以下に添付図面を参照して、この発明にかかる光変調装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1にかかる光変調装置の構成を示す図である。実施の形態1にかかる光変調装置100は、QPSK方式またはDQPSK方式の光変調装置である。図1に示すように、光変調装置100は、光サーキュレータ110と、光分岐部130と、平行導波路140a,140bと、位相調整部150と、変調部160と、折り返し部170と、光結合部180と、PD191と、制御部192と、を備えている。
光サーキュレータ110は、光変調装置100の外部からの入力光を光分岐部130へ出力するとともに、光分岐部130から出力された光をPD191へ出力する(取り出し手段)。基板120は、LiNbO3などの電気光学効果を有する基板である。基板120上には、光分岐部130と、平行導波路140a,140bと、移相部150と、変調部160と、折り返し部170と、光結合部180と、が設けられている。
光分岐部130は、光サーキュレータ110から出力された入力光を分岐する。光分岐部130は、分岐した各光をそれぞれ平行導波路140aおよび平行導波路140bへ出力する。また、光分岐部130は、折り返されて位相調節部150を再度通過した各光を結合する第2光結合手段としての機能も有する。光分岐部130は、折り返されて位相調整部150を再度通過した各光を結合して光サーキュレータ110へ出力する。
位相調節部150は、光分岐部130によって分岐され、平行導波路140aおよび平行導波路140bへ出力された各光を通過させ、通過させる各光の位相差を、入力される位相制御信号に応じて変化させる。ここでは、位相調節部150は、平行導波路140aに設けられた位相調節器151および平行導波路140bによって構成されている。光分岐部130から平行導波路140aへ出力された光は位相調整器151を通過する。位相調節器151は、制御部192によって入力される位相制御信号に応じて、通過する光の位相を変化させる。
位相調節器151の移相量は、初期の状態ではπ/2またはほぼπ/2である。一方、平行導波路140bを通過する光の位相は変化しない。これにより、位相調節部150を通過した各光の位相差がπ/2変化する。また、位相調節部150を再度通過した各光の位相差はさらにπ/2変化する。位相調節器151は、位相を変化させた光を変調部160の変調器160aへ出力する。平行導波路140bを通過した光は、変調部160の変調器160bへ出力される。
変調部160は、位相調節部150から出力された各光をそれぞれ位相変調する。具体的には、変調部160は、変調器160aおよび変調制御部166aと、変調器160bおよび変調制御部166bと、から構成されている。変調器160aおよび変調制御部166aは、平行導波路140aを通過して位相調節器151から出力された光に対して2相(0およびπ)の位相変調を行う。変調器160bおよび変調制御部166bは、平行導波路140bを通過して出力された光に対して2相(0およびπ)の位相変調を行う。
変調器160aは、基板120に形成され、光分岐部161aと、平行導波路162a,162bと、光結合部163と、信号電極164a,164bと、接地電極165と、から構成されている。光分岐部161aは、平行導波路140aを通過して位相調節器151から出力された光を分岐する。光分岐部161aは、分岐した各光をそれぞれ平行導波路162aおよび平行導波路162bへ出力する。
平行導波路162aおよび平行導波路162bは、光分岐部161aから出力された各光をそれぞれ通過させて光結合部163へ出力する。光結合部163は、平行導波路162aおよび平行導波路162bから出力された各光を結合して光結合部180へ出力する。信号電極164aは、平行導波路162aに沿って設けられている。信号電極164bは、平行導波路162bに沿って設けられている。
接地電極165は、信号電極164aおよび信号電極164bと所定の間隔を有して設けられている。なお、実際には、光分岐部161a、平行導波路162a,162bおよび光結合部163などの光導波路は、基板120内部の表面付近に形成されており、その上に信号電極164a、信号電極164bおよび接地電極165が形成されるため不可視であるが、説明の便宜上これらの光導波路を可視化して図示している(以下同様)。
変調制御部166aは、信号電極164aおよび信号電極164bに対して互いに反転した変調制御信号をそれぞれ入力する。ここで、変調制御信号は、たとえばデータ信号に基づく「0」および「1」の情報を示す信号である。変調制御信号の情報の生成方式によって、変調器160aによる変調をQPSK方式またはDQPSK方式に変更することができる。ここでは、変調器160aによる変調をQPSK方式にするものとする。
これにより、平行導波路162aおよび平行導波路162bを通過する各光の位相が変化し、光結合部163から出力される光が2相で位相変調される。また、変調器160aへ入力された光は位相調整器151によって位相がπ/2変化しているため、光結合部163から出力される光は、変調制御部166aから入力される変調制御信号に応じて2相(π/2および3π/2)の位相変調信号になる。
変調器160bの詳細な構成については、変調器160aの構成と同様であるため説明を省略する。変調器160bは、光分岐部130から平行導波路140bを通過して出力された光を、変調制御部166bから入力される変調制御信号に応じて2相で位相変調する。変調器160bへ入力された光は位相が変化していないため、変調器160bから出力される光は2相(0およびπ)の位相変調信号になる。
変調器160aおよび変調器160bは、変調した各光を光結合部180へ出力する。なお、変調器160aを構成する信号電極164a、信号電極164bおよび接地電極165と、変調器160bを構成する信号電極および接地電極(符号不図示)と、は温度変化などで経時変化する。このため、変調器160aおよび変調器160bを通過して光分岐部130によって結合される各光の位相差が、π/2から経時的にずれる。
折り返し部170は、位相調節部150および変調部160を通過して光結合部180へ出力される各光の一部の成分をそれぞれ折り返し、位相調整部150を再度通過させる折り返し手段である。折り返し部170は、光分離部171aおよび光分離部171bと、ミラー172aおよびミラー172bと、によって構成されている。
光分離部171aは、変調器160aから光結合部180へ出力される光の一部の成分を分離する。光分離部171aは、分離した光をミラー172aへ出力する。光分離部171bは、変調器160bから光結合部180へ出力される光の一部の成分を分離する。光分離部171bは、分離した光をミラー172bへ出力する。
光分離部171aおよび光分離部171bは、それぞれ光分岐導波路によって構成されている。光分離部171aおよび光分離部171bの分岐比は、通過して光結合部180へ出力される成分が、ミラー172aおよびミラー172bへ出力される成分の比率よりも大きくなるように設定するとよい。たとえば、光結合部180へ出力される成分とミラー172aおよびミラー172bへ出力される成分との比率を9:1に設定する。
ミラー172aは、光分離部171aから出力された光を反射させて折り返す。ミラー172aによって反射した光は、光分離部171a、変調器160aおよび位相調整器151を再度通過して光分岐部130へ出力される。ミラー172bは、光分離部171bから出力された光を反射させて折り返す。ミラー172bによって反射した光は、光分離部171bおよび変調器160bを再度通過して光分岐部130へ出力される。
光結合部180は、変調器160aから出力された光と、変調器160bから出力された光と、を結合して光変調装置100の外部へ出力する。光結合部180によって結合されて外部へ出力される光は、変調制御部166aおよび変調制御部166bからそれぞれ変調器160aおよび変調器160bへ入力される各変調制御信号に応じて4相(π/4、3π/4、5π/4および7π/4)の位相変調信号になる。
PD191および制御部192は、光分岐部130によって結合された光の強度が最小になるように位相制御信号を位相調整部150へ入力することで、位相調整部150を再度通過した各光の位相差をπに制御する制御手段を構成している。PD191は、光サーキュレータ110から出力された光を受光する。PD191は、受光した光の強度に応じた強度の電気信号を制御部192へ出力する。
制御部192は、PD191から出力された電気信号を検知し、検知した電気信号に応じた位相制御信号を位相調整器151へ入力する。具体的には、制御部192は、PD191から出力された電気信号の強度が最小となるように、位相調整器151へ入力する位相制御信号の強度を調節する。制御部192は、たとえばCPU(Central Processing Unit)によって構成される。
なお、ここでは、位相調節部150が位相調節器151および平行導波路140bによって構成されている場合について説明したが、位相調節部150を、位相調節器151と、平行導波路140bに設けられた別の位相調節器と、によって構成してもよい。この場合は、たとえば、位相調節器151の移相量をπ/4にし、平行導波路140bに設けられた位相調節器の移相量を−π/4にすることで、位相調節部150を通過する各光の位相差をπ/2変化させる。
また、基板120上に、光分岐部130と、平行導波路140a,140bと、移相部150と、変調部160と、折り返し部170と、光結合部180と、を設ける構成について説明したが、光変調装置100の構成はこれに限らない。たとえば、基板120上に変調部160を設け、光分岐部130、平行導波路140a,140b、移相部150、折り返し部170および光結合部180は基板120の外部に設ける構成としてもよい。
なお、以下に示す図面においては、光分岐部161aと、平行導波路162aおよび平行導波路162bと、光結合部163と、信号電極164aおよび信号電極164bと、接地電極165と、の符号の図示を省略する。また、以下に示す図面においては、図14を除いて、変調制御部166aおよび変調制御部166bの図示を省略する。
図2は、光変調装置のミラーの部分を切断して示す拡大斜視図である。図2に示すように、光分離部171aを構成する光分岐導波路によって分岐した光導波路のうちの、分離された光が出力される光導波路210は、基板120のミラー172a側の端面まで導出されている。ミラー172aは、たとえば、光導波路210が導出された基板120の端面にAuなどの金属およびSiO2などの誘電体を蒸着することで形成される。
ミラー172bについても同様に、光分離部171bを構成する光分岐導波路によって分岐した光導波路のうちの、分離された光が出力される光導波路を基板120の端面まで導出し、光導波路が導出された基板120の端面にAuなどの金属およびSiO2などの誘電体を蒸着することで形成される。なお、ミラー172aおよびミラー172bの構成方法はこれらの蒸着に限らず、たとえばミラーを基板120の端面に設置してもよい。
図3は、図1に示した制御部の動作の一例を示すフローチャートである。ここで、光サーキュレータ110から光分岐部130へ入力光が入力されているものとする。図3に示すように、まず、位相調節器151への位相制御信号の入力を開始する(ステップS301)。このときの位相制御信号の強度を初期の状態の設定強度とする。つぎに、PD191から出力された電気信号の強度を検知する(ステップS302)。
つぎに、検知した電気信号の強度が、あらかじめ定められたしきい値以下か否かを判断する(ステップS303)。PD191から出力された電気信号の強度がしきい値よりも大きい場合(ステップS303:No)は、位相調整器151へ入力する位相制御信号の強度を、そのときの設定強度よりも増加させる(ステップS304)。つぎに、PD191から出力された電気信号の強度を検知する(ステップS305)。
つぎに、ステップS302によって検知された電気信号の強度に比べて、ステップS305によって検知された電気信号の強度が減少したか否かを判断する(ステップS306)。ステップS305によって検知された電気信号の強度が減少した場合(ステップS306:Yes)は、ステップS304によって増加させた位相制御信号の強度を新たな設定強度として、ステップS302に戻って処理を続行する。
ステップS306において、ステップS305によって検知された電気信号の強度が減少していない場合(ステップS306:No)は、位相調整器151へ入力する位相制御信号の強度を設定強度よりも減少させ(ステップS307)、減少させた位相制御信号の強度を新たな設定強度として、ステップS302に戻って処理を続行する。
ステップS303において、検知した電気信号の強度がしきい値以下である場合(ステップS303:Yes)は、動作の終了条件を満たしているか否かを判断し(ステップS308)、終了条件を満たしていない場合(ステップS308:No)にはステップS302に戻って処理を続行する。終了条件を満たしている場合(ステップS308:Yes)には、一連の動作を終了する。
図4は、折り返された各光の位相差とPD出力強度との関係を示すグラフである。図4において、関係410は、ミラー172aおよびミラー172bによって折り返され、位相調整部150を再度通過して光分岐部130によって結合される各光の位相差と、PD191から制御部192へ出力される電気信号の強度(PD出力強度)と、の関係を示している。縦軸のminは、PD出力強度の最小値を示している。
制御部192は、PD出力強度をモニタしながら、PD出力強度が最小値minになるように、位相調整器151へ入力する位相制御信号の強度を調節する。関係410に示すようにPD出力強度が最小値minになったとき(符号411)は、位相調節部150を再度通過して光分岐部130によって結合される各光の位相差はπまたはほぼπになる。
位相調整部150を再度通過して光分岐部130によって結合される各光は、位相調整部150を2回通過するため、光結合部180によって結合される各光に対して位相差が2倍になる。このため、光分岐部130によって結合される各光の位相差がπになるときは、光結合部180によって結合される各光の位相差はπ/2になる。このとき、光結合部180から出力される光信号の変調特性が最適となる。
図5は、結合される各光の位相差とPD出力強度との関係を示すグラフである。図5において、関係510は、光結合部180によって結合される各光の位相差[度]と、PD出力強度[μW]と、の関係を示している。関係520は、光結合部180によって結合される各光の位相差[度]と、光結合部180によって結合されて外部へ出力される光の最小受信感度差[dB]と、の関係を示している。
関係510に示すように、PD出力強度が最小値(0[μW])になるときに、光結合部180によって結合される各光の位相差が90[度](π/2)になる。また、関係520に示すように、PD出力強度が最小値(0[μW])になるときに、光結合部180によって結合されて外部へ出力される光の最小受信感度差が最小(0[dB])になる。
図6は、実施の形態1にかかる光変調装置の変形例を示す図である。図6において、図1に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図1においては、位相調整部150が変調部160の前段に設けられる構成について説明したが、実施の形態1にかかる光変調装置100は、図6に示すように、図1に示した光変調装置100の構成において、位相調整部150が変調部160の後段に設けられていてもよい。
変調器160aは、光分岐部130から平行導波路140aへ出力された光を変調して位相調節器151へ出力する。位相調整器151は、変調器160aから出力された光の位相を変化させる。位相調節器151は、位相を変化させた光を光結合部180へ出力する。光分離部171aは、位相調節器151から光結合部180へ出力される光の一部の成分を分離する。光結合部180は、位相調節器151および変調器160bから出力された各光を結合する。
このように、実施の形態1にかかる光変調装置100によれば、位相調節部150を通過して光結合部180へ出力される各光の一部の成分を折り返し部170によってそれぞれ折り返し、位相調節部150を再度通過させた各光の位相差をπに近づけるよう制御することで、光結合部180によって結合される各光の位相差を実質的にπ/2に制御することができる。
これにより、位相調節部150を再度通過させた各光を結合した光の強度が最小になるように位相調節信号を調節する簡単な位相制御(図3参照)によって、光結合部180によって結合される各光の位相差を実質的にπ/2に制御することができる。このため、実施の形態1にかかる光変調装置100によれば、制御部192の簡単な制御によって、光結合部180から外部へ出力される光信号の変調特性を向上させることができる。
また、位相調節部150とともに変調部160を通過して光結合部180へ出力される各光の一部の成分をそれぞれ折り返すことで、光分岐部130によって結合される各光の位相差に、変調部160の経時変化などによる位相差のずれを反映させることができる。このため、変調部160の経時変化などで位相差がずれても、光分岐部130によって結合される各光の位相差をπに近づけるよう制御することで、光結合部180によって結合される各光の位相差を実質的にπ/2に制御することができ、変調特性をさらに向上させることができる。
また、位相調節部150を再度通過させた各光を結合する第2光結合手段を光分岐部130によって構成することで、新たな部材を設けることなく第2光結合手段を構成することができる。また、光分岐部130によって結合された光を取り出す取り出し手段を光分岐部130の前段に設けた光サーキュレータ110によって構成することで、光分岐部130によって結合された光を低損失で取り出すことができる。
(実施の形態2)
図7は、実施の形態2にかかる光変調装置の構成を示す図である。図7に示すように、実施の形態2にかかる光変調装置100は、実施の形態1にかかる光変調装置100の構成(図1参照)において、位相調節部150を通過した各光の一部の成分をそれぞれ折り返す折り返し部170が、位相調節部150および変調部160の間に設けられている。
光分離部171aは、位相調節器151から変調器160aへ出力される光の一部の成分を分離する。光分離部171aは、分離した光をミラー172aへ出力する。光分離部171bは、光分岐部130から変調器160bへ出力される光の一部の成分を分離する。光分離部171bは、分離した光をミラー172bへ出力する。
ミラー172aは、光分離部171aから出力された光を反射させて折り返す。ミラー172bは、光分離部171bから出力された光を反射させて折り返す。ミラー172aによって反射した光は、光分離部171aおよび位相調節器151を再度通過して光分岐部130へ出力される。ミラー172bによって反射した光は、光分離部171bを再度通過して光分岐部130へ出力される。
このように、実施の形態2にかかる光変調装置100によれば、実施の形態1にかかる光変調装置100の効果を奏するとともに、位相調節部150を通過した各光を変調部160の前段で折り返すことで、光分岐部130で結合される各光の位相差が変調部160の位相ずれの影響を受けない。このため、光分岐部130によって結合される各光の位相差を実質的にπに制御することで、位相調節部150の移相量を精度よくπ/2に制御することができ、変調特性をさらに向上させることができる。
(実施の形態3)
図8は、実施の形態3にかかる光変調装置の構成を示す図である。図8において、図1に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図8に示すように、実施の形態3にかかる光変調装置100は、実施の形態1にかかる光変調装置100(図1参照)の折り返し部170に代えて、ハーフミラー810aおよびハーフミラー810bを備えている。ハーフミラー810aおよびハーフミラー810bは、位相調節部150を通過した各光の一部の成分をそれぞれ折り返す折り返し手段を構成している。
ハーフミラー810aは、変調器160aから光結合部180へ出力される光の一部の成分を反射させて折り返す。また、ハーフミラー810aは、変調器160aから光結合部180へ出力される光の反射させない成分を通過させて光結合部180へ出力する。ハーフミラー810aによって反射した光は、変調器160aおよび位相調節器151を再度通過して光分岐部130へ出力される。
ハーフミラー810bは、変調器160bから光結合部180へ出力される光の一部の成分を反射させて折り返す。また、ハーフミラー810bは、変調器160bから光結合部180へ出力される光の反射させない成分を通過させて光結合部180へ出力する。ハーフミラー810bによって反射した光は、変調器160bを再度通過して光分岐部130へ出力される。光結合部180は、変調器160aおよび変調器160bから出力され、ハーフミラー810aおよびハーフミラー810bを通過した各光を結合する。
図9は、光変調装置のハーフミラーの部分を切断して示す拡大斜視図である。図9に示すように、実施の形態3にかかる光変調装置100の基板120には、平行導波路140aを横切る溝910がエッチングなどによって設けられている。ハーフミラー810aは、溝910に差し込んだ状態で設けられる。ハーフミラー810aは、たとえば、誘電体多層膜(Si/SiO2、TiO2/SiO2など)や、半導体多層膜(InP/InGaAs、GaAs、GaAs/AlGaAsなど)によって形成される。
また、これらの多層膜の膜厚や層数によってハーフミラー810aの反射率を任意に設計することができる。ハーフミラー810bについても同様に、平行導波路140bを横切る溝を設け、設けた溝に差し込んだ状態で設けられる。なお、図7で示したミラー172aは、たとえば、図9で示したハーフミラー810aに代えて全反射ミラーを設けることで構成することができる。また、図7で示したミラー172bも同様に、ハーフミラー810bに代えて全反射ミラーを設けることで構成することができる。
このように、実施の形態3にかかる光変調装置100によれば、実施の形態1にかかる光変調装置100の効果を奏するとともに、ハーフミラー810aおよびハーフミラー810bをそれぞれ平行導波路140aおよび平行導波路140b上に設けることで、光分離部(図1符号171a,171b参照)を設けることなく、位相調整部150を通過した各光の一部の成分をそれぞれ折り返す折り返し手段を構成することができる。
(実施の形態4)
図10は、実施の形態4にかかる光変調装置の構成を示す図である。図10において、図1に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図10に示すように、実施の形態4にかかる光変調装置100は、実施の形態1にかかる光変調装置100(図1参照)の構成において、折り返し部170に代えて、周回導波路1010aおよび周回導波路1010bを備えている。
周回導波路1010aおよび周回導波路1010bは、位相調整部150を通過した各光をそれぞれ周回させて折り返し、位相調節部150を再度通過させる折り返し手段を構成している。具体的には、周回導波路1010aは、光分離部1011aと、光分離部1012aと、折り返し導波路1013aと、から構成されている。
光分離部1011aは、変調器160aから光結合部180へ出力される光の一部の成分を分離して、分離した光を折り返し導波路1013aへ出力する。光分離部1012aは、変調器160aから出力され、光分離部1011aを通過した光の一部の成分を分離して、分離した光を折り返し導波路1013aへ出力する。光分離部1011aおよび光分離部1012aによって分離されずに通過した光は光結合部180へ出力される。
光分離部1011aおよび光分離部1012aは、それぞれ光分岐導波路によって構成されている。光分離部1011aおよび光分離部1012aの分岐比は、光結合部180へ出力される成分が、折り返し導波路1013aへ出力される成分の比率よりも大きくなるように設定するとよい。たとえば、光結合部180へ出力される成分と折り返し導波路1013aへ出力される成分との比率を9:1に設定する。
折り返し導波路1013aは、光分離部1011aの一方の分岐路および光分離部1012aの一方の分岐路にそれぞれ両端が接続された一本の光導波路である。折り返し導波路1013aは、光分離部1011aから出力された光を折り返して光分離部1012aの一方の分岐路へ入力する。また、折り返し導波路1013aは、光分離部1012aから出力された光を折り返して光分離部1011aの一方の分岐路へ入力する。
折り返し導波路1013aから光分離部1012aへ入力された光は、光分離部1011aへ出力され、折り返し導波路1013aから光分離部1011aへ入力された光と光分離部1011aによって結合される。光分離部1011aによって結合された光は、変調器160aおよび位相調節器151を再度通過して光分岐部130へ出力される。
周回導波路1010bは、光分離部1011bと、光分離部1012bと、折り返し導波路1013bと、から構成されている。これらの周回導波路1010bの各構成については、それぞれ周回導波路1010aの光分離部1011a、光分離部1012aおよび折り返し導波路1013aと同様であるため説明を省略する。周回導波路1010bによって折り返された光は、変調器160bを再度通過して光分岐部130へ出力される。
図11は、実施の形態4にかかる光変調装置の変形例を示す図である。図11において、図1に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図11に示すように、実施の形態4にかかる光変調装置100は、実施の形態1にかかる光変調装置100(図1参照)の構成において、折り返し部170に代えて、周回導波路1110aおよび周回導波路1110bを備えている。
周回導波路1110aおよび周回導波路1110bは、位相調節部150を通過した各光をそれぞれ周回させて折り返し、位相調節部150を再度通過させる折り返し手段を構成している。具体的には、周回導波路1110aは、光分離部1111aと、光分岐部1112aと、折り返し導波路1113aと、から構成されている。
光分離部1111aは、変調器160aから光結合部180へ出力される光の一部の成分を分離して、分離した光を光分岐部1112aへ出力する。光分岐部1112aは、光分離部1111aから出力された光を分岐して、分岐した各光をそれぞれ折り返し導波路1113aの両端へ出力する。光分岐部1112aの分岐比は、たとえば5:5である。
光分離部1111aは、光分岐導波路によって構成されている。光分離部1111aの分岐比は、光結合部180へ出力される成分が、光分岐部1112aへ出力される成分の比率よりも大きくなるように設定する。たとえば、光結合部180へ出力される成分と光分岐部1112aへ出力される成分との比率を9:1に設定する。
折り返し導波路1113aは、光分岐部1112aの2つの分岐路にそれぞれ両端が接続された一本の光導波路である。折り返し導波路1113aは、光分岐部1112aの一方の分岐路から出力された光を折り返して光分岐部1112aの他方の分岐路へ出力するとともに、光分岐部1112aの他方の分岐路から出力された光を折り返して光分岐部1112aの一方の分岐路へ出力する。
折り返し導波路1113aによって折り返された各光は、光分岐部1112aの2つの分岐路からそれぞれ入力され、光分岐部1112aによって結合される。光分離部1111aによって結合された光は、光分離部1111a、変調器160aおよび位相調節器151を再度通過して光分岐部130へ出力される。
周回導波路1110bは、光分離部1111bと、光分岐部1112bと、折り返し導波路1113bと、から構成されている。これらの周回導波路1110bの各構成については、それぞれ周回導波路1110aの光分離部1111a、光分岐部1112aおよび折り返し導波路1113aと同様であるため説明を省略する。周回導波路1110bによって折り返された光は、変調器160bを再度通過して光分岐部130へ出力される。
このように、実施の形態4にかかる光変調装置100によれば、実施の形態1にかかる光変調装置100の効果を奏するとともに、周回導波路1010aおよび周回導波路1010bを折り返し手段として設けることで、ミラーなどの反射部材を用いることなく、光導波路の形成のみで折り返し手段を構成することができる。光導波路の形成はパターニングなどによって行うため、折り返し手段を精度よく構成することができ、変調特性をさらに向上させることができる。
(実施の形態5)
図12は、実施の形態5にかかる光変調装置の構成を示す図である。図12において、図1に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図12に示すように、実施の形態5にかかる光変調装置100は、実施の形態1にかかる光変調装置100(図1参照)の構成に加えて、発振器1210と、ローパスフィルタ1220と、を備えている。制御部192および発振器1210は、低周波信号を位相制御信号に重畳して位相調節器151へ入力する重畳手段を構成している。
発振器1210は、位相制御信号の周波数よりも低い周波数f0の低周波信号を発振する。発振器1210は、発振した低周波信号を制御部192へ出力する。制御部192は、発振器1210から出力された低周波信号を位相制御信号に重畳して位相調節器151へ入力する。または、制御部192が位相制御信号と低周波信号とを重畳するのではなく、制御部192から出力された位相制御信号と、発振器1210が発振した低周波信号と、を重畳回路によって重畳して位相調節器151へ入力する構成としてもよい。
ローパスフィルタ1220は、PD191から制御部192へ出力される電気信号のうちの、周波数f0以下の成分を通過させて制御部192へ出力する。または、ローパスフィルタ1220に代えて、PD191から制御部192へ出力される電気信号のうちの、周波数f0付近の成分を通過させるバンドパスフィルタを設ける構成としてもよい。
制御部192は、PD191から出力される電気信号に対して周波数f0の同期検波を行い、同期検波の結果に応じて、位相調節器151へ入力する電気信号の強度を調節する。具体的には、制御部192は、ローパスフィルタ1220から出力された電気信号の強度に応じて、位相調節器151へ入力する電気信号の強度を調節する。
図13は、図12に示した制御部の動作の一例を示すフローチャートである。ここで光サーキュレータ110から光分岐部130へ入力光が入力されているものとする。図13に示すように、まず、位相調節器151への位相制御信号の入力を開始する(ステップS1301)。このときの位相制御信号の強度を初期状態の設定強度とする。つぎに、位相調節器151へ入力する位相制御信号に低周波信号を重畳する(ステップS1302)。
つぎに、PD191から出力される電気信号に対して周波数f0の同期検波を行う(ステップS1303)。具体的には、PD191からローパスフィルタ1220を介して出力された電気信号の強度を検知する。つぎに、ステップS1303によって検知した電気信号の強度がしきい値以下か否かを判断する(ステップS1304)。
ステップS1304において、PD191から出力された電気信号の強度がしきい値よりも大きい場合(ステップS1304:No)は、位相調節器151へ入力する位相制御信号の強度を設定強度よりも増加させる(ステップS1305)。つぎに、PD191から出力される電気信号に対して周波数f0の同期検波を行う(ステップS1306)。
つぎに、ステップS1303によって検知された電気信号に比べて、ステップS1306によってされた電気信号の強度が減少したか否かを判断する(ステップS1307)。ステップS1306によってされた電気信号の強度が減少した場合(ステップS1307:Yes)は、ステップS1305によって増加させた位相制御信号の強度を新たな設定強度として、ステップS1302に戻って処理を続行する。
ステップS1307において、ステップS1306によってされた電気信号の強度が減少していない場合(ステップS1307:No)は、位相調節器151へ入力する位相制御信号の強度を減少させ(ステップS1308)、減少させた位相制御信号の強度を新たな設定強度として、ステップS1302に戻って処理を続行する。
ステップS1304において、検知した電気信号の強度がしきい値以下である場合(ステップS1304:Yes)は、動作の終了条件を満たしているか否かを判断し(ステップS1309)、終了条件を満たしていない場合(ステップS1309:No)にはステップS1302に戻って処理を続行する。終了条件を満たしている場合(ステップS1309:Yes)には、一連の動作を終了する。
図14は、実施の形態5にかかる光変調装置の変形例を示す図である。図14において、図1または図12に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図14に示すように、実施の形態5にかかる光変調装置100の変形例は、実施の形態1にかかる光変調装置100(図1参照)の構成に加えて、発振器1410と、ローパスフィルタ1220と、を備えている。
ローパスフィルタ1220は、上述したようにバンドパスフィルタであってもよい。変調制御部166a、変調制御部166bおよび発振器1410は、低周波信号を変調制御信号に重畳して変調部160へ入力する重畳手段を構成している。発振器1410は、位相制御信号および変調制御信号の周波数よりも低い周波数f0の低周波信号を発振する。
発振器1410は、発振した低周波信号を変調制御部166aおよび変調制御部166bへ出力する。変調制御部166aは、発振器1410から出力された低周波信号を変調制御信号に重畳して変調器160aへ入力する。変調制御部166bは、発振器1410から出力された低周波信号を変調制御信号に重畳して変調器160bへ入力する。
または、変調制御部166aおよび変調制御部166bが変調制御信号と低周波信号とを重畳するのではなく、変調制御部166aおよび変調制御部166bから出力された各変調制御信号と、発振器1410が発振した低周波信号と、を重畳回路によって重畳して変調器160aおよび変調器160bへそれぞれ入力する構成としてもよい。
図15は、図14に示した制御部および変調制御部の動作の一例を示すフローチャートである。実施の形態5にかかる光変調装置100の変形例(図14参照)の制御部192および変調制御部166aおよび変調制御部166bは、図3に示したステップS301〜ステップS308の動作と並行して、以下の動作を行う。ここで、光サーキュレータ110から光分岐部130へ光が入力されているものとする。
図15に示すように、まず、変調制御部166aおよび変調制御部166bが、変調部160への変調制御信号の入力を開始する(ステップS1501)。このときの、位相調整器151へ入力される位相制御信号の強度を初期状態の設定強度とする。つぎに、変調制御部166aおよび変調制御部166bが、変調部160へ入力する変調制御信号に低周波信号を重畳する(ステップS1502)。
つぎに、制御部192が、PD191から出力される電気信号に対して周波数f0の同期検波を行う(ステップS1503)。具体的には、PD191からローパスフィルタ1220を介して出力された電気信号の強度を検知する。つぎに、ステップS1503によって検知した電気信号の強度がしきい値以下か否かを判断する(ステップS1504)。
ステップS1504において、ステップS1503によって検知した電気信号の強度がしきい値よりも大きい場合(ステップS1504:No)は、制御部192が、位相調整器151へ入力する位相制御信号の強度を設定強度よりも増加させる(ステップS1505)。つぎに、制御部192が、PD191から出力される電気信号に対して周波数f0の同期検波を行う(ステップS1506)。
つぎに、検知された電気信号に比べて、ステップS1506によって検知された電気信号の強度が減少したか否かを判断する(ステップS1507)。ステップS1506によって検知された電気信号の強度が減少した場合(ステップS1507:Yes)は、制御部192が、ステップS1505によって増加させた位相制御信号の強度を新たな設定強度として、ステップS1502に戻って処理を続行する。
ステップS1507において、ステップS1506によって検知された電気信号の強度が減少していない場合(ステップS1507:No)は、制御部192が、位相調整器151へ入力する位相制御信号の強度を減少させ(ステップS1508)、減少させた位相制御信号の強度を新たな設定強度として、ステップS1502に戻って処理を続行する。
ステップS1504において、検知した電気信号の強度がしきい値以下である場合(ステップS1504:Yes)は、動作の終了条件を満たしているか否かを判断し(ステップS1509)、終了条件を満たしていない場合(ステップS1509:No)にはステップS1502に戻って処理を続行する。終了条件を満たしている場合(ステップS1509:Yes)には、一連の動作を終了する。
たとえば、制御部192、変調制御部166aおよび変調制御部166bは、1つのCPUによって構成されている。この場合は、制御部192、変調制御部166aおよび変調制御部166bは、ステップS1501〜ステップS1509の動作と、図3に示したステップS301〜ステップS308の動作と、を時分割処理によって並行して行う。
このように、実施の形態5にかかる光変調装置100によれば、実施の形態1にかかる光変調装置100の効果を奏するとともに、位相変調信号または変調制御信号に対して低周波信号を重畳して同期検波を行うことで、制御部192へ入力される電気信号から、各光の位相差のずれに関係ない雑音を除去することができる。このため、光結合部180によって結合される各光の位相差を精度よくπ/2に制御することができ、変調特性をさらに向上させることができる。
(実施の形態6)
図16は、実施の形態6にかかる光変調装置の構成を示す図である。図16において、図1に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図16に示すように、実施の形態6にかかる光変調装置100は、実施の形態1にかかる光変調装置100(図1参照)の構成において、光サーキュレータ110および光分岐部130に代えて、光カプラ1610および光アイソレータ1620を備えている。
光カプラ1610は、2つの入力部(1611,1612)と2つの出力部(1613,1614)とを有する2×2光カプラである。入力部1611には、外部から入力光が入力される。光カプラ1610は、入力部1611から入力された入力光を分岐して、分岐した各光をそれぞれ出力部1613および出力部1614から出力する。
出力部1613および出力部1614には、折り返されて位相調整部150を再度通過した各光が入力される。光カプラ1610は、位相調整部150を再度通過した各光を結合する。光カプラ1610は、結合する前の各光の位相差に応じた割合で結合した光を分岐し、分岐した各光を入力部1611および入力部1612から出力する。
たとえば、結合する前の各光の位相差がπである場合には、光カプラ1610によって結合された光の全ての成分が入力部1612からPD191へ出力される。一方、結合する前の各光の位相差が0である場合には、光カプラ1610によって結合された光の全ての成分が入力部1611から出力される。PD191は、光カプラ1610の入力部1612から出力された光を受光し、受光した光の強度に応じた強度の電気信号に変換する。
この構成においては、光カプラ1610によって結合される前の各光の位相差がπである場合に、PD191へ出力される光の強度が最大となる。このため、制御部192は、PD191から出力された電気信号の強度が最大となるように、位相調整器151へ入力する位相制御信号を調節する。これにより、光カプラ1610によって結合される各光の位相差がπになり、光結合部180によって結合される各光の位相差がπ/2になる。
光カプラ1610によって結合される前の各光の位相差がπからずれている場合は、光カプラ1610によって結合された光の一部の成分が入力部1611から出力される。光アイソレータ1620は、光カプラ1610へ入力される入力光を通過させるとともに、光カプラ1610の入力部1611から出力される光を遮断する。これにより、光カプラ1610から出力された光が光変調装置100の前段に漏れ出すことを回避できる。
このように、実施の形態6にかかる光変調装置100によれば、実施の形態1にかかる光変調装置100の効果を奏するとともに、入力光を分岐する光分岐手段と、位相調整部150を再度通過させた各光を結合する第2光結合手段と、第2光結合手段によって結合された光を取り出す取り出し手段と、を光カプラ1610によって構成することで、必要な部品数を減らすことができる。たとえば、光サーキュレータ(図1符号110参照)などを設ける必要がない。このため、光変調装置100の低コスト化を図ることができる。
(実施の形態7)
図17は、実施の形態7にかかる光変調装置の構成を示す図である。図17において、図1に示した構成と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図17に示すように、実施の形態7にかかる光変調装置100は、実施の形態1にかかる光変調装置100の変形例(図6参照)の構成に加えて、光分離部1711a、光分離部1711bおよび光結合部1712を備えている。
変調部160は、位相調整部150の前段に設けられている。光分離部1711a、光分離部1711bおよび光結合部1712は、変調部160および位相調節部150の間に設けられ、位相調節部150を再度通過した各光を結合する第2光結合手段を構成している。また、光分離部1711a、光分離部1711bおよび光結合部1712は、第2光結合手段によって結合された光を取り出す取り出し手段を構成している。
光分離部1711aは、ミラー172aによって折り返され、位相調節器151を再度通過した光の一部の成分を分離して、分離した光を光結合部1712へ出力する。光分離部1711bは、ミラー172bによって折り返され、位相調節部150を再度通過した光の一部の成分を分離して、分離した光を光結合部1712へ出力する。光結合部1712は、光分離部1711aから出力された光と、光分離部1711bから出力された光と、を結合してPD191へ出力する。
ここで、光結合部180よって結合される各光は変調部160を1回だけ通過している。これに対して、折り返し部170によって折り返されて光結合部1712によって結合される各光も変調部160を1回だけ通過している。このため、光結合部1712によって結合される各光の位相差に、変調部160の経時変化などで生じる、光結合部180によって結合される各光の位相差のずれを精度よく反映させることができる。
PD191は、光結合部1712から出力された光を受光し、受光した光の強度に応じた強度の電気信号を制御部192へ出力する。光分離部1711aおよび光分離部1711bは、それぞれ光分岐導波路によって構成されている。光分離部1711aおよび光分離部1711bの分岐比を調節して、位相調節部150を再度通過した各光のなるべく多くの成分が光結合部1712へ出力されるようにするとよい。
このように、実施の形態7にかかる光変調装置100によれば、実施の形態1にかかる光変調装置100の効果を奏するとともに、光分岐部130によって分岐された各光を変調部160および位相調節部150を通過した後に折り返しつつ、折り返し部170によって折り返された各光を、位相調節部150を再度通過した後、変調部160を再度通過する前に光結合部1712によって結合させる。
これにより、光結合部1712によって結合される各光の位相差に、変調部160の経時変化などで生じる、光結合部180によって結合される各光の位相差のずれを精度よく反映させることができる。このため、変調部160の経時変化などで位相差がずれても、光結合部1712によって結合された光に応じて位相制御信号を調節することで、光結合部180によって結合される各光の位相差を精度よくπ/2にすることができ、変調特性をさらに向上させることができる。
以上説明したように、この発明にかかる光変調装置によれば、簡単な制御によって変調特性を向上させることができる。
なお、上述した各実施の形態においては、光変調装置100を、変調器160aおよび変調器160bを並列に接続したマッハツェンダ型のQPSK方式の光変調装置として構成する場合について説明したが、本発明は、2つの光をそれぞれ変調し、変調した各光にπ/2の位相差を与えて結合する光変調装置全般に適用することができる。
(付記1)入力光を分岐する光分岐手段と、
前記光分岐手段により分岐された各光を通過させ、通過させる各光の位相差を、入力される位相制御信号に応じて変化させる位相調節手段と、
前記光分岐手段により分岐された各光をそれぞれ位相変調する変調手段と、
前記位相調節手段と前記変調手段とを通過した各光を結合して出力する光結合手段と、
前記位相調節手段を通過して前記光結合手段へ出力される各光の一部の成分をそれぞれ折り返し、前記位相調節手段を再度通過させる折り返し手段と、
前記位相調節手段を再度通過した各光を結合する第2光結合手段と、
を備えることを特徴とする光変調装置。
(付記2)前記位相調節手段を再度通過した各光の位相差を所望の値に制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記第2光結合手段により結合された光を受けたPDの信号に応じて前記位相制御信号を前記位相調節手段へ入力することを特徴とする付記1に記載の光変調装置。
(付記3)前記光分岐手段は、前記入力光を分岐するとともに、前記再度通過した各光を結合する前記第2光結合手段であることを特徴とする付記1に記載の光変調装置。
(付記4)前記変調手段は、前記位相調節手段より後段に設けられており、
前記折り返し手段は、前記位相調節手段と前記変調手段とを通過した各光の一部の成分をそれぞれ折り返すことを特徴とする付記1〜3のいずれか一つに記載の光変調装置。
(付記5)前記変調手段は、前記位相調節手段より前段に設けられており、
前記折り返し手段は、前記位相調節手段と前記変調手段とを通過した各光の一部の成分をそれぞれ折り返すことを特徴とする付記1〜3のいずれか一つに記載の光変調装置。
(付記6)前記変調手段は、前記位相調節手段より後段に設けられており、
前記折り返し手段は、前記位相調節手段および前記変調手段の間に設けられ、前記位相調節手段を通過した各光の一部の成分をそれぞれ折り返すことを特徴とする付記1〜3のいずれか一つに記載の光変調装置。
(付記7)前記変調手段は、前記位相調節手段より前段に設けられており、
前記折り返し手段は、前記変調手段および前記位相調節手段を通過した各光の一部の成分をそれぞれ折り返し、
前記第2光結合手段は、前記変調手段と前記位相調節手段との間に設けられ、前記位相調節手段を再度通過した各光を結合することを特徴とする付記1に記載の光変調装置。
(付記8)前記折り返し手段は、
前記位相調節手段を通過した各光の一部の成分をそれぞれ分離する分離手段と、
前記分離手段によって分離された各光を反射させて折り返す反射手段と、
から構成されることを特徴とする付記1〜7のいずれか一つに記載の光変調装置。
(付記9)前記折り返し手段は、前記位相調節手段を通過した各光の一部の成分を反射させて折り返し、前記各光の反射させない成分を通過させる部分反射ミラーであることを特徴とする付記1〜7のいずれか一つに記載の光変調装置。
(付記10)前記折り返し手段は、
前記位相調節手段を通過した各光の一部の成分をそれぞれ分離する分離手段と、
前記分離手段によって分離された光を周回させて折り返す周回導波路と、
から構成されることを特徴とする付記1〜7のいずれか一つに記載の光変調装置。
(付記11)所定周波数の信号を前記位相制御信号に重畳して前記位相調節手段へ入力する重畳手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記第2光結合手段により結合された光のうちの、前記所定周波数成分の強度に応じて前記位相制御信号を前記位相調節手段へ入力することを特徴とする付記2に記載の光変調装置。
(付記12)前記変調手段は、入力される変調制御信号に応じて、前記光分岐手段により分岐された各光をそれぞれ位相変調し、
所定周波数の信号を前記変調制御信号に重畳して前記変調手段へ入力する重畳手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記第2光結合手段により結合された光のうちの、前記周波数成分の強度に応じて前記位相制御信号を前記位相調節手段へ入力することを特徴とする付記2に記載の光変調装置。
(付記13)前記第2光結合手段により結合された光を取り出す一入力二出力カプラから構成される取り出し手段を備え、
前記制御手段は、前記取り出し手段によって取り出された光を受けたPDの信号に応じて前記位相制御信号を前記位相調節手段へ入力することを特徴とする付記2に記載の光変調装置。
(付記14)前記取り出し手段は、前記光分岐手段へ前記入力光を入力するとともに、前記光分岐手段により結合された光を取り出す光サーキュレータであることを特徴とする付記13に記載の光変調装置。
(付記15)前記光分岐手段は、2つの入力部と2つの出力部とを有し、前記2つの入力部のうちの一方から入力される前記入力光を分岐して前記2つの出力部からそれぞれ出力するとともに、前記位相調節手段を再度通過した各光を結合して前記2つの入力部のうちの他方から出力する光カプラであり、
前記制御手段は、前記光カプラの前記2つの入力部のうちの他方から出力された光の強度に応じて前記位相制御信号を前記位相調節手段へ入力することを特徴とする付記2に記載の光変調装置。
(付記16)前記入力光を通過させて前記光カプラの前記2つの入力部のうちの一方から入力するとともに、前記光カプラによって結合され、前記2つの入力部のうちの一方から出力される光を遮断する光アイソレータを備えることを特徴とする付記15に記載の光変調装置。
(付記17)前記変調手段は、前記光分岐手段により分岐された各光に対してそれぞれ2相の位相変調を行う2つの位相変調器であることを特徴とする付記1〜16のいずれか一つに記載の光変調装置。
(付記18)前記制御手段は、前記第2光結合手段により結合された光の強度が最小になるように前記位相制御信号を前記位相調節手段へ入力することを特徴とする付記1〜17のいずれか一つに記載の光変調装置。