JP2009098693A - モニタリング構造を備えた光位相変調器 - Google Patents

Abstract

【課題】導波路型位相変調器（ＷＰＭ）を含む光導波路型デバイスを提供する。
【解決手段】ＷＰＭによって与えられる位相シフトを示すモニタ光を作り出すために導波路型モニタリング構造がマッハツェンダ型干渉計を形成するようにＷＰＭと並列で光学的に結合される。この導波路型モニタリング構造は第１のＷＰＭに入る光の一部を取り出して第１の取り出し光を供給するための第１の光タップ、第１のＷＰＭを出る光の一部を取り出して第２の取り出し光を供給するための第２の光タップ、および第１または第２の取り出し光のうちの一方の光位相を試験信号で変調することで第１の位相シフトに従うモニタ光の強度を変調するための補助的位相変調器を含む。モニタ光の変調指数に基づいてフィードバック回路がＷＰＭによって与えられる位相シフトを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、本願明細書に参照で組み入れられる２００７年１０月１６日に提出された「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ Ｗｉｔｈ Ｓｅｒｉｅｓ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ，ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒｓ Ｗｉｔｈ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」という表題の米国仮特許出願第６０／９８０２６３号明細書から優先権を主張するものである。

本発明は、一般に光導波路型デバイスに関し、より詳細には、光位相モニタリングを伴う光導波路型変調器に関する。

光導波路型変調器はレーザおよび他の光源によって作り出された光を変調するために一般的に使用される。光通信では、二位相シフトキーイング（ＢＰＳＫ）、四位相シフトキーイング（ＱＰＳＫ）、差動四位相シフトキーイング（ＤＱＰＳＫ）などの位相シフトキーイング（ＰＳＫ）法を含む多様な位相変調スキームを使用することができることが有利である。Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ位相シフトキーイング（ＲＺ−ＰＳＫ）は光パルスの列の位相変調で特徴付けられ、光強度が不変に保たれるより単純なＮｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ（ＮＲＺ）ＰＳＫ変調に比べてより長距離の光ファイバケーブルで見られる歪みに対抗することに有利な特性を有する可能性がある。ＰＳＫに基づく通信スキームを使用することによって、オン・オフ振幅キーイングを利用する直接検波スキームと比較して、容量およびリンク能力を向上させることができる。

ＰＳＫ変調では、データは送信データに従って光搬送波、例えばレーザ光の位相を制御することによって送信される。例えば、ＱＰＳＫ変調では光搬送波の光位相は４つの値「θ」、「θ＋π／２」、「θ＋π」、および「θ＋３π／２」の間で切り換えられ、ここで「θ」は任意の位相であり、これらの値が２ビットのシンボル「００」、「１０」、「１１」、および「０１」にそれぞれ割り当てられる。受信デバイスは受信した光信号の位相を検出することによって送信データを回復する。

ＤＱＰＳＫ変調では、送信されるデータは差動方式で符号化され、すなわちこれらは連続するシンボル間隔の間の位相の差によって表わされる。この技法では、それぞれの連続するシンボル間隔内で変調器が４つの考え得る位相シフト（０、π／２、π、３π／２）のうちの１つを光搬送波に与え、その一方で受信器は２つの連続する受信シンボルの間の位相の差を測定し、光搬送波の絶対位相は送信されたシンボルを復号するために必要ではなくなる。

ＤＱＰＳＫおよびＱＰＳＫ変調に関する光変調器は当該技術でよく知られており、通常ではＬｉＮｂＯ_３などの電気光学材料、または適切に高い電気光学係数を有する例えばＧａＡｓまたはＩｎＰを主成分とする化合物半導体に形成された導波路構造を利用する。慣習的に、そのような変調器は２つ以上の導波路型ＢＰＳＫ変調器、すなわち２進電気信号によって駆動されて中を通過する光に２つの位相シフト値のうちの一方を与える導波路型位相変調器を含む。同じ光学構造が、それぞれのケースで異なる電気的駆動信号のプリコーディングを伴うＱＰＳＫまたはＤＱＰＳＫ変調のどちらかに使用されることが可能である。

通常の導波路型位相変調器は、導波路内に電界を誘導するように隣接する導波路に平行して延びる一対の電極の間に配置される電気光学材料内、または上に形成された導波路を含む。これらの電極を跨いで駆動電圧を印加することによって、導波路の屈折率の変化が影響を受け、それにより、位相変調器の出力部に誘導される光によって獲得される光位相を変化させる。

１つの一般的なタイプの（Ｄ）ＱＰＳＫ変調器は光スプリッタの出力ポートが２つの導波路アームによって光コンバイナの入力ポートと接続されるマッハツェンダ（ＭＺ）型導波路構造を利用する。マッハツェンダ型電気光学変調器（ＭＺＭ）は光強度変調器として広く使用されており、周期的であって事実上、概して二乗余弦である光透過対駆動電圧特性を有する。駆動電圧の観点から測定されるＭＺＭの特性の半周期はＶ_πとして規定される。ＱＰＳＫまたはＤＱＰＳＫ変調器として動作するために、それぞれのＭＺアームはデータ信号によって駆動される位相変調器を含み、この変調器がそれぞれのアームに伝搬する光に０またはπ位相シフトを与えることができ、アームのうちの一方は付加的なπ／２移相器を含む。

例えば、Ｇｒｉｆｆｉｎの米国特許出願公開第２００４／００８１４７０号明細書はそのような光ＱＰＳＫ変調器を開示しており、ここでは導波路アーム内の位相変調器が順番にＭＺＭであり、これらのＭＺＭは、駆動電圧の無いとき最小限の光透過のためにバイアスされ、最小限の振幅変調で急峻な位相シフトを与えるように、それぞれの駆動電圧Ｖ_Ｉ（ｔ）、Ｖ_Ｑ（ｔ）＝±Ｖ_πで駆動される。そのようなＭＺＭに基づく位相変調器はゼロ強度を横切って光位相がπラジアンで急峻に切り換わる光を作り出す。このＭＺＭに基づく位相変調器の１つの欠点は出力光の光スペクトルにおける変調周波数の三次高調波の出現である。このスキームのさらなる欠点は、０からπの位相シフトを作り出すためにＭＺＭが２×Ｖ_πの駆動電圧に駆動されなければならないことである。

マルチレベルの光の位相変調を提供するために２つ以上の２進位相変調器を直列で接続することもやはり知られている。Ｔ．ＭｉｙａｚａｋｉとＫ．Ｋｉｋｕｃｈｉ名義の米国特許出願公開第２００４／０１４１２２２号明細書は直列で配置された複数の２進位相変調器を利用することによってマルチレベルの位相変調を作り出すｍ−ａｒｙ型ＰＳＫ変調器を開示しており、ここではｎ番目の位相変調器は０度または２^ｎφ度のどちらかの位相シフトを作り出し、ここでφは予め決められた位相レベルである。例えば、直列で接続された２つの位相変調器を使用することによってＤＱＰＳＫまたはＱＤＰＳＫ変調のどちらかが実現されることが可能である。

高品質のＤＱＰＳＫまたはＱＤＰＳＫ信号を供給するため、および送信された信号の誤りの無い受信を確実にするために、位相変調器によって与えられる位相シフトが設計値に等しいかまたは極めて近いことが重要である。制御されなければ、位相増幅器によって与えられる位相シフトは例えばデバイスの老化または温度などの環境条件の変化のために時間と共に変化し、これは導波路の材料特性または駆動回路の特性の変化の原因になりかねない。したがって、デバイスによって与えられる位相シフトをモニタすることでその正しい動作を確実にする必要性がある。光の光位相を変調するために直列接続された位相変調器を使用することに伴う１つの問題は、光位相が光の強度よりも大幅にモニタすることが難しいことである。光強度を検出することができる従来型の光検出器は光信号の位相シフト部分に対応しないであろう。
米国特許出願公開第２００４／００８１４７０号 米国特許出願公開第２００４／０１４１２２２号

したがって本発明の目的は、導波路型位相変調器および内部を伝搬する光にこの導波路型位相変調器によって与えられる光位相シフトをモニタするための集積型手段を含む導波路型光デバイスを提供することである。

本発明によれば、内部に光を放つための入力光ポートと、変調光を放出するための出力光ポートと、中を伝搬する光に、電気的駆動信号に応答して第１の位相シフトを与えるために、入力光ポートと出力光ポートの間で光学的に結合された第１の導波路型位相変調器（ＷＰＭ）と、第１のＷＰＭによって与えられた第１の位相シフトを示すモニタ光を作り出すために、マッハツェンダ型干渉計（ＭＺＩ）を形成するように第１のＷＰＭと並列で光学的に結合された第１の導波路型モニタリング構造（ＷＭＳ）とを含む光導波路型デバイスが提供される。

第１の導波路型モニタリング構造は、第１の取り出し光を供給するために第１のＷＰＭに入る光の一部を取り出すための第１の光タップと、第２の取り出し光を供給するために第１のＷＰＭを出る光の一部を取り出すための第２の光タップと、第１の取り出し光が第２の取り出し光と混合される、モニタ光を供給するために第１および第２の光タップに光学的に結合されたモニタ・ポートと、第１の位相シフトに応じてモニタ光の強度を変調するように第１および第２の取り出し光のうちの一方の光位相を試験信号で変調するための補助的位相変調器（ＡＰＭ）とを含む。

本発明の別の態様によれば、光導波路型デバイスは基板と、この基板上に電気光学材料で形成され第１のＷＰＭを含む複数のＷＰＭとを含み、これらのＷＰＭは、中を伝搬する光に位相シフトを与えるために、入力光ポート出力光ポートとの間で直列で光学的に接続される。

第１の導波路型モニタリング構造を含む複数の導波路型モニタリング構造が基板上に電気光学材料で形成され、それぞれの導波路型モニタリング構造が、マッハツェンダ型干渉計を形成するようにＷＰＭのうちの異なる１つと並列で光学的に結合され、それぞれのＷＰＭ内の光位相シフトを示すモニタ光を供給するために専用のモニタ・ポートを含む。

本発明の別の態様は、モニタ光を検出するために、かつ試験位相信号に関連するモニタ光の強度の変動に応答して電気的光検出器信号を発生させるために第１のモニタ・ポートに光学的に結合された第１の光検出器と、光導波路型デバイスと、第１の位相シフトを予め定められた位相変調の大きさで変調するように電気的駆動信号を発生させるためのデータ信号発生器と、ＡＰＭを通って伝搬する光の光位相を変調するために電気的試験信号を発生させるための試験信号発生器とを含む光変調器に関連する。

電気的光検出器信号に基づいて駆動信号を調節するために、第１の光検出器とデータ信号発生器を電気的に結合するフィードバック回路がさらに提供され、フィードバック回路は電気的光検出器信号の変調指数に基づいて制御信号を発生させるための制御信号発生器を含む。

本発明が好ましい実施形態を表わす添付の図面を参照しながらさらに詳しく述べられるが、図中、同様の素子は同様の参照番号で示される。

様々な実施形態において、本発明の光導波路型デバイス（ＯＷＤ）は単一の基板の上または中に電気光学材料で形成される集積型光デバイスであることが好ましい。基板は、限定はされないがＧａＡｓ、ＩｎＰ、またはＬｉＮＢＯ_３を含めた電気光学的結晶で作られてもよく、または電気的に制御可能なパラメータを備えた光導波路を形成するように上に配置された電気光学材料を備えた非電気光学材料で作られてもよい。いくつかの実施形態では、モノリシックＬｉＮｂＯ_３結晶の、限定はされないがＸ、Ｙ、またはＺ切断面を含めた多様な切断面が基板として利用される。これらの実施形態では、光導波路は当該技術で知られている適切な不純物の内部拡散によってＬｉＮｂＯ_３基板の中に形成されることが可能である。ＬｉＮｂＯ_３ベースのものを含めた光デバイスは、例えば米国特許第５４１６８５９号明細書および米国特許第５５２６４４８号明細書に述べられており、これらは本発明を理解するために必要な範囲で本願明細書に参照で組み入れられる。別の実施形態では、光導波路構造は半導体層のエピタキシャル堆積に続くエッチングを使用してＧａＡｓまたはＩｎＰなどの適切な材料の半導体基板上に形成される。ＬｉＮｂＯ_３チップなどの単一チップ内へのすべての部品の集積化はコストを削減し、性能を向上させ、さらに優れた安定性と制御性を提供する。単一チップ上に集積化された本発明の光導波路型デバイスはＱＰＳＫ、Ｍ−ａｒｙ位相変調、直交振幅変調（ＱＡＭ）などといった位相変調と振幅変調のいずれの組み合わせにも使用されることが可能である。本発明の光導波路型デバイスは、限定はされないが当業者に知られている導波路層のエピタキシャル堆積、金属の内部拡散および／または（アニール）プロトン交換技術、湿式エッチング、反応性イオン・エッチング、プラズマ・エッチング、その他などといった当該技術で知られている様々な技術を使用して単一チップ上に集積化されて形成されることが可能である。

図１〜４は本発明の光導波路型デバイス（ＯＷＤ）の４つの例示的な実施形態を示しているが、しかし本発明はこれらの実施形態に限定されない。これらの図では、光導波路はいずれの適切な形状であってもよいが基板を表わす矩形のブロックの上に黒い太線で示され、その一方で電気的接続は破線の矢印で図式的に例示されており、この矢印は同時に前記電気的接続を介して供給される電気信号を表わす。図５は光変調器の一例の実施形態を例示しており、ここではＯＷＤは本発明によるモニタリング回路と制御回路を備える。この図では、ＯＷＤを表わす矩形のブロックの外部にある電気的接続が実線で示されており、その一方でＯＷＤを表わす矩形のブロックの内部にある実線は光導波路を示す。図１〜５において、同様の参照番号は同じまたは類似した要素を示す。

最初に図１を参照すると、本発明の第１の実施形態による光導波路型デバイス（ＯＷＤ）１００が示されており、これは光をＯＷＤ１００の内と外で結合するための入力光ポート１０１と出力光ポート１１１、および入力と出力ポート１０１、１１１の間で光学的に結合された導波路型位相変調器（ＷＰＭ）１１０を含む。ＷＰＭ１１０は内部を伝搬する光の光位相をデータ信号で変調するために光データ送信器の一部として使用されることが可能である。本発明によれば、動作中および／または較正の時間にＷＰＭ１１０をモニタするために別個の光モニタ・ポート１５１を備えた導波路型モニタリング構造（ＷＭＳ）１５０が設けられる。ＷＭＳ１５０は、マッハツェンダ型干渉計（ＭＺＩ）を形成するようにＷＰＭ１１０と並列で光学的に結合される。現在好ましい構成では、ＷＰＭ１１０とＷＭＳ１５０は平面状光波回路（ＰＬＣ）を形成するように単一チップに集積化される。しかしながら他の実施形態は下記で述べられるものと同じまたは同様の機能を実行するバルク構成要素、例えば光ファイバを利用することもあり得る。

図示された実施形態では、ＷＰＭ１１０は隣接する主たる光導波路１０５の区分１１５の両側に信号電極１１７を設けることによって形成され、それにより、当該技術で知られているように信号電極１１７に電圧を印加することによって導波路の屈折率の変化に影響を与える。主たる光導波路１０５は入力ポート１０１と出力ポート１１１を光学的に接続し、当該技術で知られているように基板１３０の上または中に電気光学材料で形成される。

ＷＭＳ１５０はＷＰＭ１１０に入る光と出る光を取り出すようにＷＰＭ１１０の端部に配置された第１と第２の光タップ１２１と１２２、第１の光タップ１２１に結合された補助的位相変調器（ＡＰＭ）１６０、第１の光タップ１２１からの光を第２の光タップ１２２からの光と組み合わせ、組み合わされた光を光モニタ・ポート１５１に結合する光コンバイナ１４０を含む。ＡＰＭ１６０は、第１の光タップ１２１と光コンバイナ１４０との間で光学的に結合される補助的導波路１６５と、補助的導波路１６５内を伝搬する光の光位相を電気光学的に変調し、かつ位相試験信号を与え、それに応じてモニタ光４０の強度を変化させるように、隣接する補助的導波路１６５の両側に配置される２つの試験電極１６０とを含む。

動作時では、例えばｃｗ単一モードのＤＦＢレーザ・ダイオードなどのレーザ・デバイス２０からの光１０が入力光ポート１０１の中に放たれ、主たる光導波路１０５経由でＷＰＭ１１０を通って出力ポート１１１に向かって伝搬する。破線矢印１７１で図式的に示されるように信号電極１１７に印加される電気的駆動信号Ｖ_ｄｒ（ｔ）に応答して、ＷＰＭ１１０は内部を伝搬する光１０に光位相シフトΦを与える。例を挙げると、電気的駆動信号Ｖ_ｄｒ（ｔ）１７１は、伝搬する光にＷＰＭ１１０によって与えられる位相シフトΦが２つの見込まれる値Φ_０とΦ_０＋ΔΦとの間で切り換わり、それによってＷＰＭ１１０がＢＰＫＳ変調器として動作するようにされる。ここで、ΔΦは特定の位相変調の大きさであり、Φ_０は温度およびデバイスの老化によって変わり得るが複数のビット間隔にわたって実質的に一定を保ち、差動検出を相殺する任意の位相値である。以下では、Φ_０は一般性を失わずに０であると仮定される。下記で述べられる実施形態では、ΔΦは実質的にπ／（２^ｋ）（式中、ｋは０を含めた整数である）であるターゲットの値を有してもよいが、この限定は本発明に関して必要でなく、ΔΦは特定の用途で望まれるどのような値をとることもあり得る。出力ポート１１１は光位相シフトΦを有する変調光３０を出力し、これは駆動信号Ｖ_ｄ（ｔ）に従って経時的に交番し得る。

ＷＭＳ１５０の目的は動作中、例えばＷＰＭ１１０がデータ信号で変調されるときに位相変調の大きさΔΦのモニタリングを可能にすることであり、したがってＷＭＳ１５０は本願明細書では位相モニタリング構造とも称される。第１の光タップ１２１は第１の取り出し光１３１を供給するためにＷＰＭ１１０に入る光の一部を取り出し、その一方で第２の光タップ１２２は第２の取り出し光１３２を供給するため、およびこれを第１の取り出し光１３１と組み合わせるためにＷＰＭ１１０を出る光の一部を取り出す。図１に示されるように、第１の光タップ１２１からの第１の取り出し光１３１はＡＰＭ１３５を通過し、これが電極１６０に印加される電気的試験信号Ｖ_ｔ（ｔ）に応答して、第１の取り出し光１３１の光位相に試験位相信号φ（ｔ）を加えることによって光位相を変調する。別の実施形態では、ＡＰＭ１３５は第２の光タップ１２２からの第２の取り出し光１３２を変調するように配置されることもあり得る。ＡＰＭ１３５を通過する取り出し光はこれ以降では試験光とも称される。一方の位相が試験信号Ｖ_ｔ（ｔ）によって変調された第１と第２の取り出し光１３１、１３２はモニタ・ポート１５１に結合された出力導波路１４５を有する光コンバイナ１４０によって組み合わされる。モニタ・ポート１５１は組み合わされた取り出し光を、第１の取り出し光１３１が第２の取り出し光１３２と混合されるモニタ光４０の形で供給する。光検出器（ＰＤ）５０は、ＷＰＭ１１０によって与えられる位相シフトΦに従うモニタ光４０の強度変化を制御可能に検出するため、およびこれらを電気信号に変換するためにモニタ・ポート１５１からモニタ光４０を受けるように配置される。ＰＤ５０は、例えばモニタ光に敏感であって下記で述べられるような適切な帯域幅を有する適切なフォトダイオードとして具現化されてもよい。

当業者は理解するであろうが、ＷＰＭ１１０およびＡＰＭ１３５はＭＺＩの２本のアームを形成し、これが第１および第２の光タップ１２１および１２３、および光コンバイナ１４０をやはり含む。したがって、モニタ・ポート１５１から供給されるモニタ光４０の強度は試験位相信号φ（ｔ）とＷＰ１１０内の位相シフトΦとの間の関係によって決まる。さらに特定すると、モニタ光４０は干渉成分Ｉ_ｍ≒ａ×Ｉ_０ｃｏｓ（Φ−φ（ｔ）＋φ_０）を有し、それにより、モニタ光４０の強度Ｉは位相シフトΦに応じて

として変化し、
ここでパラメータａ≦１は第１と第２の光タップ１２１、１２２のタップ係数α_１とα_２の比によって決まり、強度Ｉ_０は主たる光導波路１０５内に発射される光強度に比例し、タップ係数α_１とα_２によって決まり、φ_０はＡＰＭ１３５の電極１６０に適切なバイアス電圧を印加することによってゼロにされることが可能な一定の位相シフトである。式（１）によれば、ＷＭＳ１５０はＷＰＭ１１０によってもたらされる位相変調をＡＰＭ１３５によって印加される試験位相信号φ（ｔ）に従うモニタ光４０の強度変調へと変換する。

ＷＰＭ１１０が２進ＮＲＺ信号によって駆動されるとき、モニタ光の強度は２つの値：Ｉ_１＝Ｉ_０×［１＋ａ×ｃｏｓ（ΔΦ−φ（ｔ））］とＩ_２＝Ｉ_０×［１＋ａ×ｃｏｓ（φ（ｔ））］との間で交番し、電気的駆動信号１７１のマークおよびスペースに対応する。電気的駆動信号１７１のデータ転送速度Ｒが試験位相信号φ（ｔ）の特性周波数ｆよりもはるかに高く、かつ電気的駆動信号１７１が実質的に等しいマークおよびスペースの確率を有すれば、モニタ光３０の強度は１／Ｒよりもはるかに大きいが１／ｆよりも小さい時間間隔Ｔ全体にわたって平均されることが可能であり、結果として式（２）

を満たす平均モニタ信号Ｉ_ａｖ＝（Ｉ_１＋Ｉ_２）／２につながる。

したがって、試験位相信号φ（ｔ）の低速の変化はこれに対応するモニタ信号の平均強度Ｉ_ａｖの変化に変換され、変換効率はＷＰＭ１１０によって与えられる位相シフトΦの位相変調の大きさΔΦによって決まり、かつ位相シフトΦがＮＲＺ変調されるときにｃｏｓ（ΔΦ／２）に比例する。

光タップ１２１および１２２によって主たる光導波路１０５から取り出される光の一部α_１とα_２、またはタップ係数は比較的小さいことが好ましく、例えば１０％未満、好ましくは５％と１％の間であり、それにより、入力ポートと出力ポート１０１、１１１の間の光学的損失は小さい。必ずしも必要ではないが、第１と第２の取り出し光１３１、１３２がほぼ等しい強度でモニタ光４０内に存在するように第１と第２の光タップ１２１、１２２のタップ係数が選択されることがさらに好ましいと見込まれ、このケースではａ≒１であり、それにより、モニタ光の干渉成分が最大にされ、平均モニタ信号Ｉ_ａｖは以下の式（３）

から推定されることが可能である。

したがって、ＡＰＭ１３５によって供給される試験位相信号φ（ｔ）はＷＰＭ１１０によって与えられる光位相シフトの位相変調の大きさΔΦに従うモニタ光４０の平均強度の変調へと変換される。したがって、受け取ったモニタ光４０を電気信号に変換する適切なフォトダイオードなどのＰＤ５０でモニタ光４０の平均強度をモニタすることによって、ＷＰＭ１１０によって与えられる位相シフトΔΦを効率的にモニタすること、および変調時の位相シフトΦの目標の「オン」および「オフ」の値を維持するために要求される電気的駆動信号Ｖ_ｄｒ（ｔ）を調節することができる。特に、式（３）は位相変調の大きさΔΦが正確にπラジアンに等しいときに平均モニタ信号Ｉ_ａｖがＷＭＳ１５０内の試験光の位相変調に左右されず、したがって電気的試験信号１７２に左右されず、それにより、平均モニタ信号内の試験位相信号φ（ｔ）の出現はＷＰＭ１１０の「オン」電圧設定が変調器のＶ_π電圧値から逸脱していることの表示として役立つことを示している。

有利には、図１に示された実施形態では試験信号Ｖ_ｔ（ｔ）によって変調される第１の取り出し光１３１は出力ポート１１１から分断される。第２の光タップ１２２と本願明細書ではＹ接合導波路型結合器として具現化される光コンバイナ１４０の組み合わせはＡＰＭ１５０からの変調された取り出し光が主たる光導波路１０５の中に戻されることを防止し、それにより、変調された出力光１１１内の試験信号の漏洩は無くなる。

ここで図２を参照すると、本発明の第２の実施形態によるＯＷＤ２００が示されている。ＯＷＤ２００はあらゆる点でＯＷＤ１００に類似しているが例外として、ＷＰＭ１１０を出る光の一部を取り出すための第２の光タップが出力光ポート１１１に結合された第１の出力導波路２４４および第１の光モニタ・ポート１５１に結合された第２の出力導波路２４３を有する４ポート型光結合器２４０としてＯＷＤ２００内に具現化される。光結合器２４０の入力導波路２４１、２４２はそれぞれＷＰＭ１１０およびＡＰＭ１３５からの出力を受け取る。有利には、この配列はＯＷＤ１００の光コンバイナ１４０を必要とせず、なぜならばその機能は光結合器２４０によって遂行されるからである。第２の出力導波路２４３から外に伝搬する光は第１の光結合器１２１およびＡＰＭ１３５からの第１の取り出し光１３１を結合器２４０によって主たる導波路１０５から外に結合される第２の取り出し光１３２と組み合わせる。このケースではＡＰＭ１３５によって変調される第１の取り出し光１３１のうちのいくらかが結合器２４０によって主たる導波路１０５の中に結合させられ、したがって出力信号ポート１１１から出る変調光３０’内に存在し、この結合は第１の光タップ１２１のタップ係数α_１と光結合器２４０の交差結合係数α_１２の積に比例し、α_１とα_１２の両方が小さく、例えば５％未満、好ましくは３％と１％の間であることを条件としてかなり小さいと見込まれる。ここで、光結合器２４０の交差結合係数α_１２は第１の出力導波路２４２を通って結合器２４０から出る光強度に対する第２の入力導波路２４２を通って結合器２４０に入る光強度の比として定義される。

図１および２は基板１３０の上または中に形成された関連するＷＭＳ１５０を伴う単一のＷＰＭ１１０をそれぞれ示しているが、他の実施形態では、好ましくはそれぞれが専用の集積型ＷＭＳおよび関連する専用のモニタ・ポートを備えて単一の基板の中または上に形成された２つ以上のＷＰＭがあってもよい。図１および２に示される基板１３０は複数のＷＰＭを有するさらに大きい基板の一部分でもあり、これらのＷＰＭが直列または並列のどちらかで光学的に結合され、ＷＭＰ１１０がこれらのうちの１つであり、追加のＷＰＭのうちの少なくともいくつかがこれらに並列で光学的に結合されてそれぞれのＷＰＭとＭＺ型の干渉構造を形成する付随の集積型ＷＭＳを有し、それにより、それぞれのＷＰＭによって与えられる位相シフトを他のＷＰＭとは無関係に専用のモニタ・ポートを介してモニタすることもやはり可能である。

図３を参照すると、本発明の第３の実施形態によるＯＷＤ３００が提供されている。この実施形態では、ＯＷＤ３００は入力光ポート３０１と出力光信号ポート３１１との間で折り返し構造で直列で光学的に接続された第１のＷＰＭ３２０と第２のＷＰＭ３２０を含む光ＱＰＳＫ変調器である。主たる導波路３０１は基板３３０の上または中に電気光学材料で形成され、この実施形態では両方が基板３３０の第１の側に配置される入力ポートと出力ポート３０１、３１１を光学的に接続するように基板３００の第１の側から反対側へと横断して引き返す。第１および第２のＷＰＭ３１０および３２０はそれぞれ信号電極３４７、３４６の対を含み、これらは図１のＷＰＭ１１０に関して上記で述べられたように主たる光導波路３０５の周囲でかつ平行した部分で基板３３０上に配置される。主たる光導波路３０５が折り返す位置でミラー３５５が入力および出力ポート３０１、３１１と反対の基板３３０の側に設けられ、それにより、入力光ポート３０１から導波路１０５内を伝搬する光を導波路３０５の下側部分に沿って出力信号ポート３１１に向けて反射する。有利には、この折り返し構造は基板３３０の利用率を向上させ、ＯＷＤ３００のサイズを小さくする。

動作時では、光１０が入力光ポート３０１を通して導波路３０５の中に発射され、第１のＷＰＭ３１０および第２のＷＰＭ３２０を順々に通って伝搬する。第１のＷＰＭ３１０は第１のＷＰＭ３１０の電極３４７に印加される第１の電気的駆動信号Ｖ_ｄｒ１（ｔ）に応答して第１の位相シフトΦ_１を伝搬する光に与え、その一方で第２のＷＰＭ３２０は第２のＷＰＭ３２０の電極３４６に印加される第２の電気的駆動信号Ｖ_ｄｒ２（ｔ）に応答して第２の位相シフトΦ_２を伝搬する光に与え、それにより、出力信号ポート３１１を出る光位相Φ_ｏｕｔ＝（Φ_１＋Φ_２）を獲得した変調光１０３０を作り出す。一実施形態では、第１の電気的駆動信号Ｖ_ｄｒ１（ｔ）はＶ＝０ボルトとΔＶ＝Ｖ_π１との間で切り換わり、その一方で第２の電気的駆動信号Ｖ_ｄｒ２（ｔ）はＶ＝０ボルトとＶ＝Ｖ_π２／２との間で切り換わり、それにより、Φ_１は２つの可能な値Φ_１０およびΔΦ_１＝πラジアンを伴う（Φ_１０＋ΔΦ_１）のうちの一方をとり、その一方でΦ_２は２つの可能な値Φ_２０およびΔΦ_２＝π／２ラジアンを伴う（Φ_２０＋ΔΦ_２）のうちの一方をとり、ここでΦ_１０およびΦ_２０は電圧に関係ないＷＰＭ３１０および３２０内の位相のオフセットであり、Ｖ_π１およびＶ_π２は、それぞれの変調器を通って伝搬する光にπラジアンまたは１８０度の追加の電圧に無関係の光位相シフトを与えるために第１のＷＰＭ３１０および第２のＷＰＭ３２０にそれぞれ印加されるべき電圧である。このとき合計の獲得される光位相Φ_ｏｕｔはＱＰＳＫまたはＤＱＰＳＫ変調形式に従って４つの可能な値（θ、θ＋π／２、θ＋π、θ＋３π／２）のうちの１つをとることができ、ここでθ＝Φ_１０＋Φ_２０である。

しかしながら、Ｖ_１πおよびＶ_２πの値、すなわちそれぞれの変調器内でπラジアンの光位相シフトを生じさせるために第１および第２のＷＰＭ３１０および３２０にそれぞれ印加されるべき電圧値は、例えば導波路３０５の光学的および電気光学的特性に対する、および駆動回路の電気的特性に対する温度変化の影響に起因して、または老化に起因して経時的に変化する可能性が高い。これは第１および第２のＷＰＭ３１０、３２０によって与えられる位相シフトΔΦ_１およびΔΦ_２の実際の値がπおよびπ／２ラジアンの特定の値から逸脱し、送信される信号の不完全性につながる原因になると見込まれる。

有利には、ＷＰＭ３１０または３２０のそれぞれは、図１のＷＭＰ１１０とＷＭＳ１５０に関して上記で述べられたように、干渉マッハツェンダ型構造を形成するようにこれらに並列で光学的に結合されたそれぞれのＷＭＳ３５０または３６０を備える。

特に、第１のＷＭＳ３５０は第１のＷＰＭ３１０に入る光と出る光それぞれの一部を取り出してこれらの光の取り出し部分を第１の光モニタ・ポート３５１に向けて方向付ける第１および第２の光タップ３１５、３１６を使用して第１のＷＰＭ３１０と光学的に並列で接続される第１のＡＰＭ３３５を含む。第１および第２の光タップ３１５、３１６から取り出された光は、第１の光タップ３１７から取り出された光がこれに第１の試験位相シフトφ_１を与えるための第１のＡＰＭ３３５を最初に通過すると次いで、第１の光コンバイナ３２３を使用して組み合わされる。第１のモニタ・ポート３５１は第１の光タップ３１５からの変調された取り出し光が第１のＷＰＭ３１０内でΦ_１の位相シフトを経験した第２の光タップ３１６からの取り出し光と混合される第１のモニタ光１０４１を出力する。結果として、第１のモニタ光は第１のＷＰＭ３１０によって与えられる第１の位相シフトΦ_１を示す強度成分を含み、式（１）に従ってｃｏｓ（Φ_１−φ_１＋φ_１０）に比例して変化する。

同様に、第２のＷＭＳ３６０は第２のＷＰＭ３２０に入る光と出る光それぞれの一部を取り出してこれらの光の取り出し部分を第２の光モニタ・ポート３６１に向けて方向付ける第３および第４の光タップ３１７、３１８を使用して第２のＷＰＭ３２０と光学的に並列で接続される第２のＡＰＭ３３６を含む。第３および第４の光タップ３１７、３１８から取り出された光は、第３の光タップ３１７から取り出された光がこれに第２の試験位相シフトφ_２を与えるための第２のＡＰＭ３３６を最初に通過すると次いで、第２の光コンバイナ３２４を使用して組み合わされる。第２のモニタ・ポート３６１は第３の光タップ３１７からの変調された取り出し光が第２のＷＰＭ３２０内で第２の位相シフトΦ_２を経験した第４の光タップ３１８からの取り出し光と混合される第２のモニタ光１０４２を出力する。結果として、第２のモニタ光１０４２は第２のＷＰＭ３２０によって与えられる第２の位相シフトΦ_２を示す強度成分を含み、式（１）に従ってｃｏｓ（Φ_２−φ_２＋φ_２０）に比例して変化する。

第１および第２のＷＰＭのそれぞれがデータ転送速度Ｒのそれぞれのデータ信号でＰＳＫ変調されるとき、データ転送速度Ｒよりもはるかに小さい試験周波数での第１の試験位相シフトφ_１の低速の変調は第１のモニタ光１０４１の平均強度の変調という結果につながり、式（３）に従うと、この強度変調の強さは第１のＷＰＭ３１０によって与えられる第１の位相シフトΦ_１の位相変調の大きさΔΦ_１の実際の値を示す。同様に、第２の試験位相シフトφ_２の低速の変調は第２のモニタ光１０４２の平均強度の変調という結果につながり、これは第２のＷＰＭ３２０によって与えられる位相変調の大きさΔΦ_２の実際の値を示す。第１および第２のモニタ光１０４１、１０４２の強度変調を強度感受性の低速光検出器で検出することによって、ＷＰＭ３１０およびＷＰＭ３２０によって与えられる位相シフトが独立して査定されることが可能である。

ここで図４を参照すると、本発明の第４の実施形態によるＯＷＤ４００が提供されている。この実施形態ではＯＷＤ４００は、図３を参照して上述されている、関連する第１および第２の集積型ＷＭＳ３５０、３６０を伴う第１および第２のＷＰＭ３１０、３２０に加えて、導波路型ＭＺＭとして具現化され、かつ入力光ポート４０１と出力光信号ポート４１１との間でＷＰＭ３１０、３２０と直列で接続されるパルス・カーバー４７０もやはり含む光ＲＺ−ＱＰＳＫ変調器である。ＯＷＤ４００はウェハ４３０の有効利用のために二重折り返し構造を有し、ウェハの中または上に、図の機能素子４７０、３１０、３３５、３２０、３３６、ならびにこれらの機能素子を横切り、入力光ポート４０１を出力光信号ポート４１１と結合する主たる光導波路４０５が形成される。主たる光導波路４０５に結合されるミラー４５５および３５５は反射によって光を折り返し導波路４０５に沿って方向付けるように導波路の折り返し位置に配置される。

動作時では、光１０は入力光ポート４０１を介してＯＷＤ４００に入り、主たる光導波路４０５を経由してＭＺＭ４７０を通って伝搬し、ここで主たる光導波路４０５は２つの導波路アーム４８１と４８２に分割され、これらは互いに光学的に並列で配置され、その端部で光スプリッタ４７１および光コンバイナ４７２と結合される。１つの（Ｄ）ＱＰＳＫシンボルの持続時間に等しい周期で当該技術で知られているような光パルスの列を形成するように電気的クロック信号４８０でＭＺＭ４７０にバイアスをかけて駆動するために３つの電極４８５が導波路アーム４８１、４８２に平行してかつ隣接してＭＺＭ４８５の中に設けられる。ＭＺＭ４７０は光パルスの列の形で光１０’を作り出し、この光は主たる光導波路４０５に沿って伝搬し、ミラー４５５から反射し、次いで直列で接続された第１と第２のＷＰＭ３１０、３２０を横切って図３を参照して上記で述べられたように光位相シフトΦ_ｏｕｔを獲得し、出力光信号ポート４１１を介して変調光２０３０としてＯＷＤ４００を出る。いくつかの実施形態では、変調光４１１は駆動信号Ｖ_ｄｒ１（ｔ）およびＶ_ｄｒ２（ｔ）を成形する選択されたデータのプリコーディングに応じてＲＺ−ＱＰＳＫまたはＲＺ−ＤＱＰＳＫ形式に従って変調される。この実施形態では、第１および第２のＷＭＳ３５０および３６０は図３を参照して上記で述べられたように機能し、ＷＰＭ３１０、３２０によって与えられる第１および第２の位相シフトΦ_１、Φ_２の位相変調の大きさΔΦ_１およびΔΦ_２の独立したモニタリングを可能にする。

本発明の他の実施形態は所望の位相変調形式に応じて、直列で接続されてＷＰＭの列を形成する２つ以上のＷＰＭを利用することもあり得る。特に、Ｍ＝２^ｎであってｎが整数である場合のＭ−ａｒｙ ＰＳＫ（ＭＰＳＫ）または差動Ｍ−ａｒｙ ＰＳＫ（ＤＭＰＳＫ）変調が直列で接続されたｎ個のＷＰＭの例を使用して実現されてもよく、ここではｋ番目のＷＰＭは（π／２^ｋ−１）変調器であり、すなわちΔΦ_ｋ＝π／２^ｋ−１ラジアンだけ異なる２つの可能な値のうちの一方に等しい光位相シフトを与え、ここでｋ＝１，．．．，ｎである。本願明細書において「ｘ−変調器」という用語はｘラジアンだけ異なる２つの可能な値のうちの一方に等しい光位相シフトを与える光位相変調器を意味するように使用され、そのような変調器はまた、位相変調の大きさｘをもたらすとも言われる。

したがって、本発明の実施形態は単一の基板の上または中に形成された複数のＷＰＭを含むＯＷＤを提供し、それぞれのＷＰＭは、ＡＰＭを含むＷＭＳであってマッハツェンダ型干渉計（ＭＺＩ）を形成するようにそれぞれのＷＰＭと並列で光学的に結合される付随の集積型ＷＭＳを有し、それぞれのＷＭＳはそれぞれのＷＰＭ内の光位相シフトを示すモニタ光を供給するための専用のモニタ・ポートを含む。

例えば、１つのそのような実施形態はｎ＝ｌｏｇ_２（Ｍ）個（Ｍ＝２，３，．．．）の直列で接続されたＷＭＰの列を含む光ＭＰＳＫ変調器を提供し、ここでは列の中のｋ番目のＷＰＭは長さＬ_ｋ（ｋ＝１，．．．，ｎ）を有し、これら複数のＷＰＭの長さＬ_ｋは２進数列｛Ｌ_１×２^ｋ｝＝｛Ｌ_１，Ｌ_１×２，．．．，Ｌ_１×２^ｎ−１｝を形成するように順序付けられてもよく、それぞれのＷＰＭの長さは先行するＷＰＭの長さの２倍である。有利には、そのようなＷＰＭはＭＰＳＫまたはＤＭＰＳＫ変調をもたらすために同じ大きさの電圧で駆動されることが可能である。実際では、ＷＰＭの長さが２進数列から逸脱するが２進数列に相当する長さの約±３０％以内であるとき、全体的デバイス長および駆動電子回路の駆動電圧性能を保存することがまだ達成され得る。特に、図３および４のＷＰＭ３１０および３２０は同じ長さを有するように示されているが、これらの図は原寸に比例しておらず、例えばＷＰＭ３２０がＷＰＭ３１０の半分の長さ、またはその逆であってもよいことを理解されたい。それぞれのＷＰＭの長さがその電極の長さ、すなわちＷＰＭ内の電気光学相互作用の長さによって規定されることもやはり理解されたい。

本発明の別の態様は、例えば図１〜４に例示されるような集積型ＷＭＳを有するＷＰＭが、動作中にモニタ光の強度変調に応答してＷＰＭの電気的駆動信号を調節するモニタリングおよび制御（Ｍ＆Ｃ）回路が提供される光変調器を提供する。Ｍ＆Ｃ回路の動作は、第１または第２の取り出し光の光位相を適切に低速の試験周波数ｆで繰り返し掃引するようにＷＭＳのＡＰＭが低速で変調され、その一方でＷＰＭがはるかに高速のデータ転送速度Ｒ＞＞ｆで変調されるとき、試験周波数ｆでのモニタ光強度の変調指数ｍは伝搬する光にＷＰＭによって与えられる位相変調の大きさΔΦを示し、ＷＰＭをモニタするため、および必要に応じて電気的駆動信号を調節するために使用されることができるという上記で言及された観測に基づいている。

本発明の集積型ＷＭＳからのモニタ光に基づいてＷＰＭの電気的駆動信号を制御するためのＭ＆Ｃ回路の実施形態が下記でＯＷＤ１００を参照して例として述べられる。

図５を参照すると、本発明の第５の実施形態による光変調器６００は例えば図１を参照して上記で述べられたようなＯＷＤ１００、位相シフトΦを予め定められた位相変調の大きさΔΦで変調するように受信２進データ信号６０１に応答して電気的駆動信号１７１を発生させるためにＷＰＭ１１０に電気的に接続されたデータ信号発生器６２５、電気的試験信号１７２を発生させるためにＡＰＭ１３５に電気的に接続された試験信号発生器６２０、および電気的ＰＤ信号６２１に基づいて駆動信号１７１を調節するためにＰＤ５０とデータ信号発生器６２５を電気的に結合するフィードバック回路６６０を含む。一実施形態では、電気的試験信号１７２はＡＰＭ１３５を通って伝搬する光の光位相を少なくとも２πラジアンだけ変調するために十分な大きさを有する。

図示された実施形態では、フィードバック回路６６０は電気的ＰＤ信号Ｓ_Ｐ６２１に基づいて制御信号Ｓ_Ｃ６５５を発生させるためにＰＤ５０とデータ信号発生器６２５との間に電気的に結合された制御信号発生器６５０、および制御信号Ｓ_Ｃに応答して駆動信号Ｖ_ｄｒ（ｔ）１７１の振幅を調節するための電圧制御回路６７０を含む。

動作時では、データ信号発生器６２５が電気的駆動信号Ｖ_ｄｒ（ｔ）１７１を発生させ、この信号が論理「１」および「０」などのビット値、またはマークおよびスペースの配列の形で情報を担持し得る受信２進データ信号６０１に応答して２つの駆動信号値Ｖ_ｍｉｎとＶ_ｍａｘとの間で交番する。別の実施形態では、電気的駆動信号Ｖ_ｄｒ（ｔ）１７１は受信データ信号６０１が無い場合にデータ信号発生器６２５によって作り出されるＰＲＢＳ信号であってもよい。電気的駆動電流Ｖ_ｄｒ（ｔ）１７１は例えばＮＲＺ電圧信号であってもよく、その場合には一方のビット値がＶ_ｍｉｎ＝０ボルト（Ｖ）に対応し、他方のビット値がＶ_ｍａｘ＝Ｖ_ｄｒに対応し、ここでＶ_ｄｒは非ゼロのピーク駆動電圧である。ピーク駆動電圧Ｖ_ｄｒは位相変調の大きさΔΦの特定の値をもたらすようにＷＰＭ１１０によって選択される特定の目標値を有する。例えば、望ましい位相変調の大きさΔΦがΔΦ_ｋ＝π／２^ｋ−１（ここでｋは整数）に等しければ、ピーク駆動電圧Ｖ_ｄｒは（Ｖ_ｄｒ）_π／２^ｋ−１に等しく設定され、ここで（Ｖ_ｄｒ）_πはデバイスの較正の時に決定されてもよいＷＰＭ１１０のＶ_π電圧である。しかしながら、経時的なデバイスの老化、周囲温度の変化および／または光１０の波長の変化が実際のＶ_πおよび／またはＶ_ｄｒの値の変化という結果につながることも考えられ、それにより、データ信号発生器６２５によってもたらされるピーク駆動電圧Ｖ_ｄｒが（Ｖ_ｄｒ）_π／２^ｋ−１から逸脱し始め、結果として位相変調の大きさΔΦの特定の値、例えばπラジアンの特定の部分からの逸脱につながる。

データ送信時にＷＰＭ１１０によって与えられる実際の位相変調の大きさΔΦをモニタするために、試験信号発生器６２０はデータ転送速度Ｒよりもはるかに小さい低い試験周波数ｆの電気的試験信号Ｖ_ｔ（ｔ）１７２を発生させ、取り出し光の光位相を変調するためにこの電気的試験信号Ｖ_ｔ（ｔ）１７２をＡＰＭ１３５に印加する。電気的試験信号Ｖ_ｔ（ｔ）１７２はＡＰＭ１３５を通って伝搬する取り出し光の光位相を少なくとも２πラジアンだけ変調するために十分である振幅Ｖ_ｔを有することが好ましい。例を挙げると、データ転送速度Ｒは１Ｍｂ／ｓから１０Ｇｂ／ｓの範囲にあり、その一方で試験周波数ｆは１００Ｈｚから１００ｋＨｚの範囲にある。

ＰＤ５０は受信したモニタ光の振幅変調を試験周波数ｆで検出し、その一方でモニタ光の変調成分をデータ転送速度Ｒで平均するために適切な帯域幅を有する低周波数で低速の光検出器であることが好ましい。したがって、この検出器は試験周波数ｆの変調成分を有することができるがデータ転送速度Ｒでのモニタ光強度の変化に実質的に左右されない電気的光検出器信号Ｓ_ＰＤ（ｔ）６２１を作り出す。他の実施形態では、ＰＤ５０は低周波数の光検出器または広帯域の光検出器のどちらであってもよく、制御信号発生器６５０はほぼ試験周波数ｆ以上であるがデータ転送速度Ｒよりもはるかに小さいカットオフ周波数を備えたローパス・フィルタ６１１を入力部に含む。データ転送速度の変化は平均されるが試験信号に起因する変動が少なくとも部分的に保持される電気的光検出器信号Ｓ_ＰＤ（ｔ）６２１はこれ以降では平均ＰＤ信号Ｓ_ＰＤ（ｔ）６２１と称される。ＰＤ５０はＷＰＭ１１０とＡＰＭ１３５が形成される同じ基板またはチップに集積化されてもよく、または例えばレンズまたは短尺ファイバを使用してＯＷＤ１００に光学的に結合された物理的に別個のデバイスであってもよい。

制御信号発生器６５０は、例えば試験周波数ｆによる変調に関連する平均ＰＤ信号Ｓ_ＰＤ（ｔ）６２１の変調指数ｍを示し、例えばこれに比例する変調指数信号Ｓ_ｍ６５２を発生するためにＰＤ５０に結合された変調指数信号発生器６０５を含む。ここで、変調指数ｍは試験周波数ｆでの平均ＰＤ信号６２１の強度変調の相対的深さを表わし、

として規定されることが可能であり、
式中、Ｓ_{ＰＤｍａｘ}およびＳ_{ＰＤｍｉｎ}は平均ＰＤ信号Ｓ_ＰＤ（ｔ）６２１の最大値および最小値であり、これらはＡＰＤ１３５が試験信号で変調されるときに変調指数信号発生器６０５によって測定される。

例を挙げると、変調指数信号発生器６０５は平均ＰＤ信号Ｓ_ＰＤ（ｔ）６２１のＤＣ成分およびＡＣ成分を試験周波数ｆで検出するための並列接続されたＤＣ検出器とＡＣ検出器、および変調指数信号Ｓ_ｍを作り出すようにＡＣ成分をＤＣ成分で割り算するための割り算回路を含んでもよい。変調指数信号発生器６０５が当該技術で知られているようにアナログＲＦ成分を使用して、またはアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を使用してデジタルで具現化されて適切にプログラムされたマイクロプロセッサまたはＦＰＧＡによって引き継がれることが可能であることを当業者は理解するであろう。

ＷＰＭ１１０がマークおよびスペースの等しい確率を備えた高いデータ転送速度Ｒでデジタル変調されるとき、取り出し光の光位相を繰り返し掃引するための試験信号１７２のＡＰＤ１３５への印加はＷＰＭ１１０によって伝搬する光に与えられる位相変調の大きさΔΦに特有に関連する平均ＰＤ信号Ｓ_ＰＤ（ｔ）６２１の変調指数ｍによる変調という結果につながる。変調指数信号Ｓ_ｍを位相変調の大きさΔΦの特定の値に対応する基準信号Ｓ_ｒｅｆと比較することによって、実際の位相変調の大きさのその特定の値からの逸脱が検出されることが可能である。この比較は変調指数信号Ｓ_ｍに関して予め定められた設定点を表わす基準信号Ｓ_ｒｅｆを発生させるための基準信号発生器６１５、および変調指数信号Ｓ_ｍと基準信号Ｓ_ｒｅｆとの比較に基づいて制御信号Ｓ_Ｃを発生させるためのコンパレータ６１０を使用して達成される。一実施形態では、変調指数信号Ｓ_ｍに関する１つまたは複数の設定点に対応する１つまたは複数の値を保存するためにメモリ６４０が提供され、それぞれの設定点は、デバイスの較正手順によって決定される位相変調の大きさΔΦの特定の設計値に対応する。例えば、メモリ６４０内に保存される値は、ＷＰＭ１１０が例えばＯＷＤ１００の出力光３０の光位相変調を独立して測定することによって確認されるΔ_Φｋ＝π／^２ｋ−１の位相変調の大きさを与えるように駆動されるときに変調指数信号発生器６０５によって作り出される変調信号Ｓ_ｍの値に相当してもよい。

特に、ＳＰＭ１１０がπ変調器として動作するとき、すなわち出力光３０にＳＰＭ１１０によって与えられる光位相シフトがマークおよびスペースの等しい確率を伴ってπラジアンだけ離れた２つの値の間で交番するとき、平均ＰＤ信号Ｓ_ＰＤ（ｔ）６２１は試験変調１７２に左右されず、それにより、変調指数信号Ｓ_ｍに関する設定点は変調の不在に相当し、すなわちＳ_ｒｅｆ＝０である。

メモリ６４０はメモリ６４０内に保存された設定点に対応する基準信号Ｓ_ｒｅｆを発生させる基準信号発生器６１５に結合される。この基準信号はコンパレータ６１０に供給され、このコンパレータは差動加算器として具現化されてもよく、変調指数信号発生器６０５からの変調指数信号Ｓ_ｍ６５２もやはり受信する。次にコンパレータ６１０は変調指数信号Ｓ_ｍおよび基準信号Ｓ_ｒｅｆに基づいて、例えば一方を他方から引き算することによって制御信号Ｓ_Ｃ６５５を発生させる。制御信号Ｓ_Ｃ６５５は、例えば基準信号Ｓ_ｒｅｆと変調指数信号Ｓ_ｍとの間の差

に比例してもよく、
またはコンパレータ／差動加算器６１０の出力部に接続された場合によって用いられるＰＩＤ制御器６３５によってこの差から作り出されてもよい。変調指数信号Ｓ_ｍの特定の設定点からの逸脱を小さくし、それによって位相変調の大きさΔΦの特定の値からの逸脱を小さくするように制御信号Ｓ_Ｃに基づいてピーク駆動電圧Ｖｄｒを調節するために、電気的結合がこの制御信号Ｓ_Ｃ６５５をデータ信号発生器６２５の制御ポートにもたらされる。

制御信号発生器６５０は、Ａ／Ｄ変換器とマイクロプロセッサおよび／またはＦＰＧＡの使用、データ信号発生器６２５および／または試験信号発生器６２０で共有されるマイクロプロセッサおよび／またはＦＰＧＡの使用を含めて、当業者に知られているような様々な方式で具現化されることが可能である。

ＯＷＤ１００は付随の集積型ＷＭＳ１３５を備えた単一のＷＰＭ１１０のみを含むように図５に示されているが、本発明の光変調器の他の実施形態ではＷＰＭ１１０は複数のＷＰＭのうちの１つであり、これらは上記で述べられたように直列で接続されてもそうでなくてもよく、単一の基板上に電気光学材料で形成されることが好ましく、同じ基板上に集積化された複数の付随のＷＰＭをさらに含み、それぞれのＷＭＳは異なるＷＰＭに並列で光学的に結合され、例えばそれぞれのＷＰＭを駆動するデータ信号発生器にそれぞれのフォトダイオードを接続するために図５のフィードバック回路６６０などの別々のフィードバック回路を使用してそれぞれのＷＰＭを別々に位相モニタリングすることを可能にするための専用のフォトダイオードをそれぞれが有する別々のモニタ・ポートに接続される。

本発明の前出の実施形態のそれぞれが別の実施形態の一部を利用してもよいことは理解されるはずである。

もちろん、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、数多くの他の実施形態が想像されることが可能である。

Ｙ接合導波路型コンバイナを組み入れる集積型モニタリング構造を備えた導波路型位相変調器を示す図である。 ２×２光結合器を組み入れる集積型モニタリング構造を備えた導波路型位相変調器を示す図である。 集積型位相モニタリング構造を備えたＮＲＺ−ＱＰＳＫ変調器を組み入れる光導波路型デバイスを示す図である。 集積型位相モニタリング構造を備えたＲＺ−ＱＰＳＫ変調器を含んで組み入れる光導波路型デバイスを示す図である。 集積型位相モニタリング構造および位相変調の大きさを制御するためのフィードバック回路を備えた導波路型位相変調器を含む光変調器を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 光
２０ レーザ・デバイス
３０、３０’、１０３０、２０３０ 変調光
４０、１０４１、１０４２ モニタ光
５０ 光検出器（ＰＤ）
１００、２００、３００、４００、６００ 光導波路型デバイス（ＯＷＤ）
１０１、３０１、４０１ 入力光ポート
１０５、３０５、４０５ 主たる光導波路
１１０、３１０、３２０ 導波路型位相変調器（ＷＰＭ）
１１１、３１１、４１１ 出力光ポート
１１５ 区分
１１７、３４６、３４７ 信号電極
１２１、３１５ 第１の光タップ
１２２、３１６ 第２の光タップ
１３０、３３０ 基板
１３１ 第１の取り出し光
１３２ 第２の取り出し光
１３５、１６０、３３５、３３６ 補助的位相変調器（ＡＰＭ）
１４０、３２３、４７２ 光コンバイナ
１５０、３５０、３６０ 導波路型モニタリング構造（ＷＭＳ）
１５１、３５１、３６１ 光モニタ・ポート
１６５ 補助的導波路
１７１ 電気的駆動信号Ｖ_ｄｒ（ｔ）
１７２ 電気的試験信号
２４０ ４ポート光結合器
２４１、２４２ 入力導波路
２４３ 第２の出力導波路
２４４ 第１の出力導波路
３５５、４５５ ミラー
３１７ 第３の光タップ
３１８ 第４の光タップ
４３０ ウェハ
４７０ パルス・カーバー
４７１ 光スプリッタ
４８１、４８２ 導波路アーム
４８５ ＭＺＭ（電極）
６０１ ２進データ信号
６０５ 変調指数信号発生器
６１０ コンパレータ
６１１ ローパス・フィルタ
６１５ 基準信号発生器
６２０ 試験信号発生器
６２１ 電気的ＰＤ信号
６２５ データ信号発生器
６３５ ＰＩＤ制御器
６４０ メモリ
６５０ 制御信号発生器
６５２ 変調指数信号
６５５ 制御信号
６６０ フィードバック回路
６７０ 電圧制御回路

Claims (18)

1. 内部に光を放つための入力光ポートと、
   変調光を放出するための出力光ポートと、
   中を伝搬する光に、電気的駆動信号に応答して第１の位相シフトを与えるために、前記入力光ポートと出力光ポートの間で光学的に結合された第１の導波路型位相変調器（ＷＰＭ）と、
   前記第１のＷＰＭによって与えられた前記第１の位相シフトを示すモニタ光を作り出すために、マッハツェンダ型干渉計（ＭＺＩ）を形成するように前記第１のＷＰＭと並列で光学的に結合された第１の導波路型モニタリング構造（ＷＭＳ）と、を含む光導波路型デバイスであって、
   前記第１の導波路型モニタリング構造が
   第１の取り出し光を供給するために前記第１のＷＰＭに入る光の一部を取り出すための第１の光タップと、
   第２の取り出し光を供給するために前記第１のＷＰＭを出る光の一部を取り出すための第２の光タップと、
   前記第１の取り出し光が前記第２の取り出し光と混合される、前記モニタ光を供給するために前記第１および第２の光タップに光学的に結合されたモニタ・ポートと、
   前記第１の位相シフトに応じて前記モニタ光の強度を変調するように前記第１および第２の取り出し光のうちの一方の光位相を試験信号で変調するための補助的位相変調器（ＡＰＭ）と、を含む光導波路型デバイス。
2. 前記第１の導波路型位相変調器および前記第１の導波路型モニタリング構造が同じ基板の上または中に電気光学材料で形成される、請求項１に記載の光導波路型デバイス。
3. 前記モニタリング構造が、前記第１および第２の取り出し光を組み合わせるために前記モニタ・ポートに結合された光コンバイナを含む、請求項１に記載の光導波路型デバイス。
4. 前記光コンバイナがＹ接合導波路型結合器を含む、請求項３に記載の光導波路型デバイス。
5. 前記第２の光タップが、前記出力光ポートに結合された第１の出力導波路および前記モニタ・ポートに結合された第２の出力導波路を有する導波路型光結合器である、請求項１に記載の光導波路型デバイス。
6. 前記第１のＷＰＭが、電気光学材料で形成された導波路と、電気的駆動信号に応答して前記第１の光位相シフトを与えるために配置される信号電極とを含み、
   前記補助的位相変調器が、前記第１と第２の光タップの間で光学的に結合された補助的導波路と、前記補助的導波路を伝搬する光に、電気的試験信号に応答して前記試験位相信号を与えるために配置された試験電極とを含む、請求項１に記載の光導波路型デバイス。
7. 中を伝搬する光に、第２の電気的駆動信号に応答して第２の位相シフトを与えるために、前記入力と出力の光ポートの間で前記第１のＷＰＭと直列で光学的に結合された第２のＷＰＭと、
   マッハツェンダ型干渉計（ＭＺＩ）を形成するように前記第２のＷＰＭと並列で光学的に結合された第２の導波路型モニタリング構造（ＷＭＳ）であって、第２のＡＰＭ、および前記第２のＷＰＭによって与えられる前記第２の光位相シフトを示す第２のモニタ光を供給するためにこれに光学的に結合された第２の光モニタ・ポートを含む第２のＷＭＳと、をさらに含む、請求項１に記載の光導波路型デバイス。
8. 基板と、
   前記基板の上に電気光学材料で形成され前記第１のＷＰＭを含む複数のＷＰＭであって、中を伝搬する光に位相シフトを与えるために、前記入力ポートと前記出力ポートとの間で直列で光学的に結合された複数のＷＰＭと、
   前記基板の上に電気光学材料で形成されて前記第１の導波路型モニタリング構造を含む複数の導波路型モニタリング構造であって、それぞれが、マッハツェンダ型干渉計（ＭＺＩ）を形成するように前記ＷＰＭのうちの異なる１つと並列で光学的に結合され、それぞれの前記ＷＰＭ内の光位相シフトを示すモニタ光を供給するために専用のモニタ・ポートを含む導波路型モニタリング構造と、を含む、請求項１に記載の光導波路型デバイス。
9. 前記モニタ光を検出するために、かつ前記試験位相信号に関連する前記モニタ光の強度の変化に応答して電気的光検出器信号を発生させるために前記第１のモニタ・ポートに光学的に結合された第１の光検出器をさらに含む、請求項１に記載の光導波路型デバイス。
10. 前記第１の光検出器、前記第１のＷＰＭ、および前記第１のＷＭＳが単一の基板上に集積化される、請求項９に記載の光導波路型デバイス。
11. 前記第１のＷＰＭに印加される前記電気的駆動信号を調節するためのフィードバック回路をさらに含む、請求項９に記載の光導波路型デバイス。
12. 請求項９に記載の光導波路型デバイスと、
    前記第１の位相シフトを予め定められた位相変調の大きさで変調するように前記電気的駆動信号を発生させるためのデータ信号発生器と、
    前記ＡＰＭを通って伝搬する光の光位相を変調するために前記電気的試験信号を発生させるための試験信号発生器と、
    前記電気的光検出器信号に基づいて前記駆動信号を調節するために、前記第１の光検出器と前記データ信号発生器を電気的に結合するフィードバック回路と、を含み、
    前記フィードバック回路が前記電気的光検出器信号の変調指数に基づいて制御信号を発生させるための制御信号発生器を含む、光変調器。
13. 動作時に、前記電気的駆動信号が受信データ信号に応答して２つの駆動信号値の間で交番し、前記フィードバック回路が前記２つの駆動信号値のうちの少なくとも一方を調節するためにある、請求項１２に記載の光変調器。
14. 前記制御信号発生器が
    前記光検出器信号の変調指数を示す変調指数信号を発生させるために前記光検出器に結合された変調指数信号発生器と、
    前記変調指数信号に関する予め定められた設定点を表わす基準信号を発生させるための基準信号発生器と、
    前記変調指数信号と前記基準信号との比較に基づいて前記制御信号を発生させるためのコンパレータと、を含む、請求項１２に記載の光変調器。
15. それぞれの設定点が前記位相変調の大きさの特定の値に対応する複数の設定点に対応する値を保存するために前記基準信号発生器に結合されたメモリをさらに含む、請求項１４に記載の光変調器。
16. 前記予め定められた位相変調の大きさが、ｎがゼロまたは正の整数である場合のπ／２^ｎラジアンに等しい、請求項１２に記載の光変調器。
17. 前記予め定められた位相変調の大きさがπラジアンに等しく、前記予め定められた設定点が前記光検出器信号の実質的にゼロの変調指数に対応する、請求項１６に記載の光変調器。
18. 前記電気的試験信号が、前記ＡＰＭを通って伝搬する光の光位相を少なくとも２πラジアンだけ変調するために十分な大きさを有する、請求項１２に記載の光変調器。

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