳ／Ｎ比劣化の要因として働く。

一方、制御用信号の光スペクトルは、伝送信号のそれに対してＡＯシフタ１１１からの信号成分Ｅ_２が足し合わせられている（図４（ｂ）左）。これをフォトダイオード１４で２乗検波すると、電気のスペクトルは図４（ｂ）右のようになる。ここで、フィードバック制御に用いるのは、上述した（１）の場合と同じくＥ_０・Ｅ_２、Ｅ_＋１・Ｅ_２、およびＥ_−１・Ｅ_２である。これらの成分をバンドパスフィルタ１５ａ〜１５ｃで切り出し、比演算回路１６ａ、１６ｂとバイアスコントローラ１７により適正なＤＣ電圧を計算して、光ＳＳＢ変調器１０の各ＤＣ電極を制御する。

その結果光ＳＳＢ変調器１０からの出力が＋１次の側波帯成分のみになると、伝送信号のスペクトルは図４（ａ）左下および右下のようになる。スプリアス信号や伝送路分散の影響が低減するので、伝送特性が向上する。

このように、本実施形態によれば、所望の＋１次の側波帯成分のほかキャリア光と−１次の側波帯からなる残留成分を有している光ＳＳＢ変調器１０からの出力信号光が、ＡＯシフタ１１１によりキャリア光を周波数変換した信号光と合波された後、フォトダイオード１４によって２乗検波される。検波された信号から、キャリア光、＋１次および−１次の側波帯光にそれぞれ対応する周波数ｆ_２、ｆ_１−ｆ_２、ｆ_１＋ｆ_２の成分を抽出し、これら各成分の比に基づいてバイアスコントローラ１７が光ＳＳＢ変調器１０のＤＣ電圧をフィードバック制御する。
これにより、キャリア光および−１次の側波帯成分の抑圧比を十分大きくすることができ、完全なＳＳＢ変調が可能となる。また、光ＳＳＢ変調器１０自体は特別な構成を有していないので、実用化が容易である。

≪第２の実施形態≫
図５は、本発明の第２の実施形態による光変調装置の構成図である。この光変調装置２は、前述の第１の実施形態において、ＡＯシフタ１１１と分岐部１１２の代わりにＤＳＢ変調器１２１と光サーキュレータ１２２とファイバグレーティング（Fiber Bragg Grating；ＦＢＧ）１２３を利用したものである。

ＤＳＢ変調器１２１は、レーザダイオード３から出力される周波数ｆ_０の信号光をＤＳＢ（Double Side Band）変調して、周波数差がｆ_２である上側側波帯と下側側波帯（周波数はそれぞれｆ_０＋ｆ_２／２、ｆ_０−ｆ_２／２）からなるキャリア抑圧されたＤＳＢ信号光を発生させる。その構成は、図６に示すように、マッハツェンダー導波路１２４とＲＦ電極１２５とＤＣ電極１２６から成っている。ＲＦ電極１２５には周波数ｆ_２／２の変調電圧を印加し、ＤＣ電極１２６にはマッハツェンダー導波路１２４の各アーム間の位相差がπとなるようにＤＣ電圧を印加する。すると、変調器内を伝搬する光波のスペクトルと位相は、ちょうど前述の光ＳＳＢ変調器１０内の第１サブマッハツェンダー導波路１０２におけるのと同様の状態（図３の点Ａ、Ｂ、Ｅに相当。ただし周波数ｆ_１はｆ_２／２に置き換わる）となる。

上記のようにして生成された２つのスペクトル成分を有する信号光は光サーキュレータ１２２に入力されて、ファイバグレーティング１２３側の経路へと導入される。ファイバグレーティング１２３は周波数ｆ_０−ｆ_２／２を中心とする非常に急峻なフィルタ特性を持っており、入力された２成分のうち当該周波数成分の光波を反射し、もう一方の周波数ｆ_０＋ｆ_２／２の光波を透過させる。この反射波は再び光サーキュレータ１２２へ戻って、光ＳＳＢ変調器１０へ入力される。
なお、本実施形態では、ＤＳＢ変調器１２１と光サーキュレータ１２２とファイバグレーティング１２３とによって光ＳＳＢ変調器１０への入力光と異なる周波数の参照光が生成されており、これら３つの部品が参照光生成手段１２として機能している。

光ＳＳＢ変調器１０はこの入力信号光（周波数ｆ_０−ｆ_２／２）に対し、第１の実施形態の場合と同じＲＦおよびＤＣ電圧を各電極に印加してＳＳＢ変調をかける。この変調の結果得られる出力光は、図５内にそのスペクトルを示したように、図１と同じく所望の＋１次の側波帯成分のほか、残留成分（キャリア光と−１次成分）を有することとなる。ただし、これら各成分の周波数は、入力光の周波数の差（−ｆ_２／２）の分だけ図１と異なっている。

ここで、ＳＳＢ変調によって上記の各成分を持った信号光とファイバグレーティング１２３からの透過光とは、相対的な周波数の差がｆ_２となっている。そのため、これらの光波が合波されてフォトダイオード１４により２乗検波されると、検波後のスペクトルは第１の実施形態の場合と全く同一のものが得られる。バンドパスフィルタ１５、比演算回路１６、バイアスコントローラ１７は第１の実施形態と同じ動作をし、光ＳＳＢ変調器１０に対するフィードバック制御を行う。その結果、光ＳＳＢ変調器１０から＋１次の側波帯の信号光のみを発生させる理想的なＳＳＢ変調が実現される。

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、参照光生成手段としては、第１および第２の実施形態で説明したもののほか、上述したＤＳＢ変調器と、その後段に配置された分岐部と、分岐先の導波路の双方に設けられＤＳＢ変調による上側および下側側波帯のそれぞれ一方だけを透過させる光フィルタ（ファイバグレーティングや誘電体多層膜フィルタなど）とによって構成することもできる。この場合、一方の光フィルタの出力を光ＳＳＢ変調器への入力とし、その出力と他方の光フィルタの出力とを合波してフォトダイオードで検波する。

また、データ変調器１８は単純に直線導波路と変調電極によって構成してもよいし、光ＳＳＢ変調器１０と同じ構成にしてもよい。
また、上記の実施形態では最終的に＋１次の側波帯成分を得る場合の制御について説明したが、−１次の成分が得られるように装置の設計を変更することができるのはもちろんである。
また、比演算回路１６はソフトウェアにより構成することもできる。そうすることで、＋１次と−１次の側波帯信号を任意にリアルタイムで選択可能となる。
また、ＡＯシフタ１１１以外の既存の技術に基づく周波数変換デバイスを適用することもできる。

本発明の第１の実施形態による光変調装置の構成図である。 光ＳＳＢ変調器の構成図である。 光ＳＳＢ変調器内における光波の周波数スペクトルと位相の挙動を示した図である。 伝送信号と制御用信号のスペクトルを示した図である。 本発明の第２の実施形態による光変調装置の構成図である。 ＤＳＢ変調器の構成図である。

符号の説明

１、２…光変調装置 １０…光ＳＳＢ変調器 １１、１２…参照光生成手段 １３…合波部 １４…フォトダイオード １５…バンドパスフィルタ １６…比演算回路 １７…バイアスコントローラ １８…データ変調器 １９…出力部 ２０…ＬＮ基板 １０１…メインマッハツェンダー導波路 １０２、１０３…サブマッハツェンダー導波路 １０４…ＲＦ電極 １０５、１０６…ＤＣ電極 １１１…ＡＯシフタ １１２…分岐部 １２１…ＤＳＢ変調器 １２２…光サーキュレータ １２３…ファイバグレーティング １２４…マッハツェンダー導波路 １２５…ＲＦ電極 １２６…ＤＣ電極

Claims (6)

1. 入力された光波を周波数ｆ１のキャリア信号で変調して側波帯成分を発生させるＳＳＢ変調手段と、
   前記ＳＳＢ変調手段に入力される光波に対して周波数がｆ２（ｆ２＜ｆ１）だけ異なる参照光を生成する参照光生成手段と、
   前記ＳＳＢ変調手段からの出力光と前記参照光とを合波する合波手段と、
   前記合波された光を受光し電気信号に変換する光検波手段と、
   前記光検波手段により得られた電気信号から周波数がｆ１−ｆ２、ｆ２、およびｆ１＋ｆ２の各信号成分を抽出する信号抽出手段と、
   前記各信号成分に基づいて前記ＳＳＢ変調手段をフィードバック制御して、これら各信号成分の電力を、周波数ｆ２成分が最小値を取り、且つ周波数ｆ１−ｆ２成分とｆ１＋ｆ２成分の一方が最小値を他方が最大値をそれぞれ取るように調整する制御手段と、
   を備えた光変調装置。
2. 前記参照光生成手段は、
   前記ＳＳＢ変調手段の前段に配置され、入力される光波を２つに分岐してその一方をＳＳＢ変調手段側の経路に導入する光分岐手段と、
   前記光分岐手段の後段に配置され、前記分岐された光波の他方が入力されて該光波の周波数を変換する光周波数変換手段と、
   によって構成されて前記周波数変換された光波を前記参照光とする
   ことを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
3. 前記参照光生成手段は、
   前記ＳＳＢ変調手段の前段に配置され、入力される光波を変調して上側側波帯と下側側波帯を発生させるとともにキャリア光を抑圧するＤＳＢ変調手段と、
   前記ＤＳＢ変調手段と前記ＳＳＢ変調手段の間に配置され両者を接続する光サーキュレータと、
   前記光サーキュレータのもう一方の接続端の後段に配置され、入力される前記上側側波帯と下側側波帯の一方を透過させ、他方を反射する光選択手段と、
   によって構成されて前記光選択手段からの透過光を前記参照光とし、
   前記光サーキュレータは、
   前記ＤＳＢ変調手段から出力される光波を前記光選択手段側に通過させ、該光選択手段から反射される光波を前記ＳＳＢ変調手段側に通過させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
4. 前記ＳＳＢ変調手段は、
   ２つのマッハツェンダー干渉系と、
   光波を分岐させて前記２つのマッハツェンダー干渉系に分配する分岐部と、
   前記２つのマッハツェンダー干渉系から出力される光波を合波する合波部と、
   前記各マッハツェンダー干渉系に位相が互いにπ／２異なる変調信号を入力してそれぞれを通過する光波を位相変調する変調信号入力手段と、
   前記マッハツェンダー干渉系を構成している各アームを伝搬する光波に位相差πを付与する、前記２つのマッハツェンダー干渉系のそれぞれに設けられた２つの第１の位相差付与手段と、
   前記各マッハツェンダー干渉系から出力される光波に位相差π／２若しくは−π／２を付与する第２の位相差付与手段と、
   からなり、
   前記制御手段が前記第１および第２の位相差付与手段のそれぞれに対して独立してフィードバック制御を行う
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの項に記載の光変調装置。
5. 前記ＳＳＢ変調手段に入力される光波の一部が分岐により取り出されて入力され、その光波をデータ信号で変調するデータ変調手段と、
   前記ＳＳＢ変調手段および前記データ変調手段から出力され合波された光波を送信信号として出力する出力手段と、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの項に記載の光変調装置。
6. 前記ＳＳＢ変調手段と前記データ変調手段は、同一基板上に光導波路を形成してなることを特徴とする請求項５に記載の光変調装置。
   
   

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