JP2017040740A

JP2017040740A - 光変調器および光変調装置

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Publication number: JP2017040740A
Application number: JP2015161757A
Authority: JP
Inventors: 宏司中川; Koji Nakagawa
Original assignee: Oi Electric Co Ltd
Current assignee: Oi Electric Co Ltd
Priority date: 2015-08-19
Filing date: 2015-08-19
Publication date: 2017-02-23
Anticipated expiration: 2035-08-19
Also published as: JP6474700B2

Abstract

【課題】光を変調する信号の振れ幅を適切に設定することを目的とする。【解決手段】光変調装置は、入力信号に応じて光を変調する変調部１４と、入力信号に交流成分を有するテスト信号を含ませるテスト信号生成部と、変調部１４の出力光からテスト信号を検出する信号検出部１８と、入力信号の振れ幅を設定する振れ幅設定部４０とを備える。テスト信号生成器３８、同相振れ幅生成部３２Ｉ、加算器３４Ｉ、同相ドライバ１２Ｉ、テスト信号生成器３８、直交振れ幅生成部３２Ｑ、加算器３４Ｑ、直交ドライバ１２Ｑおよび選択スイッチ４２がテスト信号生成部を構成する。振れ幅設定部４０は、テスト信号検出部による検出値に応じて、入力信号の振れ幅を設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、入力信号に応じて光を変調する装置に関し、特に、入力信号の振れ幅を設定する技術に関する。

光によって情報を伝送する光通信システムが広く用いられている。光通信システムは、光ファイバによって接続された光送信機および光受信機を備える。光送信機は、ディジタル信号によって光を変調して光信号を生成し、その光信号を光ファイバに送信する。光受信機は、光ファイバから受信された光信号に対して復調処理を施してディジタル信号を抽出する。

光送信機は、ディジタル信号によって光を変調する光変調装置を備える。光変調装置には、２つの位相変調器を備えるものがある。各位相変調器には個別に信号電圧が与えられ、各位相変調器を通過する光が受ける位相変化量が、各信号電圧に応じて変化する。ＱＰＳＫ変調信号を出力する光変調装置の場合、信号電圧がハイ電圧であるときとロー電圧であるときとで、位相回転量がπだけ異なるものが位相変調器として用いられる。また、一方の位相変調器には、同相成分信号が入力され、他方の位相変調器には直交成分信号が入力される。光変調装置は、２つの位相変調器のうち一方から出力される光の位相をπ／２だけ遅らせた上で、各位相変調器の出力を合成し、ＱＰＳＫ変調された光信号を出力する。

上記のような位相変調器としては、例えば、マッハツェンダ変調器がある。マッハツェンダ変調器にはバイアス電圧が与えられ、バイアス電圧に信号電圧を加えた電圧に応じて出力信号の大きさおよび位相が定まる。バイアス電圧の大きさが適切でない場合には、信号電圧によって光信号を変調する際の精度（変調精度）が低下する。そこで、特許文献１および２に示されているように、マッハツェンダ変調器に与えられるバイアス電圧を制御する技術が考えられている。

特開２００７−２０８４７２号公報国際公開２０１４／０４１６２９号パンフレット

マッハツェンダ変調器のようなバイアス電圧が与えられる位相変調器では、バイアス電圧が適切に設定されることで変調精度が向上する。しかし、入力信号としての同相成分信号および直交成分信号の振れ幅が均等でない場合には、バイアス電圧が適切に設定されていても、良好な変調精度が得られない場合がある。

本発明は、光を変調する信号の振れ幅を適切に設定することを目的とする。

本発明は、入力信号に応じて光を変調する変調部と、前記入力信号に交流成分を有するテスト信号を含ませるテスト信号生成部と、前記変調部の出力光から前記テスト信号を検出するテスト信号検出部と、前記入力信号の振れ幅を設定する振れ幅設定部と、を備え、前記振れ幅設定部は、前記テスト信号検出部による検出値に応じて、前記入力信号の振れ幅を設定することを特徴とする。

望ましくは、前記変調部は、印加電圧に対して周期的に前記出力光のレベルが変化する出力特性を有し、前記振れ幅設定部は、前記出力特性の周期に対する前記振れ幅の比率を表す変調率に応じて、前記入力信号の振れ幅を増加または減少させる。

また、本発明は、同相成分信号によって光を変調する同相成分変調部と、直交成分信号によって光を変調する直交成分変調部と、前記同相成分変調部および前記直交成分変調部のそれぞれから出力された光を合成する合成部と、を備える光変調装置において、望ましくは、前記同相成分変調部および前記直交成分変調部のそれぞれは、前記同相成分信号および前記直交成分信号をそれぞれの前記入力信号とする、前記光変調器を含み、前記光変調装置は、さらに、前記合成部から出力される合成光のレベルを検出するレベル検出部を備え、前記同相成分変調部および前記直交成分変調部のそれぞれが備える前記振れ幅設定部は、前記レベル検出部による検出値に応じて、それぞれの前記入力信号の振れ幅を設定する。

望ましくは、前記同相成分変調部が備える前記テスト信号生成部、および前記直交成分変調部が備える前記テスト信号生成部のうち一方のみが、前記入力信号に前記テスト信号を含ませたときにおける、前記レベル検出部および前記テスト信号検出部による各検出値と、前記同相成分変調部が備える前記テスト信号生成部、および前記直交成分変調部が備える前記テスト信号生成部のうち他方のみが、前記入力信号に前記テスト信号を含ませたときにおける、前記レベル検出部および前記テスト信号検出部による各検出値と、前記同相成分変調部が備える前記テスト信号生成部、および前記直交成分変調部が備える前記テスト信号生成部のうちいずれもが前記入力信号に前記テスト信号を含ませないときにおける、前記レベル検出部による検出値と、に応じて、前記同相成分変調部および前記直交成分変調部のそれぞれが備える前記振れ幅設定部は、それぞれの前記入力信号の振れ幅を調整する。

本発明によれば、光を変調する信号の振れ幅を適切に設定することができる。

光変調装置を示す図である。マッハツェンダ変調器の出力特性を示す図である。出力特性およびモニタ特性を示す図である。同相振れ幅設定値および直交振れ幅設定値を設定する処理を示す図である。偏波多重・光変調装置を示す図である。

図１には、本発明の実施形態に係る光変調装置が示されている。光変調装置は、例えば、光通信システムの光送信機に用いられる。光変調装置は、光源１０から出力された光に対し時間経過と共に変化する２桁のディジタル信号によってＱＰＳＫ変調を施し、ＱＰＳＫ変調が施された光を光ファイバ１６に出力する。

角周波数ω、時間ｔおよび初期位相角φによって光の位相角を（ωｔ＋φ）と表した場合、ＱＰＳＫ変調方式では、２桁の入力ディジタル値に光の初期位相角φが対応付けられる。例えば、ディジタル値、（００）、（０１）、（１０）、および（１１）に対し、それぞれ、初期位相角φとしてπ／４，３π／４，５π／４、および７π／４が対応付けられる。

光変調装置は、光源１０、同相ドライバ１２Ｉ、直交ドライバ１２Ｑ、変調部１４、信号検出器１８、バイアス設定部２０、振れ幅設定部４０、およびパワーモニタ３０を備える。光源１０は、変調部１４に光を出力する。同相ドライバ１２Ｉおよび直交ドライバ１２Ｑのそれぞれには、１桁のディジタル信号が入力される。同相ドライバ１２Ｉは、ディジタル値「１」および「０」に対し、それぞれ、ハイ電圧Ｖｉおよびロー電圧−Ｖｉを対応付けた同相ディジタル信号を変調部１４に出力する。ハイ電圧Ｖｉおよびロー電圧−Ｖｉは、振れ幅設定部４０から出力される同相振れ幅設定値に応じて設定される。直交ドライバ１２Ｑは、ディジタル値「１」および「０」に対し、それぞれ、ハイ電圧Ｖｑおよびロー電圧−Ｖｑを対応付けた直交ディジタル信号を変調部１４に出力する。ハイ電圧Ｖｑおよびロー電圧−Ｖｑは、振れ幅設定部４０から出力される直交振れ幅設定値に応じて設定される。変調部１４は、光源１０から出力された光に対し、同相ディジタル信号および直交ディジタル信号によってＱＰＳＫ変調を施す。

変調部１４は、第１マッハツェンダ変調器２２、第２マッハツェンダ変調器２４（以下、第１ＭＺ変調器２２、第２ＭＺ変調器２４という。）、π／２遅延器２６、および合成器２８を備える。光源１０から入力された光は、第１ＭＺ変調器２２および第２ＭＺ変調器２４に分配される。

第１ＭＺ変調器２２には、バイアス設定部２０から出力されたＩチャネルバイアス電圧が与えられる。Ｉチャネルバイアス電圧が適切な電圧に設定されている場合、第１ＭＺ変調器２２は、同相ディジタル信号がハイ電圧Ｖｉであるときとロー電圧−Ｖｉであるときとで、自らを通過する光の位相回転量をπだけ異なるものとする。すなわち、第１ＭＺ変調器２２は、同相ディジタル信号に応じて位相を回転させた光を合成器２８に出力する。

第２ＭＺ変調器２４には、バイアス設定部２０から出力されたＱチャネルバイアス電圧が与えられる。Ｑチャネルバイアス電圧が適切な電圧に設定されている場合、第２ＭＺ変調器２４は、直交ディジタル信号がハイ電圧Ｖｑであるときとロー電圧−Ｖｑであるときとで、自らを通過する光の位相回転量をπだけ異なるものとする。すなわち、第２ＭＺ変調器２４は、直交ディジタル信号に応じて位相を回転させた光をπ／２遅延器２６に出力する。π／２遅延器２６は、第２ＭＺ変調器２４から出力された光の位相をπ／２だけ遅らせて合成器２８に出力する。合成器２８は、第１ＭＺ変調器２２およびπ／２遅延器２６から出力された光を合成し、光ファイバ１６に出力する。

このように、光変調装置は、同相ディジタル信号（同相成分信号）によって光を変調する、同相成分変調部としての第１ＭＺ変調器２２と、直交ディジタル信号（直交成分信号）によって光を変調する、直交成分変調部としての第２ＭＺ変調器２４とを備える。さらに、光変調装置は、第１ＭＺ変調器２２および第２ＭＺ変調器２４のそれぞれから出力された光を、位相関係を調整した上で合成する合成部を備える。この合成部は、π／２遅延器２６および合成器２８によって構成されている。

光変調装置によれば、光源１０から出力された光に対し、同相ディジタル信号および直交ディジタル信号によってＱＰＳＫ変調が施され、その光が光ファイバ１６に送信される。

なお、第２ＭＺ変調器２４とπ／２遅延器２６の順序を入れ換えてもよい。すなわち、光源１０から発せられた光がπ／２遅延器２６に入力され、π／２遅延器２６によってπ／２だけ位相が遅らされた光が第２ＭＺ変調器２４に入力され、第２ＭＺ変調器２４から合成器２８に位相変調後の光が出力されてもよい。

バイアス設定部２０が実行する処理について説明する。バイアス設定部２０は、第１ＭＺ変調器２２および第２ＭＺ変調器２４のそれぞれに対し個別にバイアス電圧を設定する。第１ＭＺ変調器２２に対してＩチャネルバイアス電圧を設定する場合には、調整下にあるＩチャネルバイアス電圧ＢＩにパイロット信号ＰＩを加算した電圧を、調整用Ｉチャネルバイアス電圧ＡＩ（＝ＢＩ＋ＰＩ）として第１ＭＺ変調器２２に出力する。パイロット信号ＰＩは、例えば、光の周波数より低い基本周波数を有する矩形波、正弦波等の波形を有する周期信号である。

第２ＭＺ変調器２４に対してＱチャネルバイアス電圧を設定する場合には、調整下にあるＱチャネルバイアス電圧ＢＱにパイロット信号ＰＱを加算した電圧を、調整用Ｑチャネルバイアス電圧ＡＱ（＝ＢＱ＋ＰＱ）として第２ＭＺ変調器２４に出力する。パイロット信号ＰＱは、パイロット信号ＰＩと同様、光の周波数より低い基本周波数を有する矩形波、正弦波等の波形を有する周期信号である。

各バイアス電圧の設定は、時間経過と共に値がランダムに変化するディジタル信号が、同相ドライバ１２Ｉおよび直交ドライバ１２Ｑの各入力端子に入力された状態で行われる。

信号検出器１８は、パイロット信号を検出する検出部として機能する。すなわち、信号検出器１８は、変調部１４の出力光に含まれるパイロット信号の交流成分を検出し、その検出値を示すモニタ信号をバイアス設定部２０に出力する。後述のように、バイアス設定部２０は、モニタ信号を用いてＩチャネルバイアス電圧およびＱチャネルバイアス電圧を設定する。

バイアス電圧を設定する処理の原理について説明する。図２には、マッハツェンダ変調器の出力特性が示されている。出力特性は、マッハツェンダ変調器への印加電圧に対する出力光のパワー（単位時間当たりに放出されるエネルギー）を表す。出力光パワーは印加電圧の変化に対して周期的に変化する。図２に示される例では、出力特性の電圧周期は２ＶＰである。ここでは、第１ＭＺ変調器のバイアス電圧の設定について説明するが、第２ＭＺ変調器のバイアス電圧の設定においても同様の処理が実行される。

図２における２つの極大点ＧＬおよび極大点ＧＨの間にある極小点ＳにＩチャネルバイアス電圧ＢＩを設定することで、ディジタル信号の値「１」および「０」に対し、出力光のレベルが均等となる。すなわち、同相ディジタル信号のハイ電圧Ｖｉ、同相ディジタル信号のロー電圧−Ｖｉに対し、極小点Ｓよりも電圧Ｖｉだけプラス側の点Ａがディジタル値「１」に対応し、極小点Ｓよりも電圧Ｖｉだけマイナス側の点Ｂがディジタル値「０」に対応する。極小点Ｓに対して出力特性が左右対称であるため、各ディジタル値に対し出力光パワーが均等となる。そこで、極小点Ｓに対応する印加電圧がＩチャネルバイアス電圧ＢＩの目標値とされる。

図３（ａ）には、Ｉチャネルバイアス電圧ＢＩが極小点Ｓからずれた場合における点Ａおよび点Ｂが示されている。ただし、この図には、同相ディジタル信号の振れ幅Ｈ＝２Ｖｉが、出力特性の周期２ＰＶと等しい場合が示されている。周期２ＰＶに対する振れ幅Ｈの比率Ｈ／（２ＰＶ）は変調率と称され、この場合の変調率は１００％である。なお、図２に示されている出力特性上の点Ａおよび点Ｂは、変調率が８０％の場合について各ディジタル値に対応する点を示したものである。

図３（ｂ）には、変調率が１００％である場合における、Ｉチャネルバイアス電圧ＢＩに対するモニタ信号のレベルが示されている。このモニタ信号レベルは、モニタ信号の絶対値、自乗値等の時間平均値に極性を付加したものである。モニタ信号レベルは、パイロット信号ＰＩとモニタ信号とが同一極性の場合に正極性となり、パイロット信号ＰＩとモニタ信号とが逆極性の場合に負極性となる。バイアス設定処理において第１ＭＺ変調器に印加される調整用Ｉチャネルバイアス電圧ＡＩは、Ｉチャネルバイアス電圧ＢＩにパイロット信号ＰＩを加えた電圧である。そのため、図３（ａ）の矢印で示されているように、点Ａおよび点Ｂはパイロット信号ＰＩに応じて出力特性に沿って振動する。したがって、Ｉチャネルバイアス電圧ＢＩに対して検出されるモニタ信号は、点Ａの振動に応じた出力光パワーの変動値と、点Ｂの振動に応じた出力光パワーの変動値とを併せた値となる。図３（ｂ）に示されているモニタ信号レベルの特性（以下、モニタ特性という。）は、Ｉチャネルバイアス電圧ＢＩを変化させた場合の各値に対し、モニタ信号レベルを対応付けたものである。

図３（ｂ）に示されているように、モニタ信号レベルはＩチャネルバイアス電圧ＢＩの変化に対して周期２ＶＰで変化する。モニタ信号レベルは、極小点Ｓに対応する点Ｑで０となり、モニタ特性は点Ｑの左右で極性が異なる奇対称な特性となる。したがって、モニタ信号が０となるように、あるいは、０に近づくようにＩチャネルバイアス電圧ＢＩを設定することで、Ｉチャネルバイアス電圧が適切に設定され得る。

図１に戻り、バイアス設定部２０は、Ｉチャネルバイアス電圧ＢＩを設定するときは、Ｑチャネルバイアス電圧ＢＱをある値に固定とし、パイロット信号ＰＱを０とする。その状態で、調整下にあるＩチャネルバイアス電圧ＢＩにパイロット信号ＰＩを加算した調整用Ｉチャネルバイアス電圧ＡＩ（＝ＢＩ＋ＰＩ）を第１ＭＺ変調器２２に出力する。

バイアス設定部２０はモニタ信号を参照しながら、調整用Ｉチャネルバイアス電圧ＡＩの成分であるＩチャネルバイアス電圧ＢＩを所定の調整刻み幅で変化させる。そして、モニタ信号が目標条件を満たすときのＩチャネルバイアス電圧ＢＩを適切バイアス電圧として求める。モニタ信号に対する目標条件は、モニタ信号が０または０を中心とした誤差範囲内の値となるという条件である。すなわち、バイアス設定部２０は、モニタ信号を参照しながら、探索開始電圧から調整刻み幅でＩチャネルバイアス電圧ＢＩを変化させて、モニタ信号が０となるＩチャネルバイアス電圧ＢＩを適切バイアス電圧として求める。あるいは、バイアス設定部２０は、モニタ信号の０からのずれが誤差範囲内の値となるＩチャネルバイアス電圧ＢＩを適切バイアス電圧として求める。適切バイアス電圧を求める計算方法には、ニュートン法等の非線形方程式の解法が用いられてもよい。

バイアス設定部２０は、Ｉチャネルバイアス電圧ＢＩを適切バイアス電圧に設定し、パイロット信号ＰＩを０にし、Ｉチャネルバイアス電圧ＢＩについてのバイアス設定処理を終了する。

バイアス設定部２０は、Ｑチャネルバイアス電圧ＢＱを設定するときは、Ｉチャネルバイアス電圧ＢＩをある値に固定とし、パイロット信号ＰＩを０とする。その状態で、調整下にあるＱチャネルバイアス電圧ＢＱにパイロット信号ＰＱを加算した調整用Ｑチャネルバイアス電圧ＡＱ（＝ＢＱ＋ＰＱ）を第２ＭＺ変調器２４に出力する。バイアス設定部２０は、Ｉチャネルバイアス電圧ＢＩに対する処理と同様の処理によって、Ｑチャネルバイアス電圧ＢＱについても適切バイアス電圧を求め、Ｑチャネルバイアス電圧ＢＱを適切バイアス電圧に設定する。

このようなバイアス設定処理によれば、出力特性の極小点Ｓにバイアス電圧が設定される。これよって、同相ディジタル信号および直交ディジタル信号が取り得る各値に対し、出力光パワーおよび位相回転量が均等となる。

次に、振れ幅設定部４０の処理について説明する。一般に、マッハツェンダ変調器の出力特性にはばらつきがある。そのため、第１ＭＺ変調器２２および第２ＭＺ変調器２４のバイアス電圧を各出力特性の極小点に設定したとしても、出力光の初期位相角φが所定値とならず、変調精度が低下することがある。また、同相ドライバ１２Ｉおよび直交ドライバ１２Ｑの出力レベルの経時変化等によって変調精度が低下することがある。そこで、振れ幅設定部４０は、次に説明する構成および処理によって、同相ドライバ１２Ｉおよび直交ドライバ１２Ｑを制御し、同相ディジタル信号の振れ幅２Ｖｉ、および、直交ディジタル信号の振れ幅２Ｖｑを適切な値に設定する。

振れ幅設定部４０が実行する処理について説明する。この処理は、各バイアス電圧が適切な値に設定された後に行われる。振れ幅設定部４０は、同相ドライバ１２Ｉおよび直交ドライバ１２Ｑに、それぞれ、同相振れ幅設定値および直交振れ幅設定値を出力する。同相ドライバ１２Ｉは、同相振れ幅設定値が大きい程、振れ幅２Ｖｉが大きい同相ディジタル値を出力する。直交ドライバ１２Ｑは、直交振れ幅設定値が大きい程、振れ幅２Ｖｑが大きい直交ディジタル値を出力する。

各振れ幅設定値の設定は、時間経過と共に値がランダムに変化するディジタル信号が、同相ドライバ１２Ｉおよび直交ドライバ１２Ｑの各入力端子に入力された状態で行われる。

パワーモニタ３０は、変調部１４からの出力光のレベルを検出する出力光レベル検出部として機能する。すなわち、パワーモニタ３０は、出力光のレベルとしてパワーを検出し、その検出値を振れ幅設定部４０に出力する。信号検出器１８は、テスト信号を検出するテスト信号検出部として機能する。すなわち、信号検出器１８は、後述するテスト信号の交流成分を変調部１４の出力光から検出し、その検出値を示すモニタ信号を振れ幅設定部４０に出力する。

振れ幅設定部４０は、次に説明する同相テスト状態、直交テスト状態および基準テスト状態のそれぞれの状態においてパワーモニタ検出値を読み込み、さらに、信号検出器１８から出力されるモニタ信号を読み込む。また、振れ幅設定部４０は、同相テスト状態、直交テスト状態および基準テスト状態のそれぞれについてのモニタ信号レベルの絶対値を、それぞれ、同相モニタ値、直交モニタ値および基準モニタ値として求める。

同相テスト状態は、調整下の同相振れ幅設定値ＷＩにテスト信号Ｔを加算した値を、調整用同相振れ幅設定値ＫＩ（＝ＷＩ＋Ｔ）として同相ドライバ１２Ｉに出力すると共に、調整下の直交振れ幅設定値ＷＱを直交ドライバ１２Ｑに出力する状態である。テスト信号Ｔは、例えば、上述のパイロット信号と同様、光の周波数より低い基本周波数を有する矩形波、正弦波等の波形を有する周期信号である。

直交テスト状態は、調整下の直交振れ幅設定値ＷＱにテスト信号Ｔを加算した値を、調整用直交振れ幅設定値ＫＱ（＝ＷＱ＋Ｔ）として直交ドライバ１２Ｑに出力すると共に、調整下の同相振れ幅設定値ＷＩを同相ドライバ１２Ｉに出力する状態である。

基準テスト状態は、調整下の同相振れ幅設定値ＷＩを同相ドライバ１２Ｉに出力し、かつ、調整下の直交振れ幅設定値ＷＱを直交ドライバ１２Ｑに出力する状態である。

図１には、これらの状態を実現する振れ幅設定部４０の構成が示されている。振れ幅設定部４０は、同相振れ幅生成部３２Ｉ、直交振れ幅生成部３２Ｑ、加算器３４Ｉ、加算器３４Ｑ、制御部３６、テスト信号生成器３８、および選択スイッチ４２を備える。同相振れ幅生成部３２Ｉは、同相振れ幅設定値ＷＩを加算器３４Ｉに出力する。同相振れ幅生成部３２Ｉは、制御部３６の制御に従って、同相振れ幅設定値ＷＩの大きさを設定する。直交振れ幅生成部３２Ｑは、直交振れ幅設定値ＷＱを加算器３４Ｑに出力する。直交振れ幅生成部３２Ｑは、制御部３６の制御に従って、直交振れ幅設定値ＷＱの大きさを設定する。

選択スイッチ４２は、入力端子Ｏ、第１選択端子Ｓ１、第２選択端子Ｓ２、および第３選択端子Ｓ３を有する。入力端子Ｏは、テスト信号生成器３８に接続されている。第１選択端子Ｓ１は、加算器３４Ｉに接続され、第２選択端子Ｓ２は加算器３４Ｑに接続されている。第３選択端子Ｓ３は、いずれの構成要素にも接続されておらず、開放端となっている。選択スイッチ４２は、入力端子Ｏが第１選択端子Ｓ１に接続された第１選択状態、入力端子Ｏが第２選択端子Ｓ２に接続された第２選択状態、または入力端子Ｏが第３選択端子Ｓ３に接続された第３選択状態のいずれかの状態をとる。

テスト信号生成器３８は、選択スイッチ４２の入力端子Ｏにテスト信号を出力する。選択スイッチ４２が、第１選択状態にある場合、入力端子Ｏから選択端子Ｓ１を介してテスト信号が加算器３４Ｉに入力される。加算器３４Ｉは、同相振れ幅設定値ＷＩにテスト信号を加算した調整用同相振れ幅設定値ＫＩを生成し、同相ドライバ１２Ｉに出力する。同相ドライバ１２Ｉは、調整用同相振れ幅設定値ＫＩに応じた振れ幅を有する同相ディジタル信号を出力する。この振れ幅は、テスト信号に応じて変動するため、同相ディジタル信号はテスト信号成分を含むこととなる。したがって、第１選択状態では、テスト信号生成器３８、選択スイッチ４２、同相振れ幅生成部３２Ｉ、加算器３４Ｉ、および同相ドライバ１２Ｉは、ディジタル信号にテスト信号を含ませるテスト信号生成部を構成する。

選択スイッチ４２が第２選択状態にある場合、入力端子Ｏから選択端子Ｓ２を介してテスト信号が加算器３４Ｑに入力される。加算器３４Ｑは、直交振れ幅設定値ＷＱにテスト信号を加算した調整用直交振れ幅設定値ＫＱを生成し、直交ドライバ１２Ｑに出力する。直交ドライバ１２Ｑは、調整用直交振れ幅設定値ＫＱに応じた振れ幅を有する直交ディジタル信号を出力する。この振れ幅は、テスト信号に応じて変動するため、直交ディジタル信号は、テスト信号の成分を含むこととなる。したがって、第２選択状態では、テスト信号生成器３８、選択スイッチ４２、直交振れ幅生成部３２Ｑ、加算器３４Ｑ、および直交ドライバ１２Ｑは、ディジタル信号にテスト信号を含ませるテスト信号生成部を構成する。

選択スイッチ４２が第３選択状態にある場合、テスト信号は、加算器３４Ｉおよび加算器３４Ｑのいずれにも入力されない。

このように、振れ幅設定部４０は、選択スイッチ４２を第１選択状態とすることで、自らを同相テスト状態に設定する。また、振れ幅設定部４０は、選択スイッチ４２を第２選択状態とすることで、自らを直交テスト状態に設定し、選択スイッチ４２を第３選択状態とすることで、自らを基準テスト状態に設定する。

図４には、パワーモニタによる検出値、同相モニタ値、直交モニタ値および基準モニタ値を用いて、制御部３６が、同相振れ幅設定値および直交振れ幅設定値を設定する処理のフローチャートが示されている。

一般に、図２および図３に示されるような特性を有するマッハツェンダ変調器では、変調率が５０％より大きく１００％以下である場合、パワーモニタ検出値が大きい程、モニタ信号レベル絶対値（同相モニタ値または直交モニタ値）が小さい値となり、パワーモニタ検出値が小さい程、モニタ信号レベル絶対値が大きい値となる。これは、モニタ信号レベル絶対値が出力特性の傾きに依存するためである。すなわち、バイアス電圧が極小点Ｓに設定されている場合、変調率が５０％より大きく１００％以下である場合の出力範囲では、出力光パワーが大きい程、傾きが小さくなるためである。

一方、変調率が５０％未満である場合、パワーモニタ検出値が大きい程、モニタ信号レベル絶対値が大きい値となり、パワーモニタ検出値が小さい程、モニタ信号レベル絶対値が小さい値となる。これは、モニタ信号レベル絶対値が出力特性の傾きに依存するところ、バイアス電圧が極小点Ｓに設定されている場合、変調率が５０％未満である場合の出力範囲では、出力光パワーが大きい程、傾きが大きくなるためである。

なお、本実施形態では、パワーモニタ検出値とモニタ信号レベル絶対値との大小関係が逆転する変調率は５０％であるが、これは、出力特性の変曲点（傾きの変化率の正負が反転する点）が極小点と極大点との中点に位置するためである。したがって、パワーモニタ検出値とモニタ信号レベル絶対値との大小関係が逆転する変調率は、変曲点の位置に応じて定まる。

図４のフローチャートには、変調率が５０％より大きく１００％以下である場合の処理が示されている。図１を適宜参照しながらこのフローチャートに従う処理について説明する。制御部３６は、パワーモニタ検出値が規定範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ１０１）。制御部３６は、パワーモニタ検出値が規定範囲内にあるときは、同相モニタ値と直交モニタ値との差の絶対値（以下、同相モニタ値と直交モニタ値との差異という。）が規定範囲内にあるか否かを判定する（Ｓ１０２）。そして、同相モニタ値と直交モニタ値との差異が規定範囲内である場合には、制御部３６は処理を終了する。一方、制御部３６は、同相モニタ値と直交モニタ値との間の差異が規定範囲外である場合には、同相モニタ値と直交モニタ値の大小関係に応じた第１調整処理を実行する（Ｓ１０３）。

第１調整処理では制御部３６は次のような処理を実行する。すなわち、同相モニタ値が直交モニタ値よりも大きいときは、制御部３６は、同相振れ幅生成部３２Ｉを制御して、同相振れ幅設定値ＷＩを増加させる。そして、直交振れ幅生成部３２Ｑを制御して、直交振れ幅設定値ＷＱを減少させる。また、同相モニタ値が直交モニタ値よりも小さいときは、制御部３６は、同相振れ幅生成部３２Ｉを制御して、同相振れ幅設定値ＷＩを減少させる。そして、直交振れ幅生成部３２Ｑを制御して、直交振れ幅設定値ＷＱを増加させる。

ステップＳ１０１において、パワーモニタ検出値が規定範囲外であると判断したときは、制御部３６は、パワーモニタ検出値が規定範囲の下限値未満であるか否かを判定する（Ｓ１０４）。そして、パワーモニタ検出値が規定範囲の下限値未満であると判定したときは、同相モニタ値と直交モニタ値の大小関係に応じた第２調整処理を実行する（Ｓ１０５）。

第２調整処理では制御部３６は次のような処理を実行する。すなわち、同相モニタ値と直交モニタ値との差異が規定範囲外にあり、同相モニタ値が直交モニタ値よりも大きいときは、制御部３６は、同相振れ幅設定値ＷＩの値を維持すると共に、直交振れ幅生成部３２Ｑを制御して、直交振れ幅設定値ＷＱを減少させる。また、同相モニタ値と直交モニタ値との差異が規定範囲外にあり、同相モニタ値が直交モニタ値よりも小さいときは、制御部３６は、同相振れ幅生成部３２Ｉを制御して、同相振れ幅設定値ＷＩを減少させると共に、直交振れ幅設定値ＷＱの値を維持する。さらに、同相モニタ値と直交モニタ値との差異が規定範囲内にあるときは、制御部３６は、同相振れ幅生成部３２Ｉおよび直交振れ幅生成部３２Ｑを制御し、同相振れ幅設定値ＷＩおよび直交振れ幅設定値ＷＱの両者を減少させる。

ステップＳ１０４において、パワーモニタ検出値が規定範囲の上限値を超える（規定範囲の下限値未満でない）と判定したときは、制御部３６は、同相モニタ値と直交モニタ値の大小関係に応じた第３調整処理を実行する（Ｓ１０６）。

第３調整処理では制御部３６は次のような処理を実行する。すなわち、同相モニタ値と直交モニタ値との差異が規定範囲外にあり、同相モニタ値が直交モニタ値よりも大きいときは、制御部３６は、同相振れ幅設定値ＷＩの値を維持すると共に、直交振れ幅生成部３２Ｑを制御して、直交振れ幅設定値ＷＱを増加させる。また、同相モニタ値と直交モニタ値との差異が規定範囲外にあり、同相モニタ値が直交モニタ値よりも小さいときは、制御部３６は、同相振れ幅生成部３２Ｉを制御して、同相振れ幅設定値ＷＩを増加させると共に、直交振れ幅設定値ＷＱの値を維持する。さらに、同相モニタ値と直交モニタ値との差異が規定範囲内にあるときは、制御部３６は、同相振れ幅生成部３２Ｉおよび直交振れ幅生成部３２Ｑを制御し、同相振れ幅設定値ＷＩおよび直交振れ幅設定値ＷＱの両者を増加させる。

制御部３６は、第１調整処理（Ｓ１０３）、第２調整処理（Ｓ１０５）、または第３調整処理（Ｓ１０６）のうちいずれかを実行した後、ステップＳ１０１の処理に戻る。

なお、パワーモニタ検出値に対する規定範囲の代わりに規定値が定められていてもよい。この場合、例えば、パワーモニタ検出値が規定範囲の下限値未満であるか否かという判定の代わりに、パワーモニタ検出値が規定値未満であるか否かという判定が行われる。そして、パワーモニタ検出値が規定範囲の上限値を超えるか否かという判定の代わりに、パワーモニタ検出値が規定値以上であるか否かという判定が行われる。また、同相モニタ値と直交モニタ値との差異が規定範囲内であるか否かという判定の代わりに、これら２つの数値が一致するか否かという判定が行われてもよい。

変調率が５０％未満の場合、制御部３６は、第１調整処理、第２調整処理および第３調整処理の代わりに、それぞれ、同相振れ幅設定値ＷＩおよび直交振れ幅設定値ＷＱの増減を逆にした、第４調整処理、第５調整処理および第６調整処理を実行する。

第４調整処理では制御部３６は次のような処理を実行する。すなわち、同相モニタ値が直交モニタ値よりも大きいときは、制御部３６は、同相振れ幅生成部３２Ｉを制御して、同相振れ幅設定値ＷＩを減少させる。そして、直交振れ幅生成部３２Ｑを制御して、直交振れ幅設定値ＷＱを増加させる。また、同相モニタ値が直交モニタ値よりも小さいときは、制御部３６は、同相振れ幅生成部３２Ｉを制御して、同相振れ幅設定値ＷＩを増加させる。そして、直交振れ幅生成部３２Ｑを制御して、直交振れ幅設定値ＷＱを減少させる。

第５調整処理では制御部３６は次のような処理を実行する。すなわち、同相モニタ値と直交モニタ値との差異が規定範囲外にあり、同相モニタ値が直交モニタ値よりも大きいときは、制御部３６は、同相振れ幅設定値ＷＩの値を維持すると共に、直交振れ幅生成部３２Ｑを制御して、直交振れ幅設定値ＷＱを増加させる。また、同相モニタ値と直交モニタ値との差異が規定範囲外にあり、同相モニタ値が直交モニタ値よりも小さいときは、制御部３６は、同相振れ幅生成部３２Ｉを制御して、同相振れ幅設定値ＷＩを増加させると共に、直交振れ幅設定値ＷＱの値を維持する。さらに、同相モニタ値と直交モニタ値との差異が規定範囲内にあるときは、制御部３６は、同相振れ幅生成部３２Ｉおよび直交振れ幅生成部３２Ｑを制御し、同相振れ幅設定値ＷＩおよび直交振れ幅設定値ＷＱの両者を増加させる。

第６調整処理では制御部３６は次のような処理を実行する。すなわち、同相モニタ値と直交モニタ値との差異が規定範囲外にあり、同相モニタ値が直交モニタ値よりも大きいときは、制御部３６は、同相振れ幅設定値ＷＩの値を維持すると共に、直交振れ幅生成部３２Ｑを制御して、直交振れ幅設定値ＷＱを減少させる。また、同相モニタ値と直交モニタ値との差異が規定範囲外にあり、同相モニタ値が直交モニタ値よりも小さいときは、制御部３６は、同相振れ幅生成部３２Ｉを制御して、同相振れ幅設定値ＷＩを減少させると共に、直交振れ幅設定値ＷＱの値を維持する。さらに、同相モニタ値と直交モニタ値との差異が規定範囲内にあるときは、制御部３６は、同相振れ幅生成部３２Ｉおよび直交振れ幅生成部３２Ｑを制御し、同相振れ幅設定値ＷＩおよび直交振れ幅設定値ＷＱの両者を減少させる。

このような処理によれば、第１ＭＺ変調器２２および第２ＭＺ変調器２４の特性のばらつきや、同相ドライバ１２Ｉおよび直交ドライバ１２Ｑの特性のばらつき等に対し、同相振れ幅設定値および直交振れ幅設定値が適切に設定される。これによって、変調部１４の出力光の初期位相角φや出力光パワーの誤差が減少し、変調精度が向上する。また、このような処理によれば、パワーモニタ値が規定範囲内にあるか否かの判定、同相モニタ値と直交モニタ値との差異が規定範囲内にあるか否かの判定、および変調率に応じて、同相振れ幅設定値ＷＩまたは直交振れ幅設定値ＷＱが増加し、または減少する。これによって、同相振れ幅設定値ＷＩおよび直交振れ幅設定値ＷＱの増減方向が適切となり、これらを適切な値に設定する処理が迅速に行われる。

図５には、本発明に係る光変調装置を用いた偏波多重・光変調装置が示されている。偏波多重・光変調装置は、光源１０、第１光変調装置５０、第２光変調装置５２、偏波調整器５４、および合成器５６を備える。

第１光変調装置５０および第２光変調装置５２は、図１に示される光変調装置から光源１０を取り除いたものに相当する。偏波多重・光変調装置では、光源１０から発せられた光が第１光変調装置５０および第２光変調装置５２に入力され、各光変調装置でＱＰＳＫ変調が施される。

第１光変調装置５０のディジタル入力端子Ｉ１およびＱ１には、２桁のディジタル信号が入力される。第１光変調装置５０は、光源１０から入力された光に対し２桁のディジタル信号によってＱＰＳＫ変調を施し、合成器５６に出力する。

第２光変調装置５２のディジタル入力端子Ｉ２およびＱ２には、２桁のディジタル信号が入力される。第２光変調装置５２は、光源１０から入力された光に対し２桁のディジタル信号によってＱＰＳＫ変調を施し、偏波調整器５４に出力する。偏波調整器５４は、第１光変調装置５０の出力光の偏波面と、第２光変調装置５２の出力光の偏波面とが同一とならないように、第２光変調装置５２の出力光の偏波面を調整する。偏波調整器５４は、第１光変調装置５０の出力光の偏波面と、第２光変調装置５２の出力光の偏波面とが垂直となるように、第２光変調装置５２の出力光の偏波面を調整してもよい。

合成器５６は、第１光変調装置５０の出力光と、偏波調整器５４の出力光とを合成し、光ファイバ１６に出力する。

このような構成によれば、第１光変調装置５０および第２光変調装置５２の各出力光のパワーが規定範囲内に調整されるため、２つの偏波間での出力光パワーが同等となる。

１０光源、１２Ｉ同相ドライバ、１２Ｑ直交ドライバ、１４変調部、１６光ファイバ、１８信号検出器、２０バイアス設定部、２２第１ＭＺ変調器、２４第２ＭＺ変調器、２６ π／２遅延器、２８，５６合成器、３０パワーモニタ、３２Ｉ同相振れ幅生成部、３２Ｑ直交振れ幅生成部、３４Ｉ，３４Ｑ加算器、３６制御部、３８テスト信号生成器、４０振れ幅設定部、４２選択スイッチ、５０第１光変調装置、５２第２光変調装置、５４偏波調整器。

Claims

入力信号に応じて光を変調する変調部と、
前記入力信号に交流成分を有するテスト信号を含ませるテスト信号生成部と、
前記変調部の出力光から前記テスト信号を検出するテスト信号検出部と、
前記入力信号の振れ幅を設定する振れ幅設定部と、を備え、
前記振れ幅設定部は、
前記テスト信号検出部による検出値に応じて、前記入力信号の振れ幅を設定することを特徴とする光変調器。
請求項１に記載の光変調器において、
前記変調部は、
印加電圧に対して周期的に前記出力光のレベルが変化する出力特性を有し、
前記振れ幅設定部は、
前記出力特性の周期に対する前記振れ幅の比率を表す変調率に応じて、前記入力信号の振れ幅を増加または減少させることを特徴とする光変調器。
同相成分信号によって光を変調する同相成分変調部と、
直交成分信号によって光を変調する直交成分変調部と、
前記同相成分変調部および前記直交成分変調部のそれぞれから出力された光を合成する合成部と、を備える光変調装置において、
前記同相成分変調部および前記直交成分変調部のそれぞれは、前記同相成分信号および前記直交成分信号をそれぞれの前記入力信号とする、請求項１または請求項２に記載の光変調器を含み、
前記光変調装置は、さらに、
前記合成部から出力される合成光のレベルを検出するレベル検出部を備え、
前記同相成分変調部および前記直交成分変調部のそれぞれが備える前記振れ幅設定部は、前記レベル検出部による検出値に応じて、それぞれの前記入力信号の振れ幅を設定することを特徴とする光変調装置。
請求項３に記載の光変調装置において、
前記同相成分変調部が備える前記テスト信号生成部、および前記直交成分変調部が備える前記テスト信号生成部のうち一方のみが、前記入力信号に前記テスト信号を含ませたときにおける、前記レベル検出部および前記テスト信号検出部による各検出値と、
前記同相成分変調部が備える前記テスト信号生成部、および前記直交成分変調部が備える前記テスト信号生成部のうち他方のみが、前記入力信号に前記テスト信号を含ませたときにおける、前記レベル検出部および前記テスト信号検出部による各検出値と、
前記同相成分変調部が備える前記テスト信号生成部、および前記直交成分変調部が備える前記テスト信号生成部のうちいずれもが前記入力信号に前記テスト信号を含ませないときにおける、前記レベル検出部による検出値と、
に応じて、前記同相成分変調部および前記直交成分変調部のそれぞれが備える前記振れ幅設定部は、それぞれの前記入力信号の振れ幅を調整することを特徴とする光変調装置。