JP2009246579A - 光送信装置及び光試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位相変調光信号の劣化を生ずることなく、光変調器の動作点変動を適切に補償し得る制御を行うことができる光送信装置、及び当該装置を備える光試験装置を提供する。
【解決手段】光送信装置１は、分岐された光信号Ｌ１１，Ｌ１２間にπ／２の位相差を与えるπ／２位相シフト部２２と、外部から入力されるデータ信号Ｄ１，Ｄ２を用いて光信号Ｌ１１，Ｌ１２をそれぞれ変調する変調器２３ａ，２３ｂと、結合された光信号Ｌ１１，Ｌ１２に対してＲＺ強度変調を行うＲＺ変調器３０と、データ信号Ｄ１とフォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１とを乗算して得られる信号を用いて変調器２３ｂに印加される駆動信号の電圧を調整するＶπ調整回路４７ａと、データ信号Ｄ２と受光信号Ｒ１とを乗算して得られる信号を用いて変調器２３ａに印加される駆動信号の電圧を調整するＶπ調整回路４７ｂとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、位相変調光信号を送信する光送信装置及び当該装置を備える光試験装置に関する。

近年、光伝送システムの大容量化及び長距離化を実現する研究開発が盛んに行われている。特に、光伝送システムの最大伝送速度を１０Ｇｂｐｓ（bit per second）から４０Ｇｂｐｓに引き上げるべく、ＤＰＳＫ（Differential Phase Shift Keying：差動位相偏移変調）やＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase Shift Keying：差動４相位相偏移変調）等の位相変調方式を用いた光伝送システムの実用化が期待されている。

以下の特許文献１には、光源からの光を光入力側で２つの光信号に分岐して光出力側で結合する光導路と、外部から入力される駆動信号に基づいて両側の光導路を介する光信号に対して位相変調を与える光変調器とを備える光変調装置において、光変調器から出力される光信号に低周波信号成分が含まれるよう上記駆動信号に所定の低周波信号を重畳し、光変調器から出力される光信号をフォトダイオードで受光して得られる受光信号に含まれる低周波信号成分に基づいて光変調器の動作点変動を制御する技術が開示されている。
特開２００５−３０９４６８号公報

ところで、上述した特許文献１に開示された技術においては、光変調器における動作点変動を制御するために、光変調器に与えられる駆動信号に対して低周波信号を重畳し、この低周波信号が重畳された光信号を結合して位相変調光信号を得ている。しかしながら、低周波信号を重畳することによって光送信装置から送信される位相変調光信号の位相が変化するため、位相変調信号の劣化が引き起こされるという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、位相変調光信号の劣化を生ずることなく、光変調器の動作点変動を適切に補償し得る制御を行うことができる光送信装置、及び当該装置を備える光試験装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光送信装置は、入力光を分岐して得られる第１，第２光信号（Ｌ１１、Ｌ１２）が所定の位相差を有するように当該第１，第２光信号の少なくとも一方の位相を制御するとともに、外部から入力される第１，第２データ信号（Ｄ１，Ｄ２）に応じて前記第１，第２光信号をそれぞれ変調する変調部（２０）を備え、当該変調部を介した前記第１，第２光信号を結合した位相変調光信号（Ｌ１）を出力する光送信装置（１）において、前記位相変調光信号を受光する受光部（４３）と、前記第１，第２データ信号の何れか一方のデータ信号と前記受光部から出力される受光信号（Ｒ１）とを乗算する演算部（４４ａ、４４ｂ、５４）と、前記演算部の出力信号を用いて前記変調部に入力される前記第１，第２データ信号の何れか他方の電圧を調整する調整部（４７ａ、４７ｂ）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、外部から入力される第１データ信号と受光部から出力される受光信号とが乗算された信号を用いて変調部に入力される第２データ信号の電圧が調整され、外部から入力される第２データ信号と受光部から出力される受光信号とが乗算された信号を用いて変調部に入力される第１データ信号の電圧が調整される。
また、本発明の光送信装置は、前記演算部の出力信号を平均化する平均化処理部（４５ａ、４５ｂ、５５、６３）を備えており、前記調整部は、前記平均化処理部で平均化された信号を用いて前記第１，第２データ信号の何れか他方の電圧を調整することを特徴としている。
また、本発明の光送信装置は、前記演算部に入力される前記第１，第２データ信号を切り替える切替部（５１、６２）を備えており、前記調整部は、前記切替部の切り替え状況に応じて前記第１，第２データ信号の何れか他方の電圧を調整することを特徴としている。
また、本発明の光送信装置は、前記第１データ信号と前記第２データ信号とを乗算する乗算部（６１）と、前記演算部の出力信号を用いて前記変調部により制御される第１，第２光信号間の位相差を調整する位相調整部（２２）とを備えており、前記切替部は、前記演算部に入力される前記第１，第２データ信号に加えて前記乗算部の出力信号の切り替えを行うことを特徴としている。
また、本発明の光送信装置は、前記演算部に入力されるデータ信号の周波数を低減する第１ローパスフィルタ（５４）と、前記受光部から出力される受光信号の周波数を低減する第２ローパスフィルタ（５５）とを備えており、前記演算部は、前記第１，第２ローパスフィルタを介した信号を乗算することを特徴としている。
本発明の光試験装置は、位相変調光信号を受光する光受信装置の試験を行う光試験装置において、前記光受信装置に受光される前記位相変調光信号を送信する上記の何れかに記載の光送信装置を備えることを特徴としている。

本発明によれば、外部から入力される第１データ信号と受光部から出力される受光信号とを乗算して得られる信号を用いて変調部に入力される第２データ信号の電圧を調整し、外部から入力される第２データ信号と受光部から出力される受光信号とを乗算して得られる信号を用いて変調部に入力される第２データ信号の電圧を調整している。このため、従来のように光変調器の動作点を調整するために用いる低周波信号を位相変調光信号に重畳する必要が無い。よって、位相変調光信号の劣化を生ずることなく、光変調器の動作点変動を適切に補償し得る制御を行うことができるという効果がある。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による光送信装置及び光試験装置について詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による光送信装置の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の光送信装置１は、光源１０、変調部２０、ＲＺ変調器３０、アンプ４１ａ，４１ｂ、ドライバ４２ａ，４２ｂ、フォトダイオード４３（受光部）、ミキサ４４ａ，４４ｂ（演算部）、平均化処理部４５ａ，４５ｂ、平均化処理部４６、及びＶπ調整回路４７ａ，４７ｂ（調整部）を備えており、外部から入力されるデータ信号Ｄ１（第１データ信号）及びデータ信号Ｄ２（第２データ信号）に基づいて変調された位相変調光信号Ｌ１を生成して送信する。尚、本実施形態の光送信装置１は、ＤＱＰＳＫ方式により変調した位相変調光信号Ｌ１を送信するものであるとする。

光源１０は、例えばレーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）であり連続光（ＣＷ光：Continuous Wave）を射出する。変調部２０は、対をなすＩアーム２１ａ及びＱアーム２１ｂを有するマッハツェンダ変調器を備えており、光源１０からの連続光をＩアーム２１ａを介する光信号Ｌ１１（第１光信号）とＱアーム２１ｂを介する光信号Ｌ１２（第２光信号）とに２分岐し、外部から入力されるデータ信号Ｄ１，Ｄ２に応じた変調を光信号Ｌ１１，Ｌ１２の各々に対して行い、その後にそれらを結合（合波）して位相変調光信号を生成する。図１に示す例では、Ｉアーム２１ａには変調器２３ａが設けられており、Ｑアーム２１ｂにはπ／２位相シフト部２２（位相調整部）と変調器２３ｂとが設けられている。尚、π／２位相シフト部２２は、Ｑアーム２１ｂではなくＩアーム２１ａに設けられていても良い。

π／２位相シフト部２２は、Ｉアーム２１ａを介する光信号Ｌ１１とＱアーム２１ｂを介する光信号Ｌ１２との間にπ／２の位相差を与えるものである。このπ／２位相シフト部２２は、例えば光信号Ｌ１２が伝播する光導波路を挟むように配置された一対の電極を備えており、この一対の電極に所定の電圧（ＤＣバイアス）が印加されることにより、光信号Ｌ１１，Ｌ１２間にπ／２の位相差を与えるものである。尚、π／２位相シフト部２２が備える一対の電極に印加する電圧を微調整することによって位相差の微調整が可能である。

変調器２３ａは、ドライバ４２ａから出力される駆動信号に応じて、Ｉアーム２１ａを介する光信号Ｌ１１を位相変調する。この変調器２３ａは、例えば光信号Ｌ１１が伝播する光導波路に沿って設けられた電極を備える構成であり、ドライバ４２ａからの駆動信号がその電極に印加されることによりＩアーム２１ａを介する光信号Ｌ１１の位相変調と動作点の調整との少なくとも一方が行われる。

変調器２３ｂは、ドライバ４２ｂから出力される駆動信号に応じて、Ｑアーム２１ｂを介する光信号Ｌ１２を位相変調する。この変調器２３ａも、変調器２３ｂと同様に、例えば光信号Ｌ１２が伝播する光導波路に沿って設けられた電極を備える構成であり、ドライバ４２ｂからの駆動信号がその電極に印加されることによりＱアーム２１ｂを介する光信号Ｌ１２の位相変調と動作点の調整との少なくとも一方が行われる。

ＲＺ変調器３０は、変調部２０で生成された位相変調光信号に対して更にＲＺ強度変調を行い、変調部２０の変調器２３ａ，２３ｂにおいて光信号Ｌ１，Ｌ２が変調されるときに生ずる不要な信号成分が除去された位相変調光信号Ｌ１を生成する。このＲＺ変調器３０は、例えば一方のアームに変調電極と電極とを備えるマッハツェンダ変調器であって、外部から入力されるＲＺ信号Ｓ１がＲＺ変調器３０の変調電極に印加されることにより変調部２０で生成された位相変調光信号がＲＺ強度変調される。また、所定の電圧（ＤＣバイアス）が電極に印加されることによりＲＺ変調器３０の動作点が調整される。

アンプ４１ａ，４１ｂは、外部から入力されるデータ信号Ｄ１，Ｄ２を所定の増幅率でそれぞれ増幅する。尚、データ信号Ｄ１，Ｄ２の周波数は２０ＧＨｚ程度である。ドライバ４２ａ，４２ｂは、アンプ４１ａ，４１ｂで増幅されたデータ信号Ｄ１，Ｄ２の電圧を、Ｖπ調整回路４７ａ，４７ｂの出力信号に応じて調整し、電圧が調整されたデータ信号Ｄ１，Ｄ２に応じた駆動信号を変調器２３ａ，２３ｂにぞれぞれ出力する。フォトダイオード（ＰＤ）４３は、変調部２０で生成された位相変調光信号の一部を受光してその強度を示す受光信号Ｒ１を出力する。尚、受光信号Ｒ１の周波数は２０ＧＨｚ程度である。また、フォトダイオード４３に代えて、ＲＺ変調器３０から出力される位相変調光信号Ｌ１の一部を受光するフォトダイオード４３′を用いても良い。

ミキサ４４ａはアンプ４１ａで増幅されたデータ信号Ｄ１とフォトダイオードＰＤから出力される受光信号Ｒ１とを乗算し、ミキサ４４ｂはアンプ４１ｂで増幅されたデータ信号Ｄ２とフォトダイオードＰＤから出力される受光信号Ｒ１とを乗算する。平均化処理部４５ａはミキサ４４ａの出力信号の平均化処理を行い、平均化処理部４５ｂはミキサ４４ｂの出力信号の平均化処理を行う。また、平均化処理部４６は、フォトダイオードＰＤから出力される受光信号Ｒ１の平均化処理を行う。

Ｖπ調整回路４７ａは、平均化処理部４５ａと平均化処理部４６とから出力される信号を用いて変調部２０の変調器２３ｂに印加される駆動信号の電圧を調整するための信号を出力する。具体的には、データ信号Ｄ２の値が「１」のときに変調器２３ｂに印加される電圧とデータ信号Ｄ２の値が「−１」のときに変調器２３ｂに印加される電圧との差を半波長電圧Ｖπに調整する信号を出力する。かかる調整された電圧が印加されることにより、データ信号Ｄ２の値が「１」，「−１」である場合に変調器２３ｂで生ずる位相差は１８０度になる。

同様に、Ｖπ調整回路４７ｂは、平均化処理部４５ｂと平均化処理部４６とから出力される信号を用いて変調部２０の変調器２３ａに印加される駆動信号の電圧を調整するための信号を出力する。具体的には、データ信号Ｄ１の値が「１」のときに変調器２３ａに印加される電圧とデータ信号Ｄ１の値が「−１」のときに変調器２３ａに印加される電圧との差を半波長電圧Ｖπに調整する信号を出力する。かかる調整された電圧が印加されることにより、データ信号Ｄ１の値が「１」，「−１」である場合に変調器２３ａで生ずる位相差は１８０度になる。

以上の構成の光送信装置１は、外部から入力されるデータ信号Ｄ１とフォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１とをミキサ４４ａで乗算して得られる信号を用いて変調器２３ｂに印加される駆動信号の電圧を調整することにより変調器２３ｂの動作点を調整している。また、外部から入力されるデータ信号Ｄ２とフォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１とをミキサ４４ｂで乗算して得られる信号を用いて変調器２３ａに印加される駆動信号の電圧を調整することにより変調器２３ａの動作点を調整している。以下、データＤ１，Ｄ２及び受光信号Ｒ１を用いて変調器２３ａ，２３ｂの動作点を調整できる原理について説明する。

いま、ＤＱＰＳＫ方式により変調された位相変調光信号Ｌ１をｙ（ｔ）とすると、位相変調光信号Ｌ１は複素平面上では以下の（１）式で表すことができる。

但し、上記（１）式中の変数は以下の通りである。
Ｉ（ｔ）：Ｉアーム２１ａを介する光信号Ｌ１１
Ｑ（ｔ）：Ｑアーム２１ｂを介する光信号Ｌ１２

データＤ１の値が「１」，「−１」のときに変調器２３ａに印加される電圧の差が半波長電圧Ｖπであって、データＤ２の値が「１」，「−１」のときに変調器２３ｂに印加される電圧の差が半波長電圧Ｖπであり、変調器２３ａ，２３ｂの各々で１８０度の位相差が生ずるとすると、上記（１）式中のＩ（ｔ），Ｑ（ｔ）は以下の（２）式で示される。

但し、上記（２）式中の変数は以下の通りである。
Ｉ：データ信号Ｄ１の値（１，−１）
Ｑ：データ信号Ｄ２の値（１，−１）
Ｉ_０：Ｉアーム２１ａを介する光信号Ｌ１１の絶対振幅
Ｑ_０：Ｑアーム２１ｂを介する光信号Ｌ１２の絶対振幅

ここで、Ｉアーム２１ａに設けられた変調器２３ａに印加される電圧の差が半波長電圧Ｖπからずれているため、変調器２３ａで生ずる位相差が１８０度からΔφだけずれている場合を考える。かかる場合におけるデータ信号Ｄ１，Ｄ２の各値に対する位相変調光信号Ｌ１は以下の（３）式で示される。

フォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１をＰＯとすると、ＰＯ∝｜ｙ（ｔ）｜^２なる関係から受光信号Ｒ１は以下の（４）式で表される。

上記（４）式に示される受光信号Ｒ１であるＰＯとデータ信号Ｄ２を示すＱとを掛け合わせ、平均化して求められる平均値ＡＶＯ（平均化処理部４５ｂから出力される平均値）は、以下の（５）式で表される。

一方、上記（４）式に示される受光信号Ｒ１であるＰＯの平均値ＡＰＯは以下の（６）式で示される。

上記（５）式に−１を乗算した式を上記（６）式で除算し、Ｉ_０＝Ｑ_０とすると以下の（７）式が求められる。

よって、位相変調器２３ａにおけるデータ信号Ｄ１の値（１，−１）に対する位相変化量の１８０度からのずれ量Δφは、上記（７）式を変形した以下の（８）式で表される。

上記（８）式を参照すると、変調器２３ａにおけるデータ信号Ｄ１の値（１，−１）に対する位相変化量の１８０度からのずれ量Δφは、データ信号Ｄ２と受光信号Ｒ１とを掛け合わせて平均化して求められた平均値ＡＶＯを、受光信号Ｒ１の平均値ＡＰＯで除算することで求められることが分かる。このため、外部から入力されるデータ信号Ｄ２とフォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１とを用いることにより、変調器２３ａの動作点の調整が可能である。

図２は、変調器２３ａにおけるデータ信号Ｄ１の値（１，−１）に対する位相変化量のずれ量とＶπ調整回路４７ｂで算出される相対電圧との関係を示すシミュレーション結果を示す図である。図２を参照すると、上記（８）式に示される通り、変調器２３ａにおけるデータ信号Ｄ１の値（１，−１）に対する位相変化量の１８０度からのずれ量Δφが零である場合には、Ｖπ調整回路４７ｂで算出される位相ずれ量も０になることが分かる。また、ずれ量Δφの絶対値が４０度以下である場合（−４０≦Δφ≦４０の場合）には、ずれ量ΔφとＶπ調整回路４７ｂで算出される位相ずれ量とがほぼ直線状になっているのが分かる。よって、Ｖπ調整回路４７ｂは、算出された位相ずれ量を零にする信号をドライバ４２ａ出力すれば、変調器２３ａの動作点変動を適切に補償することができる。

以上の説明では、Ｉアーム２１ａに設けられた変調器２３ａで生ずるデータ信号Ｄ１の値（１，−１）に対する位相変化量が１８０度からΔφだけずれている場合に、データ信号Ｄ２と受光信号Ｒ１とを用いて変調器２３ａの動作点の調整を行う場合について説明したが、Ｑアーム２１ｂに設けられた変調器２３ｂについても同様の調整が可能である。つまり、データ信号Ｄ１と受光信号Ｒ１とを用いて上述した処理と動揺の処理を行うことにより、変調器２３ｂの動作点変動を適切に補償することができる。

次に、本実施形態による光送信装置１の動作について説明する。光源１０からの連続光が変調部２０に入射すると、例えば１対１の強度比でＩアーム２１ａを介する光信号Ｌ１１とＱアーム２１ｂを介する光信号Ｌ１２とに分岐される。Ｉアーム２１ａに分岐された光信号Ｌ１１は、変調器２３ａにおいて外部から入力されるデータ信号Ｄ１に応じた変調を受ける。これに対し、Ｑアーム２１ｂに分岐された光信号Ｌ１２は、まずπ／２位相シフト部２２においてπ／２だけ位相が変化して光信号Ｌ１１に対してπ／２の位相差が与えられ、次いで変調器２３ｂにおいて外部から入力されるデータ信号Ｄ２に応じた変調を受ける。

その後、変調器２３ａ，２３ｂの各々で変調を受けた光信号Ｌ１１，Ｌ１２は結合（合波）され、変調部２０からは光信号Ｌ１１，Ｌ１２が結合された位相変調光信号が出力される。この位相変調光信号は、ＲＺ変調器３０に入射して外部から入力されるＲＺ信号Ｓ１に応じたＲＺ強度変調が行われる。これにより、ＲＺ変調器３０からは、変調器２３ａ，２３ｂにおいて光信号Ｌ１，Ｌ２が変調されるときに生ずる不要な信号成分が除去された位相変調光信号Ｌ１が送信される。尚、変調部２０から出力された位相変調光信号の一部はフォトダイオード４３で受光され、フォトダイオード４３からは受光信号Ｒ１が出力される。

以上の動作とともに、外部から入力されたデータ信号Ｄ１（アンプ４１ａにより増幅されたデータ信号Ｄ１）とフォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１とがミキサ４４ａで乗算されるとともに、外部から入力されたデータ信号Ｄ２（アンプ４１ｂにより増幅されたデータ信号Ｄ１）とフォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１とがミキサ４４ｂで乗算される。そして、平均化処理部４５ａ，４５ｂにおいてミキサ４４ａ，４４ｂの出力信号に対する平均化処理がそれぞれ行われる。また、平均化処理部４６において、フォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１の平均化処理が行われる。平均化処理部４５ａ，４６の出力信号はＶπ調整回路４７ａに入力され、平均化処理部４５ｂ，４６の出力信号はＶπ調整回路４７ｂに入力される。

Ｖπ調整回路４７ａは、平均化処理部４５ａ，４６から出力される信号を用いて変調器２３ｂにおける位相変化量の１８０度からのずれ量Δφを求める。具体的には、平均化処理部４５ａ，４６から出力される信号を前述した（８）式に代入してずれ量Δφを求める。そして、Ｖπ調整回路４７ａがドライバ４２ｂに対してずれ量Δφに応じた信号を出力することにより、変調器２３ｂに印加される駆動信号の電圧が調整される。これにより、変調器２３ｂの動作点変動が適切に補償される。

同様に、Ｖπ調整回路４７ｂは、平均化処理部４５ｂ，４６から出力される信号を用いて変調器２３ａにおける位相変化量の１８０度からのずれ量Δφを求める。尚、このずれ量Δφは、Ｖπ調整回路４７ａと同様に、平均化処理部４５ｂ，４６から出力される信号を前述した（８）式に代入することにより求められる。そして、Ｖπ調整回路４７ｂがドライバ４２ａに対してずれ量Δφに応じた信号を出力することにより、変調器２３ａに印加される駆動信号の電圧が調整される。これにより、変調器２３ａの動作点変動が適切に補償される。

以上の通り、本実施形態の光送信装置１は、外部から入力されるデータ信号Ｄ１とフォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１とを乗算して得られる信号を用いて変調器２３ｂの動作点変動を適切に補償し、外部から入力されるデータ信号Ｄ２とフォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１とを乗算して得られる信号を用いて変調器２３ａの動作点変動を適切に補償している。このため、従来のように、光変調器における動作点変動を制御するために位相変調光信号Ｌ１に対して低周波信号を重畳する必要が無い。よって、本実施形態では、位相変調光信号Ｌ１の劣化を生ずることなく、変調器２３ａ，２３ｂの動作点変動を適切に補償し得る制御を行うことができる。ここで、変調器２３ａ，２３ｂの動作点変動の制御は、１８０度からのずれ量の絶対値（ずれ量そのもの）に基づいて行っているため、短時間で目標位相差に調整することが可能である。

〔第２実施形態〕
図３は、本発明の第２実施形態による光送信装置の要部構成を示すブロック図である。図３に示す通り、本実施形態の光送信装置２は、図１に示す光送信装置１に設けられたミキサ４４ａ，４４ｂ及び平均化処理部４５ａ，４５ｂに代えて、スイッチ５１（切替部）、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５２（第１ローパスフィルタ）、ローパスフィルタ５３（第２ローパスフィルタ）、ミキサ５４（演算部）、及び平均化処理部５５を備える構成である。

スイッチ５１は、外部から入力されるデータ信号Ｄ１，Ｄ２（アンプ４１ａ，４１ｂにより増幅されたデータ信号Ｄ１，Ｄ２）を入力とする２つの入力端とローパスフィルタ５２に接続された１つの出力端とを備えており、これら２つの入力端と１つの出力端との接続関係を切り替えることにより、ローパスフィルタ５２に入力されるデータ信号Ｄ１，Ｄ２の切り替えを行う。このスイッチ５１としては、トランジスタ等を用いた電子的なスイッチ、又はリレー等の機械的なスイッチを用いることができる。

ローパスフィルタ５２は、周波数が２０ＧＨｚ程度であるデータ信号Ｄ１，Ｄ２の周波数を数百ＭＨｚに低減する。同様に、ローパスフィルタ５３は、周波数が２０ＧＨｚ程度である受光信号Ｒ１の周波数を数百ＭＨｚに低減する。これらローパスフィルタ５２，５３設けてデータ信号Ｄ１，Ｄ２及び受光信号Ｒ１の周波数を低減するのは、ミキサ５４の回路構成を複雑化することなく、ミキサ５４で容易に乗算を実現するためである。ここで、ローパスフィルタ５２，５３を設けると、データ信号Ｄ１，Ｄ２及び受光信号Ｒ１の信号レベルが低下する。このため、Ｖπ調整回路４７ａ，４７ｂでは、これらの信号レベルの低下分を補正する必要がある。

平均化処理部５５は、ミキサ５４の出力信号の平均化処理を行って、その平均化処理により得られた信号をスイッチ５１の切り替え状況に応じてＶπ調整回路４７ａ又はＶπ調整回路４７ｂに出力する。具体的には、スイッチ５１の切り替えによりデータ信号Ｄ１がローパスフィルタ５２に入力されている場合には平均化処理により得られた信号をＶπ調整回路４７ａに出力し、スイッチ５１の切り替えによりデータ信号Ｄ２がローパスフィルタ５２に入力されている場合には平均化処理により得られた信号をＶπ調整回路４７ｂに出力する。

以上の光送信装置２においても、スイッチ５１の切り替えを行うことにより、外部から入力されるデータ信号Ｄ１とフォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１とを乗算して得られる信号を用いて変調器２３ｂの動作点変動が適切に補償され、外部から入力されるデータ信号Ｄ２とフォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１とを乗算して得られる信号を用いて変調器２３ａの動作点変動が適切に補償される。このため、従来のように、光変調器における動作点変動を制御するために位相変調光信号Ｌ１に対して低周波信号を重畳する必要が無く、本実施形態では、位相変調光信号Ｌ１の劣化を生ずることなく、変調器２３ａ，２３ｂの動作点変動を適切に補償し得る制御を行うことができる。

また、本実施形態では、変調器２３ａ，２３ｂの動作点変動の制御は、１８０度からのずれ量の絶対値（ずれ量そのもの）に基づいて行っているため、短時間で目標位相差に調整することが可能である。更に、本実施形態では、スイッチ５１を設けることでミキサ及び平均化処理部の数を低減するとともに、ローパスフィルタ５２，５３を設けることで回路構成が簡素なミキサ５４を設けることが可能であるため、コストを低減することが可能である。

〔第３実施形態〕
図４は、本発明の第３実施形態による光送信装置の要部構成を示すブロック図である。図４に示す通り、本実施形態の光送信装置３は、図３に示す光送信装置２に設けられたスイッチ５１に代えてミキサ６１（乗算部）及びスイッチ６２（切替部）を備えるとともに、平均化処理部５５に代えて平均化処理部６３を備える構成である。本実施形態の光送信装置３は、位相変調光信号Ｌ１の劣化を生ずることなく、変調器２３ａ，２３ｂの動作点変動を適切に補償することに加えて、変調部２０を介する光信号Ｌ１１，Ｌ１２の位相差を所定の位相差に制御することを実現するものである。

ミキサ６１は、アンプ４１ａで増幅されたデータ信号Ｄ１とアンプ４１ｂで増幅されたデータ信号Ｄ２とを乗算する。スイッチ６２は、外部から入力されるデータ信号Ｄ１，Ｄ２（アンプ４１ａ，４１ｂにより増幅されたデータ信号Ｄ１，Ｄ２）及びミキサ６１の出力信号を入力とする３つの入力端並びに電気的に接地された１つの入力端とローパスフィルタ５２に接続された１つの出力端とを備えており、これら４つの入力端と１つの出力端との接続関係を切り替えることにより、ローパスフィルタ５２に入力される信号の切り替えを行う。上記のスイッチ６２としては、図３中のスイッチ５１と同様に、トランジスタ等を用いた電子的なスイッチ、又はリレー等の機械的なスイッチを用いることができる。尚、電気的に接地された入力端は、ミキサ５４のオフセットを補正する際に選択される。

平均化処理部６３は、ミキサ５４の出力信号の平均化処理を行って、その平均化処理により得られた信号をスイッチ６２の切り替え状況に応じてＶπ調整回路４７ａ、Ｖπ調整回路４７ｂ、又はπ／２位相シフト部２２に出力する。具体的には、スイッチ６２の切り替えによりデータ信号Ｄ１がローパスフィルタ５２に入力されている場合には平均化処理により得られた信号をＶπ調整回路４７ａに出力し、スイッチ６２の切り替えによりデータ信号Ｄ２がローパスフィルタ５２に入力されている場合には平均化処理により得られた信号をＶπ調整回路４７ｂに出力する。また、スイッチ６２の切り替えによりミキサ６１の出力信号がローパスフィルタ５２に入力されている場合には平均化処理により得られた信号をπ／２位相シフト部２２に出力する。

上記構成において、スイッチ６２の切り替えによってデータ信号Ｄ１又はデータ信号Ｄ２がローパスフィルタ５２に入力された場合には、前述した第２実施形態による光送信装置２と同様の動作が行われるため、ここでは詳細な説明を省略する。スイッチ６２の切り替えによってミキサ６１の出力信号が選択されると、外部から入力されるデータ信号Ｄ１，Ｄ２をミキサ６１で乗算してローパスフィルタ５２を介した信号とフォトダイオード４３から出力されてローパスフィルタ５３を介した受信信号Ｒ１とがミキサ５４で乗算される。そして、これにより得られる信号を用いてπ／２位相シフト部２２で与えられる光信号Ｌ１１，Ｌ１２間の位相差が「π／２」になるように調整される。

以下、信号Ｄ１，Ｄ２を乗算した信号と受信信号Ｒ１とをミキサ５４で乗算して得られる信号に基づいて、π／２位相シフト部２２で与えられる光信号Ｌ１１，Ｌ１２間の位相差を調整することができる原理について説明する。まず、フォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１について説明する。図５は、フォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１の波形の一例を示す図であって、（ａ）は光信号Ｌ１１，Ｌ１２間の位相差が９０度（π／２）である場合の受光信号Ｒ１の波形の例を示す図であり、（ｂ）は光信号Ｌ１１，Ｌ１２間の位相差が１１０度である場合の受光信号Ｒ１の波形の例を示す図である。

光信号Ｌ１１，Ｌ１２間の位相差が目標とする位相差（９０度（π／２））である場合には、図５（ａ）に示す通り、受光信号Ｒ１は正規化した振幅の最大振幅がほぼ「１」であって、所々で振幅が小さくなる谷部Ｖ１が現れる波形になる。これに対し、光信号Ｌ１１，Ｌ１２間の位相差が１１０度であって、目標とする位相差（９０度（π／２））からずれている場合には、図５（ｂ）に示す通り、波形自体は図５（ａ）に示す受光信号Ｒ１と同様であるものの、最大振幅がほぼ「１．２」である第１波形Ｗ１と最大振幅がほぼ「０．８」である第２波形Ｗ２とが現れる。

いま、ＤＱＰＳＫ方式により変調された位相変調光信号Ｌ１をｙ（ｔ）とすると、位相変調光信号Ｌ１は複素平面上では以下の（９）式で表すことができる。

但し、上記（９）式中の変数は以下の通りである。
Ｉ（ｔ）：データ信号Ｄ１の値（１，−１）
Ｑ（ｔ）：データ信号Ｄ２の値（１，−１）
θ：光信号Ｌ１，Ｌ２間の位相差
θ_０：全体の位相回転

フォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１をＰＯとすると、上記（９）式で示される位相変調光信号Ｌ１をフォトダイオード４３で受光して得られる受光信号Ｒ１は以下の（１０）式で表される。

但し、上記（１０）式中のｋは、フォトダイオード４３の感度等に依存する定数である。

図５（ｂ）に示す第１波形Ｗ１は、フォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１であるＰＯが最大になる場合に得られる波形である。受光信号Ｒ１の最大値ＰＯ_ｍａｘは、データ信号Ｄ１の値Ｉ（ｔ）とデータ信号Ｄ２の値Ｑ（ｔ）との符号が一致する場合、つまりデータ信号Ｄ１の値Ｉ（ｔ）及びデータ信号Ｄ２の値Ｑ（ｔ）が共に「１」である場合又は共に「−１」である場合に得られ、以下の（１１）式で表される。

これに対し、図５（ｂ）に示す第２波形Ｗ２は、フォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１であるＰＯが最小になる場合に得られる波形である。受光信号Ｒ１の最小値ＰＯ_ｍｉｎは、データ信号Ｄ１の値Ｉ（ｔ）とデータ信号Ｄ２の値Ｑ（ｔ）との符号が異なる場合、つまりデータ信号Ｄ１の値Ｉ（ｔ）及びデータ信号Ｄ２の値Ｑ（ｔ）が（１，−１）である場合、又は（−１，１）である場合に得られ、以下の（１２）式で表される。

上記（１１）式と（１２）式との差を求めると以下の（１３）式になり、光信号Ｌ１，Ｌ２間の位相差に応じた値が得られることが分かる。

このため、上記（１３）式で示される受光信号Ｒ１の最大値ＰＯ_ｍａｘと最小値ＰＯ_ｍｉｎとの差分を用いてπ／２位相シフト部２２を調整すれば光信号Ｌ１１，Ｌ１２間の位相差を目標位相差にすることができると考えられる。

上記（１３）式に示される受光信号Ｒ１の最大値と最小値との差分（ＰＯ_ｍａｘ−ＰＯ_ｍｉｎ）は、データ信号Ｄ１，Ｄ２を乗算した信号とフォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１とを乗算して得られる信号（ミキサ５４の出力信号）の時間平均を求めることで得られる。以下、その原理について説明する。

ミキサ５４の出力信号ＶＯは、上述した（１０）式を用いて以下の（１４）式で表される。

ここで、データ信号Ｄ１，Ｄ２が、それぞれ値「１」，「−１」を同数だけ取るとすると、ミキサ５４の出力信号ＶＯの平均値ＡＶＯは以下の（１５）式で表される。

上記（１５）式を参照すると、ミキサ５４の出力信号の平均値ＡＶＯは光信号Ｌ１，Ｌ２間の位相差θに応じた値になって、上記（１３）式と同じ形の式になる。このため、上記（１３）式に示される受光信号Ｒ１の最大値と最小値との差分（ＰＯ_ｍａｘ−ＰＯ_ｍｉｎ）が、データ信号Ｄ１，Ｄ２を乗算した信号とフォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１とを乗算して得られる信号（ミキサ５４の出力信号）の時間平均を求めることで得られることが分かる。

ここで、平均化処理部６３から出力される信号のみでは、π／２位相シフト部２２で与えられる光信号Ｌ１１，Ｌ１２間の位相差の目標位相差からのずれ量の絶対値が分からない。このため、π／２位相シフト部２２を制御する上での適切な制御定数を設定することができない場合がある。本実施形態では、フォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１を平均化処理部４６で平均化して得られる信号を用い、平均化処理部６３から出力される信号を正規化することで、π／２位相シフト部２２における光信号Ｌ１，Ｌ２間の位相差の目標位相差からのずれ量の絶対値を求めている。

フォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１の平均値ＡＰＯ（平均化処理部４６から出力される信号）は、以下の（１６）式で表される。

従って、平均化処理部６３，４６から出力される信号の比は以下の（１７）式で表される。

ここで、光信号Ｌ１，Ｌ２の目標位相差を９０度（π／２）に設定し、この目標位相差からのずれ量の絶対値をΔθとすると、ずれ量の絶対値Δθは以下の（１８）式で表される。

上記（１８）式から目標位相差からのずれ量の絶対値Δθを求め、この絶対値Δθを用いてπ／２位相シフト部２２を制御すれば光信号Ｌ１，Ｌ２間の位相差を目標位相差（９０度（π／２））に調整することができる。

以上の光送信装置３においても、スイッチ６２の切り替えを行うことにより、外部から入力されるデータ信号Ｄ１とフォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１とを乗算して得られる信号を用いて変調器２３ｂの動作点変動が適切に補償され、外部から入力されるデータ信号Ｄ２とフォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１とを乗算して得られる信号を用いて変調器２３ａの動作点変動が適切に補償される。このため、従来のように、光変調器における動作点変動を制御するために位相変調光信号Ｌ１に対して低周波信号を重畳する必要が無く、本実施形態では、位相変調光信号Ｌ１の劣化を生ずることなく、変調器２３ａ，２３ｂの動作点変動を適切に補償し得る制御を行うことができる。

また、本実施形態では、変調器２３ａ，２３ｂの動作点変動の制御は、１８０度からのずれ量の絶対値（ずれ量そのもの）に基づいて行っているため、短時間で目標位相差に調整することが可能である。更に、本実施形態では、スイッチ６２を設けることでミキサ及び平均化処理部の数を低減するとともに、ローパスフィルタ５２，５３を設けることで回路構成が簡素なミキサ５４を設けることが可能であるため、コストを低減することが可能である。更に、本実施形態では、データ信号Ｄ１，Ｄ２を乗算した信号と受光信号Ｒ１とをミキサ５４で乗算して得られる信号を用いてπ／２位相シフト部２２で与えられる光信号Ｌ１１，Ｌ１２間の位相差を調整しているため、位相変調光信号Ｌ１の劣化を生ずることなく、光信号Ｌ１１，Ｌ１２間の位相差を目標位相差「π／２」になるように調整することができる。

以上、本発明の実施形態による光送信装置について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記第１〜第３実施形態では、Ｑアーム２１ｂにπ／２位相シフト部２２と変調器２３ｂとが別々に設けられている構成を例に挙げて説明したが、π／２位相シフト部２２の機能と変調器２３ｂの機能とを兼ね備える変調器のみがＱアーム２１ｂに設けられている構成にも本発明を適用することが可能である。

また、本発明の光送信装置は、位相変調光信号を受光する光受信装置の試験を行う光試験装置に設けることも可能である。本発明の光送信装置を光試験装置に設けることで、位相変化等の劣化が生じていない位相変調光信号を用いて高い精度で光受信装置を試験することができる。

本発明の第１実施形態による光送信装置の要部構成を示すブロック図である。 変調器２３ａにおけるデータ信号Ｄ１の値（１，−１）に対する位相変化量のずれ量とＶπ調整回路４７ｂで算出される相対電圧との関係を示すシミュレーション結果を示す図である。 本発明の第２実施形態による光送信装置の要部構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態による光送信装置の要部構成を示すブロック図である。 フォトダイオード４３から出力される受光信号Ｒ１の波形の一例を示す図である。

符号の説明

１〜３ 光送信装置
２０ 変調部
２２ π／２位相シフト部
４３ フォトダイオード
４４ａ，４４ｂ ミキサ
４５ａ，４５ｂ 平均化処理部
４７ａ，４７ｂ Ｖπ調整回路
５１ スイッチ
５２，５３ ローパスフィルタ
５４ ミキサ
５５ 平均化処理部
６１ ミキサ
６２ スイッチ
６３ 平均化処理部
Ｄ１，Ｄ２ データ信号
Ｌ１ 位相変調光信号
Ｌ１１，Ｌ１２ 光信号
Ｒ１ 受光信号

Claims (6)

1. 入力光を分岐して得られる第１，第２光信号が所定の位相差を有するように当該第１，第２光信号の少なくとも一方の位相を制御するとともに、外部から入力される第１，第２データ信号に応じて前記第１，第２光信号をそれぞれ変調する変調部を備え、当該変調部を介した前記第１，第２光信号を結合した位相変調光信号を出力する光送信装置において、
   前記位相変調光信号を受光する受光部と、
   前記第１，第２データ信号の何れか一方のデータ信号と前記受光部から出力される受光信号とを乗算する演算部と、
   前記演算部の出力信号を用いて前記変調部に入力される前記第１，第２データ信号の何れか他方の電圧を調整する調整部と
   を備えることを特徴とする光送信装置。
2. 前記演算部の出力信号を平均化する平均化処理部を備えており、
   前記調整部は、前記平均化処理部で平均化された信号を用いて前記第１，第２データ信号の何れか他方の電圧を調整する
   ことを特徴とする請求項１記載の光送信装置。
3. 前記演算部に入力される前記第１，第２データ信号を切り替える切替部を備えており、
   前記調整部は、前記切替部の切り替え状況に応じて前記第１，第２データ信号の何れか他方の電圧を調整する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光送信装置。
4. 前記第１データ信号と前記第２データ信号とを乗算する乗算部と、
   前記演算部の出力信号を用いて前記変調部により制御される第１，第２光信号間の位相差を調整する位相調整部とを備えており、
   前記切替部は、前記演算部に入力される前記第１，第２データ信号に加えて前記乗算部の出力信号の切り替えを行うことを特徴とする請求項３記載の光送信装置。
5. 前記演算部に入力されるデータ信号の周波数を低減する第１ローパスフィルタと、
   前記受光部から出力される受光信号の周波数を低減する第２ローパスフィルタとを備えており、
   前記演算部は、前記第１，第２ローパスフィルタを介した信号を乗算する
   ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の光送信装置。
6. 位相変調光信号を受光する光受信装置の試験を行う光試験装置において、
   前記光受信装置に受光される前記位相変調光信号を送信する請求項１から請求項５の何れか一項に記載の光送信装置を備えることを特徴とする光試験装置。

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