JP2010197751A - バイアス点調整機能を有する光変調器及びスイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は，安定なバイアス状態を容易に得ることができる光変調器を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は，基本的には，メインマッハツェンダー（ＭＺ）型導波路（８）の分岐部（５）及び合波部（６）に方向性結合器を用いる光変調器に関する。メインＭＺ導波路の入出力部に方向性結合器を用いることで，サブＭＺ電極に印加する電圧を変化させると，方向性結合器の位相シフトにより，各出力ポートの光強度が最小値となるバイアス電圧がずれる。これを利用することで，主電極の電圧を制御しなくても安定なバイアス状態を得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は,マッハツェンダー導波路の分岐路及び合波部に方向性結合器を用いた光変調器および光スイッチに関する。

特許第３８６７１４８号公報（特許文献１）には，マッハツェンダー（ＭＺ）型導波路を用いた光変調器が開示されている。この光変調器の光入出力部は，Ｙ分岐であった。この光変調器では，メインＭＺ電極（主電極）に正弦波を印加し，２つのサブＭＺ電極（副電極）に印加するバイアス電圧を調整することで，安定なバイアス状態を得ていた。

しかしながら，特許第３８６７１４８号公報に開示された光変調器を用いて安定なバイアス状態を得るためには，熟練を要するという問題があった。

特開２００７−０５７７８２号公報（米国特許出願第１２／０６４５９７号，参照することにより本明細書に取り込まれる。）には，メインマッハツェンダー（ＭＺ）型導波路のＹ分岐に非対称方向性結合器を用いた光変調器が開示されている（請求項２）。この光変調器は，サブＭＺ型導波路のうち少なくとも一方に強度変調器を有する。そして，非対称方向性結合器を用いて，入力光を不均一に分け，それぞれのサブＭＺ型導波路に導入して，強度変調器で安定なバイアス状態を得る。

特許第３８６７１４８号公報 特開２００７−０５７７８２号公報

しかしながら，特許第３８６７１４８号公報や，特開２００７−０５７７８２号公報に開示された光変調器を用いて安定なバイアス状態を得るためには，熟練を要するという問題があった。

そこで，本発明は，安定なバイアス状態を容易に得ることができる光変調器を提供することを目的とする。

本発明は，基本的には，メインマッハツェンダー（ＭＺ）型導波路のＹ分岐の替わりに方向性結合器を用いる光変調器に関する。すなわち，本発明は，メインＭＺ導波路の分岐路及び合波部に方向性結合器を用いる。サブＭＺ電極に印加する電圧を変化させると，方向性結合器の位相シフトにより，各出力ポートの光強度が最小値となるバイアス電圧がずれる。本発明は，この現象を利用することで，主電極（メインＭＺ電極）の電圧を制御しなくても安定なバイアス状態を得ることができる。

本発明の第１の側面は，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）２と；第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）３と；光信号の入力部４と，光信号が第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）と第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）とへ分岐する分岐部５と，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）と，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）と第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）から出力される光信号が合波される合波部６と，合波部で合波された光信号が出力される光信号の出力部７とを含むメインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｃ）８と；第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）に電圧を印加するための第１の電極９と；第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）に電圧を印加するための第２の電極１０と；メインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｃ）に電圧を印加して，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）からの出力信号と第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）からの出力信号との位相差を制御する為のメインマッハツェンダー電極１１と；を含む光変調器に関する。そして，光信号部４は，分岐部５と光学的に接続された２つの導波路４ａ，４ｂを含み，出力部７は，合波部６と光学的に接続された２つの導波路７ａ，７ｂを含む。分岐部５及び合波部６は，ともに方向性結合器を含む。

本発明の第１の側面の好ましい態様は，第１の電極９，第２の電極１０及びメインマッハツェンダー電極１１に電圧を供給する信号源１２をさらに有する光変調器に関する。そして，信号源１２は，２つのサブマッハツェンダー導波路２，３のバイアス点をヌル点に維持しつつ，光変調器を駆動する。

本発明の第１の側面の好ましい態様は，さらに，２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂ，及び制御装置２２を有する。そして，２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂは，それぞれ出力部７の２つの導波路７ａ，７ｂと接続される。制御装置２２は，信号源１２へ情報を伝えることができるように接続されるとともに，２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂと情報を受け取ることができるように接続される。制御装置２２は，２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂから，出力部７の２つの導波路７ａ，７ｂから出力された光の強度に関する情報を受け取り，出力部７の２つの導波路７ａ，７ｂからの出力強度がともに最小値となる様に第１の電極９及び第２の電極１０に印加する電圧を求める。そして，制御装置２２は，第１の電極９及び第２の電極１０のいずれか又は両方に印加する電圧を変化させる指令を信号源１２へ伝える。

本発明の第１の側面の好ましい態様は，さらに，２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂ，制御装置２２，第１の周波数分離装置３１，第２の周波数分離装置３２，第１の電極９に印加する第１の三角波ｖ_ａ（ｔ）を求める装置３３，及び第２の電極１０に印加する第２の三角波ｖ_ｂ（ｔ）を求める装置３４を含む。そして，２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂは，それぞれ出力部７の２つの導波路７ａ，７ｂと接続される。制御装置２２は，信号源１２へ情報を伝えることができるように接続されるとともに，２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂと情報を受け取ることができるように接続される。そいｓて，制御装置２２は，２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂから，出力部７の２つの導波路７ａ，７ｂから出力された光の強度に関する情報を受け取る。ここで，２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂを，第１の光強度測定装置２１ａ及び第２の光強度測定装置２１ｂとする。すると，第１の周波数分離装置３１は，第１の光強度測定装置２１ａと接続される。また，第２の周波数分離装置３２は，第２の光強度測定装置２１ｂと接続される。ここで，ｖ_ａ（ｔ）をＶ_ａ＋ｖ_ａ’（ｔ）とし，ｖ_ｂ（ｔ）をＶ_ｂ＋ｖ_ｂ’（ｔ）とする。すると，ｖ_ａ（ｔ）を求める装置３３は，第１の周波数分離装置３１が分離したｖ_ｂ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分及び第２の周波数分離装置３２が分離したｖ_ｂ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分を受け取り，ｖ_ａ（ｔ）を求め，制御装置２２へ出力する。ｖ_ｂ（ｔ）を求める装置３４は，第１の周波数分離装置３１が分離したｖ_ａ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分及び第２の周波数分離装置３２が分離したｖ_ａ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分を受け取り，ｖ_ｂ（ｔ）を求め，制御装置２２へ出力する。制御装置２２は，信号源１２へ第１の電極９に印加する第１の三角波ｖ_ａ（ｔ），及び第２の電極１０に印加する第２の三角波ｖ_ｂ（ｔ）に関する情報を伝える。

本発明の第１の側面の好ましい態様は，ＱＰＳＫ信号，ＦＳＫ信号，ＱＡＭ信号，又はＳＳＢ信号を出力する上記いずれかに記載の光変調器である。換言すると，本発明の第１の側面の好ましい態様は，光変調器が，ＱＰＳＫ信号発生器，ＦＳＫ信号発生器，ＱＡＭ信号発生器，又はＳＳＢ信号発生器である。

本発明の第２の側面は，上記いずれかに記載の光変調器を用いた光変調方法に関する。そして，制御装置２２が，２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂから，出力部７の２つの導波路７ａ，７ｂから出力された光の強度に関する情報を受け取る。そして，制御装置２２が，出力部７の２つの導波路７ａ，７ｂからの出力強度がともに最小値となる様に第１の電極９及び第２の電極１０に印加する電圧（バイアス電圧）を求める。そして，制御装置２２が，第１の電極９及び第２の電極１０のいずれか又は両方に印加する電圧を変化させる指令を信号源１２へ伝える。このようにして，この方法では，２つのサブマッハツェンダー導波路２，３のバイアス点をヌル点に維持しつつ，光変調器を駆動することができる。

本発明の第２の側面の上記とは別の態様は，光変調方法に関する。そして，光変調器は，さらに，２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂ，制御装置２２，第１の周波数分離装置３１，第２の周波数分離装置３２，第１の電極９に印加する第１の三角波ｖ_ａ（ｔ）を求める装置３３，及び第２の電極１０に印加する第２の三角波ｖ_ｂ（ｔ）を求める装置３４を含む。ここで，ｖ_ａ（ｔ）をＶ_ａ＋ｖ_ａ’（ｔ）とし，ｖ_ｂ（ｔ）をＶｂ＋ｖ_ｂ’（ｔ）とする。ｖ_ａ（ｔ）を求める装置３３は，第１の周波数分離装置３１が分離したｖ_ｂ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分及び第２の周波数分離装置３２が分離したｖ_ｂ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分を受け取る。そして，ｖ_ｂを横軸とし，ｖ_ｂ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分を縦軸としたグラフにおいて，第１の周波数分離装置３１が分離したｖ_ｂ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分及び第２の周波数分離装置３２が分離したｖ_ｂ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分がともに最小となるように，バイアス電圧を制御する。このようにして，装置３３は，Ｖ_ａを求める。装置３３は，求めたＶ_ａを用いて，ｖ_ａ（ｔ）を求める（Ｖ_ａとｖ_ａ’（ｔ）を加算する）。そして，装置３３は，求めたｖ_ａ（ｔ）を制御装置２２へ出力する。

本一方，ｖ_ｂ（ｔ）を求める装置３４は，第１の周波数分離装置３１が分離したｖ_ａ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分及び第２の周波数分離装置３２が分離したｖ_ａ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分を受け取る。そして，ｖ_ａを横軸とし，ｖ_ａ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分を縦軸としたグラフにおいて，第１の周波数分離装置３１が分離したｖ_ａ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分及び第２の周波数分離装置３２が分離したｖ_ａ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分がともに最小となるように，バイアス電圧を制御する。このようにして装置３２は，Ｖ_ｂを求める。装置３２は，求めたＶ_ｂを用いて，ｖ_ｂ（ｔ）を求める。装置３２は，求めたｖ_ｂ（ｔ）を制御装置２２へ出力する。制御装置２２は，信号源１２へ第１の電極９に印加する第１の三角波ｖ_ａ（ｔ），及び第２の電極１０に印加する第２の三角波ｖ_ｂ（ｔ）に関する情報を伝える。

本発明の第２の側面の上記とは別の態様は，ＱＰＳＫ信号，ＦＳＫ信号，ＱＡＭ信号，又はＳＳＢ信号を出力する上記いずれかに記載の方法に関する。

本発明によれば，安定なバイアス状態を得ることができる光変調器を提供することができる。これにより，特にＱＰＳＫ信号，ＦＳＫ信号，ＱＡＭ信号，及びＳＳＢ信号を安定に出力できる。

図１は，本発明の光変調器の例を示す概略図である。 図２は，第２のサブマッハツェンダー導波路のバイアスがヌル点からずれている場合を説明するための図である。 図３は，第２のサブマッハツェンダー導波路のバイアスがヌル点と一致している場合を説明するための図である。 図４は，実施例で用いた光変調器の構成図である。 第２の電極に印加するバイアス電圧Ｖ_ｂが１６Ｖの場合において，第１の電極に印加するバイアス電圧Ｖ_ａを０Ｖ〜３２Ｖまで掃引したときのポート１’から出力した光の強度Ｉ_１’とポート２’から出力した光の強度Ｉ_２’を示す図面に替わるグラフである。なお，図５Ａは得られたグラフを見やすいようにトレースしたものである。以下同様。 バイアス電圧Ｖ_ｂが１６．５Ｖの場合において，バイアス電圧Ｖ_ａを掃引したときの光の強度Ｉ_１’及びＩ_２’を示す図面に替わるグラフである。 バイアス電圧Ｖ_ｂが１７Ｖの場合において，バイアス電圧Ｖ_ａを掃引したときの光の強度Ｉ_１’及びＩ_２’を示す図面に替わるグラフである。 バイアス電圧Ｖ_ｂが１７．５Ｖの場合において，バイアス電圧Ｖ_ａを掃引したときの光の強度Ｉ_１’及びＩ_２’を示す図面に替わるグラフである。 バイアス電圧Ｖ_ｂが１８Ｖの場合において，バイアス電圧Ｖ_ａを掃引したときの光の強度Ｉ_１’及びＩ_２’を示す図面に替わるグラフである。 バイアス電圧Ｖ_ｂが１８．５Ｖの場合において，バイアス電圧Ｖ_ａを掃引したときの光の強度Ｉ_１’及びＩ_２’を示す図面に替わるグラフである。 バイアス電圧Ｖ_ｂが１９Ｖの場合において，バイアス電圧Ｖ_ａを掃引したときの光の強度Ｉ_１’及びＩ_２’を示す図面に替わるグラフである。 図６は，三角波を用いたバイアス調整方法を説明するための図である。

図１は，本発明の光変調器の例を示す概略図である。図１に示す光変調器は，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）２と，第２のサブマッハツェンダー導波路ＭＺ_Ｂ３と，メインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｃ）８と，第１の電極９と，第２の電極１０と，メインマッハツェンダー電極１１と，信号源１２と，２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂと，制御装置２２とを有する。そして，メインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｃ）８は，光信号の入力部４と，光信号がＭＺ_ＡとＭＺ_Ｂとへ分岐する分岐部５と，ＭＺ_Ａと，ＭＺ_Ｂと，ＭＺ_ＡとＭＺ_Ｂから出力される光信号が合波される合波部６と，合波部で合波された光信号が出力される光信号の出力部７とを含む。

そして，光信号部４は，分岐部５と光学的に接続された２つの導波路４ａ，４ｂを含む。出力部７は，合波部６と光学的に接続された２つの導波路７ａ，７ｂを含む。分岐部５及び合波部６は，ともに方向性結合器を含む。方向性結合器の例は３ｄＢの方向性結合器である。３ｄＢの方向性結合器は，入力光の強度を５０：５０に分ける方向性結合器である。方向性結合器は，カプラともよばれる。

導波路４ａからの入力光の複素振幅をＥ_１とし，導波路４ｂからの入力光の複素振幅をＥ_２とする。そして，ＭＺ_Ａ２へと分岐される光の複素振幅をＥ_１’，ＭＺ_Ｂ３へと分岐される光の複素振幅をＥ_２’とする。方向性結合器による入射光のパワー分岐比は，方向性結合器の導波路の結合部の長さ及び等価屈折率と入射光波長との比に依存する。このことは，以下のαにより示されるとおりである。

Ｅ_１’＝Ｅ_１ｃｏｓα＋ｉＥ_２sinα，Ｅ_２’＝ｉＥ_１sinα＋Ｅ_２ｃｏｓα

すなわち，導波路４ａからＭＺ_Ａ２へと進む光は，入射光と出射光の位相が同じである。導波路４ｂからＭＺ_Ｂ３へと進む光も，入射光と出射光の位相が同じである。一方，導波路４ａからＭＺ_Ｂ３へと進む光は，入射光と出射光の位相が９０°シフトする。導波路４ｂからＭＺ_Ａ２へと進む光も，入射光と出射光の位相が９０°シフトする。

第１の電極９は，ＭＺ_Ａに電圧を印加するための電極である。一方，第２の電極１０は，ＭＺ_Ｂに電圧を印加するための電極である。メインマッハツェンダー電極１１は，ＭＺ_Ｃに電圧を印加することで，ＭＺ_Ａからの出力信号とＭＺ_Ｂからの出力信号との位相差を制御するための電極である。

信号源１２は，第１の電極９，第２の電極１０及びメインマッハツェンダー電極１１に電圧を供給するものである。信号源１２は，第１の電極９，第２の電極１０及びメインマッハツェンダー電極１１にバイアス電圧を供給するためのバイアス信号源を含んでいてもよい。また，信号源１２は，メインマッハツェンダー電極１１にラジオ周波数信号を供給するための高周波信号源を含んでもよい。高周波信号源は，メインマッハツェンダー電極１１のみならず，第１の電極９，及び第２の電極１０のいずれか又は両方にラジオ周波数信号を供給するものでもよい。

２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂは，２つの導波路７ａ，７ｂからの出力強度を測定するための装置である。光強度測定装置の例は，フォトダイオードである。２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂは，それぞれ出力部７の２つの導波路７ａ，７ｂと接続される。２つの光強度測定装置が測定した２つの導波路７ａ，７ｂからの出力強度を用いることにより，サブＭＺ導波路の光透過率が最小となるバイアス電圧に対する現在のバイアス電圧のずれの大きさや極性を把握することができる。この情報を用いることで，サブＭＺ導波路の光透過率が最小となるバイアス電圧を容易に達成できる。

制御装置２２は，信号源１２へ情報を伝えることができるように接続されるとともに，２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂと情報を受け取ることができるように接続される。制御装置２２は，２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂから，出力部７の２つの導波路７ａ，７ｂから出力された光の強度に関する情報を受け取る。また，制御装置２２は，出力部７の２つの導波路７ａ，７ｂからの出力強度がともに最小値となる様に第１の電極９及び第２の電極１０に印加する電圧を求める。そして，制御装置は，第１の電極９及び第２の電極１０のいずれか又は両方に印加する電圧を変化させる指令を信号源１２へ伝える。

本発明の光変調装置は，サブＭＺ導波路のバイアス点をヌル点に維持しつつ，光変調器を駆動できるので，ＱＰＳＫ信号，ＦＳＫ信号，ＱＡＭ信号，又はＳＳＢ信号を出力するＱＰＳＫ信号発生器，ＦＳＫ信号発生器，ＱＡＭ信号発生器，又はＳＳＢ変調器に有効に用いられる。

ＱＰＳＫ（４相位相シフトキーイング）信号は，たとえば，０，π／２，π，及び３π／２の４つの位相を情報とする変調信号である。２つのサブＭＺ導波路を有するＱＰＳＫ信号発生器はすでに知られている。すでに知られているＱＰＳＫ信号発生器に本発明を組み合わせることで，サブＭＺ導波路のバイアス点をヌル点に維持しつつ，ＱＰＳＫ信号発生器を駆動できるので，良好なＱＰＳＫ信号を得ることができる。

２つのサブＭＺ導波路を有するＳＳＢ変調器及びＦＳＫ信号発生器も知られている（たとえば，特許文献１を参照）。また，２つのサブＭＺ導波路を有するＱＡＭ（直交振幅変調）信号発生器も知られている。

すなわち，制御装置２２が，２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂから，出力部７の２つの導波路７ａ，７ｂから出力された光の強度に関する情報を受け取る。そして，出力部７の２つの導波路７ａ，７ｂからの出力強度がともに最小値となる様に第１の電極９及び第２の電極１０に印加する電圧を求める。その上で，第１の電極９及び第２の電極１０のいずれか又は両方に印加する電圧を変化させる指令を信号源１２へ伝える。これにより，サブＭＺ導波路のバイアス点をヌル点に維持しつつ，光変調器を駆動することができる。

本発明は，第１の電極９及び第２の電極１０へ印加する電圧を変化させると，方向性結合器の位相シフトにより各導波路７ａ，７ｂから出力される光強度の最小値が変化することを利用するものである。以下，この点について説明する。

図２は，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）のバイアスがヌル点からずれている場合を説明するための図である。光は，図２の入力ポート１から入力されたとする。ここでは，簡単のため，θ＝０と仮定するが，本発明は任意のθについて同じ結論を得ることができる。また，Ｖ_ｂ（第２の電極に印加される電圧）がある値をとっているとする。図２のポート１’から出力した光の強度をＩ_１’とし，ポート２’から出力した光の強度をＩ_２’とする。ポート１’及びポート２’から出力する光は，ＭＺ_Ａからの出力光とＭＺ_Ｂからの出力光が合波され，方向性結合器で分岐されたものである。ポート１’から出力する光について，ＭＺ_Ａからの出力光とＭＺ_Ｂからの出力光は逆位相となる。一方，ポート２’から出力する光について，ＭＺ_Ａからの出力光とＭＺ_Ｂからの出力光は同位相となる。この場合，Ｉ_１’が最小値となる第１の電極に印加する電圧Ｖ_１’ａと，Ｉ_２’の最小値となる第２の電極に印加する電圧Ｖ_２’ａとが異なることとなる。たとえば，いくつかのＶ_ｂにおいてＶ_１’ａとＶ_２’ａを求める。そして，Ｖ_１’ａとＶ_２’ａをとの差が小さくなるように，Ｖ_ｂを調整する。このようにして，バイアス電圧のずれの大きさや極性を把握できることとなる。最終的には，Ｖ_１’ａと，Ｖ_２’ａとが同じとなるようにＶ_ｂを調整すればよい。

図３は，第２のサブマッハツェンダー導波路のバイアスがヌル点と一致している場合を説明するための図である。図３に示されるように，第２のサブマッハツェンダー導波路のバイアスがヌル点である場合は，Ｉ_１’の最小値を与えるＶ_１’ａと，Ｉ_２’の最小値を与えるＶ_２’ａとが同じとなる。

図６は，三角波を用いたバイアス調整方法を説明するための図である。図６に示すように，この態様の光変調器は，周波数が十分離れた２つの三角波を用いて，２つのサブＭＺ導波路のバイアス電圧を同時に掃引し，出力光の低周波成分（三角波の周波数成分）の各々を抽出し，それぞれのサブＭＺ導波路のバイアス制御に用いるものである。三角波の周波数をｆ_ａ，ｆ_ｂとする。これらは光信号のビットレートよりもずっと小さい。さらに，ｆ_ａ，ｆ_ｂは，周波数分離装置３３，３４より区別が可能な程度異なっている。ｆ_ａ，及びｆ_ｂの例は，たとえば，ｆ_ａが２００ｋＨｚで，ｆ_ｂが４００ｋＨｚである。この光変調器は，２つの光強度測定装置２１ａ，２１ｂ，制御装置２２，第１の周波数分離装置３１，第２の周波数分離装置３２と，第１の電極９に印加する第１の三角波ｖ_ａ（ｔ）を求める装置３３と，第２の電極１０に印加する第２の三角波ｖ_ｂ（ｔ）を求める装置３４とを含む。そして，ここで，ｖ_ａ（ｔ）をＶａ＋ｖ_ａ’（ｔ）とし，ｖ_ｂ（ｔ）をＶｂ＋ｖ_ｂ’（ｔ）とする。Ｖａ及びＶｂは一定値とされる値であり，Ｖａ＝Ｖｂであってもよく，各サブＭＺ導波路のヌル点のバイアスに収束させようとするものである。一方，ｖ_ａ’（ｔ）及びｖ_ｂ’（ｔ）は，それぞれ，ｖ_ａ（ｔ）及びｖ_ｂ（ｔ）の交流分である。周波数分離装置は，たとえば，バンドパスフィルタを用いることで得ることができる。すなわち，バンドバスフィルタは所定領域の周波数を有する成分を透過するフィルタである。ｆ_ａとｆ_ｂとが異なるため，バンドパスフィルタを用いてｖ_ａ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分及びｖ_ｂ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分を分離できる。なお，ＭＺ導波路に印加するバイアス電圧と光振幅透過率とは，三角関数の関係にある。よって，ｖ_ａ’（ｔ）及びｖ_ｂ’（ｔ）のピーク・トゥ・ピーク値が２Ｖπ程度であり，バイアスのＤＣがヌル点の近傍にあるとすると，光振幅透過率は，ｖ_ａ’（ｔ）やｖ_ｂ’（ｔ）の繰り返し周波数と同じ周波数の余弦波となる。

ｖ_ａ（ｔ）を求める装置３３は，第１の周波数分離装置３１が分離したｖ_ｂ'（ｔ）に起因した光強度変化の成分（Ｉ_１ｂ'）及び第２の周波数分離装置３２が分離したｖ_ｂ'（ｔ）に起因した光強度変化の成分（Ｉ_２ｂ'）を受け取る。そして，ｖ_ａ（ｔ）を求める装置３３は，ｖ_ａ（ｔ）を求める。ｖ_ａ（ｔ）は，たとえば，次の方法により求めることができる。ｖ_ｂ（ｔ）を横軸にとり各光強度測定装置２１a，２１ｂの出力を縦軸にとったグラフは，ｖ_ａ’（ｔ）の瞬時値に応じて，例えば図５Ａ〜図５Ｇに示すように，Ｉ_１ｂ'が最小となるバイアス電圧と，Ｉ_２ｂ'が最小となるバイアス電圧との差が，時間的に変化する。即ちＭＺ_Ａがヌル点となるバイアス電圧に対してｖ_ａ（ｔ）の瞬時値が低い場合は図５Ａ〜図５Ｃのようなグラフとなる。一方，ＭＺ_Ａがヌル点となるバイアス電圧に対してｖ_ａ（ｔ）の瞬時値が高い場合は，図５Ｅ〜図５Ｇのようなグラフとなる。また，ＭＺ_Ａがヌル点となるバイアス電圧とｖ_ａ（ｔ）とが一致した場合には図５Ｄのようなグラフとなる。各光強度測定装置２１a，２１ｂの出力をそれぞれ周波数分離装置３１，３２に通すと，ｖｂ’（ｔ）のみによる光強度変化を抽出することが可能となる。即ち，ｖ_ｂ(t)を横軸にとり周波数分離装置３１，３２の出力を縦軸にとったグラフは，周波数分離装置によりｖ_ａ’（ｔ）の瞬時値の影響を受けなくなり，ＭＺ_Ａがヌル点となるバイアス電圧とＶ_ａとの差に依存した，例えば図５Ａ〜図５Ｇのいずれかのようなグラフとなり，グラフは時間的に変化しない。即ち，各ポートの出力の光強度が最小値となるバイアス電圧の差を用いてＶ_ａを制御することにより，バイアス電圧をＭＺ_Ａのヌル点に設定することが可能となる。そして，ｖ_ａ（ｔ）を求める装置３３は，求めたｖ_ａ（ｔ）を制御装置２２へと伝える。

ｖ_ｂ（ｔ）を求める装置３４は，第１の周波数分離装置３１が分離したｖ_ａ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分及び第２の周波数分離装置３２が分離したｖ_ａ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分を受け取る。そして，ｖ_ｂ（ｔ）を求める装置３４は，ｖ_ｂ（ｔ）を求める。ｖ_ｂ（ｔ）は，ｖ_ａ（ｔ）を求めたと同様にして求めることができる。そして，ｖ_ｂ（ｔ）を求める装置３４は，求めたｖ_ｂ（ｔ）を制御装置２２へと伝える。

制御装置２２は，Ｖａ及びＶｂの値を掃引することで，Ｖａ及びＶｂを求める。そして，制御装置２２は，受け取ったｖ_ａ’（ｔ）及びｖ_ｂ’（ｔ）を用いて，第１の電極９に印加する第１の三角波ｖ_ａ（ｔ），及び第２の電極１０に印加する第２の三角波ｖ_ｂ（ｔ）を求める。その上で，制御装置２２は，第１の電極９へ第１の三角波ｖ_ａ（ｔ）を印加し，第２の電極１０に第２の三角波ｖ_ｂ（ｔ）を印加するよう，信号源１２へ指示する。

各三角波の交流成分ｖ_ａ’（ｔ）及びｖ_ｂ’（ｔ）の振幅・周波数が一定で，ｖ_ａ’（ｔ）及びｖ_ｂ’（ｔ）により変化する光信号が最小値となる電圧が一致するように，Ｖａ及びＶｂを調整する。このように三角波を用いることで，２つのサブＭＺ導波路のバイアス電圧を同時に掃引し，同時にバイアス電圧がヌル点となる状態を把握することができる。

図４は，実施例で用いた光変調器の構成図である。入力光として，中心波長が１６０９ｎｍ，光強度１．７７ｍＷの連続光を用いた。入力光は，ポート１から入力した。第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）の電極（第２の電極）に印加するバイアス電圧Ｖ_ｂを１６Ｖ〜１９Ｖまで変化させた。そして，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）の電極（第１の電極）に印加するバイアス電圧を０Ｖ〜３２Ｖまで掃引した。その際のＩ_１’及びＩ_２’の最小値を与える電圧Ｖ_ａをそれぞれＶ_１’ａ及びＶ_２’ａとした。

図５Ａ〜図５Ｇは，それぞれ，第２の電極に印加するバイアス電圧Ｖ_ｂが１６Ｖ，１６．５Ｖ，１７Ｖ，１７．５Ｖ，１８Ｖ，１８．５Ｖ及び１９Ｖの場合において，第１の電極に印加するバイアス電圧を０Ｖ〜３２Ｖまで掃引したときのポート１’から出力した光の強度Ｉ_１’とポート２’から出力した光の強度Ｉ_２’を示す図であり，縦軸の単位はデシベルである。

図５Ａ〜図５Ｃに示されるとおり，Ｖ_ｂが１７Ｖ以下の場合，Ｖ_１’ａよりＶ_２’ａが大きいことがわかる。さらに，Ｖ_ｂの値を大きくするに従い，Ｖ_１’ａとＶ_２’ａとの値が近づくことがわかる。一方，図５Ｄに示されるとおり，Ｖ_ｂが１７．５Ｖの場合，Ｖ_１’ａとＶ_２’ａとが一致することがわかる。このようにして，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）のバイアス電圧のヌル点が１７．５Ｖであることがわかる。なお，図５Ｅ〜図５Ｇに示されるとおり，Ｖ_ｂが１８Ｖ以上の場合，Ｖ_１’ａよりＶ_２’ａが小さいことがわかる。さらに，Ｖ_ｂの値を小さくするに従い，Ｖ_１’ａとＶ_２’ａとの値が近づくことがわかる。

このように，たとえば，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）のバイアス電圧のヌル点を求める場合には，いくつかのＶ_ｂにてＩ_１’とＩ_２’とを測定する。そして，測定したＩ_１’とＩ_２’から，そのＶ_ｂにおけるＶ_１’ａとＶ_２’ａを求める。Ｖ_１’ａとＶ_２’ａを与える点は，Ｉ_１’とＩ_２’の増減が変化する点である。よって，制御装置は，Ｉ_{ｊ’（Ｊ＝１，２）}−Ｖ_ａグラフの微分を求めることで，Ｖ_１’ａとＶ_２’ａを与える点を自動的に求めることができる。そして，いくつかのＶ_ｂにおけるＶ_１’ａとＶ_２’ａとの差を求めることができる。そして，制御装置は，Ｖ_ｂを増やした方がよいか，減らした方がよいか把握するとともに，どの程度増減するかを求める。基本的には，Ｖ_１’ａとＶ_２’ａとの差が小さくなる方向にＶ_ｂを調整すればよい。

本発明は光情報通信の分野で好適に利用されうる。

１ 光変調器
２ 第１のサブマッハツェンダー導波路
３ 第２のサブマッハツェンダー導波路
４ 入力部
４ａ，４ｂ 導波路
５ 分岐部
６ 合波部
７ 出力部
７ａ，７ｂ 導波路
８ メインマッハツェンダー導波路
９ 第１の電極
１０ 第２の電極
１１ メインマッハツェンダー電極
１２ 信号源
２１ａ，２１ｂ 光強度測定装置
２２ 制御装置

Claims (8)

1. 第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）（２）と；
   第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）（３）と；
   光信号の入力部（４）と，前記光信号が前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）と前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）とへ分岐する分岐部（５）と，前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）と，前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）と，前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）と前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）から出力される光信号が合波される合波部（６）と，前記合波部で合波された光信号が出力される光信号の出力部（７）とを含むメインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｃ）（８）と；
   前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）に電圧を印加するための第１の電極（９）と；
   前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）に電圧を印加するための第２の電極（１０）と；
   前記メインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｃ）に電圧を印加して，前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）からの出力信号と前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）からの出力信号との位相差を制御する為のメインマッハツェンダー電極（１１）と；
   を含む光変調器であって，
   
   前記光信号部（４）は，
   前記分岐部（５）と光学的に接続された２つの導波路（４ａ，４ｂ）を含み，
   
   前記出力部（７）は，
   前記合波部（６）と光学的に接続された２つの導波路（７ａ，７ｂ）を含み，
   
   前記分岐部（５）及び前記合波部（６）は，ともに方向性結合器を含む，
   
   光変調器。
   
2. さらに，前記第１の電極（９），前記第２の電極（１０）及び前記メインマッハツェンダー電極（１１）に電圧を供給する信号源（１２）を有し，
   前記信号源（１２）は，前記２つのサブマッハツェンダー導波路（２，３）のバイアス点をヌル点に維持しつつ，前記光変調器を駆動する，
   請求項１に記載の光変調器。
   
3. さらに，２つの光強度測定装置（２１ａ，２１ｂ），及び制御装置（２２）を有し，
   
   前記２つの光強度測定装置（２１ａ，２１ｂ）は，それぞれ前記出力部（７）の２つの導波路（７ａ，７ｂ）と接続され，
   
   前記制御装置（２２）は，前記信号源（１２）へ情報を伝えることができるように接続されるとともに，前記２つの光強度測定装置（２１ａ，２１ｂ）と情報を受け取ることができるように接続され，
   
   前記制御装置（２２）は，
   前記２つの光強度測定装置（２１ａ，２１ｂ）から，前記出力部（７）の２つの導波路（７ａ，７ｂ）から出力された光の強度に関する情報を受け取り，
   前記出力部（７）の２つの導波路（７ａ，７ｂ）からの出力強度がともに最小値となる様に前記第１の電極（９）及び前記第２の電極（１０）に印加する電圧を求め，
   前記第１の電極（９）及び前記第２の電極（１０）のいずれか又は両方に印加する電圧を変化させる指令を前記信号源（１２）へ伝える，
   
   請求項２に記載の光変調器。
   
4. さらに，２つの光強度測定装置（２１ａ，２１ｂ），制御装置（２２），第１の周波数分離装置（３１），第２の周波数分離装置（３２），前記第１の電極（９）に印加する第１の三角波ｖ_ａ（ｔ）を求める装置（３３），及び前記第２の電極（１０）に印加する第２の三角波ｖ_ｂ（ｔ）を求める装置（３４）を含み，
   
   前記２つの光強度測定装置（２１ａ，２１ｂ）は，それぞれ前記出力部（７）の２つの導波路（７ａ，７ｂ）と接続され，
   
   前記制御装置（２２）は，前記信号源（１２）へ情報を伝えることができるように接続されるとともに，前記２つの光強度測定装置（２１ａ，２１ｂ）と情報を受け取ることができるように接続され，
   
   前記制御装置（２２）は，
   前記２つの光強度測定装置（２１ａ，２１ｂ）から，前記出力部（７）の２つの導波路（７ａ，７ｂ）から出力された光の強度に関する情報を受け取り，
   
   前記２つの光強度測定装置（２１ａ，２１ｂ）を，第１の光強度測定装置（２１ａ）及び第２の光強度測定装置（２１ｂ）とすると，
   
   前記第１の周波数分離装置（３１）は，前記第１の光強度測定装置（２１ａ）と接続され，
   前記第２の周波数分離装置（３２）は，前記第２の光強度測定装置（２１ｂ）と接続され，
   
   前記ｖ_ａ（ｔ）をＶ_ａ＋ｖ_ａ’（ｔ）とし，前記ｖ_ｂ（ｔ）をＶ_ｂ＋ｖ_ｂ’（ｔ）とすると，
   
   前記ｖ_ａ（ｔ）を求める装置（３３）は，前記第１の周波数分離装置（３１）が分離したｖ_ｂ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分及び前記第２の周波数分離装置（３２）が分離したｖ_ｂ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分を受け取り，ｖ_ａ（ｔ）を求め，前記制御装置（２２）へ出力し，
   
   前記ｖ_ｂ（ｔ）を求める装置（３４）は，前記第１の周波数分離装置（３１）が分離したｖ_ａ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分及び前記第２の周波数分離装置（３２）が分離したｖ_ａ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分を受け取り，ｖ_ｂ（ｔ）を求め，前記制御装置（２２）へ出力し，
   
   前記制御装置（２２）は，前記信号源（１２）へ
   前記第１の電極（９）に印加する前記第１の三角波ｖ_ａ（ｔ），及び前記第２の電極（１０）に印加する前記第２の三角波ｖ_ｂ（ｔ）に関する情報を伝える，
   
   請求項２に記載の光変調器。
   
5. ＱＰＳＫ信号，ＦＳＫ信号，ＱＡＭ信号，又はＳＳＢ信号を出力する請求項３又は請求項４に記載の光変調器。
   
6. 第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）（２）と；
   第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）（３）と；
   光信号の入力部(4)と，前記光信号が前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）と前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）とへ分岐する分岐部（５）と，前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）と，前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）と，前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）と前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）から出力される光信号が合波される合波部（６）と，前記合波部で合波された光信号が出力される光信号の出力部（７）とを含むメインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｃ）（８）と；
   前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）に電圧を印加するための第１の電極（９）と；
   前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）に電圧を印加するための第２の電極（１０）と；
   前記メインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｃ）に電圧を印加して，前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）からの出力信号と前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）からの出力信号との位相差を制御する為のメインマッハツェンダー電極（１１）と；
   前記第１の電極（９），前記第２の電極（１０）及び前記メインマッハツェンダー電極（１１）に電圧を供給する信号源（１２）と；
   を含む光変調器を用いた光変調方法であって，
   
   前記光信号部（４）は，
   前記分岐部（５）と光学的に接続された２つの導波路（４ａ，４ｂ）を含み，
   
   前記出力部（７）は，
   前記合波部（６）と光学的に接続された２つの導波路（７ａ，７ｂ）を含み，
   
   前記分岐部（５）及び前記合波部（６）は，ともに方向性結合器を含み，
   
   前記光変調器は，さらに２つの光強度測定装置（２１ａ，２１ｂ），及び制御装置（２２）を有し，
   
   前記２つの光強度測定装置（２１ａ，２１ｂ）は，それぞれ前記出力部（７）の２つの導波路（７ａ，７ｂ）と接続され，
   
   前記制御装置（２２）は，前記信号源（１２）へ情報を伝えることができるように接続されるとともに，前記２つの光強度測定装置（２１ａ，２１ｂ）と情報を受け取ることができるように接続され，
   
   前記制御装置（２２）が，
   前記２つの光強度測定装置（２１ａ，２１ｂ）から，前記出力部（７）の２つの導波路（７ａ，７ｂ）から出力された光の強度に関する情報を受け取る工程と，
   前記出力部（７）の２つの導波路（７ａ，７ｂ）からの出力強度がともに最小値となる様に前記第１の電極（９）及び前記第２の電極（１０）に印加する電圧を求める工程と，
   前記第１の電極（９）及び前記第２の電極（１０）のいずれか又は両方に印加する電圧を変化させる指令を前記信号源（１２）へ伝える工程と，
   を含み，
   
   これにより，前記２つのサブマッハツェンダー導波路（２，３）のバイアス点をヌル点に維持しつつ，前記光変調器を駆動する，方法。
   
7. 第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）（２）と；
   第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）（３）と；
   光信号の入力部(4)と，前記光信号が前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）と前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）とへ分岐する分岐部（５）と，前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）と，前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）と，前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）と前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）から出力される光信号が合波される合波部（６）と，前記合波部で合波された光信号が出力される光信号の出力部（７）とを含むメインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｃ）（８）と；
   前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）に電圧を印加するための第１の電極（９）と；
   前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）に電圧を印加するための第２の電極（１０）と；
   前記メインマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｃ）に電圧を印加して，前記第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ａ）からの出力信号と前記第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺ_Ｂ）からの出力信号との位相差を制御する為のメインマッハツェンダー電極（１１）と；
   前記第１の電極（９），前記第２の電極（１０）及び前記メインマッハツェンダー電極（１１）に電圧を供給する信号源（１２）と；
   を含む光変調器を用いた光変調方法であって，
   
   前記光変調器は，さらに，２つの光強度測定装置（２１ａ，２１ｂ），制御装置（２２），第１の周波数分離装置（３１），第２の周波数分離装置（３２），前記第１の電極（９）に印加する第１の三角波ｖ_ａ（ｔ）を求める装置（３３），及び前記第２の電極（１０）に印加する第２の三角波ｖ_ｂ（ｔ）を求める装置（３４）を含み，
   
   前記光信号部（４）は，
   前記分岐部（５）と光学的に接続された２つの導波路（４ａ，４ｂ）を含み，
   
   前記出力部（７）は，
   前記合波部（６）と光学的に接続された２つの導波路（７ａ，７ｂ）を含み，
   
   前記分岐部（５）及び前記合波部（６）は，ともに方向性結合器を含み，
   
   前記２つの光強度測定装置（２１ａ，２１ｂ）は，それぞれ前記出力部（７）の２つの導波路（７ａ，７ｂ）と接続され，
   
   前記制御装置（２２）は，前記信号源（１２）へ情報を伝えることができるように接続されるとともに，前記２つの光強度測定装置（２１ａ，２１ｂ）と情報を受け取ることができるように接続され，
   
   
   前記２つの光強度測定装置（２１ａ，２１ｂ）を，第１の光強度測定装置（２１ａ）及び第２の光強度測定装置（２１ｂ）とすると，
   
   前記第１の周波数分離装置（３１）は，前記第１の光強度測定装置（２１ａ）と接続され，
   前記第２の周波数分離装置（３２）は，前記第２の光強度測定装置（２１ｂ）と接続され，
   
   前記ｖ_ａ（ｔ）をＶ_ａ＋ｖ_ａ’（ｔ）とし，前記ｖ_ｂ（ｔ）をＶ_ｂ＋ｖ_ｂ’（ｔ）とすると，
   
   前記ｖ_ａ（ｔ）を求める装置（３３）が，前記第１の周波数分離装置（３１）が分離したｖ_ｂ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分及び前記第２の周波数分離装置（３２）が分離したｖ_ｂ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分を受け取る工程と，
   ｖ_ｂを横軸とし，ｖ_ｂ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分を縦軸としたグラフにおいて，前記第１の周波数分離装置（３１）が分離したｖ_ｂ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分及び前記第２の周波数分離装置（３２）が分離したｖ_ｂ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分がともに最小となるように，バイアス電圧を制御することで，Ｖ_ａを求める工程と，
   求めたＶ_ａを用いて，ｖ_ａ（ｔ）を求める工程と，
   求めたｖ_ａ（ｔ）を前記制御装置（２２）へ出力する工程と，
   
   前記ｖ_ｂ（ｔ）を求める装置（３４）が，前記第１の周波数分離装置（３１）が分離したｖ_ａ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分及び前記第２の周波数分離装置（３２）が分離したｖ_ａ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分を受け取る工程と，
   ｖ_ａを横軸とし，ｖ_ａ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分を縦軸としたグラフにおいて，前記第１の周波数分離装置（３１）が分離したｖ_ａ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分及び前記第２の周波数分離装置（３２）が分離したｖ_ａ’（ｔ）に起因した光強度変化の成分がともに最小となるように，バイアス電圧を制御することで，Ｖ_ｂを求める工程と，
   求めたＶ_ｂを用いて，ｖ_ｂ（ｔ）を求める工程と，
   求めたｖ_ｂ（ｔ）を前記制御装置（２２）へ出力する工程と，
   
   前記制御装置（２２）は，前記信号源（１２）へ
   前記第１の電極（９）に印加する前記第１の三角波ｖ_ａ（ｔ），及び前記第２の電極（１０）に印加する前記第２の三角波ｖ_ｂ（ｔ）に関する情報を伝える工程と，
   
   を含む，光変調方法。
   
8. ＱＰＳＫ信号，ＦＳＫ信号，ＱＡＭ信号，又はＳＳＢ信号を出力する請求項７又は８に記載の方法。
   

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