JP5671130B1 - 光送信機及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バイアス電圧の初期値がいかなる値であっても適切なバイアス電圧に制御する。【解決手段】光変調器が備える第１及び第２の光位相変調部と光位相シフタとのバイアス電圧を設定する際に、コントローラは、位相シフタのバイアス電圧を半波長電圧Ｖπ変化させるごとに第１及び第２の光位相変調部に対するバイアス電圧を収束させる処理を複数回行い、第１及び第２の光位相変調部に対するバイアス電圧それぞれの平均値を第１及び第２の光位相変調部に対するバイアス電圧とし、第１及び第２の光位相変調部に当該バイアス電圧を供給して光位相シフタに対するバイアス電圧を収束させる。【選択図】図３

Description

本発明は、多値ＱＡＭ（Quadrature Amplitude modulation）用光送信機のバイアス電圧自動制御に関する。

光伝送システムに用いる伝送符号として、低いシンボルレートで大容量の光信号を送信可能な光ＱＡＭ信号が注目を集めている。最も単純なＱＡＭは４値ＱＡＭであり、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）と呼ばれる。一部の図面では簡単のためにＱＰＳＫに限定した説明を行うが、本願はＱＰＳＫに限らず、ｎを整数として、全てのｎ^２値光ＱＡＭ信号に用いることが可能である。なお、以下の説明において、図面及び数式上では、文字の上にバーが付与された符号があるが、明細書中では、￣の次に文字を記すことでこれを表す。

図７は、従来技術における光送信機の典型的な構成例を示す図である。図７に示す光送信機はＩＱ光変調器Ｍを用いてｎ^２値光ＱＡＭ信号を生成する。説明を簡単にするために、前置分散補償などの複雑な処理は行わないものとするが、光ＱＡＭ信号のスペクトル幅を狭めて周波数利用効率を高めるために、駆動信号（第１及び第２のｎ値データ）はローパスフィルタ（ＬＰＦ）によって帯域が削減されているものとする。

図７に示す光送信機は、第１のローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０１、第２のローパスフィルタ（ＬＰＦ）２０２、第１の駆動アンプ６、第２の駆動アンプ７、ＩＱ光変調器Ｍ、第１のバイアス電源８、第２のバイアス電源９、第３のバイアス電源１０、第１の差動出力ＤＣアンプ２０３、及び、第２の差動出力ＤＣアンプ２０４を備えている。

ＩＱ光変調器Ｍは、第１の光カプラ１、第１の光位相変調部２、第２の光位相変調部３、光位相シフタ４、及び、第２の光カプラ５を備えている。ＩＱ光変調器Ｍに入力されたＣＷ光は、第１の光カプラ１により２つに分割される。第１の光カプラ１により分割された２つのＣＷ光は、一方が第１の光位相変調部２に入力され、他方が第２の光位相変調部３に入力される。

第１の光位相変調部２と第２の光位相変調部３とは、通常、ＭＺＩ（Mach-Zehnder Interferometer：マッハツェンダ干渉計）型の光変調器によって構成される。第１の光位相変調部２は、第１の駆動信号用電極６１ａを介して入力されるデータ信号Ｄａｔａ１と、第１の駆動信号用電極６１ｂを介して入力されるデータ信号￣Ｄａｔａ１のロジックに対応して、ＣＷ光の位相及び光強度を相対的に変化させて出力する。第２の光位相変調部３は、第２の駆動信号用電極７１ａを介して入力されるデータ信号Ｄａｔａ２と、第２の駆動信号用電極７１ｂを介して入力されるデータ信号￣Ｄａｔａ２のロジックに対応して、ＣＷ光の位相及び光強度を相対的に変化させて出力する。

第２の光位相変調部３の出力光は、光位相シフタ４によってθ_３の位相差が加えられる。光位相シフタ４は、直交バイアス電極１０１を介して入力されるバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}に応じた位相差θ_３を第２の光位相変調部３の出力に対して加えて出力する。第２の光カプラ５は、第１の光位相変調部２の出力光と、光位相シフタ４の出力光とを合波し、ｎ^２値光ＱＡＭ信号として出力する。

ｎ^２値光ＱＡＭ信号における位相差θ_３が＋π／２または−π／２のとき、最良の光ＱＡＭ信号が得られる。これは、キャリア波長の１／４に相当するが、波長は一般にマイクロメータのオーダであるため、調整は極めてシビアである。また、光ＱＡＭ信号の光品質は、光位相シフタ４の誤差に敏感であるため、光位相シフタ４の位相変化量を正しい値に調整するのは極めて重要である。

一般に、位相差θ_３の調整は、光位相シフタ４に与えるバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}を調整することで行われる。バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}は、直交バイアス電極１０１を介して第３のバイアス電源１０から供給される。なお、図７に示した光送信機では、光位相シフタ４が第２の光位相変調部３の後段に配置されている構成例を示したが、光位相シフタ４が第１の光位相変調部２の後段に配置されている構成であってもよい。また、第１の光位相変調部２の後段と、第２の光位相変調部３の後段とのそれぞれに光位相シフタ４が配置されていてもよい。

次に、第１及び第２のｎ値データ信号のもつｎ種の値と、第１の光位相変調部２及び第２の光位相変調部３の出力における光位相及び光強度の関係について説明する。前述の通り、第１の光位相変調部２及び第２の光位相変調部３には、ＭＺＩ型の光変調器を用いることが一般的である。第１の光位相変調部２は第１のｎ値データ信号（Ｄａｔａ１、￣Ｄａｔａ１）により駆動される。第２の光位相変調部３は第２のｎ値データ信号（Ｄａｔａ２、￣Ｄａｔａ２）により駆動される。

光送信機に入力される第１及び第２のｎ値データは、異なるｎ種の電圧値からなる振幅変調信号である。第１のローパスフィルタ２０１は、第１のｎ値データを入力し、第１のｎ値データの帯域を削減して、第１の駆動アンプ６に出力する。第１の駆動アンプ６は、入力される第１のｎ値データを正相と逆相との２種類の信号に増幅する。第１の駆動アンプ６は、正相の信号を第１のｎ値データ信号（Ｄａｔａ１）として第１の駆動信号用電極６１ａに出力する。また、第１の駆動アンプ６は、逆相の信号を第１のｎ値データ信号（￣Ｄａｔａ１）として第１の駆動信号用電極６１ｂに出力する。

第２のローパスフィルタ２０２は、第２のｎ値データを入力し、第２のｎ値データの帯域を削減して、第２の駆動アンプ７に出力する。第２の駆動アンプ７は、入力される第２のｎ値データを正相と逆相との２種類の信号に増幅する。第２の駆動アンプ７は、正相の信号を第２のｎ値データ信号（Ｄａｔａ２）として第２の駆動信号用電極７１ａに出力する。また、第２の駆動アンプ７は、逆相の信号を第２のｎ値データ信号（￣Ｄａｔａ２）として第２の駆動信号用電極７１ｂに出力する。

ＩＱ光変調器Ｍにおいて、第１の駆動信号用電極６１ａ及び６１ｂを介して入力される第１のｎ値データ信号は、第１の光位相変調部２が有する２つのアームそれぞれに印加され、ＣＷ光に対して±φ_１の位相シフトを生じさせる。位相遅延φ_１は、第１のｎ値データ信号におけるｎ種の値に対応して変化する。第２の駆動信号用電極７１ａ及び７１ｂを介して入力される第２のｎ値データ信号は、第２の光位相変調部３が有する２つのアームそれぞれに印加され、ＣＷ光に対して±φ_２の位相シフトを生じさせる。位相遅延φ_２は、第２のｎ値データ信号におけるｎ種の値に応じて変化する。

第１のバイアス電源８及び第２のバイアス電源９は、ＤＣ（データバイアス電圧）電圧を供給する。第１のバイアス電源８が供給するＤＣ電圧は、第１の差動出力ＤＣアンプ２０３において増幅され、第１のデータバイアス電極８１ａ及び８１ｂに出力される。第１の差動出力ＤＣアンプ２０３は、増幅して得られたデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を第１のデータバイアス電極８１ａに印加し、増幅して得られたデータバイアス電圧−Ｖ_{ｂｉａｓ１}を第１のデータバイアス電極８１ｂに印加する。

第２のバイアス電源９が供給するデータバイアス電圧は、第２の差動出力ＤＣアンプ２０４において増幅され、第２のデータバイアス電極９１ａ及び９１ｂに出力される。第２の差動出力ＤＣアンプ２０４は、増幅して得られたデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}を第２のデータバイアス電極９１ａに印加し、増幅して得られたデータバイアス電圧−Ｖ_{ｂｉａｓ２}を第２のデータバイアス電極９１ｂに印加する。

ＩＱ光変調器Ｍにおいて、第１のデータバイアス電極８１ａ及び８１ｂを介して入力されるデータバイアス電圧（Ｖ_{ｂｉａｓ１}，−Ｖ_{ｂｉａｓ１}）は、第１の光位相変調部２が有する前述の２つのアームそれぞれに印加され、±φ_１の位相シフトが与えられたＣＷ光に対して更に±θ_１の光位相シフトを生じさせる。第２のデータバイアス電極９１ａ及び９１ｂを介して入力されるデータバイアス電圧（Ｖ_{ｂｉａｓ２}，−Ｖ_{ｂｉａｓ２}）は、第２の光位相変調部３が有する前述の２つのアームそれぞれに印加され、±φ_２の位相シフトが与えられたＣＷ光に対して更に±θ_２の光位相シフトを生じさせる。

ここで、上記の各種の電圧の表記を以下のように定義する。第１の駆動アンプ６から出力される第１のｎ値データ信号の差動信号（Ｄａｔａ１−￣Ｄａｔａ１）の有するｎ種類の信号レベルを、Ｖ０、Ｖ１、…、Ｖｍ、−Ｖｍ、…、−Ｖ１、―Ｖ０と表記し、Ｖ０＞Ｖ１＞…＞Ｖｍ＞−Ｖｍ＞…＞−Ｖ１＞−Ｖ０であるものとする。ここで、ｍ＝ｎ／２−１である。一般に、第１の光位相変調部２と第２の光位相変調部３との光学特性は同等であるので、第２の駆動アンプ７から出力される第２のｎ値データの差動信号（Ｄａｔａ２−￣Ｄａｔａ２）が有するｎ種の信号レベルもやはりＶ０、Ｖ１、…、Ｖｍ、−Ｖｍ、…、−Ｖ１、―Ｖ０と表記する。

データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}は、第１の光位相変調部２及び第２の光位相変調部３がヌル点にバイアスされるように選択される。すなわち、第１の駆動アンプ６及び第２の駆動アンプ７から出力される信号の差動電圧が０であるときに、第１の光位相変調部２及び第２の光位相変調部３の出力光が消光するように、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}が選択される。

第１の光位相変調部２及び第２の光位相変調部３の半波長電圧Ｖπについて説明する。第１の光位相変調部２は、ＭＺＩ型の光変調器であり、２つの導波路が組み込まれている。これら２つの導波路に加えられるデータ信号Ｄａｔａ１及び￣Ｄａｔａ１がともに０であるとき、第１の光位相変調部２の出力光が消光する。データ信号がＤａｔａ１＝Ｖｘ、￣Ｄａｔａ１＝−Ｖｘに変化したときに第１の光位相変調部２の出力光が最大強度に達するならば、２Ｖｘを第１の光位相変調部２のＲＦポート（第１の駆動信号用電極６１ａ、６１ｂ）における半波長電圧Ｖπという。Ｄａｔａ１＝−Ｖｘ、￣Ｄａｔａ１＝Ｖｘの場合でも、第１の光位相変調部２の出力光はやはり最大になるが、Ｄａｔａ１＝Ｖｘ、￣Ｄａｔａ１＝−Ｖｘのときに比較すると光出力の光位相はπだけ異なる。第１の光位相変調部２は、この性質を利用して光の位相を変更するので、Ｄａｔａ１及び￣Ｄａｔａ１はそれぞれ最大で２Ｖｘ＝Ｖπの振幅を有し、（Ｄａｔａ１−￣Ｄａｔａ１）は最大で２Ｖπの振幅を有するように設計される。第２の光位相変調部３においても同様である。

ＩＱ変調器Ｍは、各駆動信号用電極が２つの導波路に正負の相反する電圧を印加する構成となっており、合計４つの電極が存在する。このようなタイプのＩＱ光変調器をデュアル駆動型と呼ぶ。一方、シングル駆動型のＩＱ変調器は駆動信号用電極が２つしかない。シングル駆動型のＩＱ変調器では、単一の第１の駆動信号用電極で第１の光位相変調部２の内部に設けられた２つの光導波路に同時に電界を加え、単一の第２の駆動信号用電極で第２の光位相変調部３の内部に設けられた２つの光導波路に同時に電界を加える。これら４つの光導波路の異方性により、デュアル駆動型と同様の機能を実現できる。シングル駆動型のＩＱ変調器においても、第１の駆動信号用電極及び第２の駆動信号用電極に与えられるｎ値のデータ信号はＶ０、Ｖ１、…、Ｖｍ、−Ｖｍ、…、−Ｖ１、―Ｖ０のｎ種類の電圧であり、各駆動信号の振幅は半波長電圧Ｖπの２倍を超えないように設定する。

以上の説明はＲＦポートにおけるＶπについての説明であるが、各バイアス電圧が印加されるＤＣポートについてもＶπを定義できる。Ｖ_{ｂｉａｓ１}を増加させると、光位相θ_１も変化するが、光導波路間の光位相差（図７の構成では２×θ_１）をπだけ増加させるのに要するデータバイアス電圧の変化量（図７の構成では２×Ｖ_{ｂｉａｓ１}の変化量）が、ＤＣポート（第１のデータバイアス電極８１ａ及び８１ｂ）におけるＶπとなる。第２のデータバイアス電極９１ａ及び９１ｂにおいても同様である。直交バイアス電極１０１では、光位相θ_３をπだけ増加させるのに要するバイアス電圧の変化（図７の構成ではＶ_{ｂｉａｓ３}の変化）が、ＤＣポート（直交バイアス電極１０１）のＶπとなる。この明細書では、特に断りのない限り、半波長電圧ＶπはこのＤＣポートにおける半波長電圧を指すものとする。

図８は、第１の光位相変調部２の出力光の電場Ｅ_１と、Ｖ０、Ｖ１、…、Ｖｍ、−Ｖｍ、…、−Ｖ１、―Ｖ０及びＶ_{ｂｉａｓ１}の関係を示す図である。同図において、横軸は駆動信号の電位を示し、縦軸は出力光の電場Ｅ_１を示している。以下、説明を容易にするために、ｎ＝２、ｍ＝０のＱＰＳＫ信号に限定して説明を行う。駆動信号の電位と出力光の電場との関係は正弦波を描くが、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}が正常に印加されている場合は、黒丸と実線で示したように、Ｖ０、―Ｖ０によって生成される出力光の電場Ｅ_１１及びＥ_１２は０レベルに対して対称的な値となる。

一方で、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}が適正でなくΔＶ_{ｂｉａｓ１}だけずれている場合は、白丸と破線で示したように、Ｖ０、―Ｖ０によって生成される出力光の電界Ｅ_１１ ⁻とＥ_１２ ^＋は０レベルに対して非対称となる。ずれの量が‐ΔＶ_{ｂｉａｓ１}である場合は、ハッチングされた丸と一点鎖線で示したように、Ｖ０、―Ｖ０によって生成される出力光の電界Ｅ_１１ ^＋とＥ_１２ ⁻は０レベルに対して非対称となる。ここで注意すべきことは、｜Ｅ_１１ ⁻｜＝｜Ｅ_１２ ⁻｜であり、かつ｜Ｅ_１１ ^＋｜＝｜Ｅ_１２ ^＋｜である。第２の光位相変調部３の出力光の電場Ｅ_２と、Ｖ０、―Ｖ０及びＶ_{ｂｉａｓ２}の関係についても、図８に示した第１の光位相変調部２における関係と同様である。

バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}が光位相シフタ４に正常に印加されている場合はθ_３＝π／２又はθ_３＝−π／２である。この場合、第１の光位相変調部２の出力光と第２の光位相変調部３の出力光との光電界のベクトルは直交するよう保たれている。ので、ＩＱ光変調器Ｍの出力光のコンスタレーションは図９に示すような格子状のものになる。図９は、ＩＱ光変調器Ｍの出力光のコンスタレーションの一例を示す図である。光電界Ｅ_１と光電界Ｅ_２とをＩｎ−Ｐｈａｓｅ成分及びＱｕａｄｒａｒｕｒｅ−Ｐｈａｓｅ成分を略してＩ成分、Ｑ成分と呼ぶこともある。

ところで、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の最適値は、バイアスドリフトと呼ばれる現象により時間と共に変動することが知られている。このため、商用のトランシーバにおいては、自動バイアス制御が必須となる。ｎ^２値光ＱＡＭ信号生成用のＩＱ変調器の自動バイアス制御は、非特許文献１、２、３に詳細に記載された非対称バイアスディザリングを用いることによって可能となる。

図１０は、典型的な非対称バイアスディザリングによるバイアス制御回路を備えた光送信機の構成例を示す図である。図１０に示す光送信機は、第１のローパスフィルタ２０１、第１の駆動アンプ６、第２のローパスフィルタ２０２、第２の駆動アンプ７、ＩＱ光変調器Ｍ、第１のバイアス電源８、第１の発振器８２、第１の加算器８３、第１の同期検波回路８４、第１のループゲイン調整回路５０３、第１の差動出力ＤＣアンプ２０３、第２のバイアス電源９、第２の発振器９２、第２の加算器９３、第２の同期検波回路９４、第２のループゲイン調整回路５０４、第２の差動出力ＤＣアンプ２０４、第３のバイアス電源１０、第３の発振器１０２、第３の同期検波回路１０３、第３のループゲイン調整回路５０５、光分波カプラ１１、及び、光パワモニタ１２を備えている。なお、ＩＱ光変調器Ｍは、図７において示したＩＱ光変調器と同じ構成である。

非対称バイアスディザリングでは、Ｖ０、Ｖ１、…、Ｖｍのうちの少なくとも一つはＶπより小さく設定し、かつ±Ｖ_{ｂｉａｓ１}及び±Ｖ_{ｂｉａｓ２}には位相の直交する低速なディザ信号を重畳させる。ここでは、±Ｖ_{ｂｉａｓ１}及び±Ｖ_{ｂｉａｓ２}に印加されるディザ信号を複号同順で各々±ｃｏｓ（ω_ｄ×ｔ）、±ｓｉｎ（ω_ｄ×ｔ）と表すことにする。ここでｔは時間である。

このディザリングは、第１の発振器８２から出力されたｃｏｓ（ω_ｄ×ｔ）のディザ信号を、第１の加算器８３により第１のバイアス電源８から供給されるバイアス電圧に重畳すること、及び、第２の発振器９２から出力されたｓｉｎ（ω_ｄ×ｔ）のディザ信号を、第２の加算器９３により第２のバイアス電源９から供給されるバイアス電圧に重畳することにより実現される。

ここで、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}のうち２つは最適値近傍であるが、他の一つがバイアスドリフトによって最適値からシフトしたときに、ＩＱ光変調器Ｍの出力光の光パワが非対称バイアスディザリングによりどのように変化するかを考える。ここで、「光パワ」とは、信号のシンボル周期（典型値は１００ｐｓｅｃ）よりは遥かに長く、かつディザリングの周期（典型値は１ｍｓｅｃ）よりは短い周期で平均をとった値であるものとする。

非特許文献１〜３において詳細に説明されているように、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}がドリフトしているときはＩＱ光変調器Ｍの出力光の光パワはｃｏｓ（ω_ｄ×ｔ）に同期して変動する。データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}がドリフトしているときはＩＱ光変調器Ｍの出力光の光パワはｓｉｎ（ω_ｄ×ｔ）に同期して変動する。直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}がドリフトしているときはＩＱ光変調器Ｍの出力光の光パワはｓｉｎ（２ω_ｄ×ｔ）に同期して変動する。この性質を利用して、各バイアス電圧のドリフトを補正し、バイアス電圧を制御することができる。

バイアス電圧を制御は、以下のようにして実現できる。ＩＱ光変調器Ｍの出力光を光分波カプラ１１で分岐して光パワモニタ１２でその光パワをモニタする。次に、得られた光パワの値を、第１の同期検波回路８４、第２の同期検波回路９４及び第３の同期検波回路１０３を用いて同期検波する。第１の発振器８２が出力するｃｏｓ（ω_ｄ×ｔ）の正弦波信号を第１の同期検波回路８４のリファレンスクロックにする。第２の発振器９２が出力するｓｉｎ（ω_ｄ×ｔ）の正弦波信号（ディザ信号）を第２の同期検波回路９４のリファレンスクロックにする。第３の発振器１０２が出力するｓｉｎ（２ω_ｄ×ｔ）の正弦波信号を第３の同期検波回路１０３のリファレンスクロックにする。

第１の同期検波回路８４、第２の同期検波回路９４及び第３の同期検波回路１０３によって得られる同期検波結果は、各バイアス電圧のドリフトの大きさと方向とによって定める正又は負の値をもつ。この同期検波結果を誤差信号として、第１のループゲイン調整回路５０３、第２のループゲイン調整回路５０４及び第３のループゲイン調整回路５０５を介して第１のバイアス電源８、第２のバイアス電源９及び第３のバイアス電源１０へ帰還することにより、各バイアス電圧を適正値に保つことができる。

図１１は、バイアスドリフトが生じた場合のシミュレーション結果を示す図である。図１１（Ａ）には、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}のみがドリフトし、最適値から量ΔＶ_{ｂｉａｓ１}だけシフトした場合における第１の同期検波回路８４の出力に対するシミュレーション結果が示されている。ここでは、第１のローパスフィルタ２０１及び第２のローパスフィルタ２０２にロールオフ係数０．１のナイキストフィルタを仮定している。横軸はΔＶ_{ｂｉａｓ１}を示し、単位をＶπとしている。図１１（Ａ）に示すように、右上がりのスロープの０クロスポイントと、右下がりのスロープの０クロスポイントとが複数現れる。同図に示すシミュレーション結果では、最良のＶ_{ｂｉａｓ１}（ΔＶ_{ｂｉａｓ１}＝０）における０クロスポイントが右上がりのスロープとなっているが、どちらのスロープで最良となるかは変調フォートマット及び駆動振幅に依存する。より詳細な説明は非特許文献２に記載されている。

第１のループゲイン調整回路５０３を用いて、第１の同期検波回路８４の出力が正であれば第１のバイアス電源８が供給するバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を減少させ、第１の同期検波回路８４の出力が負であればバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を増加させるようなフィードバックループを構成すれば、バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を最適の値に保つことが可能となる。なお、ΔＶ_{ｂｉａｓ１}＝±２Ｖπにおいても右上がりのスロープの０クロスポイントが生じるが、これはＭＺＩの周期性によるものであり、フィードバックループがこれらの値に収束しても最良な光ＱＡＭ信号を得ることができる。また、バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}のみがドリフトを起こした場合も同様である。バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}のみがドリフトした場合は処理が若干異なるが、非特許文献１〜３に記載されているように、概ね似たような処理でバイアス電圧の制御が可能である。

Hiroto Kawakami, Eiji Yoshida and Yutaka Miyamoto, "Auto Bias Control Technique Based on Asymmetric Bias Dithering for Optical QPSK Modulation", Journal of Lightwave Technology, Vol.30, No.7, April 2012 Hiroto Kawakami, Takayuki Kobayashi, Eiji Yoshida and Yutaka Miyamoto, "Auto bias control technique for optical 16-QAM transmitter with asymmetric bias dithering", Optics Express B308, Vol.19, No.26, December 2011 H.Kawakami, E.Yoshida and Y.Miyamoto, "Asymmetric dithering technique for bias condition monitoring in optical QPSK modulator", Electronics Letters, Vol.46, No.6, March 2010

以上の説明では、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}のいずれか一つのみがドリフトするものとして説明した。しかし、バイアス制御処理を開始した直後においてはデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}が各々最適値にあるとは限らない。複数のバイアス電圧が同時にドリフトしている場合は、各バイアスの狂いが相互作用を起こすために同期検波特性が複雑なものとなる。特に、第１のローパスフィルタ２０１及び第２のローパスフィルタ２０２によって第１のｎ値データ信号（Ｄａｔａ１、￣Ｄａｔａ１）や第２のｎ値データ信号（Ｄａｔａ２、￣Ｄａｔａ２）の波形が変形する場合は、シンボル間の遷移時間により同期検波特性は更に複雑な影響を受ける。

図１１（Ｂ）には、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}のドリフト量ΔＶ_{ｂｉａｓ２}がＶであり、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}のドリフト量ΔＶ_{ｂｉａｓ３}がπ／２であるという条件下における、ドリフト量ΔＶ_{ｂｉａｓ１}と第１の同期検波回路８４の出力との関係のシミュレーション結果が示されている。図１１（Ａ）と図１１（Ｂ）とを比較すると、図１１（Ｂ）においては右上がりのスロープの０クロスポイントが大幅にずれており、ドリフト量ΔＶ_{ｂｉａｓ１}＝＋Ｖπ近傍で０クロスポイントが生じている。このため、前述の処理では、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を適性でない値に収束させてしまうことになる。

この例からわかるように、バイアス電圧の制御を行う際に各バイアス電圧が大きく適正値からずれている場合には、各バイアス電圧を適正値に保つ制御を行うことが難しい。最悪な場合は、偽の安定点にはまり込んで、各バイアス電圧が最適でない状態でフィードバックループが収束してしまうという問題がある。

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、その目的は、非対称バイアスディザリングを用いた多値ＱＡＭ用光変調器の複数のバイアス電圧を制御する際に、各バイアス電圧の初期値がいかなる値であっても、適切なバイアス電圧に制御することができる光送信機及び制御方法を提供することにある。

本発明の一態様は、入力される光の位相及び強度を第１の送信データに応じて変更する第１の光位相変調部と、入力される光の位相及び強度を第２の送信データに応じて変更する第２の光位相変調部と、前記第２の光位相変調部の出力光を遅延させて位相をπ／２ずらす光位相シフタと、前記第１の光位相変調部の出力光と前記光位相シフタの出力光とを合波して出力する合波部とを備える光変調器と、前記光変調器の出力光の光パワをモニタする光パワモニタと、前記第１の送信データがゼロレベルであるときに前記第１の光位相変調部の出力光がヌル点となる第１のバイアス電圧を供給する第１のバイアス電源と、所定の周波数を有する第１の周期信号を前記第１のバイアス電圧に重畳する第１のディザ信号重畳手段と、前記光パワモニタのモニタ結果から前記第１の周期信号と同期した強度変調成分を同期検波して検波結果が０となるように前記第１のバイアス電源を制御する第１のフィードバック制御手段と、前記第２の送信データがゼロレベルであるときに前記第２の光位相変調部の出力光がヌル点となる第２のバイアス電圧を供給する第２のバイアス電源と、前記第１の周期信号に直交する第２の周期信号を前記第２のバイアス電圧に重畳する第２のディザ信号重畳手段と、前記光パワモニタのモニタ結果から前記第２の周期信号と同期した強度変調成分を同期検波して検波結果が０となるように前記第２のバイアス電源を制御する第２のフィードバック制御手段と、前記光位相シフタにおける位相シフト量を調整する第３のバイアス電圧を供給する第３のバイアス電源と、前記光パワモニタのモニタ結果から前記第１の周期信号に対して整数倍の周波数を有する第３の周期信号と同期した強度変調成分を同期検波して検波結果が０となるように前記第３のバイアス電源を制御する第３のフィードバック制御手段と、前記第１のフィードバック制御手段と前記第２のフィードバック制御手段と前記第３のフィードバック制御手段とを制御する制御部とを備え、前記制御部は通常動作に先立ち立ち上げシーケンスを実行し、前記制御部は前記立ち上げシーケンス終了までの間に少なくとも１回は前記第３のバイアス電圧を半波長電圧Ｖπだけ増加又は減少させ、また前記制御部は前記立ち上げシーケンスにおいて、前記第３のバイアス電圧を変化させるごとに前記第３のバイアス電圧及び前記第２のバイアス電圧を固定して前記第１のフィードバック制御手段を動作させて、前記第１のバイアス電圧の収束値を記憶し、記憶した前記第１のバイアス電圧の収束値の平均値を前記第１のバイアス電源に供給させ、また前記制御部は前記立ち上げシーケンスにおいて、前記第３のバイアス電圧を変化させるごとに前記第３のバイアス電圧及び前記第１のバイアス電圧を固定して前記第２のフィードバック制御手段を動作させて、前記第２のバイアス電圧の収束値を記憶し、記憶した前記第２のバイアス電圧の収束値の平均値を前記第２のバイアス電源に供給させ、また前記制御部は前記立ち上げシーケンスにおいて、前記第３のフィードバック制御手段を動作させる際に、前記第１のバイアス電源に記憶した前記第１のバイアス電圧の収束値の平均値を供給させ、前記第２のバイアス電源に記憶した前記第２のバイアス電圧の収束値の平均値を供給させることを特徴とする光送信機である。

また、本発明の一態様は、上記の光送信機において、前記制御部は前記立ち上げシーケンスにおいて、前記第１のフィードバック制御手段と前記第２のフィードバック制御手段と前記第３のフィードバック制御手段とそれぞれを少なくとも１回動作させ、また前記制御部は前記第３のフィードバック制御手段の動作が終了したときに前記立ち上げシーケンスを終了することを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の光送信機において、前記制御部は前記立ち上げシーケンスにおいて、前記第１のフィードバック制御手段と前記第２のフィードバック制御手段と前記第３のフィードバック制御手段とのいずれかを動作させている間は他を停止させることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の光送信機において、前記制御部は前記立ち上げシーケンスにおいて、前記第１のフィードバック制御手段を動作させている間は前記第２のディザ信号重畳手段の動作を停止させ、また前記制御部は前記立ち上げシーケンスにおいて、前記第２のフィードバック制御手段を動作させている間は前記第１のディザ信号重畳手段の動作を停止させることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、上記の光送信機において、前記制御部は前記立ち上げシーケンスにおいて、前記第３のバイアス電圧を−Ｖπから＋Ｖπまでの範囲においてＶπ／Ｎ（Ｎは自然数）刻みで変化させるごとに前記第１のフィードバック制御手段を動作させ、また前記制御部は前記立ち上げシーケンスにおいて、前記第３のバイアス電圧を−Ｖπから＋Ｖπまでの範囲においてＶπ／Ｎ刻みで変化させるごとに前記第２のフィードバック制御手段を動作させることを特徴とする。

また、本発明の一態様は、入力される光の位相及び強度を第１の送信データに応じて変更する第１の光位相変調部と、入力される光の位相及び強度を第２の送信データに応じて変更する第２の光位相変調部と、前記第２の光位相変調部の出力光を遅延させて位相をπ／２ずらす光位相シフタと、前記第１の光位相変調部の出力光と前記光位相シフタの出力光とを合波して出力する合波部とを備える光変調器と、前記光変調器の出力光の光パワをモニタする光パワモニタと、前記第１の送信データがゼロレベルであるときに前記第１の光位相変調部の出力光がヌル点となる第１のバイアス電圧を供給する第１のバイアス電源と、所定の周波数を有する第１の周期信号を前記第１のバイアス電圧に重畳する第１のディザ信号重畳手段と、前記光パワモニタのモニタ結果から前記第１の周期信号と同期した強度変調成分を同期検波して検波結果が０となるように前記第１のバイアス電源を制御する第１のフィードバック制御手段と、前記第２の送信データがゼロレベルであるときに前記第２の光位相変調部の出力光がヌル点となる第２のバイアス電圧を供給する第２のバイアス電源と、前記第１の周期信号に直交する第２の周期信号を前記第２のバイアス電圧に重畳する第２のディザ信号重畳手段と、前記光パワモニタのモニタ結果から前記第２の周期信号と同期した強度変調成分を同期検波して検波結果が０となるように前記第２のバイアス電源を制御する第２のフィードバック制御手段と、前記光位相シフタにおける位相シフト量を調整する第３のバイアス電圧を供給する第３のバイアス電源と、前記光パワモニタのモニタ結果から前記第１の周期信号に対して整数倍の周波数を有する第３の周期信号と同期した強度変調成分を同期検波して検波結果が０となるように前記第３のバイアス電源を制御する第３のフィードバック制御手段と、前記第１のフィードバック制御手段と前記第２のフィードバック制御手段と前記第３のフィードバック制御手段とを制御する制御部とを備える光送信機において制御部が行う通常動作に先立って行う立ち上げシーケンスにおける制御方法であって、前記第３のバイアス電圧を変化させるごとに前記第３のバイアス電圧及び前記第２のバイアス電圧を固定して前記第１のフィードバック制御手段を動作させて、前記第１のバイアス電圧の収束値を記憶し、記憶した前記第１のバイアス電圧の収束値の平均値を前記第１のバイアス電源に供給させるステップと、前記第３のバイアス電圧を変化させるごとに前記第３のバイアス電圧及び前記第１のバイアス電圧を固定して前記第２のフィードバック制御手段を動作させて、前記第２のバイアス電圧の収束値を記憶し、記憶した前記第２のバイアス電圧の収束値の平均値を前記第２のバイアス電源に供給させるステップと、前記第３のフィードバック制御手段を動作させる際に、前記第１のバイアス電源に記憶した前記第１のバイアス電圧の収束値の平均値を供給させ、前記第２のバイアス電源に記憶した前記第２のバイアス電圧の収束値の平均値を供給させるステップと、を含み、前記第１のフィードバック制御手段と前記第２のフィードバック制御手段とを動作させる際に前記第３のバイアス電圧を半波長電圧Ｖπだけ増加又は減少させることを特徴とする制御方法である。

本発明によれば、第３のバイアス電圧を半波長電圧Ｖπ変化させたときの第１のバイアス電圧及び第２のバイアス電圧の対称性を利用して、第１のバイアス電圧と第２のバイアス電圧とを定めた後に、第３のバイアス電圧を収束させることにより、各バイアス電圧の初期値がいかなる値であっても適切なバイアス電圧に制御することができる。

ｎ^２値光ＱＡＭ信号のコンスタレーションの例を示す図である。 バイアスドリフトが生じた場合におけるシミュレーション結果を示す図である。 発明に係る第１の実施形態における光送信機の構成例を示すブロック図である。 第１の実施形態の光送信機においてコントローラ６００が行う立ち上げ処理のフローチャートである。 第２の実施形態の光送信機においてコントローラ６００が行う立ち上げ処理のフローチャートである。 第３の実施形態の光送信機においてコントローラ６００が行う立ち上げ処理のフローチャートである。 従来技術における光送信機の典型的な構成例を示す図である。 第１の光位相変調部２の出力光の電場Ｅ_１と、Ｖ０、Ｖ１、…、Ｖｍ、−Ｖｍ、…、−Ｖ１、―Ｖ０及びＶ_{ｂｉａｓ１}の関係を示す図である。 ＩＱ光変調器Ｍの出力光のコンスタレーションの一例を示す図である。 典型的な非対称バイアスディザリングによるバイアス制御回路を備えた光送信機の構成例を示す図である。 バイアスドリフトが生じた場合のシミュレーション結果を示す図である。

本願発明に係る実施形態を説明する前に、図１１（Ｂ）に示した０クロスポイントのずれがなぜ生じるのかを簡単に説明する。図１は、ｎ^２値光ＱＡＭ信号のコンスタレーションの例を示す図である。各バイアス電圧が適正値近傍であるならば、光ＱＡＭ信号のコンスタレーションは、図１（Ａ）に示す形となる。光ＱＡＭ信号の光パワＰは、シンボルＡ〜Ｄの光電界のベクトルの大きさの二乗の和に比例する。図８に示したように、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}が最適でΔＶ_{ｂｉａｓ１}＝０であれば｜Ｅ_１１｜＝｜Ｅ_１２｜、｜Ｅ_２１｜＝｜Ｅ_２２｜であり、各シンボルのＥ_１成分の光電界の絶対値は全て等しくなる。

図１（Ａ）の状態から、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}のみが＋ΔＶ_{ｂｉａｓ１}又は−ΔＶ_{ｂｉａｓ１}だけドリフトすると、コンスタレーションの形は歪み、また光パワＰは｜ΔＶ_{ｂｉａｓ１}｜に依存して変化する。図８に示したように｜Ｅ_１１ ⁻｜＝｜Ｅ_１２ ⁻｜かつ｜Ｅ_１１ ^＋｜＝｜Ｅ_１２ ^＋｜の関係があるため、ドリフトが＋ΔＶ_{ｂｉａｓ１}である場合のコンスタレーションと、ドリフトが−ΔＶ_{ｂｉａｓ１}である場合のコンスタレーションとでは、形状がＥ_２軸を対称軸とする鏡像の関係になる。このため光パワＰはΔＶ_{ｂｉａｓ１}の絶対値のみに依存し、ΔＶ_{ｂｉａｓ１}の符号によらない。ここから、光パワのΔＶ_{ｂｉａｓ１}に対する変化は、ΔＶ_{ｂｉａｓ１}＝０で極値を作ることがわかる。第１の同期検波回路８４は、Ｅ_１成分の光電界をディザリングした結果の光パワＰの変動を検出しているが、ΔＶ_{ｂｉａｓ１}＝０では光パワＰが極値をとるため、第１の同期検波回路８４の出力は０となる。これは、図１１（Ａ）において示したシミュレーション結果と一致する。

一方、Ｖ_{ｂｉａｓ2}及びＶ_{ｂｉａｓ3}のバイアス電圧が適正値と異なっている場合、θ_３は直角ではないため、コンスタレーションは例えば図１（Ｂ）に示すように歪む。この場合、Ｖ_{ｂｉａｓ１}のドリフトが＋ΔＶ_{ｂｉａｓ１}であるときのコンスタレーションの形状と、−ΔＶ_{ｂｉａｓ１}であるときのコンスタレーションの形状とは鏡像の関係にならない。このため、図１（Ａ）において示した関係は成立せず、光パワＰはΔＶ_{ｂｉａｓ１}＝０では極値を作らず、ΔＶ_{ｂｉａｓ１}が０からずれたところで第１の同期検波回路８４の出力は０となる。これは、図１１（Ｂ）に示したシミュレーション結果と一致する。

ここで、図１（Ｂ）の状態から、θ_３をθ_３＋πに変換することを考える。これは、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}を人為的にＶπだけ増加させることで実現できる。この場合のコンスタレーションを図１（Ｃ）に示す。図１（Ｃ）と図１（Ｂ）と比べると、Ｅ_１の軸が反転している。図１（Ｂ）の場合と同様に第１の同期検波回路８４の出力はΔＶ_{ｂｉａｓ１}が０からずれたところで０となる。しかしそのずれの量は、Ｅ_１の軸が反転しているために、図１（Ｂ）の場合とは逆方向のずれとなる。

図２は、バイアスドリフトが生じた場合におけるシミュレーション結果を示す図である。図１（Ｂ）及び図１（Ｃ）を用いて説明したずれの反転が図２に示されている。図２における破線は、図１１（Ｂ）と同様に、ΔＶ_{ｂｉａｓ２}＝Ｖπ、ΔＶ_{ｂｉａｓ３}＝＋Ｖπ／２としたときの、第１の同期検波回路８４の出力に対するシミュレーション結果を示している。図２における実線は、ΔＶ_{ｂｉａｓ２}＝Ｖπ、ΔＶ_{ｂｉａｓ３}＝−Ｖπ／２としたときの第１の同期検波回路８４の出力に対するシミュレーション結果を示している。右上がりのスロープの０クロスポイントは、ΔＶ_{ｂｉａｓ１}＝＋ＶπからΔＶ_{ｂｉａｓ１}＝−Ｖπに変わり、ΔＶ_{ｂｉａｓ１}＝０を挟んで対称的な位置に移動する。

上記の議論から、次のことがわかる。まず第１のステップとして、第１の同期検波回路８４の出力が右上がりスロープの０クロスポイントとなるよう、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を調整する。このとき、ΔＶ_{ｂｉａｓ１}はゼロとは限らないから、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}は最適であるとは限らない。次に第２のステップとして、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}をＶπだけ増加させてから、第１の同期検波回路８４の出力が右上がりスロープの０クロスポイントとなるよう、Ｖ_{ｂｉａｓ１}を再び調整する。このときも、ΔＶ_{ｂｉａｓ１}はゼロとは限らないから、Ｖ_{ｂｉａｓ１}は最適であるとは限らない。

最後に、第３のステップとして、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を、第１のステップと第２のステップとで得られた２つのデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}の平均値に設定する。このときは、図２からも明らかなように、ΔＶ_{ｂｉａｓ１}＝（Ｖπ−Ｖπ）／２＝０となり、最適なデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を得ることができる。データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}の制御についても、同様の方法が可能である。この２つを実行したのちには、３つあるバイアスの中の２つは最適点近傍にあるため、それ以降は各バイアスを非特許文献１〜３に記載の方法で全てのバイアスの制御が可能となる。

上記の方法は、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の変動を伴うために光通信サービスの運用中には行えないが、しかしバイアス制御を開始する際の立ち上げシーケンスに適用することにより、バイアス制御を確実に実現することが可能となる。以上の説明は、ナイキストフィルタを用いた光ＱＰＳＫ信号を例としたが、一般のｎ^２値光ＱＡＭ信号についても同様の議論が成立する。

［第１の実施形態］
図３は、本発明に係る第１の実施形態における光送信機の構成例を示すブロック図である。第１の実施形態における光送信機は、第１のローパスフィルタ２０１、第１の駆動アンプ６、第２のローパスフィルタ２０２、第２の駆動アンプ７、ＩＱ光変調器Ｍ、第１のバイアス電源８、第１の発振器８２、第１の加算器８３、第１の同期検波回路８４、第１のループゲイン調整回路５０３、第１の差動出力ＤＣアンプ２０３、第２のバイアス電源９、第２の発振器９２、第２の加算器９３、第２の同期検波回路９４、第２のループゲイン調整回路５０４、第２の差動出力ＤＣアンプ２０４、第３のバイアス電源１０、第３の発振器１０２、第３の同期検波回路１０３、第３のループゲイン調整回路５０５、光分波カプラ１１、光パワモニタ１２、コントローラ６００、及び、記憶回路６０１を備えている。なお、ＩＱ光変調器Ｍは、図７において示したＩＱ光変調器と同じ構成である。なお、図１０において示した光送信機において対応する部分には同一の符号を付している。

第１の実施形態における光送信機と図１０において示した光送信機との差分は、コントローラ６００を更に備えていることである。コントローラ６００は、第１のバイアス電源８、第２のバイアス電源９及び第３のバイアス電源１０からデータを取得し、また、第１のバイアス電源８、第２のバイアス電源９及び第３のバイアス電源１０へコマンドを送信する。また、コントローラ６００は、第１の同期検波回路８４、第２の同期検波回路９４及び第３の同期検波回路１０３へコマンドを送信する。

記憶回路６０１には、複数の記憶領域（メモリ）が設けられており、コントローラ６００により書き込まれた情報を記憶する。

第１の実施形態における光送信機では、図１０に示した光送信機と同様に、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}に対して周波数ω_ｄでディザリングがかけられている。ディザリングの振幅はｎ^２値光ＱＡＭ信号の信号品質劣化を生じさせない程度の大きさに留めている。周波数ω_ｄはｎ^２値光ＱＡＭ信号のボーレートより十分に小さくし、高々ｋＨｚオーダにする。

第１の実施形態における光送信機では、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}それぞれに対する制御ループがある。光送信機の立ち上げ直後の制御において、コントローラ６００はこれら３つの制御ループをタイムシェアリングで順に制御する。順番は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}とデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}との制御を行った後に、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の制御を行う。データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}の制御とデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}の制御とのいずれを先に行っても構わない。以下の説明においては、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を先に制御する場合について説明する。

図４は、第１の実施形態の光送信機においてコントローラ６００が行う立ち上げ処理のフローチャートである。この立ち上げ処理（立ち上げシーケンス）は、光送信機の通常動作に先立って行われる処理である。

立ち上げ処理が開始されるとステップＳ１０１において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の値を初期状態のままに固定させる。この制御は、コントローラ６００が第２のループゲイン調整回路５０４と第３のループゲイン調整回路５０５とにコマンドを送信し、第２のループゲイン調整回路５０４及び第３のループゲイン調整回路５０５におけるループゲインを０（−∞ｄＢ）に設定することで実現される。コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の値を固定させると、第１の同期検波回路８４の出力が０に近づくようにデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を制御する。この制御は、第１のループゲイン調整回路５０３に対してコマンドを送信し、ループゲインを適切な値に変更することで実現される。最適なループゲインの大きさは、ＩＱ光変調器Ｍに入力されるＣＷ光のパワ及び光パワモニタ１２の感度で決まる。帰還信号の正負は、ターゲットとする０クロスポイントにおけるスロープの正負により決まる。データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}に対する制御ループが収束すると、コントローラ６００は処理をステップＳ１０２に進める。

ステップＳ１０２において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}の収束値を第１のバイアス電源８から読み出し、読み出したデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}の値を記憶回路６０１の第１番目のメモリに記憶させて、処理をステップＳ１０３に進める。

ステップＳ１０３において、コントローラ６００は、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}をＶπだけ増加させる制御を行う。この制御は、コントローラ６００が第３のバイアス電源１０にコマンドを送信することにより行われる。コントローラ６００は、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}を変更させると、処理をステップＳ１０４に進める。

ステップＳ１０４において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の値を固定させ、第１の同期検波回路８４の出力が０に近づくようにデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を制御する。これらの制御は、ステップＳ１０１における制御と同様に、第１のループゲイン調整回路５０３と第２のループゲイン調整回路５０４と第３のループゲイン調整回路５０５とへのコマンドを送信することにより行われる。データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}に対する制御ループが収束すると、コントローラ６００は制御をステップＳ１０５に進める。

ステップＳ１０５において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}の収束値を第１のバイアス電源８から読み出し、読み出したデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}の値を記憶回路６０１の第２番目のメモリに記憶させて、処理をステップＳ１０６に進める。

ステップＳ１０６において、コントローラ６００は、第１番目及び第２番目のメモリに記憶させた値を記憶回路６０１から読み出し、読み出した値の平均値にデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を変更する制御を行う。この制御は、コントローラ６００が第１のバイアス電源８にコマンドを送信することにより行う。変更後には、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}は概ね最適値にあり、ΔＶ_{ｂｉａｓ１}はほぼ０となっている。コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を変更すると、処理をステップＳ１０７に進める。

ステップＳ１０７において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の値を固定させる制御をし、第２の同期検波回路９４の出力が０に近づくようにデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}を制御する。これらの制御は、ステップＳ１０１と同様に第１のループゲイン調整回路５０３と第２のループゲイン調整回路５０４と第３のループゲイン調整回路５０５とへのコマンドを送信することにより行われる。データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}に対する制御ループが収束すると、コントローラ６００は制御をステップＳ１０８に進める。

ステップＳ１０８において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}の収束値を第２のバイアス電源９から読み出し、読み出したデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}の値を記憶回路６０１の第１番目のメモリに記憶させて、処理をステップＳ１０９に進める。

ステップＳ１０９において、コントローラ６００は、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}をＶπだけ減少させる制御を行う。この制御は、コントローラ６００が第３のバイアス電源１０にコマンドを送信することにより行われる。コントローラ６００は、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}を変更させると、処理をステップＳ１１０に進める。

ステップＳ１１０において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の値を固定させ、第２の同期検波回路９４の出力が０に近づくようにデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}を制御する。これらの制御は、ステップＳ１０１における制御と同様に、第１のループゲイン調整回路５０３と第２のループゲイン調整回路５０４と第３のループゲイン調整回路５０５とへのコマンドを送信することにより行われる。データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}に対する制御ループが収束すると、コントローラ６００は制御をステップＳ１１１に進める。

ステップＳ１１１において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}の収束値を第２のバイアス電源９から読み出し、読み出したデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}の値を記憶回路６０１の第２番目のメモリに記憶させて、処理をステップＳ１１２に進める。

ステップＳ１１２において、コントローラ６００は、第１番目及び第２番目のメモリに記憶させた値を記憶回路６０１から読み出し、読み出した値の平均値にデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}を変更する制御を行う。この制御は、コントローラ６００が第２のバイアス電源９にコマンドを送信することにより行う。変更後には、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}は概ね最適値にあり、ΔＶ_{ｂｉａｓ１}及びΔＶ_{ｂｉａｓ２}はほぼ０となっている。コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}を変更すると、処理をステップＳ１１３に進める。

ステップＳ１１３において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}Ｖ_{ｂｉａｓ２}の値を固定させる制御をし、第３の同期検波回路１０３の出力が０に近づくように直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}を制御し、処理をステップＳ１１４に進める。これらの制御は、ステップＳ１０１と同様に第１のループゲイン調整回路５０３と第２のループゲイン調整回路５０４と第３のループゲイン調整回路５０５とへのコマンドを送信することにより行われる。

ステップＳ１１４において、コントローラ６００は、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}が収束するまで待機し、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}が収束すると立ち上げ処理を終了させる。

以上の立ち上げ処理が終了した後、コントローラ６００は、第１の同期検波回路８４、第２の同期検波回路９４及び第３の同期検波回路１０３を介して行われる３つのフィードバック制御を用いて、ΔＶ_{ｂｉａｓ１}、ΔＶ_{ｂｉａｓ２}及びΔＶ_{ｂｉａｓ３}が全て０となるようにデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}を制御する。コントローラ６００は、これらの３つのフィードバック制御を同時に並行して行ってもよいし、時分割にタイムシェアリングで行ってもよい。ただし、立ち上げ処理が終了した後には、送信信号の品質劣化を防ぐために、ステップＳ１０３やステップＳ１０９で行うような直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の強制的で急激な変更は行わない。

第１の実施形態の光送信機では、コントローラ６００が、ＩＱ光変調器Ｍに供給するデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}それぞれのフィードバック制御手段を制御する。

データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}に関するフィードバック制御手段は、光パワモニタ１２で得られる光パワを示す信号を第１の発振器８２が出力するｃｏｓ（ω_ｄ×ｔ）の正弦波信号をリファレンスクロックにして同期検波を行う第１の同期検波回路８４と、当該同期検波結果に応じて第１のバイアス電源８が供給するデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を増減させる第１のループゲイン調整回路５０３とを含む。

データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}に関するフィードバック制御手段は、光パワモニタ１２で得られる光パワを示す信号を第２の発振器９２が出力するｓｉｎ（ω_ｄ×ｔ）の正弦波信号をリファレンスクロックにして同期検波を行う第２の同期検波回路９４と、当該同期検波結果に応じて第２のバイアス電源９が供給するデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}を増減させる第２のループゲイン調整回路５０４とを含む。

直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}に関するフィードバック制御手段は、光パワモニタ１２で得られる光パワを示す信号を第３の発振器１０２が出力するｓｉｎ（２ω_ｄ×ｔ）の正弦波信号をリファレンスクロックにして同期検波を行う第３の同期検波回路１０３と、当該同期検波結果に応じて第３のバイアス電源１０が供給する直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}を増減させる第３のループゲイン調整回路５０５とを含む。なお、第３の発振器１０２が出力する正弦波信号の周波数は、第２の発振器９２が出力する正弦波信号の２倍の周波数以外であってもよく、３倍以上の整数倍の周波数や、第１の発振器８２が出力する正弦波信号の整数倍の周波数であってもよい。また、この実施形態では各発振器の出力を正弦波としたが、方形波や鋸波のような他の形状の周期信号を用いてもよい。

コントローラ６００が、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}が初期値であるときと（初期値＋Ｖπ）であるときとにおいて、第１のループゲイン調整回路５０３を動作させてデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}が収束したときの値の平均値をデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}に設定する。なお、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}の初期値は、予め定められている値であり、例えば第１、第２及び第３のバイアス電源に記憶されている値である。

また、コントローラ６００が、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}が（初期値＋Ｖπ）であるときと初期値であるときとにおいて、第２のループゲイン調整回路５０４を動作させてデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}が収束したときの値の平均値をデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}に設定する。

また、コントローラ６００が、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}が収束したときの値の平均値をデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}として第１のバイアス電源８に供給させるとともに、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}が収束したときの値の平均値をデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}として第２のバイアス電源９に供給させて、第３のループゲイン調整回路５０５を動作させることにより直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の値を収束させる。

以上のようにコントローラ６００が各フィードバック制御手段を動作させることにより、各バイアス電圧の初期値がいかなる値であっても、適切なバイアス電圧に制御することができる。また、各バイアス電圧を最適値又は最適値近傍の値にすることにより、各フィードバック制御手段が動作して偽の安定点にはまり込んで、各バイアス電圧が最適でない状態でフィードバックループが収束してしまうことを避けることができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態における光送信機では、第１の実施形態において直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}をＶπ変化させて２回ずつ計４回行われていたデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}の値を収束させる制御をそれぞれ２×Ｎ回ずつ行い、平均化処理のデータ数を増やす。直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}が初期値の場合と、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}が初期値±Ｖπとの場合との組み合わせであるが、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}に対する試行回数が増えるため、第１の同期検波回路８４や第２の同期検波回路９４の雑音による制御誤差を低減させることができる。ただし、繰り返し回数Ｎを大きくすると立ち上がり処理の完了までに要する時間が増大する。なお、第２の実施形態における光送信機の構成は、第１の実施形態における光送信機の構成と同じであるので、その説明を省略する。

図５は、第２の実施形態の光送信機においてコントローラ６００が行う立ち上げ処理のフローチャートである。
立ち上げ処理が開始されると、コントローラ６００は、ステップＳ２０１からステップＳ２０５までの処理をＮ回繰り返して行う。ステップＳ２０１において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の値を初期値に固定させ、第１の同期検波回路８４の出力が０に近づくようにデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を制御する。データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}に対する制御ループが収束すると、コントローラ６００は処理をステップＳ２０２に進める。

ステップＳ２０２において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}の収束値を第１のバイアス電源８から読み出し、読み出したデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}の値を記憶回路６０１の第（２×ｋ−１）番目のメモリに記憶させて、処理をステップＳ２０３に進める。
ステップＳ２０３において、コントローラ６００は、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}をＶπだけ増加させる制御を行い、処理をステップＳ２０４に進める。

ステップＳ２０４において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の値を固定させ、第１の同期検波回路８４の出力が０に近づくようにデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を制御する。データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}に対する制御ループが収束すると、コントローラ６００は処理をステップＳ２０５に進める。
ステップＳ２０５において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}の収束値を第１のバイアス電源８から読み出し、読み出したデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}の値を記憶回路６０１の第（２×ｋ）番目のメモリに記憶させる。コントローラ６００は、Ｎ回目のステップＳ２０５の処理が終了すると処理をステップＳ２０６に進める。

ステップＳ２０６において、コントローラ６００は、記憶回路６０１の第１番目から第（２×Ｎ）番目までのメモリに記憶されている値の平均値を算出し、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を算出した平均値に変更し、処理をステップＳ２０７に進める。

コントローラ６００は、ステップＳ２０７からステップＳ２１２までの処理をＮ回繰り返して行う。ステップＳ２０７において、コントローラ６００は、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}を初期値に戻し、処理をステップＳ２０８に進める。
ステップＳ２０８において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の値を固定させ、第２の同期検波回路９４の出力が０に近づくようにデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}を制御する。データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}に対する制御ループが収束すると、コントローラ６００は処理をステップＳ２０９に進める。

ステップＳ２０９において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}の収束値を第２のバイアス電源９から読み出し、読み出したデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}の値を記憶回路６０１の第（２×ｋ−１）番目のメモリに記憶させて、処理をステップＳ２１０に進める。
ステップＳ２１０において、コントローラ６００は、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}をＶπだけ減少させる制御を行い、処理をステップＳ２１１に進める。

ステップＳ２１１において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の値を固定させ、第２の同期検波回路９４の出力が０に近づくようにデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}を制御する。データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}に対する制御ループが収束すると、コントローラ６００は処理をステップＳ２１２に進める。
ステップＳ２１２において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}の収束値を第２のバイアス電源９から読み出し、読み出したデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}の値を記憶回路６０１の第（２×ｋ）番目のメモリに記憶させる。コントローラ６００は、Ｎ回目のステップＳ２１２の処理が終了すると処理をステップＳ２１３に進める。

ステップＳ２１３において、コントローラ６００は、記憶回路６０１の第１番目から第（２×Ｎ）番目までのメモリに記憶されている値の平均値を算出し、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}を算出した平均値に変更し、処理をステップＳ２１４に進める。
ステップＳ２１４において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}を固定させる制御をし、第３の同期検波回路１０３の出力が０に近づくように直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}を制御し、処理をステップＳ２１５に進める。

ステップＳ２１５において、コントローラ６００は、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}が収束するまで待機し、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}が収束すると立ち上げ処理を終了させる。

以上の立ち上げ処理が終了した後、コントローラ６００は、第１の実施形態と同様に、第１の同期検波回路８４、第２の同期検波回路９４及び第３の同期検波回路１０３を介して行われる３つのフィードバック制御を用いて、ΔＶ_{ｂｉａｓ１}、ΔＶ_{ｂｉａｓ２}及びΔＶ_{ｂｉａｓ３}が全て０となるようにデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}を制御する。

［第３の実施形態］
第３の実施形態における光送信機では、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}の値を収束させる制御の回数を増やすとともに、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}の値を収束させる際の直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}を変化させる。具体的には直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の値を初期値±Ｖπ／Ｎ×ｋ（ただし、Ｎは正の整数とし、ｋは１以上のＮ以下の整数とする。）として、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}に対する収束の制御を各々２Ｎ＋１回ずつ、計２×（２Ｎ＋１）回行い、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}それぞれについて得られた結果の平均値を採用する。これにより、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}に対する試行回数が増えるため、第１の同期検波回路８４や第２の同期検波回路９４の雑音による制御誤差を低減させることができる。ただし、第２の実施形態と同様に、繰り返し回数Ｎを大きくすると立ち上がり処理の完了までに要する時間が増大する。なお、第３の実施形態における光送信機の構成は、第１の実施形態における光送信機の構成と同じであるので、その説明を省略する。

図６は、第３の実施形態の光送信機においてコントローラ６００が行う立ち上げ処理のフローチャートである。
立ち上げ処理が開始されると、ステップＳ３０１において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の値を初期値に固定させ、第１の同期検波回路８４の出力が０に近づくようにデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を制御する。データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}に対する制御ループが収束すると、コントローラ６００は処理をステップＳ３０２に進める。

ステップＳ３０２において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}の収束値を第１のバイアス電源８から読み出し、読み出したデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}の値を記憶回路６０１の第１番目のメモリに記憶させて、処理をステップＳ３０３に進める。

コントローラ６００は、ステップＳ３０３からステップＳ３０８までの処理をＮ回繰り返して行う。ステップＳ３０３において、コントローラ６００は、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}を初期値にＶπ／Ｎ×ｋを加えた値に変更し、処理をステップＳ３０４に進める。なお、ＮはステップＳ３０３からステップＳ３０８までを繰り返す回数であり、ｋは現在の実行回数である。

ステップＳ３０４において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の値を固定させ、第１の同期検波回路８４の出力が０に近づくようにデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を制御する。データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}に対する制御ループが収束すると、コントローラ６００は処理をステップＳ３０５に進める。
ステップＳ３０５において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}の収束値を第１のバイアス電源８から読み出し、読み出したデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}の値を記憶回路６０１の第（２×ｋ）番目のメモリに記憶させて、処理をステップＳ３０６に進める。

ステップＳ３０６において、コントローラ６００は、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}を初期値に−Ｖπ／Ｎ×ｋを加えた値に変更し、処理をステップＳ３０７に進める。
ステップＳ３０７において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の値を固定させ、第１の同期検波回路８４の出力が０に近づくようにデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を制御する。データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}に対する制御ループが収束すると、コントローラ６００は処理をステップＳ３０８に進める。

ステップＳ３０８において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}の収束値を第１のバイアス電源８から読み出し、読み出したデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}の値を記憶回路６０１の第（２×ｋ＋１）番目のメモリに記憶させる。コントローラ６００は、Ｎ回目のステップＳ３０８の処理が終了すると処理をステップＳ３０９に進める。

ステップＳ３０９において、コントローラ６００は、記憶回路６０１の第１番目から第（２×Ｎ＋１）番目までのメモリに記憶されている値の平均値を算出し、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を算出した平均値に変更し、処理をステップＳ３１０に進める。
ステップＳ３１０において、コントローラ６００は、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}を初期値に戻し、処理をステップＳ３１１に進める。

ステップＳ３１１において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の値を固定させ、第２の同期検波回路９４の出力が０に近づくようにデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}を制御する。データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}に対する制御ループが収束すると、コントローラ６００は処理をステップＳ３１２に進める。

ステップＳ３１２において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}の収束値を第２のバイアス電源９から読み出し、読み出したデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}の値を記憶回路６０１の第１番目のメモリに記憶させて、処理をステップＳ３１３に進める。

コントローラ６００は、ステップＳ３１３からステップＳ３１８までの処理をＮ回繰り返して行う。ステップＳ３１３において、コントローラ６００は、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}を初期値にＶπ／Ｎ×ｋを加えた値に変更し、処理をステップＳ３１４に進める。
ステップＳ３１４において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の値を固定させ、第２の同期検波回路９４の出力が０に近づくようにデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}を制御する。データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}に対する制御ループが収束すると、コントローラ６００は処理をステップＳ３１５に進める。

ステップＳ３１５において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}の収束値を第２のバイアス電源９から読み出し、読み出したデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}の値を記憶回路６０１の第（２×ｋ）番目のメモリに記憶させて、処理をステップＳ３１６に進める。
ステップＳ３１６において、コントローラ６００は、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}を初期値に−Ｖπ／Ｎ×ｋを加えた値に変更し、処理をステップＳ３１７に進める。

ステップＳ３１７において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の値を固定させ、第２の同期検波回路９４の出力が０に近づくようにデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}を制御する。データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}に対する制御ループが収束すると、コントローラ６００は処理をステップＳ３１８に進める。
ステップＳ３１８において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}の収束値を第２のバイアス電源９から読み出し、読み出したデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}の値を記憶回路６０１の第（２×ｋ＋１）番目のメモリに記憶させる。

コントローラ６００は、Ｎ回目のステップＳ３１８の処理が終了すると処理をステップＳ３１９に進める。
ステップＳ３１９において、コントローラ６００は、記憶回路６０１の第１番目から第（２×Ｎ＋１）番目までのメモリに記憶されている値の平均値を算出し、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}を算出した平均値に変更し、処理をステップＳ３２０に進める。

ステップＳ３２０において、コントローラ６００は、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}を固定させる制御をし、第３の同期検波回路１０３の出力が０に近づくように直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}を制御し、処理をステップＳ３２１に進める。
ステップＳ３２１において、コントローラ６００は、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}が収束するまで待機し、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}が収束すると立ち上げ処理を終了させる。

以上の立ち上げ処理が終了した後、コントローラ６００は、第１の実施形態と同様に、第１の同期検波回路８４、第２の同期検波回路９４及び第３の同期検波回路１０３を介して行われる３つのフィードバック制御を用いて、ΔＶ_{ｂｉａｓ１}、ΔＶ_{ｂｉａｓ２}及びΔＶ_{ｂｉａｓ３}が全て０となるようにデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}及び直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}を制御する。

以上のように各実施形態における光送信機によれば、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}を変化させた際における、ΔＶ_{ｂｉａｓ１}の対称性を利用して、異なる直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}の下で得られた複数のデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}の平均値を用いることにより、最適なデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}又は最適点近傍のデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を得ることができる。同様に、最適なデータバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}を得ることができる。データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}を最適点又はその近傍に定めることにより、直交バイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ３}を最適点又は最適点近傍に収束させることが容易となり、各バイアス電圧の初期値がいかなる値であっても、適切なバイアス電圧に制御することができる。

なお、上述の各実施形態において、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}を制御している際には第２の発振器９２によるディザ信号の出力を停止させ、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ２}を制御している際には第１の発振器８２によるディザ信号の出力を停止させるようにしてもよい。これにより、光送信機内における雑音を低減させることができ、データバイアス電圧Ｖ_{ｂｉａｓ１}、Ｖ_{ｂｉａｓ２}の収束の精度を向上させることができる。

上述した実施形態における光送信機が備えるコントローラ６００をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。更に「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、更に前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアを用いて実現されるものであってもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

Ｍ…ＩＱ光変調器
１…第１の光カプラ
２…第１の光位相変調部
３…第２の光位相変調部
４…光位相シフタ
５…第２の光カプラ
６…第１の駆動アンプ
７…第２の駆動アンプ
８…第１のバイアス電源
９…第２のバイアス電源
１０…第３のバイアス電源
１１…光分波カプラ
１２…光パワモニタ
６１ａ、６１ｂ…第１の駆動信号用電極
７１ａ、７１ｂ…第２の駆動信号用電極
８１ａ、８１ｂ…第１のデータバイアス電極
８２…第１の発振器
８３…第１の加算器
８４…第１の同期検波回路
９１ａ、９１ｂ…第２のデータバイアス電極
９２…第２の発振器
９３…第２の加算器
９４…第２の同期検波回路
１０１…直交バイアス電極
１０２…第３の発振器
１０３…第３の同期検波回路
２０１…第１のローパスフィルタ
２０２…第２のローパスフィルタ
２０３…第１の差動出力ＤＣアンプ
２０４…第２の差動出力ＤＣアンプ
５０３…第１のループゲイン調整回路
５０４…第２のループゲイン調整回路
５０５…第３のループゲイン調整回路
６００…コントローラ
６０１…記憶回路

Claims (6)

1. 入力される光の位相及び強度を第１の送信データに応じて変更する第１の光位相変調部と、入力される光の位相及び強度を第２の送信データに応じて変更する第２の光位相変調部と、前記第２の光位相変調部の出力光を遅延させて位相をπ／２ずらす光位相シフタと、前記第１の光位相変調部の出力光と前記光位相シフタの出力光とを合波して出力する合波部とを備える光変調器と、
   前記光変調器の出力光の光パワをモニタする光パワモニタと、
   前記第１の送信データがゼロレベルであるときに前記第１の光位相変調部の出力光がヌル点となる第１のバイアス電圧を供給する第１のバイアス電源と、
   所定の周波数を有する第１の周期信号を前記第１のバイアス電圧に重畳する第１のディザ信号重畳手段と、
   前記光パワモニタのモニタ結果から前記第１の周期信号と同期した強度変調成分を同期検波して検波結果が０となるように前記第１のバイアス電源を制御する第１のフィードバック制御手段と、
   前記第２の送信データがゼロレベルであるときに前記第２の光位相変調部の出力光がヌル点となる第２のバイアス電圧を供給する第２のバイアス電源と、
   前記第１の周期信号に直交する第２の周期信号を前記第２のバイアス電圧に重畳する第２のディザ信号重畳手段と、
   前記光パワモニタのモニタ結果から前記第２の周期信号と同期した強度変調成分を同期検波して検波結果が０となるように前記第２のバイアス電源を制御する第２のフィードバック制御手段と、
   前記光位相シフタにおける位相シフト量を調整する第３のバイアス電圧を供給する第３のバイアス電源と、
   前記光パワモニタのモニタ結果から前記第１の周期信号に対して整数倍の周波数を有する第３の周期信号と同期した強度変調成分を同期検波して検波結果が０となるように前記第３のバイアス電源を制御する第３のフィードバック制御手段と、
   前記第１のフィードバック制御手段と前記第２のフィードバック制御手段と前記第３のフィードバック制御手段とを制御する制御部と
   を備え、
   前記制御部は通常動作に先立ち立ち上げシーケンスを実行し、
   前記制御部は前記立ち上げシーケンス終了までの間に少なくとも１回は前記第３のバイアス電圧を半波長電圧Ｖπだけ増加又は減少させ、
   また前記制御部は前記立ち上げシーケンスにおいて、前記第３のバイアス電圧を変化させるごとに前記第３のバイアス電圧及び前記第２のバイアス電圧を固定して前記第１のフィードバック制御手段を動作させて、前記第１のバイアス電圧の収束値を記憶し、記憶した前記第１のバイアス電圧の収束値の平均値を前記第１のバイアス電源に供給させ、
   また前記制御部は前記立ち上げシーケンスにおいて、前記第３のバイアス電圧を変化させるごとに前記第３のバイアス電圧及び前記第１のバイアス電圧を固定して前記第２のフィードバック制御手段を動作させて、前記第２のバイアス電圧の収束値を記憶し、記憶した前記第２のバイアス電圧の収束値の平均値を前記第２のバイアス電源に供給させ、
   また前記制御部は前記立ち上げシーケンスにおいて、前記第３のフィードバック制御手段を動作させる際に、前記第１のバイアス電源に記憶した前記第１のバイアス電圧の収束値の平均値を供給させ、前記第２のバイアス電源に記憶した前記第２のバイアス電圧の収束値の平均値を供給させる
   ことを特徴とする光送信機。
2. 請求項１に記載の光送信機において、
   前記制御部は前記立ち上げシーケンスにおいて、前記第１のフィードバック制御手段と前記第２のフィードバック制御手段と前記第３のフィードバック制御手段とそれぞれを少なくとも１回動作させ、
   また前記制御部は前記第３のフィードバック制御手段の動作が終了したときに前記立ち上げシーケンスを終了する
   ことを特徴とする光送信機。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光送信機において、
   前記制御部は前記立ち上げシーケンスにおいて、前記第１のフィードバック制御手段と前記第２のフィードバック制御手段と前記第３のフィードバック制御手段とのいずれかを動作させている間は他を停止させる
   ことを特徴とする光送信機。
4. 請求項３に記載の光送信機において、
   前記制御部は前記立ち上げシーケンスにおいて、前記第１のフィードバック制御手段を動作させている間は前記第２のディザ信号重畳手段の動作を停止させ、
   また前記制御部は前記立ち上げシーケンスにおいて、前記第２のフィードバック制御手段を動作させている間は前記第１のディザ信号重畳手段の動作を停止させる
   ことを特徴とする光送信機。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光送信機において、
   前記制御部は前記立ち上げシーケンスにおいて、前記第３のバイアス電圧を−Ｖπから＋Ｖπまでの範囲においてＶπ／Ｎ（Ｎは自然数）刻みで変化させるごとに前記第１のフィードバック制御手段を動作させ、
   また前記制御部は前記立ち上げシーケンスにおいて、前記第３のバイアス電圧を−Ｖπから＋Ｖπまでの範囲においてＶπ／Ｎ刻みで変化させるごとに前記第２のフィードバック制御手段を動作させる
   ことを特徴とする光送信機。
6. 入力される光の位相及び強度を第１の送信データに応じて変更する第１の光位相変調部と、入力される光の位相及び強度を第２の送信データに応じて変更する第２の光位相変調部と、前記第２の光位相変調部の出力光を遅延させて位相をπ／２ずらす光位相シフタと、前記第１の光位相変調部の出力光と前記光位相シフタの出力光とを合波して出力する合波部とを備える光変調器と、
   前記光変調器の出力光の光パワをモニタする光パワモニタと、
   前記第１の送信データがゼロレベルであるときに前記第１の光位相変調部の出力光がヌル点となる第１のバイアス電圧を供給する第１のバイアス電源と、
   所定の周波数を有する第１の周期信号を前記第１のバイアス電圧に重畳する第１のディザ信号重畳手段と、
   前記光パワモニタのモニタ結果から前記第１の周期信号と同期した強度変調成分を同期検波して検波結果が０となるように前記第１のバイアス電源を制御する第１のフィードバック制御手段と、
   前記第２の送信データがゼロレベルであるときに前記第２の光位相変調部の出力光がヌル点となる第２のバイアス電圧を供給する第２のバイアス電源と、
   前記第１の周期信号に直交する第２の周期信号を前記第２のバイアス電圧に重畳する第２のディザ信号重畳手段と、
   前記光パワモニタのモニタ結果から前記第２の周期信号と同期した強度変調成分を同期検波して検波結果が０となるように前記第２のバイアス電源を制御する第２のフィードバック制御手段と、
   前記光位相シフタにおける位相シフト量を調整する第３のバイアス電圧を供給する第３のバイアス電源と、
   前記光パワモニタのモニタ結果から前記第１の周期信号に対して整数倍の周波数を有する第３の周期信号と同期した強度変調成分を同期検波して検波結果が０となるように前記第３のバイアス電源を制御する第３のフィードバック制御手段と、
   前記第１のフィードバック制御手段と前記第２のフィードバック制御手段と前記第３のフィードバック制御手段とを制御する制御部と
   を備える光送信機において制御部が行う通常動作に先立って行う立ち上げシーケンスにおける制御方法であって、
   前記第３のバイアス電圧を変化させるごとに前記第３のバイアス電圧及び前記第２のバイアス電圧を固定して前記第１のフィードバック制御手段を動作させて、前記第１のバイアス電圧の収束値を記憶し、記憶した前記第１のバイアス電圧の収束値の平均値を前記第１のバイアス電源に供給させるステップと、
   前記第３のバイアス電圧を変化させるごとに前記第３のバイアス電圧及び前記第１のバイアス電圧を固定して前記第２のフィードバック制御手段を動作させて、前記第２のバイアス電圧の収束値を記憶し、記憶した前記第２のバイアス電圧の収束値の平均値を前記第２のバイアス電源に供給させるステップと、
   前記第３のフィードバック制御手段を動作させる際に、前記第１のバイアス電源に記憶した前記第１のバイアス電圧の収束値の平均値を供給させ、前記第２のバイアス電源に記憶した前記第２のバイアス電圧の収束値の平均値を供給させるステップと、
   を含み、
   前記第１のフィードバック制御手段と前記第２のフィードバック制御手段とを動作させる際に前記第３のバイアス電圧を半波長電圧Ｖπだけ増加又は減少させる
   ことを特徴とする制御方法。

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