JP4246074B2

JP4246074B2 - 光変調装置及び光変調器制御方法

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Publication number: JP4246074B2
Application number: JP2004012380A
Authority: JP
Inventors: 竹内洋祐; 鈴木安弘; 山林由明
Original assignee: NTT Electronics Corp
Current assignee: NTT Electronics Corp
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2024-01-20
Also published as: JP2005208172A

Description

本発明は、マッハツェンダー型光変調器を備え、光の強度変調を行う光変調装置及び光変調器制御方法に関する。

従来、マッハツェンダー型光変調器（以下、「マッハツェンダー型光変調器」を「ＭＺ型光変調器」と略記する。）を用いて入力光を光強度変調する際、ＭＺ型光変調器の周囲温度変化や経年変化に起因する変調特性のドリフトにより、一定のバイアス電圧に対して出力光の変調波形の品質が劣化する問題が生じていた。

ここで、ＭＺ型光変調器の説明をする。図９にＭＺ型光変調器の概略構成図を示す。ＭＺ型光変調器３４は、電気光学効果を有する電気光学結晶に分岐した光導波路３８が設けられ、信号電圧を光導波路３８に印加する電極端子３５ａ、３５ｂを備えている。また、外部にＭＺ型光変調器３４を駆動する変調信号用電源３６と、バイアス電圧用電源３７とを有する。この光導波路３８の入力端３２に光３９ａを入力して電極端子３５ａ、３５ｂに信号電圧を印加すると、光導波路３８の屈折率が変化するために、分岐された光３９ａが再び合波されるときに干渉する。このとき、電圧レベルを変化させると、出力端３３から出力される光信号３９ｂの光出力強度が変化する変調特性が得られる。図８にＭＺ型光変調器の正弦波形状の変調特性がドリフトする様子を示した概略図を示す。図８において、横軸は、図９に示すＭＺ型光変調器３４の光導波路３８への印加電圧値を示し、左側の縦軸は、例えばＭＺ型光変調器３４の光導波路３８の出力端３３から出力される光信号３９ｂの光出力強度を示す。また、右側の縦軸は、光出力強度を電気信号に変換し、変換した電気信号の電圧値を示す。

例えば、図９に示すＭＺ型光変調器３４の光導波路３８の入力端３２に一定光強度の光３９ａを入力し、図８に示すように、あるバイアス電圧９３ａによる動作点９７を基準にして変調信号９４を電極端子３５ａ、３５ｂに印加して光強度変調を行う。光強度変調を長時間行っていると、ＭＺ型光変調器３４の周囲温度変化や経年変化に起因して、変調特性９０ａが矢印９１ｃの方向にドリフトする。変調特性９０ａがドリフトすると、動作点９７が矢印９１ａの方向に移動し、図９に示す光導波路３８の出力端３３から出力される光信号３９ｂの光出力強度が変化してしまう。

上記問題を解決するために、図９に示すように光導波路３８の出力端３３から出力される光信号３９ｂを光カプラ４１等の光学部品によって分岐して、分岐後の光信号３９ｃの光強度を検知して、電気信号に変換する。変換した電気信号の信号電圧と予め設定した所定リファレンス電圧（Ｖ_ＲＥＦ）との差分９２（図８）が０に近づくようにバイアス電圧９３ａを矢印９１ｂの方向に制御することにより、一定光強度に強度変調することができる（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−０４０３８０号公報

しかし、図９に示すＭＺ型光変調器３４の透過特性には波長依存性がある。そのため、種々の波長の光３９ａを光導波路３８の入力端３２に入力すると、ＭＺ型光変調器３４の変調特性が波長によって変化する。また、光カプラ４１等の光学部品にも光信号３９ｂの分岐比に波長依存性がある。そのため、光導波路３８の出力端３３から出力される光信号３９ｂを光カプラ４１によって分岐すると、さらに変調特性が変化する。図１０に、変調特性が変化する様子を示した概略図を示す。

例えば、図９に示すＭＺ型光変調器３４の光導波路３８の入力端３２に、ある波長λ_１の光３９ａを入力して、あるバイアス電圧による動作点を基準に光強度変調をして出力端３３から出力する。さらに、出力端３３から出力された光信号３９ｂを光カプラ４１によって分岐する。光カプラ４１によって分岐された光信号３９ｃの光強度を検出すると、図１０に示す変調特性９０ａが得られる。

ここで、波長をλ_１からλ_２に変更すると、ＭＺ型光変調器３４の透過特性の波長依存性により、変調特性９０ａの極小値が例えば矢印９１ｆの方向に変化する。さらに、光カプラ４１の分岐比の波長依存性により、変調特性９０ａの極大値が例えば矢印９１ｄの方向に変化する。その結果、バイアス電圧９３ｂが所定リファレンス電圧（Ｖ_ＲＥＦ）を基準として矢印９１ｇの方向に移動するために、動作点が矢印９１ｅの方向に移動する。動作点の移動量が大きいと、出力端３３から光信号３９ｂが出力されない場合がある。

そこで、本発明では、ＭＺ型光変調器の光導波路の入力端に入力される入力光の波長に対応した最適な動作点を基準にして入力光を強度変調し、許容範囲内で一定の品質の光信号を出力する光変調装置を提供することを目的とする。また、光変調器制御方法を提供することを目的とする。

従来技術で説明したように、ＭＺ型光変調器の光導波路の入力端に入力される入力光の波長が変化すると、所定リファレンス電圧（Ｖ_ＲＥＦ）が一定のままでは、動作点が最適点から移動する。そこで、光導波路の入力端への入力光の波長に対応した所定リファレンス電圧（Ｖ_ＲＥＦ）を設定することにより、波長に対応した最適な動作点を得ることができる。

具体的には、本発明に係る光変調装置は、バイアス電圧による所定動作点を基準に、光導波路の入力端に入力される一定光強度の入力光を強度変調した光信号を前記光導波路の出力端から出力するＭＺ型光変調器と、前記ＭＺ型光変調器の前記光導波路の前記出力端から出力される前記光信号の光出力強度を検知して該光出力強度に関する光強度情報を出力する光出力強度検知回路と、前記光出力強度検知回路から出力される前記光強度情報を基に、前記光出力強度と所定リファレンス光強度との差分に対応した前記バイアス電圧を出力するバイアス電圧設定回路と、を有する光変調装置であって、前記バイアス電圧設定回路は、前記ＭＺ型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の波長に関する波長情報を基に、該波長情報に対応した前記所定リファレンス光強度を設定することを特徴とする。

上記発明では、光出力強度の参照値となる所定リファレンス光強度をＭＺ型光変調器の光導波路の入力端に入力される入力光の波長に対応させるため、波長に対応した最適な動作点を得ることができる。

また、本発明に係る光変調装置は、バイアス電圧による所定動作点を基準に、光導波路の入力端に入力される入力光を強度変調した光信号を前記光導波路の出力端から出力するＭＺ型光変調器と、前記ＭＺ型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の光入力強度を検知して該光入力強度に関する光入力強度情報を出力する光入力強度検知回路と、前記ＭＺ型光変調器の前記光導波路の前記出力端から出力される前記光信号の光出力強度を検知して該光出力強度に関する光出力強度情報を出力する光出力強度検知回路と、前記光入力強度検知回路から出力される前記光入力強度情報及び前記光出力強度検知回路から出力される前記光出力強度情報を基にした前記光入力強度に対する前記光出力強度の光強度比と所定リファレンス光強度比との差分に対応した前記バイアス電圧を出力するバイアス電圧設定回路と、を有する光変調装置であって、前記バイアス電圧設定回路は、前記ＭＺ型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の波長に関する波長情報を基に、該波長情報に対応した前記所定リファレンス光強度比を設定することを特徴とする。

上記発明では、光入力強度と光出力強度との光強度比の参照値となる所定リファレンス光強度比を波長に対応させるため、波長に対応した最適な動作点を得ることができる。また、光導波路への入力光の光入力強度を検知するため、入力光の光強度が変化しても一定の光出力強度の光信号を得ることができる。

また、本発明に係る光変調装置は、一定強度の光を出力する光源と、バイアス電圧による所定動作点を基準に、前記光源から光導波路の入力端に入力される一定光強度の入力光を強度変調した光信号を前記光導波路の出力端から出力するＭＺ型光変調器と、前記ＭＺ型光変調器の前記光導波路の前記出力端から出力される前記光信号の光出力強度を検知して該光出力強度に関する光強度情報を出力する光出力強度検知回路と、前記光出力強度検知回路から出力される前記光強度情報を基に、前記光出力強度と所定リファレンス光強度との差分に対応した前記バイアス電圧を出力するバイアス電圧設定回路と、を有する光変調装置であって、前記バイアス電圧設定回路は、前記ＭＺ型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の波長に関する波長情報を基に、該波長情報に対応した前記所定リファレンス光強度を設定することを特徴とする。

上記発明では、光出力強度の参照値となる所定リファレンス光強度を光源からの入力光の波長に対応させるため、波長に対応した最適な動作点を得ることができる。

また、本発明に係る光変調装置は、光を出力する光源と、バイアス電圧による所定動作点を基準に、前記光源から光導波路の入力端に入力される入力光を強度変調した光信号を前記光導波路の出力端から出力するＭＺ型光変調器と、前記ＭＺ型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の光入力強度を検知して該光入力強度に関する光入力強度情報を出力する光入力強度検知回路と、前記ＭＺ型光変調器の前記光導波路の前記出力端から出力される前記光信号の光出力強度を検知して該光出力強度に関する光出力強度情報を出力する光出力強度検知回路と、前記光入力強度検知回路から出力される前記光入力強度情報及び前記光出力強度検知回路から出力される前記光出力強度情報を基にした前記光入力強度に対する前記光出力強度の光強度比と所定リファレンス光強度比との差分に対応した前記バイアス電圧を出力するバイアス電圧設定回路と、を有する光変調装置であって、前記バイアス電圧設定回路は、前記ＭＺ型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の波長に関する波長情報を基に、該波長情報に対応した前記所定リファレンス光強度比を設定することを特徴とする。

上記発明では、光入力強度と光出力強度との光強度比の参照値となる所定リファレンス光強度比を波長に対応させるため、光源からの入力光の波長に対応した最適な動作点を得ることができる。また、光導波路への入力光の光入力強度を検知するため、入力光の光強度が変化しても一定の光出力強度の光信号を得ることができる。

上記光変調装置において、前記ＭＺ型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の波長を検知して該波長に関する波長情報を前記バイアス電圧設定回路へ出力する光波長検知回路をさらに有することが望ましい。

波長の異なる光源が接続されても、光源からの入力光の波長を検知して波長に対応した最適な動作点を得ることができる。また、入力光の波長を検知する光波長検知回路を有すると、入力光の波長が時々刻々に変化しても、波長に対応した最適な動作点を得ることができる。

また、上記光変調装置において、前記光源が、出力する光の波長を可変できる波長可変光源であることが望ましい。

光源を波長可変光源とすると、光導波路の出力端から出力される光信号の波長を可変することができ、柔軟に波長設定をすることができる。

本発明に係る光変調器制御方法は、プロセッサが制御するバイアス電圧による所定動作点を基準にして、ＭＺ型光変調器の光導波路の入力端への一定強度の入力光を光強度変調させる光変調器制御方法であって、前記プロセッサが、前記ＭＺ型光変調器の前記光導波路の出力端から出力される光信号の光出力強度を取得するステップと、前記ＭＺ型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の波長を取得するステップと、取得した前記波長に対応した所定リファレンス光強度を設定するステップと、取得した前記光出力強度と前記所定リファレンス光強度との差分が０に近づくように前記バイアス電圧を設定するステップと、を有することを特徴とする。

上記発明では、光出力強度の参照値となる所定リファレンス光強度をＭＺ型光変調器の光導波路の入力端に入力される入力光の波長に対応させるため、波長に対応した最適な動作点を得ることができる。また、プロセッサによるデジタル信号によってＭＺ型光変調器を制御することで、入力光の波長が時々刻々に変化しても、波長に対応した所定リファレンス光強度を設定して最適な動作点を得ることができる。

また、本発明に係る光変調器制御方法は、プロセッサが制御するバイアス電圧による所定動作点を基準にして、ＭＺ型光変調器の光導波路の入力端への入力光を光強度変調させる光変調器制御方法であって、前記プロセッサが、前記ＭＺ型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の光入力強度を取得するステップと、前記ＭＺ型光変調器の前記光導波路の出力端から出力される光信号の光出力強度を取得するステップと、前記ＭＺ型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の波長を取得するステップと、取得した前記波長に対応した所定リファレンス光強度比を設定するステップと、取得した前記光入力強度と前記光出力強度との光強度比を算出するステップと、算出した前記光強度比と前記所定リファレンス光強度比との差分が０に近づくように前記バイアス電圧を設定するステップと、を有することを特徴とする。

上記発明では、光入力強度と光出力強度との光強度比の参照値となる所定リファレンス光強度比を波長に対応させるため、波長に対応した最適な動作点を得ることができる。また、プロセッサによるデジタル信号によってＭＺ型光変調器を制御することで、入力光の波長が時々刻々に変化しても、波長に対応した所定リファレンス光強度比を設定して最適な動作点を得ることができる。また、光導波路への入力光の光入力強度を取得するため、入力光の光強度が変化しても一定の光出力強度の光信号を得ることができる。

本発明に係る光変調装置では、ＭＺ型光変調器の光導波路の入力端に入力される入力光の波長に対応した最適な動作点を基準にして許容範囲内で一定の品質の光強度を有する光信号を出力することができる。また、本発明に係る光変調器制御方法では、光導波路への入力光の波長が時々刻々に変化しても、波長に対応した所定リファレンス光強度又は所定リファレンス光強度比を設定して最適な動作点を得ることができる。

以下、図１から図１０を参照して本発明の実施の形態について具体的に説明するが、本発明はこれらの記載に限定して解釈されない。

（実施形態１）
図１に本実施形態に係る光変調装置の概略構成図を示す。本実施形態に係る光変調装置１００は、光源１１から出力され、光導波路の入力端３２に入力される一定光強度の入力光９５ｂをバイアス電圧９５ｆによる所定動作点を基準に強度変調した光信号９５ｃを光導波路の出力端３３から出力するＭＺ型光変調器３４と、ＭＺ型光変調器３４の光導波路の出力端３３から出力される光信号９５ｃの光出力強度を検知して光出力強度に関する光強度情報を出力する光出力強度検知回路４０と、光出力強度検知回路４０から出力される光強度情報を基に、光出力強度と所定リファレンス光強度との差分に対応したバイアス電圧９５ｆを出力するバイアス電圧設定回路５０と、を有する。また、入力端３２に入力される入力光９５ｂの波長を検知する光波長検知回路１０を有する。

光源１１は、一定光強度の光を出力する。光源１１は、光変調装置１００に含まれる場合も、含まれない場合もある。光変調装置１００に光源１１が含まれない場合、光変調装置１００の外部に光源１１を設けることになる。一方、光変調装置１００に光源１１が含まれる場合、電気信号情報を光信号に変換して伝送する光変調装置として光変調装置１００を使用することができる。また、光変調装置１００に光源１１が含まれる場合、光源１１は、出力する光の波長を可変できる波長可変光源であることが望ましい。光源１１を波長可変光源とすると、光導波路の出力端３３から出力される光信号９５ｃの波長を可変することができ、柔軟に波長設定をすることができる。

ＭＺ型光変調器３４は、図８、図９で説明したように、入力端３２に入力された入力光９５ｂを図８に示すバイアス電圧９３ａによる所定動作点を基準に光強度変調する。

光出力強度検知回路４０は、出力端３３から出力される光信号９５ｃの光出力強度を検知する回路で、光信号９５ｃの一部を分岐する光部品を有する。光信号９５ｃを分岐するためには、例えば図１に示すように、光カプラ４１を用いることとしてもよいが、受光面を光信号９５ｃの進行方向に対して斜めに配置したハーフミラーを用いて光信号９５ｃを分岐することとしてもよい。光カプラ４１及びハーフミラーは共に汎用の光学部品で、これらの光学部品によって簡単に光信号９５ｃを分岐することができる。分岐した光信号の光強度を検知するために、図１に示すように受光素子としてフォトダイオード４２を用いることとしてもよい。また、フォトダイオードとトランジスタを結合したフォトトランジスタを用いることとしてもよい。フォトダイオード４２は汎用の電子部品で、簡単に受光した光の光強度を検知することができる。また、受光素子としてフォトトランジスタを用いると、光信号から電気信号への変換と電気信号の増幅を１つの素子で実現することができる。フォトダイオード４２が受光した光の光強度は、光強度に応じた電流が抵抗４３に流れることによって電気信号９５ｄに変換される。変換された電気信号９５ｄは、バッファ用アンプ４４に入力され、光強度情報としての電気信号９５ｅが出力される。なお、受光素子としてフォトダイオード４２を用いると、光信号９５ｃの光強度は平均値として検知されるが、光強度は光信号９５ｃの極大値を検知することとしてもよい。いずれの場合でも、光信号９５ｃの光強度として用いることができる。

バイアス電圧設定回路５０は、光出力強度検知回路４０から出力される光強度情報を基に、光出力強度と予め設定した所定リファレンス光強度との差分に対応したバイアス電圧９５ｆを出力する。例えば、光強度情報としての電気信号９５ｅと所定リファレンス光強度としての所定リファレンス電圧９５ｇを負帰還回路５２に入力して、差分に応じて一定倍率のバイアス電圧９５ｆを出力する。

所定リファレンス光強度は、入力端３２に入力される入力光の波長に関する波長情報を基に、波長情報に対応して設定する。波長情報は、バイアス電圧設定回路５０に対して手動によって設定してもよいが、図１に示すように光波長検知回路１０を設けることが望ましい。光波長検知回路１０を設けることで、入力光９５ｂの波長が時々刻々に変化しても、波長に対応した最適な動作点を得ることができる。光波長検知回路１０では、入力端３２に入力される入力光９５ｂの波長を検知するために、光源１１から出力される光９５ａの一部を分岐する。光９５ａを分岐するためには、例えば図１に示すように、光カプラ１２を用いることとしてもよいが、受光面を光９５ａの進行方向に対して斜めに配置したハーフミラーを用いて分岐することとしてもよい。分岐した光は、波長検知器１３に入力され、波長が検知される。波長検知器１３には、例えばエタロンフィルタを利用することができる。波長情報を手動によって設定する場合は、例えばバイアス電圧設定回路５０に複数のディップスイッチを設けてディップスイッチのＯＮ、ＯＦＦの信号列で波長情報を設定することとしてもよい。また、可変抵抗を設けて電気信号を増減させることによって波長情報を設定することとしてもよい。いずれも簡単な構成によって波長情報の手動設定を実現することができる。

図４に、エタロンフィルタを利用した波長検知器の概略構成図を示す。波長検知器１３は、入力光９５ｍの進行方向に対して受光面を斜めに配置したハーフミラー８３と、ハーフミラー８３を透過した光の波長によって透過率が変化するエタロンフィルタ８４と、エタロンフィルタ８４を透過した光を受光する受光素子８２と、ハーフミラー８３からの反射光を受光する受光素子８１と、を有する。図５にエタロンフィルタの透過率特性の概略図を示す。図５において、横軸は波長を示し、縦軸は光の透過率を示す。図５に示すエタロンフィルタの透過率特性では、波長が増加するに従って透過率が増加する。

まず、波長検知器１３に入力された入力光９５ｍは、ハーフミラー８３によって一部が反射され、一部はハーフミラー８３を透過する。ハーフミラー８３を透過した光は、光の波長に応じた透過率でエタロンフィルタ８４を透過し、受光素子８２によって受光される。一方、ハーフミラー８３によって反射された光は、受光素子８１によって受光される。ハーフミラー８３の透過率が５０％である場合、ハーフミラー８３を透過した光とハーフミラー８３で反射した光の光強度は一致するが、ハーフミラー８３透過後の光の光強度は、エタロンフィルタ８４を透過することによって減少する。そのため、受光素子８２と受光素子８１とで受光した光の光強度が異なる。この差異を検知して図５に示すエタロンフィルタ８４の透過率特性を対応させることによって、入力光９５ｍの波長を検知することができる。例えば、受光素子８２よって受光した光の光強度が、受光素子８１によって受光した光の光強度の３０％である場合、図５に示すように透過率３０％のときの波長λ_１が入力光９５ｍの波長となる。

図１に示す光波長検知回路１０によって検知された入力光９５ｂの波長の波長情報は、電気信号９５ｋとして出力される。バイアス電圧設定回路５０は、例えば光波長検知回路１０から出力される電気信号９５ｋを処理して所定リファレンス電圧としての所定リファレンス電圧９５ｇを出力するプロセッサ６１と、入力光９５ｂの波長に対応した所定リファレンス光強度のテーブルを記憶した半導体メモリ（不図示）と、備えており、光波長検知回路１０から出力された電気信号９５ｋを基に、プロセッサ６１がテーブルから所定リファレンス光強度を呼び出して所定リファレンス電圧９５ｇに変換して出力する。また、プロセッサ６１に入力される電気信号９５ｋをデジタル信号に変換するために、プロセッサ６１の入力の前段部にＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器を設けることとしてもよい。また、プロセッサ６１から出力される所定リファレンス電圧９５ｇをアナログ信号とするために、プロセッサ６１の出力の後段部にＤ／Ａ（デジタル／アナログ）変換器を設けることとしてもよい。

なお、図１では、光源１１と光波長検知回路１０とＭＺ型光変調器３４とが直列に接続された形態を示しているが、光源１１から同一の光を２種の方向から出力して、一方を光波長検知回路１０に入力することとしてもよい。この場合、光源１１から光波長検知回路１０に直接光が入力されるために、光カプラ１２は不要となる。

所定リファレンス光強度としての所定リファレンス電圧９５ｇを図１０に示すように、Ｖ_ＲＥＦＮの位置に設定するとバイアス電圧９３ｃが移動してバイアス電圧９３ｂの位置に戻るため、最適な動作点９８を得ることができる。従来の光変調装置では、出力端から光信号が出力されない場合があったが、最適な動作点を得ることで、図１に示す入力光９５ｂの波長によらず許容範囲内で一定の品質の強度の光信号を出力することができる。

所定リファレンス光強度としての所定リファレンス電圧は、例えば、図６に示すような設定例を適用することができる。図６は、ＩＴＵ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＵｎｉｏｎ）グリッド波長における所定リファレンス電圧の設定例を示す。ここで、ＩＴＵは、電気通信に関する国際標準の策定を目的とする国際機関で、ＩＴＵグリッド波長はＩＴＵが定めた通信用光に関する国際規格である。図６において、横軸は入力光の波長を示し、縦軸は入力光の波長に対応した所定リファレンス電圧（Ｖ_ＲＥＦ）を示す。横軸において、λｎはそれぞれＩＴＵグリッド波長における中心波長を示す。図６に示す所定リファレンス電圧は、例えば次のようにして得ることができる。

まず、図１に示す光変調装置１００において、バイアス電圧設定回路５０の機能を無効として、一定波長の入力光９５ｂを入力端３２に入力する。出力端３３から出力された光信号９５ｃを光出力強度検知回路４０によって光出力強度を検知しながら、最適な波形となるようにバイアス電圧９５ｆを変動させる。最適な波形となったときの光出力強度を電気信号に変換する。変換した電気信号の信号電圧を所定リファレンス電圧とする。この操作を、入力光９５ｂの波長ごとに行えば、入力光９５ｂの波長に対応した所定リファレンス電圧を図６に示すように得ることができる。

ここで、光変調装置１００の動作手順を図１、図６を用いて説明する。予め、図６に示す波長に対応した所定リファレンス電圧を図１に示すプロセッサ６１の半導体メモリ（不図示）に記憶させておく。図６の所定リファレンス電圧を決定する方法は、前述したとおりである。

光源１１から出力された一定光強度の光９５ａを光カプラ１２によって２分岐し、一方を波長検知器１３に入力し、他方をＭＺ型光変調器３４の入力端３２に入力する。波長検知器１３では、入力された光の波長を検知して、波長情報としての電気信号９５ｋをバイアス電圧設定回路５０のプロセッサ６１に入力する。プロセッサ６１は、波長情報を基に、波長に対応した所定リファレンス電圧９５ｇを読み出し、負帰還回路５２に入力する。

ＭＺ型光変調器３４では、入力端３２から入力された入力光９５ｂをバイアス電圧９５ｆによる動作点を基準に光強度変調して出力端３３から出力する。出力端３３から出力された光信号９５ｃを光カプラ４１によって２分岐し、一方を光出力信号９５ｎとして出力し、他方をフォトダイオード４２に受光させる。フォトダイオード４２は、受光した光の光強度に応じた電流を発生する。発生した電流を抵抗４３に流して電流量に応じた電気信号９５ｄに変換する。変換した電気信号９５ｄをバッファ用アンプ４４に入力し、光強度情報としての電気信号９５ｅを負帰還回路５２に入力する。

負帰還回路５２では、入力された光強度情報としての電気信号９５ｅの信号電圧と所定リファレンス光強度としての所定リファレンス電圧９５ｇとの差分に応じた一定倍率のバイアス電圧９５ｆをＭＺ型光変調器３４に入力する。一連の操作を繰り返し行うことで、出力端３３から出力される光信号９５ｃの光強度が入力端３２に入力される入力光９５ｂの波長にかかわらず、一定となる。

（実施形態２）
図２に本実施形態に係る光変調装置の概略構成図を示す。本実施形態に係る光変調装置２００は、光源１１から出力され、光導波路の入力端３２に入力される入力光９５ｂをバイアス電圧９５ｆによる所定動作点を基準に強度変調した光信号９５ｃを光導波路の出力端３３から出力するＭＺ型光変調器３４と、ＭＺ型光変調器３４の光導波路の入力端３２への入力光９５ｂの光入力強度を検知して光入力強度に関する光入力強度情報を出力する光入力強度検知回路２０と、ＭＺ型光変調器３４の光導波路の出力端３３から出力される光信号９５ｃの光出力強度を検知して光出力強度に関する光出力強度情報を出力する光出力強度検知回路４０と、光入力強度検知回路２０から出力される光入力強度情報及び光出力強度検知回路４０から出力される光出力強度情報を基にした光入力強度に対する光出力強度の光強度比と所定リファレンス光強度比との差分に対応したバイアス電圧９５ｆを出力するバイアス電圧設定回路６０と、を有する。また、入力端３２に入力される入力光９５ｂの波長を検知する光波長検知回路１０を有する。本実施形態に係る光変調装置２００では、ＭＺ型光変調器３４及び光源１１は、第１実施形態で説明したものと同一であるため、これらの説明は省略する。また、光入力強度検知回路２０は、第１実施形態で説明した光出力強度検知回路４０と同様の構成であるため、説明は省略する。

図２に示す光変調装置２００は、第１実施形態で説明した光変調装置に、ＭＺ型光変調器３４の光導波路の入力端３２への入力光９５ｂの光入力強度を検知して光入力強度に関する光入力強度情報を出力する光入力強度検知回路２０をさらに設けた形態の光変調装置である。そのため、バイアス電圧設定回路６０に、除算器５１を設け、光入力強度検知回路２０から出力される光入力強度情報及び光出力強度検知回路４０から出力される光出力強度情報を基にした光入力強度に対する光出力強度の光強度比を算出する。算出した光強度比と所定リファレンス光強度比との差分に対応したバイアス電圧９５ｆを出力する。図８、図１０では、左側の縦軸は、光出力強度を示しているが、左側の縦軸を光入力強度に対する光出力強度の光強度比としても、変調特性９０ａと同様の正弦波形状をした曲線を得ることができる。そのため、算出した光強度比と所定リファレンス光強度比との差分９２（図８）に対応したバイアス電圧９５ｆを設定することで、入力端３２に入力される入力光９５ｂの光強度が一定でなくても、入力光９５ｂの光強度と出力端３３から出力される光信号９５ｃの光強度との光強度比が一定となるように、一定の光出力信号９５ｎを得ることができる。

なお、図２では、光源１１と光波長検知回路１０と光入力強度検知回路２０とＭＺ型光変調器３４とが直列に接続された形態を示しているが、光源１１から同一の光を３種の方向から出力して、１つを光波長検知回路１０に入力して、１つを光入力強度検知回路２０に入力して、１つをＭＺ型光変調器３４に入力することとしてもよい。この場合、光源１１から光波長検知回路１０に直接光が入力されるために、光カプラ１２及び光カプラ２１は不要となる。

本実施形態でも、第１実施形態で説明した所定リファレンス電圧（図６）を光入力強度に対する光出力強度の光強度比に対して予め決定しておく必要がある。例えば次のようにして決定することができる。

まず、図２に示す光変調装置２００において、バイアス電圧設定回路６０の機能を無効として、一定波長の入力光９５ｂを入力端３２に入力する。入力端３２に入力される入力光９５ｂの光入力強度を光入力強度検知回路２０によって検知し、出力端３３から出力された光信号９５ｃの光出力強度を光出力強度検知回路４０によって検知しながら、最適な波形となるようにバイアス電圧９５ｆを変動させる。最適な波形となったときの、光入力強度と光出力強度との光強度比を電気信号に変換する。変換した電気信号の信号電圧を所定リファレンス電圧とする。この操作を、入力光９５ｂの波長ごとに行えば、入力光９５ｂの波長に対応した所定リファレンス電圧を決定することができる。

ここで、光変調装置２００の動作手順を図２、図６を用いて説明する。予め、図６に示す波長に対応した所定リファレンス電圧を図２に示すプロセッサ６２の半導体メモリ（不図示）に記憶させておく。図６の所定リファレンス電圧を決定する方法は、前述したとおりである。

光源１１から出力された光９５ａを光カプラ１２によって２分岐し、一方を波長検知器１３に入力し、他方を光入力強度検知回路２０に入力する。波長検知器１３では、入力された光の波長を検知して、波長情報としての電気信号９５ｋをバイアス電圧設定回路６０のプロセッサ６２に入力する。プロセッサ６２は、波長情報を基に、波長に対応した所定リファレンス電圧９５ｇを読み出し、負帰還回路５２に入力する。

光入力強度検知回路２０では、光波長検知回路１０から出力された光を光カプラ２１によって２分岐し、一方をＭＺ型光変調器３４に入力し、他方をフォトダイオード２２に受光させる。フォトダイオード２２は、受光した光強度に応じた電流を発生する。発生した電流を抵抗２３に流して電流量に応じた電気信号９５ｐに変換する。変換した電気信号９５ｐをバッファ用アンプ２４に入力し、光入力強度情報としての電気信号９５ｑを除算器５１に入力する。

ＭＺ型光変調器３４では、入力端３２から入力された入力光９５ｂをバイアス電圧９５ｆによる動作点を基準に光強度変調して出力端３３から出力する。出力端３３から出力された光信号９５ｃを光カプラ４１によって２分岐し、一方を光出力信号９５ｎとして出力し、他方をフォトダイオード４２に受光させる。フォトダイオード４２は、受光した光強度に応じた電流を発生する。発生した電流を抵抗４３に流して電流量に応じた電気信号９５ｄに変換する。変換した電気信号９５ｄをバッファ用アンプ４４に入力し、光出力強度情報としての電気信号９５ｅを除算器５１に入力する。

除算器５１では、光入力強度情報としての電気信号９５ｑと光出力強度情報としての電気信号９５ｅとの比を算出し光強度比としての電気信号を出力して、負帰還回路５２に入力する。

負帰還回路５２では、除算器５１から負帰還回路５２に入力された光強度比としての電気信号の信号電圧とプロセッサ６２から負帰還回路５２に入力された所定リファレンス光強度比としての所定リファレンス電圧９５ｇとの差分に応じた一定倍率のバイアス電圧９５ｆをＭＺ型光変調器３４に入力する。一連の操作を繰り返し行うことで、出力端３３から出力される光信号９５ｃの光強度が入力端３２に入力される入力光９５ｂの波長及び光強度にかかわらず、一定となる。

（実施形態３）
図３に本実施形態に係る光変調装置の概略構成図を示す。本実施形態に係る光変調装置３００は、第２実施形態で説明した光変調装置のバイアス電圧設定回路での処理をすべてプロセッサ６３が行ってＭＺ型光変調器３４を制御する形態の光変調装置である。プロセッサ６３によるデジタル信号によってＭＺ型光変調器３４を制御することで、入力光９５ｂの波長が時々刻々に変化しても、波長に対応した所定リファレンス光強度比を設定して最適な動作点を得ることができる。

バイアス電圧設定回路７０以外の回路、ＭＺ型光変調器３４及び光源１１は、第１実施形態又は第２実施形態で説明したものと同様であるため、これらの説明は省略する。ここでは、バイアス電圧設定回路７０の処理の流れについてのみ説明する。

図７に、バイアス電圧設定回路７０の処理フローを示す。図７に示す処理フローは、図３に示すＭＺ型光変調器３４の光導波路の入力端３２に入力される入力光９５ｂの光入力強度を取得するステップＳ１と、ＭＺ型光変調器３４の光導波路の出力端３３から出力される光信号９５ｃの光出力強度を取得するステップＳ２と、ＭＺ型光変調器３４の光導波路の入力端３２に入力される入力光の波長を取得するステップＳ３と、取得した波長に対応した所定リファレンス光強度比を設定するステップＳ４と、取得した光入力強度と光出力強度との光強度比を算出するステップＳ５と、算出した光強度比と所定リファレンス光強度比との差分が０に近づくようにバイアス電圧９５ｆを設定するステップＳ６と、を有する。また、バイアス電圧９５ｆの初期値を設定するステップＳ０を有していてもよい。図８、図１０では、共に、変調特性の傾きが負の領域で動作点を得る形態を示しているが、ステップＳ０によってバイアス電圧９５ｆの初期値を設定することによって、変調特性の傾きが正の領域で動作点を得ることもできる。

図７では、ステップＳ１、ステップＳ２及びステップＳ３の処理をこの順に行う形態を示しているが、処理の前後関係は後の処理に影響を与えないため、ステップＳ１、ステップＳ２及びステップＳ３とは、処理が前後してもよい。また、ステップＳ４とステップＳ５とは処理が前後してもステップＳ６に対する影響がないため、ステップＳ４は、ステップＳ３とステップＳ６との間で処理すればよく、ステップＳ５は、ステップＳ１及びステップＳ２以降で且つステップＳ６の前で処理すればよい。また、ＭＺ型光変調器３４の光導波路の入力端３２に入力される入力光９５ｂの光入力強度が一定である場合は、ステップＳ１、Ｓ５を省くことができる。このとき、ステップＳ４では、ステップＳ３で取得した波長に対応した所定リファレンス光強度を設定するステップとし、ステップＳ６では、ステップＳ２で取得した光出力強度とステップＳ４で設定した所定リファレンス光強度との差分が０に近づくようにバイアス電圧を設定するステップとする。

ステップＳ６では、例えば、ステップＳ６１において、光強度比と所定リファレンス光強度比との差分を計算して、計算結果に定数Ｋ（Ｋ＞０）を乗じた結果をパラメータＶに代入する。次にステップＳ６２において、バイアス電圧にパラメータＶを足し合わせたものを新たなバイアス電圧として設定する。例えば、図７に示す処理フローのスタート直後に、図３に示すＭＺ型光変調器３４の出力端３３から出力される光信号９５ｃの変調特性が図８に示す変調特性９０ａとなる場合を想定する。また、バイアス電圧９３ａによる動作点９７を基準とした光強度変調を行う場合を想定する。このとき、左側の縦軸は、光入力強度と光出力強度との光強度比を示す。また、右側の縦軸は、光入力強度と光出力強度との光強度比を電気信号に変換し、変換した電気信号の電圧値を示す。ステップＳ０からステップＳ６によってバイアス電圧を設定すると、図８に示す光強度比と所定リファレンス光強度比との差分９２が正の場合はバイアス電圧９３ａを大きくし、光強度比と所定リファレンス光強度比との差分９２が負の場合はバイアス電圧９３ａを小さくするように設定することができる。ステップＳ１からステップＳ６までの処理を繰り返し行い、定数Ｋを適当な値に設定すると、光強度比と所定リファレンス光強度比との差分９２が０に近づいていく。そのため、図３に示す出力端３３から出力される光信号９５ｃの光強度が入力端３２に入力される入力光９５ｂの波長及び光強度にかかわらず、一定となる。

本実施の形態では、ステップＳ４において光入力強度と光出力強度との光強度比の参照値となる所定リファレンス光強度比を波長に対応させるため、波長に対応した最適な動作点を得ることができる。また、ステップＳ１において光導波路への入力光の光入力強度を取得するため、入力光の光強度が変化しても一定の光出力強度の光信号を得ることができる。なお、図８、図１０では、共に、変調特性の傾きが負の領域で動作点を得ていたが、当然に変調特性の傾きが正の領域で動作点を得ることもできる。この場合、図７での処理フローでは、定数ＫをＫ＜０とする。

第１実施形態に係る光変調装置の概略構成図である。第２実施形態に係る光変調装置の概略構成図である。第３実施形態に係る光変調装置の概略構成図である。波長検知器の概略構成図である。エタロンフィルタの透過率特性の概略図である。ＩＴＵグリッド波長における所定リファレンス電圧の設定例である。バイアス電圧設定回路の処理フローの１例を示した図である。ＭＺ型光変調器の変調特性がドリフトする様子を示した概略図である。ＭＺ型光変調器の概略構成図である。変調特性が変化する様子を示した概略図である。

符号の説明

１０光波長検知回路
１１光源
１２、２１、４１光カプラ
１３波長検知器
２０光入力強度検知回路
２２、４２フォトダイオード
２３、４３抵抗
２４、４４バッファ用アンプ
３０変調部
３２入力端
３３出力端
３４ＭＺ型光変調器
３５ａ、３５ｂ電極端子
３６変調信号用電源
３７バイアス電圧用電源
３８光導波路
３９ａ、９５ａ光
３９ｂ、３９ｃ、９５ｃ光信号
４０光出力強度検知回路
５０、６０、７０バイアス電圧設定回路
５１除算器
５２負帰還回路
６１、６２、６３プロセッサ
８１、８２受光素子
８３ハーフミラー
８４エタロンフィルタ
９０ａ、９０ｂ、９０ｄ変調特性
９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ、９１ｅ、９１ｆ、９１ｇ矢印
９２差分
９３ａ、９３ｂ、９３ｃ、９５ｆバイアス電圧
９４変調信号
９５ｂ、９５ｍ入力光
９５ｄ、９５ｅ、９５ｈ、９５ｋ、９５ｐ、９５ｑ電気信号
９５ｇ所定リファレンス電圧
９５ｎ光出力信号
９６、９７、９８動作点
１００、２００、３００光変調装置

Claims

バイアス電圧による所定動作点を基準に、光導波路の入力端に入力される一定光強度の入力光を強度変調した光信号を前記光導波路の出力端から出力するマッハツェンダー型光変調器と、
前記マッハツェンダー型光変調器の前記光導波路の前記出力端から出力される前記光信号の光出力強度を検知して該光出力強度に関する光強度情報を出力する光出力強度検知回路と、
前記光出力強度検知回路から出力される前記光強度情報を基に、前記光出力強度と所定リファレンス光強度との差分に対応した前記バイアス電圧を出力するバイアス電圧設定回路と、
前記マッハツェンダー型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の波長を検知して該波長に関する波長情報を前記バイアス電圧設定回路へ出力する光波長検知回路と、
を有する光変調装置であって、
前記バイアス電圧設定回路は、前記マッハツェンダー型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の波長に関する波長情報を基に、該波長情報に対応した前記所定リファレンス光強度を設定することを特徴とする光変調装置。
バイアス電圧による所定動作点を基準に、光導波路の入力端に入力される入力光を強度変調した光信号を前記光導波路の出力端から出力するマッハツェンダー型光変調器と、
前記マッハツェンダー型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の光入力強度を検知して該光入力強度に関する光入力強度情報を出力する光入力強度検知回路と、
前記マッハツェンダー型光変調器の前記光導波路の前記出力端から出力される前記光信号の光出力強度を検知して該光出力強度に関する光出力強度情報を出力する光出力強度検知回路と、
前記光入力強度検知回路から出力される前記光入力強度情報及び前記光出力強度検知回路から出力される前記光出力強度情報を基にした前記光入力強度に対する前記光出力強度の光強度比と所定リファレンス光強度比との差分に対応した前記バイアス電圧を出力するバイアス電圧設定回路と、
前記マッハツェンダー型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の波長を検知して該波長に関する波長情報を前記バイアス電圧設定回路へ出力する光波長検知回路と、
を有する光変調装置であって、
前記バイアス電圧設定回路は、前記マッハツェンダー型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の波長に関する波長情報を基に、該波長情報に対応した前記所定リファレンス光強度比を設定することを特徴とする光変調装置。
一定強度の光を出力する光源と、
バイアス電圧による所定動作点を基準に、前記光源から光導波路の入力端に入力される一定光強度の入力光を強度変調した光信号を前記光導波路の出力端から出力するマッハツェンダー型光変調器と、
前記マッハツェンダー型光変調器の前記光導波路の前記出力端から出力される前記光信号の光出力強度を検知して該光出力強度に関する光強度情報を出力する光出力強度検知回路と、
前記光出力強度検知回路から出力される前記光強度情報を基に、前記光出力強度と所定リファレンス光強度との差分に対応した前記バイアス電圧を出力するバイアス電圧設定回路と、
前記マッハツェンダー型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の波長を検知して該波長に関する波長情報を前記バイアス電圧設定回路へ出力する光波長検知回路と、
を有する光変調装置であって、
前記バイアス電圧設定回路は、前記マッハツェンダー型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の波長に関する波長情報を基に、該波長情報に対応した前記所定リファレンス光強度を設定することを特徴とする光変調装置。
光を出力する光源と、
バイアス電圧による所定動作点を基準に、前記光源から光導波路の入力端に入力される入力光を強度変調した光信号を前記光導波路の出力端から出力するマッハツェンダー型光変調器と、
前記マッハツェンダー型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の光入力強度を検知して該光入力強度に関する光入力強度情報を出力する光入力強度検知回路と、
前記マッハツェンダー型光変調器の前記光導波路の前記出力端から出力される前記光信号の光出力強度を検知して該光出力強度に関する光出力強度情報を出力する光出力強度検知回路と、
前記光入力強度検知回路から出力される前記光入力強度情報及び前記光出力強度検知回路から出力される前記光出力強度情報を基にした前記光入力強度に対する前記光出力強度の光強度比と所定リファレンス光強度比との差分に対応した前記バイアス電圧を出力するバイアス電圧設定回路と、
前記マッハツェンダー型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の波長を検知して該波長に関する波長情報を前記バイアス電圧設定回路へ出力する光波長検知回路と、
を有する光変調装置であって、
前記バイアス電圧設定回路は、前記マッハツェンダー型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の波長に関する波長情報を基に、該波長情報に対応した前記所定リファレンス光強度比を設定することを特徴とする光変調装置。
前記光源が、出力する光の波長を可変できる波長可変光源であることを特徴とする請求項３又は４に記載の光変調装置。
プロセッサが制御するバイアス電圧による所定動作点を基準にして、マッハツェンダー型光変調器の光導波路の入力端への一定強度の入力光を光強度変調させる光変調器制御方法であって、前記プロセッサが、
前記マッハツェンダー型光変調器の前記光導波路の出力端から出力される光信号の光出力強度を取得するステップと、
前記マッハツェンダー型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の波長を取得するステップと、
取得した前記波長に対応した所定リファレンス光強度を設定するステップと、
取得した前記光出力強度と前記所定リファレンス光強度との差分が０に近づくように前記バイアス電圧を設定するステップと、
を有することを特徴とする光変調器制御方法。
プロセッサが制御するバイアス電圧による所定動作点を基準にして、マッハツェンダー型光変調器の光導波路の入力端への入力光を光強度変調させる光変調器制御方法であって、前記プロセッサが、
前記マッハツェンダー型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の光入力強度を取得するステップと、
前記マッハツェンダー型光変調器の前記光導波路の出力端から出力される光信号の光出力強度を取得するステップと、
前記マッハツェンダー型光変調器の前記光導波路の前記入力端に入力される前記入力光の波長を取得するステップと、
取得した前記波長に対応した所定リファレンス光強度比を設定するステップと、
取得した前記光入力強度と前記光出力強度との光強度比を算出するステップと、
算出した前記光強度比と前記所定リファレンス光強度比との差分が０に近づくように前記バイアス電圧を設定するステップと、
を有することを特徴とする光変調器制御方法。