JP2020046497A - マッハツェンダ干渉型光変調器 - Google Patents

Abstract

【課題】マッハツェンダ干渉型光変調器またはマッハツェンダ干渉型光変調器を含む光モジュールの消費電流を削減する。【解決手段】光変調器は、シリコン基板上に形成される第１のアームおよび第２のアームを備えるマッハツェンダ干渉計と、第１のアームおよび第２のアームのバイアス電流を制御する電流制御部を備える。電流制御部は、第１のアームおよび第２のアームのバイアス電流をそれぞれ第１のオフセット値に制御し、バイアス電流に対する位相シフト量の傾きが目標値に達するまで、第１のアームのバイアス電流を増加させる電流調整処理を繰り返し実行し、第２のアームのバイアス電流を第１のオフセット値よりも小さい第２のオフセット値に制御し、マッハツェンダ干渉計の位相差が目標位相差に達するまで、第１のアームのバイアス電流を増加させる電流調整処理を繰り返し実行する。【選択図】図２

Description

本発明は、マッハツェンダ干渉型光変調器およびマッハツェンダ干渉型光変調器を含む光モジュールに係わる。

大容量の長距離通信を実現するための主要部品の１つとして、マッハツェンダ干渉型光変調器が広く実用化されている。マッハツェンダ干渉型光変調器は、１組のアーム（上アームおよび下アーム）を備える。各アームは、光導波路で形成される。また、各アームには、連続光が入力される。

各アームの光導波路の屈折率は、電気信号により制御され得る。すなわち、電気信号を用いて各アームの出力光の位相を制御することができる。よって、マッハツェンダ干渉型光変調器は、与えられる電気信号を表す変調光信号を生成することができる。

たとえば、上アームの出力光の位相と下アームの出力光の位相とが互いに同じになる電気信号が与えられると、マッハツェンダ干渉型光変調器の出力光のパワーは大きくなる。一方、上アームの出力光の位相と下アームの出力光の位相とが互いに逆相となる電気信号が与えられると、マッハツェンダ干渉型光変調器の出力光のパワーは小さくなる。この場合、マッハツェンダ干渉型光変調器は、強度変調光信号を生成する。したがって、送信データを表す電気信号が与えられると、マッハツェンダ干渉型光変調器は、送信データを伝送する変調光信号を生成することができる。

他方、光変調器を含む光モジュールの小型化のニーズが高まっている。このため、従来のＬＮ変調器の代わりに、シリコン変調器の開発が進められている。そして、マッハツェンダ干渉型シリコン変調器が実用化されている。なお、シリコン変調器は、半導体製造技術を利用してシリコン基板上に光導波路を形成することで構成される。

マッハツェンダ干渉型光変調器については、たとえば、特許文献１〜４に記載されている。

ＷＯ２０１３／１６１１９６ 特開２０１５−１９１０６７号公報 特開２００５−３２６５４８号公報 特開２０１５−１９１１８５号公報

マッハツェンダ干渉型シリコン変調器は、高い変換効率で変調光信号を生成することが好ましい。そして、高い変換効率を実現するためには、マッハツェンダ干渉型シリコン変調器の動作点が適切に調整される必要がある。ここで、変換効率は、入力電気信号の振幅に対する出力光信号の振幅を表す。すなわち、マッハツェンダ干渉型シリコン変調器は、出力光信号の振幅が大きくなるように動作点が調整されることが好ましい。なお、マッハツェンダ干渉型シリコン変調器の動作点は、一方または双方のアームに供給するバイアス電流を制御することで調整される。

ところが、従来の技術で動作点を調整する場合、各アームに供給されるバイアス電流が大きくなることがある。ここで、バイアス電流が大きいときは、マッハツェンダ干渉計の位相シフト量が大きくなり、マッハツェンダ干渉型シリコン変調器の光通過損失が増加することがある。そして、マッハツェンダ干渉型シリコン変調器の光通過損失が大きい状態で所定の出力光パワーの変調光信号を生成するためには、レーザ光源の出力パワーを大きくして光通過損失を補償する必要がある。したがって、レーザ光源の消費電流が大きくなり、マッハツェンダ干渉型シリコン変調器およびレーザ光源を含む光モジュールの消費電流が増大してしまう。

本発明の１つの側面に係わる目的は、マッハツェンダ干渉型光変調器またはマッハツェンダ干渉型光変調器を含む光モジュールの消費電流を削減することである。

本発明の１つの態様のマッハツェンダ干渉型光変調器は、シリコン基板上に形成される第１のアームおよび第２のアームを備えるマッハツェンダ干渉計と、前記第１のアームおよび前記第２のアームのバイアス電流を制御する電流制御部と、を備える。前記電流制御部は、前記第１のアームおよび前記第２のアームのバイアス電流をそれぞれ第１のオフセット値に制御し、前記第１のアームのバイアス電流に対する前記第１のアームの位相シフト量の傾きが所定の目標値に達するまで、前記第１のアームのバイアス電流を増加させる電流調整処理を繰り返し実行し、前記第２のアームのバイアス電流を前記第１のオフセット値よりも小さい第２のオフセット値に制御し、前記マッハツェンダ干渉計の位相差が所定の目標位相差に達するまで、前記第１のアームのバイアス電流を増加させる電流調整処理を繰り返し実行する。

上述の態様によれば、マッハツェンダ干渉型光変調器またはマッハツェンダ干渉型光変調器を含む光モジュールの消費電流を削減できる。

本発明の実施形態に係わる光変調器を含む光モジュールの一例を示す図である。 本発明の実施形態に係わる光変調器の一例を示す図である。 マッハツェンダ干渉計の動作点を調整する方法の一例を示す図である。 マッハツェンダ干渉計の動作点を調整する方法の他の例を示す図である。 マッハツェンダ干渉計のアームに供給される電流と位相シフトとの関係の一例を示す図である。 マッハツェンダ干渉計の位相差を調整する方法の一例を示す図である。 第１の実施形態に係わる光変調器においてマッハツェンダ干渉計の位相差を調整する方法の一例を示す図である。 図７に示す調整においてマッハツェンダ干渉計のアームに供給される電流および位相シフトの変化の一例を表す図である。 リセット情報の一例を示す図である。 マッハツェンダ干渉計の動作点を制御する方法の一例を示すフローチャートである。 光変調器の回路構成の一例を示す図である。 第２の実施形態に係わる光変調器においてマッハツェンダ干渉計の位相差を調整する方法の一例を示す図である。 電流調整処理におけるバイアス電流とバイアス電流の増加量との関係の一例を示す図である。

図１は、本発明の実施形態に係わる光変調器を含む光モジュールの一例を示す。この実施例では、光モジュール１は、光トランシーバであり、光変調器２、レーザ光源３、光受信器４を備える。なお、光モジュール１は、図１に示していない他の回路要素を備えていてもよい。また、光モジュール１は、光受信器４を備えていなくてもよい。すなわち、光モジュール１は、光送信器であってもよい。

光変調器２は、レーザ光源３により生成される連続光をデータ信号で変調して変調光信号を生成する。光変調器２は、この実施例では、マッハツェンダ干渉計を備えるマッハツェンダ干渉型光変調器である。また、光変調器２は、シリコン基板上に形成される。すなわち、光変調器２は、マッハツェンダ干渉型シリコン変調器である。光受信器４は、例えば、コヒーレント受信器である。この場合、光受信器４は、レーザ光源３により生成される連続光を利用して変調光信号からデータ信号を再生してもよい。

なお、図１に示す実施例では、光モジュール１は、１組の光変調器２および光受信器４を備えるが、本発明はこの構成に限定されるものではない。即ち、光モジュール１は、複数組の光変調器２および光受信器４を備えてもよい。

図２は、本発明の実施形態に係わる光変調器の一例を示す。光変調器２は、例えば、図１に示す光モジュール１に実装される。そして、光変調器２は、マッハツェンダ干渉計１１、受光器１２ａ、１２ｂ、コントローラ１３、メモリ１４、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）１５、電圧／電流変換器（Ｖ／Ｉ）１６、１７を備える。尚、光変調器２は、図２に示していない他の回路要素を備えていてもよい。

マッハツェンダ干渉計１１は、シリコン基板上に形成される光導波路によって実現される。具体的には、マッハツェンダ干渉計１１は、分岐導波路１１ａ、上アーム導波路１１ｘ、下アーム導波路１１ｙ、合波導波路１１ｂから構成される。分岐導波路１１ａは、入力光を分岐して上アーム導波路１１ｘおよび下アーム導波路１１ｙに導く。上アーム導波路１１ｘおよび下アーム導波路１１ｙは、それぞれ入力光を伝搬する。なお、上アーム導波路１１ｘの長さおよび下アーム導波路１１ｙの長さは、実質的に互いに同じである。合波導波路１１ｄは、上アーム導波路１１ｘの出力光および下アーム導波路１１ｙの出力光を合波する。

マッハツェンダ干渉計１１の出力光は、光ポートＰ１、Ｐ２に導かれる。ただし、光ポートＰ１、Ｐ２に導かれる光の位相は、互いに反転している。また、光ポートＰ１、Ｐ２のいずれか一方がネットワークに接続される。例えば、光変調器２により生成される変調光信号は、ポートＰ１を介してネットワークに出力される。

受光器１２ａ、１２ｂは、それぞれマッハツェンダ干渉計１１の出力光を電気信号に変換する。すなわち、受光器１２ａは、光ポートＰ１に導かれる光を電気信号に変換し、受光器１２ｂは、光ポートＰ２に導かれる光を電気信号に変換する。

コントローラ１３は、マッハツェンダ干渉計１１の動作点を制御するためのバイアス信号を生成する。具体的には、コントローラ１３は、上アーム導波路１１ｘの位相シフトを制御するためのバイアス信号ｘおよび下アーム導波路１１ｙの位相シフトを制御するためのバイアス信号ｙを生成する。バイアス信号ｘ、ｙは、それぞれデジタル／アナログ変換器１５によりアナログ信号に変換され、電圧／電流変換器１６によりバイアス電流ｘ、ｙに変換される。そして、バイアス電流ｘは上アーム導波路１１ｘに供給され、バイアス電流ｙは下アーム導波路１１ｙに供給される。なお、コントローラ１３は、受光器１２ａ、１２ｂによるモニタ結果を利用してバイアス信号を生成してもよい。この場合、コントローラ１３は、マッハツェンダ干渉計１１の出力光のパワーに基づいてバイアス電流ｘ、ｙを制御する。

コントローラ１３は、データ信号に基づいて、駆動信号を生成する。駆動信号は、例えば、差動信号である。この場合、差動信号の一方が上アーム導波路１１ｘに与えられ、差動信号の他方が下アーム導波路１１ｙに与えられる。駆動信号は、デジタル／アナログ変換器１５によりアナログ信号に変換され、電圧／電流変換器１６により電流信号に変換され、マッハツェンダ干渉計１１に与えられる。このとき、駆動信号は、バイアス信号に重畳されてマッハツェンダ干渉計１１に与えられてもよいし、バイアス信号とは異なる経路でマッハツェンダ干渉計１１に与えられてもよい。

コントローラ１３は、レーザ光源３のパワーを制御するためのパワー制御信号を生成する。このとき、コントローラ１３は、受光器１２ａ、１２ｂによるモニタ結果を参照し、マッハツェンダ干渉計１１の出力光のパワーが目標レベルに近づくように、レーザ光源３を制御してもよい。なお、パワー制御信号は、デジタル／アナログ変換器１５によりアナログ信号に変換され、電圧／電流変換器１７により電流信号に変換され、レーザ光源３に与えられる。

メモリ１４は、マッハツェンダ特性情報を格納する。マッハツェンダ特性情報は、後で記載するが、マッハツェンダ干渉計１１の特性を表す。なお、メモリ１４は、コントローラ１３の中に内蔵されていてもよい。

上記構成の光変調器２において、コントローラ１３は、マッハツェンダ干渉計１１の動作点を最適化する。このとき、コントローラ１３は、マッハツェンダ干渉計１１の動作点を最適化されるように、バイアス電流ｘ、ｙを決定する。この後、データ信号が光変調器２に与えられる。したがって、光変調器２は、最適化された動作点において、データ信号を表す変調光信号を生成することができる。

なお、コントローラ１３、デジタル／アナログ変換器１５、電圧／電流変換器１６は、マッハツェンダ干渉計１１の上アーム導波路１１ｘおよび下アーム導波路１１ｙに供給するバイアス電流を制御する。したがって、コントローラ１３、デジタル／アナログ変換器１５、電圧／電流変換器１６は、マッハツェンダ干渉計１１のバイアス電流を制御する電流制御部の一例である。

また、コントローラ１３は、例えば、プロセッサおよびメモリを含むプロセッサシステムにより実現される。この場合、プロセッサは、メモリに格納されているプログラムを実行することによりコントローラ１３の機能を提供する。ただし、コントローラ１３の機能の一部または全部は、デジタル信号処理回路で実現してもよい。

図３は、マッハツェンダ干渉計１１の動作点を調整する方法の一例を示す。この実施例では、マッハツェンダ干渉計１１は、図３（ａ）に示す特性を有する。図３（ａ）において、横軸は、上アーム導波路１１ｘの出力光の位相と下アーム導波路１１ｙの出力光の位相との差分を表す。以下の記載では、この差分を「マッハツェンダ干渉計１１の位相差」または単に「位相差」と呼ぶことがある。なお、図３（ａ）において、「位相差＝ゼロ」は、上アーム導波路１１ｘに与えられるバイアス電流ｘおよび下アーム導波路１１ｙに与えられるバイアス電流ｙがいずれもゼロである状態を表す。また、以下の記載では、上アーム導波路および下アーム導波路をそれぞれ「上アーム」および「下アーム」と呼ぶことがある。

図３（ａ）の縦軸は、マッハツェンダ干渉計１１に所定のパワーの連続光が入力されたときに、マッハツェンダ干渉計１１から出力される光のパワーを表す。マッハツェンダ干渉計１１の出力光のパワーは、図３（ａ）に示すように、マッハツェンダ干渉計１１の位相差に対して周期的に変化する。

ここで、光変調器２は、出力光信号の振幅が大きくなるように、又は、最大化されるように位相差が調整されていることが好ましい。図３（ａ）に示す例では、位相差がφ２であるときに、マッハツェンダ干渉計１１の動作点は最適である。なお、位相差φ２は、位相差に対する出力光のパワーの傾きが正である領域において、出力光のパワーが最大となる位相差（φ３）と出力光のパワーが極小となる位相差（φ１）との中間に相当する。

光変調器２は、マッハツェンダ干渉計１１の動作点を最適化する機能を備える。たとえば、マッハツェンダ干渉計１１が図３（ａ）に示す特性を有するときは、光変調器２は、マッハツェンダ干渉計１１の動作点を正方向にシフトさせる。ここで、この実施例では、「正方向へのシフト」は、上アーム１１ｘのバイアス電流を大きくしてその位相シフト量を増加させることで実現されるものとする。よって、光変調器２は、図３（ｂ）に示すように、下アーム１１ｙの位相シフト量を維持しながら、上アーム１１ｘの位相シフト量を徐々に増加させる。このとき、上アーム１１ｘの位相シフト量をΔφ１だけ大きくすることにより、マッハツェンダ干渉計１１の位相差がΔφ１だけ大きくなる。この結果、マッハツェンダ干渉計１１の動作点が最適化される。

ただし、マッハツェンダ干渉計は製造ばらつきを有する。すなわち、マッハツェンダ干渉計の特性は、デバイス毎に異なる。したがって、光変調器２は、マッハツェンダ干渉計１１の特性に応じて動作点の制御を行う。

たとえば、マッハツェンダ干渉計１１が図４（ａ）に示す特性を有するときは、光変調器２は、マッハツェンダ干渉計１１の動作点を負方向にシフトさせる。ここで、この実施例では、「負方向へのシフト」は、下アーム１１ｙのバイアス電流を大きくしてその位相シフト量を増加させることで実現されるものとする。よって、光変調器２は、図４（ｂ）に示すように、上アーム１１ｘの位相シフト量を維持しながら、下アーム１１ｙの位相シフト量を徐々に増加させる。このとき、下アーム１１ｙの位相シフト量をΔφ２だけ大きくすることにより、マッハツェンダ干渉計１１の位相差がΔφ２だけ小さくなる。この結果、マッハツェンダ干渉計１１の動作点が最適化される。

各マッハツェンダ干渉計１１の特性は、出荷前に予め測定される。例えば、測定により図３（ａ）または図４（ａ）に示す特性が得られる。ここで、特性の測定においては、マッハツェンダ干渉計１１に所定のパワーの連続光が入射される。そして、マッハツェンダ干渉計１１のバイアス電流を変化させながらマッハツェンダ干渉計１１の出力光のパワーをモニタすることで、マッハツェンダ干渉計１１の位相差に対する出力光パワーを表すマッハツェンダ特性情報が得られる。なお、各マッハツェンダ干渉計１１の特性は、様々な温度において測定される。そして、マッハツェンダ特性情報は、図２に示すように、メモリ１４に格納される。

このように、マッハツェンダ特性情報は、マッハツェンダ干渉計１１の位相差に対する出力光パワーを表す。よって、コントローラ１３は、マッハツェンダ特性情報を参照することにより、マッハツェンダ干渉計１１の位相差をどのように制御すればマッハツェンダ干渉計１１の動作点が最適化されるのかを認識できる。ただし、マッハツェンダ干渉計１１の特性は、経年劣化などに起因して変化し得る。即ち、マッハツェンダ干渉計１１の実際の特性は、マッハツェンダ特性情報が生成されたときから変化していることがある。したがって、コントローラ１３は、マッハツェンダ特性情報に基づいてマッハツェンダ干渉計１１の動作点を粗く調整した後、受光器１２ａ、１２ｂのモニタ結果を利用したフィードバック制御でさらにマッハツェンダ干渉計１１の動作点を細かく調整してもよい。

図５は、マッハツェンダ干渉計のアームに供給される電流と位相シフトとの関係の一例を示す。図５において、横軸は、アーム導波路（１１ｘまたは１１ｙ）に供給されるバイアス電流を表す。また、縦軸は、バイアス電流によるアーム導波路における位相シフト量を表す。なお、図５では、バイアス電流が供給されていないときに位相シフト量がゼロであるものとする。

バイアス電流が小さい領域（図５では、領域Ｓ）では、電流の変化に対して位相シフト量の傾きが非常に大きい。このため、領域Ｓにおいては、バイアス電流を少し変化させるだけで、アーム導波路の位相が大きく変化してしまう。すなわち、領域Ｓにおいては、アーム導波路の位相を所定の目標位相に近づけることが容易でないことがある。

バイアス電流が大きくなるにつれて、電流の変化に対する位相シフト量の傾きは徐々に小さくなってゆく。例えば、領域Ａにおいても、電流の変化に対する位相シフト量の傾きは大きい。ただし、領域Ｓと比較すると、領域Ａにおける傾きは小さい。また、領域Ｂにおいては、電流の変化に対する位相シフト量の傾きは小さい。このように、電流の変化に対する位相シフト量の傾きは、バイアス電流に対して非線形である。

マッハツェンダ干渉計１１の動作点を調整するときは、コントローラ１３は、バイアス電流を制御する。ただし、上述したように、領域Ｓにおいては、アーム導波路の位相を所定の目標位相に近づけることが容易でない。このため、コントローラ１３は、上アーム１１ｘおよび下アーム１１ｙの双方に所定のオフセット電流を供給する。その後、コントローラ１３は、上アーム１１ｘまたは下アーム１１ｙのうちの一方のバイアス電流を徐々に増加させてゆく。なお、以下の記載では、バイアス電流が調整されるアームを「調整アーム」と呼び、他方のアームを「固定アーム」と呼ぶことがある。

なお、上アーム１１ｘまたは下アーム１１ｙのうちのどちらが調整アームとして指定されるのかは、マッハツェンダ干渉計１１の特性に依存する。また、調整アームのバイアス電流の大きさも、マッハツェンダ干渉計１１の特性に依存する。

例えば、図３（ａ）に示すケースでは、マッハツェンダ干渉計１１の動作点を正方向にΔφ１だけシフトさせることが要求される。この場合、上アーム１１ｘが調整アームであり、下アーム１１ｙが固定アームである。そして、コントローラ１３は、上アーム１１ｘにおける位相シフトがΔφ１だけ大きくなるように、上アーム１１ｘのバイアス電流を増加させる。このとき、下アーム１１ｙのバイアス電流は固定されている。この結果、マッハツェンダ干渉計１１の位相差がΔφ１だけ大きくなる。

一方、図４（ａ）に示すケースでは、マッハツェンダ干渉計１１の動作点を負方向にΔφ２シフトさせることが要求される。この場合、下アーム１１ｙが調整アームであり、上アーム１１ｘが固定アームである。そして、コントローラ１３は、下アーム１１ｙにおける位相シフトがΔφ２だけ大きくなるように、下アーム１１ｙのバイアス電流を増加させる。このとき、上アーム１１ｘのバイアス電流は固定されている。この結果、マッハツェンダ干渉計１１の位相差がΔφ２だけ小さくなる。

図６は、マッハツェンダ干渉計１１の位相差を調整する方法の一例を示す。この実施例では、上アーム１１ｘが調整アームであり、下アーム１１ｙが固定アームである。すなわち、マッハツェンダ干渉計１１の位相差を大きくする調整が行われる。なお、図６において、横軸は時間を表す。ここで、バイアス電流を所定量だけ大きくする電流調整処理を繰り返すことによりバイアス電流の調整が実現される場合、横軸は、電流調整処理の実行回数に相当する。

コントローラ１３は、初期設定において、図６（ａ）に示すように、調整アームおよび固定アームのバイアス電流を所定のオフセット値に制御する。以下の記載では、オフセット値に制御されたバイアス電流を「オフセット電流」と呼ぶことがある。調整アームおよび固定アームのオフセット電流は、互いに同じである。したがって、図６（ｂ）に示すように、調整アームおよび固定アームの位相シフト量は互いに同じであり、マッハツェンダ干渉計１１の位相差は「ゼロ」である。なお、オフセット電流が供給されたとき、調整アームの位相シフト量は、図５または図６（ｂ）に示す点Ａに制御されるものとする。

続いて、コントローラ１３は、調整アームのバイアス電流を制御する。このとき、コントローラ１３は、受光器１２ａ、１２ｂにより検出される出力光パワーが目標値に近づくように、調整アームのバイアス電流を徐々に増加させてゆく。目標値は、図３（ａ）に示す例では、点Ｔで表される光パワーに相当する。ここで、この実施例では、コントローラ１３は、バイアス電流を直線的に増加させる。ただし、図５に示すように、電流の変化に対する位相シフト量の傾きは、バイアス電流に対して非線形である。よって、図６（ａ）に示すようにバイアス電流が直線的に増加すると、調整アームの位相シフト量は、図５に示すカーブに沿って増加することになる。

マッハツェンダ干渉計１１の出力光パワーが十分に目標値に近づくと、コントローラ１３は、バイアス電流の調整を終了する。この調整により、調整アームの位相シフト量は、図５または図６（ｂ）に示す点Ａから点Ｂに変化する。この結果、マッハツェンダ干渉計１１の位相差が増加し、その動作点が最適化される。

このように、マッハツェンダ干渉計１１の位相差を調整する手順では、電流の変化に対して位相シフト量の傾きが非常に大きい領域（図５では、領域Ｓ）で調整を行わないようにするために、上アーム１１ｘおよび下アーム１１ｙの双方にオフセット電流が供給される。ところが、上アーム１１ｘおよび下アーム１１ｙに供給されるオフセット電流は互いに同じなので、オフセット電流は、マッハツェンダ干渉計１１の位相差の調整には寄与しない。このため、図６に示す方法では、マッハツェンダ干渉計１１の位相差を目標値に調整するために過剰なバイアス電流が必要となる。

また、上述したように、マッハツェンダ干渉計は製造ばらつきを有するので、マッハツェンダ干渉計の特性はデバイス毎に異なる。このため、例えば、マッハツェンダ干渉計１１は、図５に示す領域Ａにおける電流制御で動作点が最適化されるかも知れないし、領域Ｂにおける電流制御で動作点が最適化されるかも知れない。しかし、バイアス電流が大きくなり、アーム導波路における位相シフト量が大きくなると、マッハツェンダ干渉計１１の光通過損失が大きくなってしまう。そして、光通過損失が大きい状態で所定の出力光パワーの変調光信号を生成するためには、レーザ光源３の出力パワーを大きくして光通過損失を補償する必要がある。この結果、光変調器２およびレーザ光源３を含む光モジュール１の消費電流が増大してしまう。

＜第１の実施形態＞
図７は、本発明の第１の実施形態に係わる光変調器においてマッハツェンダ干渉計の位相差を調整する方法の一例を示す。この例では、上アーム１１ｘが調整アームであり、下アーム１１ｙが固定アームである。すなわち、マッハツェンダ干渉計１１の位相差を大きくする調整が行われる。なお、この例では、バイアス電流をΔｉだけ大きくする電流調整処理を繰り返すことによりマッハツェンダ干渉計１１の位相差が調整される。よって、横軸は、電流調整処理の実行回数を表す。

図８は、図７に示す調整においてマッハツェンダのアームに供給される電流および位相シフトの変化の一例を表す。なお、図７および図８に示す点Ａ、Ｃ〜Ｆは、互いに対応している。

コントローラ１３は、初期設定において、図７（ａ）に示すように、調整アームおよび固定アームにオフセット電流を供給する。このとき、調整アームおよび固定アームに供給されるオフセット電流は互いに同じである。よって、図７（ｂ）に示すように、上アーム導波路１１ｘおよび下アーム導波路１１ｙの位相シフト量は互いに同じであり、マッハツェンダ干渉計１１の位相差は「ゼロ」である。なお、オフセット電流が供給されると、各アームの状態は、図７および図８に示す点Ａに制御されるものとする。

続いて、コントローラ１３は、調整アームのバイアス電流を制御する。このとき、コントローラ１３は、電流の変化に対する位相シフト量の傾きが目標値に達するまで、電流調整処理を繰り返し実行する。目標値は、特に限定されるものではないが、例えば、初期設定時に得られる傾き（図８に示すでは、点Ａにおける傾き）の４分の１である。例えば、点Ｃにおける傾きが点Ａにおける傾きの４分の１である場合、コントローラ１３は、調整アームのバイアス電流を点Ｃに対応する電流値まで増加させる。なお、マッハツェンダ干渉計１１の特性を表すマッハツェンダ特性情報は、メモリ１４に格納されている。したがって、コントローラ１３は、このマッハツェンダ特性情報を参照することにより、点Ｃに対応する電流値を特定することができる。

電流調整処理が繰り返し実行され、調整アームのバイアス電流が点Ｃに対応する電流値まで増加すると、コントローラ１３は、固定アーム（すなわち、下アーム１１ｙ）のバイアス電流をリセットする。具体的には、コントローラ１３は、固定アームのバイアス電流を、初期設定時のオフセット電流値から第２のオフセット電流値まで低減させる。第２のオフセット電流値は、特に限定されるものではないが、例えば、オフセット電流値の２分の１である。ただし、第２のオフセット電流値は、十分に小さい所定の値であってもよいし、「ゼロ」であってもよい。なお、以下の記載では、電流調整処理の回数をＮ回実行したときに、調整アームのバイアス電流が点Ｃに対応する電流値に達するものとする。

コントローラ１３は、固定アームのバイアス電流のリセットに伴い、調整アームのバイアス電流を調整する。このとき、コントローラ１３は、固定アームのバイアス電流のリセットの前後でマッハツェンダ干渉計１１の位相差が連続するように、調整アームのバイアス電流を調整する。具体的には、コントローラ１３は、固定アームのバイアス電流がオフセット電流値に制御されているときのマッハツェンダ干渉計１１の位相差と、固定アームのバイアス電流が第２のオフセット電流値に制御されているときのマッハツェンダ干渉計１１の位相差とが互いに一致するように、調整アームのバイアス電流を調整する。

リセット時の各アームのバイアス電流の変化は、マッハツェンダ干渉計１１の特性に基づいて予め決められている。すなわち、リセット時のバイアス電流の変化を表すリセット情報が予め作成され、メモリ１４に格納される。図９に示す例では、固定アームのバイアス電流は、1.00ｍＡ（オフセット電流値）から0.50ｍＡ（第２のオフセット電流値）にリセットされる。また、調整アームのバイアス電流は、13.37ｍＡから9.41ｍＡに調整される。

上述のリセットにより、固定アームは、図７および図８において点Ａで表される状態から点Ｆで表される状態に遷移する。一方、調整アームは、点Ｃで表される状態から点Ｄで表される状態に遷移する。このとき、図７（ｂ）に示すように、マッハツェンダ干渉計１１の位相差は変化しない。

この後、コントローラ１３は、Ｎ＋１回目以降の電流調整処理を実行する。即ち、コントローラ１３は、図７（ａ）に示すように、受光器１２ａ、１２ｂにより検出される出力光パワーが目標値に近づくように、調整アームのバイアス電流を徐々に増加させてゆく。このとき、固定アームのバイアス電流は、第２のオフセット値に保持される。そして、マッハツェンダ干渉計１１の出力光パワーが目標値に達すると（即ち、出力光パワーと目標値との差異が十分に小さくなると）、マッハツェンダ干渉計１１の位相差を調整する処理は終了する。この結果、マッハツェンダ干渉計１１の動作点が最適化される。なお、図７および図８に示す点Ｅは、マッハツェンダ干渉計１１の出力光パワーが目標値に達したときの調整アームの状態を表している。

マッハツェンダ干渉計１１の動作点が最適化された後、各アームのバイアス電流は固定される。そして、データ信号が与えられると、光変調器２は、そのデータ信号を表す変調光信号を生成する。

このように、第１の実施形態においては、調整アームのバイアス電流が増加して位相シフト量の傾きが目標値に達すると、各アームのバイアス電流がリセットされる。よって、マッハツェンダ干渉計１１の動作点を最適化するために各アームに供給されるバイアス電流の合計は、図７（ａ）に示すように、図６に示す方法と比較して削減される。

また、図６に示す方法では、マッハツェンダ干渉計１１の動作点を最適化するために、調整アームのバイアス電流を図５または図８に示す点Ｂまで増加させる必要がある。これに対して、第１の実施形態では、調整アームのバイアス電流を図８に示す点Ｅまで増加させれば、マッハツェンダ干渉計１１の動作点が最適化される。ここで、バイアス電流が小さくなると位相シフト量も小さくなり、光変調器２の光通過損失も小さくなる。したがって、所定の出力光パワーの変調光信号を生成する場合、マッハツェンダ干渉計１１への入力パワーを削減できるので、レーザ光源３の駆動電流を小さくできる。この結果、光変調器２およびレーザ光源３を含む光モジュール１の消費電流が削減される。

図１０は、マッハツェンダ干渉計１１の動作点を制御する方法の一例を示すフローチャートである。なお、このフローチャートの処理が実行されるときは、一定の光パワーの連続光がレーザ光源３から光変調器２に入力される。

Ｓ１において、コントローラ１３は、メモリ１４から制御情報を取得する。制御情報は、マッハツェンダ干渉計１１の特性を表すマッハツェンダ特性情報および図９に示すリセット情報を含む。

Ｓ２において、コントローラ１３は、上アームおよび下アームにそれぞれオフセット電流を供給する。すなわち、上アームおよび下アームのバイアス電流は、それぞれオフセット値に制御される。

Ｓ３において、コントローラ１３は、マッハツェンダ特性情報に基づいて、マッハツェンダ干渉計１１の目標動作点が正方向に位置するか負方向に位置するかを判定する。ここで、マッハツェンダ干渉計１１の動作点を最適化するためにマッハツェンダ干渉計１１の位相差を大きくする必要があるときは、目標動作点が正方向に位置すると判定される。一方、マッハツェンダ干渉計１１の動作点を最適化するためにマッハツェンダ干渉計１１の位相差を小さくする必要があるときは、目標動作点が負方向に位置すると判定される。なお、図３（ａ）に示す例では、目標動作点が正方向に位置している。また、図４（ａ）に示す例では、目標動作点が負方向に位置している。

目標動作点が正方向に位置するときは、コントローラ１３は、Ｓ４において、上アームを調整アームとして選択し、下アームを固定アームとして選択する。目標動作点が負方向に位置するときは、コントローラ１３は、Ｓ５において、下アームを調整アームとして選択し、上アームを固定アームとして選択する。

Ｓ１１において、コントローラ１３は、調整アームにおけるバイアス電流に対する位相差の傾き（Δφ／ΔＩ）と目標値とを比較する。ここで、調整アームのバイアス電流は、コントローラ１３により制御されるので、コントローラ１３は、調整アームのバイアス電流を認識している。したがって、コントローラ１３は、マッハツェンダ特性情報を参照することにより、バイアス電流に対応する位相差の傾きを推定できる。

位相差の傾きが目標値以上であれば、コントローラ１３は、Ｓ１２において、調整アームのバイアス電流を所定量だけ大きくする。続いて、Ｓ１３において、コントローラ１３は、マッハツェンダ干渉計１１の動作点が目標動作点に制御されたか否かを判定する。すなわち、コントローラ１３は、マッハツェンダ干渉計１１の位相差が目標値に制御されたか否かを判定する。

マッハツェンダ干渉計１１の動作点が目標動作点に制御されていなければ、コントローラ１３の処理はＳ１１に戻る。すなわち、コントローラ１３は、マッハツェンダ干渉計１１の動作点が目標動作点に制御されるまでＳ１１〜Ｓ１３を繰り返し実行する。なお、Ｓ１１〜Ｓ１３は、調整アームのバイアス電流を増加させる電流調整処理に相当する。そして、マッハツェンダ干渉計１１の動作点が目標動作点に制御されると、コントローラ１３の処理は終了する。

ただし、マッハツェンダ干渉計１１の動作点が目標動作点に制御される前に、マッハツェンダ干渉計１１の位相差の傾きが目標値より小さくなったときは（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、コントローラ１３の処理はＳ２１に進む。たとえば、マッハツェンダ干渉計１１の動作点を大きくシフトさせる必要があるときは、調整アームのバイアス電流を十分に大きくする必要がある。この場合、マッハツェンダ干渉計１１の動作点が目標動作点に制御される前に、マッハツェンダ干渉計１１の位相差の傾きが目標値より小さくなることがある。

Ｓ２１において、コントローラ１３は、固定アームのバイアス電流をリセットする。このとき、固定アームのバイアス電流は、Ｓ２において設定されたオフセット値からそのオフセット値よりも小さい第２のオフセット値に変化する。

Ｓ２２〜Ｓ２３において、コントローラ１３は、固定アームのバイアス電流をリセットに応じて、調整アームのバイアス電流を調整する。このとき、コントローラ１３は、固定アームのバイアス電流のリセットの前後でマッハツェンダ干渉計１１の位相差が連続するように、調整アームのバイアス電流を調整する。具体的には、コントローラ１３は、固定アームのバイアス電流がオフセット値に制御されているときのマッハツェンダ干渉計１１の位相差と、固定アームのバイアス電流が第２のオフセット値に制御されているときのマッハツェンダ干渉計１１の位相差とが互いに一致するように、調整アームのバイアス電流を調整する。

この後、コントローラ１３の処理はＳ１２に進む。すなわち、リセット処理が終了した後、コントローラ１３は、マッハツェンダ干渉計１１の動作点が目標動作点に制御されるまでＳ１１〜Ｓ１３（すなわち、電流調整処理）を繰り返し実行する。この結果、マッハツェンダ干渉計１１の動作点が目標動作点に制御されると、コントローラ１３の処理は終了する。

図１１は、光変調器２の回路構成の一例を示す。なお、図１１においては、メモリ１４および電圧／電流変換器１７は省略されている。

コントローラ１３は、マッハツェンダ干渉計１１の各アームに供給する電流の値を表すバイアス信号を生成する。このバイアス信号は、デジタル／アナログ変換器１５によりアナログ信号に変換される。コントローラ１３とデジタル／アナログ変換器１５との間は、例えば、Ｉ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）またはＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）で接続される。

電圧／電流変換器１６は、抵抗素子およびトランジスタを用いて構成される。そして、デジタル／アナログ変換器１５から出力されるバイアス信号は、抵抗ＧＲを介してトランジスタＴＲのゲートに与えられる。よって、トランジスタＴＲは、バイアス信号の電圧値に対応する電流を生成する。トランジスタＴＲの出力電流は、マッハツェンダ干渉計１１のバイアス電流として使用される。なお、マッハツェンダ干渉計１１の各アームには、バイアス電流を流すためのダイオードＤが設けられている。

トランジスタＴＲの出力電流（すなわち、バイアス電流）は、シャント抵抗ＳＲにより電圧信号に変換され、オペアンプにより増幅されてコントローラ１３に導かれる。したがって、コントローラ１３は、バイアス電流をモニタできる。

受光器１２ａ、１２ｂは、マッハツェンダ干渉計１１の出力光を電気信号に変換する。そして、受光器１２ａ、１２ｂの出力信号は、コントローラ１３に導かれる。よって、コントローラ１３は、マッハツェンダ干渉計１１の出力光のパワーをモニタできる。

＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、マッハツェンダ干渉計１１の動作点を最適化するときに、電流調整処理が繰り返し実行される。そして、各電流調整処理におけるバイアス電流の増加量は一定である。このため、図７（ａ）に示すように、調整アームのバイアス電流は、電流調整処理の実行回数（または、時間）に対して直線的に増加してゆく。

第２の実施形態においても、マッハツェンダ干渉計１１の動作点を最適化するときに、電流調整処理が繰り返し実行される。ただし、第２の実施形態では、各電流調整処理におけるバイアス電流の増加量は必ずしも一定ではなく、例えば、バイアス電流の大きさに応じてバイアス電流の増加量が変更される。

図１２は、本発明の第２の実施形態に係わる光変調器においてマッハツェンダ干渉計の位相差を調整する方法の一例を示す。図７に示す実施例と同様に、この実施例でも、上アーム１１ｘが調整アームであり、下アーム１１ｙが固定アームである。すなわち、マッハツェンダ干渉計１１の位相差を大きくする調整が行われる。また、バイアス電流を大きくする電流調整処理が繰り返し実行される。よって、横軸は、電流調整処理の実行回数を表す。

調整アームのバイアス電流は、電流調整処理の実行回数に対して調整アームの位相シフト量がほぼ直線的に増加するように制御される。この場合、位相シフト量の傾きが大きい領域（すなわち、バイアス電流が小さい領域）では、１回の電流調整処理におけるバイアス電流の増加量は小さい。位相シフト量の傾きが小さい領域（すなわち、バイアス電流が大きい領域）では、１回の電流調整処理におけるバイアス電流の増加量は大きい。

図１３は、電流調整処理におけるバイアス電流とバイアス電流の増加量との関係の一例を示す。この実施例では、調整アームのバイアス電流の範囲に対してバイアス電流の増加量が設定されている。なお、Δｉは、予め決められている。

コントローラ１３の処理は、第１の実施形態および第２の実施形態において実質的に同じである。すなわち、第２の実施形態においても、コントローラ１３は、図１０に示すフローチャートに従ってマッハツェンダ干渉計１１の動作点を最適化する。ただし、第２の実施形態においては、コントローラは、図１３に示す対応関係を利用して調整アームのバイアス電流を制御する。

このように、第２の実施形態では、位相シフト量の傾きが小さい領域でバイアス電流の増加量が大きいので、マッハツェンダ干渉計１１の動作点を最適化するために実行する電流調整処理の回数を削減できる。すなわち、マッハツェンダ干渉計１１の動作点を最適化するために要する時間が削減される。

１ 光モジュール
２ 光変調器
３ レーザ光源
４ 光受信器
１１ マッハツェンダ干渉計
１１ｘ 上アーム導波路
１１ｙ 下アーム導波路
１２ａ、１２ｂ 受光器
１３ コントローラ
１４ メモリ
１５ デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）
１６、１７ 電圧／電流変換器

Claims (6)

1. シリコン基板上に形成される第１のアームおよび第２のアームを備えるマッハツェンダ干渉計と、
   前記第１のアームおよび前記第２のアームのバイアス電流を制御する電流制御部と、を備え、
   前記電流制御部は、
   前記第１のアームおよび前記第２のアームのバイアス電流をそれぞれ第１のオフセット値に制御し、
   前記第１のアームのバイアス電流に対する前記第１のアームの位相シフト量の傾きが所定の目標値に達するまで、前記第１のアームのバイアス電流を増加させる電流調整処理を繰り返し実行し、
   前記第２のアームのバイアス電流を前記第１のオフセット値よりも小さい第２のオフセット値に制御し、
   前記マッハツェンダ干渉計の位相差が所定の目標位相差に達するまで、前記第１のアームのバイアス電流を増加させる電流調整処理を繰り返し実行する
   ことを特徴とするマッハツェンダ干渉型光変調器。
2. 前記マッハツェンダ干渉計の位相差は、前記マッハツェンダ干渉計にデータ信号が与えられていないときの、前記第１のアームの出力光の位相と前記第２のアームの出力光の位相との差分を表す
   ことを特徴とする請求項１に記載のマッハツェンダ干渉型光変調器。
3. 前記第１のアームのバイアス電流に対する前記第１のアームの位相シフト量の傾きが所定の目標値に達したときに、前記電流制御部は、前記第２のアームのバイアス電流を前記第１のオフセット値から前記第２のオフセット値に変化させると共に、前記第２のアームのバイアス電流が前記第１のオフセット値に制御されているときの前記マッハツェンダ干渉計の位相差と、前記第２のアームのバイアス電流が前記第２のオフセット値に制御されているときの前記マッハツェンダ干渉計の位相差とが互いに一致するように、前記第１のアームのバイアス電流を調整する
   ことを特徴とする請求項１に記載のマッハツェンダ干渉型光変調器。
4. 前記マッハツェンダ干渉計の特性を表す情報を格納するメモリをさらに備え、
   前記電流制御部は、
   前記情報に基づいて、前記マッハツェンダ干渉計の位相差を大きくするか小さくするかを判定し、
   前記マッハツェンダ干渉計の位相差を大きくするか小さくするかに基づいて、前記マッハツェンダ干渉を構成する１組のアームのうちから前記第１のアームを決定する
   ことを特徴とする請求項１に記載のマッハツェンダ干渉型光変調器。
5. 前記電流制御部は、前記電流調整処理の実行回数に対して前記第１のアームの位相シフト量がほぼ直線的に増加するように、前記第１のアームのバイアス電流を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載のマッハツェンダ干渉型光変調器。
6. マッハツェンダ干渉型光変調器と、
   前記マッハツェンダ干渉型光変調器に入力される連続光を生成する光源と、を備え、
   前記マッハツェンダ干渉型光変調器は、
   シリコン基板上に形成される第１のアームおよび第２のアームを備えるマッハツェンダ干渉計と、
   前記第１のアームおよび前記第２のアームのバイアス電流を制御する電流制御部と、を備え、
   前記電流制御部は、
   前記第１のアームおよび前記第２のアームのバイアス電流をそれぞれ第１のオフセット値に制御し、
   前記第１のアームのバイアス電流に対する前記第１のアームの位相シフト量の傾きが所定の目標値に達するまで、前記第１のアームのバイアス電流を増加させる電流調整処理を繰り返し実行し、
   前記第２のアームのバイアス電流を前記第１のオフセット値よりも小さい第２のオフセット値に制御し、
   前記マッハツェンダ干渉計の位相差が所定の目標位相差に達するまで、前記第１のアームのバイアス電流を増加させる電流調整処理を繰り返し実行する
   ことを特徴とする光モジュール。

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