JP6400235B1 - 光送信装置および光送信方法 - Google Patents

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Abstract

光送信装置(100)は、入力された連続光の光パワーを電界吸収効果により減衰させて出力する光変調器(220)および観測用光変調器(230)を有し、光変調器(220)が連続光をパルス振幅変調して出力する光送信器(200)と、直流バイアス電圧を生成して光変調器(220)および観測用光変調器(230)へ出力するバイアス電圧生成部(350)と、パルス振幅変調用の電気信号を生成して光変調器(220)へ出力する変調用信号生成部(360)と、光変調器(220)における光パワーの吸収量および観測用光変調器(230)における光パワーの吸収量に基づいて、直流バイアス電圧の調整をバイアス電圧生成部(350)に指示するバイアス電圧制御部(340)と、を備える。

Description

本発明は、パルス振幅変調(PAM:Pulse Amplitude Modulation)を使用して情報を送信する光送信装置および光送信方法に関する。
1990年代におけるインターネットの普及により、インターネットトラフィックは増加の一途をたどっている。2010年以降でも、スマートフォンの普及、IoT(Internet of Things)の発展などにより、通信の大容量化が進んでいる。この傾向は今後も続くと予想され、スーパーコンピュータ内、データセンタ内あるいはデータセンタ間の光通信ネットワークは今後ますます重要となってくる。光通信ネットワークでは、数百m〜数km程度の比較的短い距離での光ファイバ通信、これよりも長い中距離での光ファイバ通信など、様々な形態が共存する。こうした様々な伝送距離および用途に応じた光通信ネットワークを実現するために、標準化団体などにおいて仕様の標準化が行われている。
現在、IEEE(The Institute of Electrical and Electronics Engineers) P802.3bsにおいて次世代イーサネット(登録商標)の規格である400GbE(400Gbps Ethernet)の議論が進められている。従来の規格ではNRZ(Non Return to Zero)変調方式が多く採用されてきたのに対して、400GbEではPAM4変調方式が採用される見込みである。例えば、非特許文献1に記載されているように、2値の振幅変調である従来のNRZ変調方式から4値の振幅変調であるPAM4変調方式を用いるようにすることで、同じ変調速度に対して2倍の伝送容量を実現できる。
PAM4変調方式では、伝送する値に対応して4段階の値のいずれかに設定される振幅が、振幅同士の間隔がなるべく大きくなり、かつ同じ変動範囲で変動するように設定されることが要求される。例えば、振幅を表す光パワーの4つのレベルを、光パワーが最大のものから順番にレベル3、レベル2、レベル1、レベル0とした場合、レベル3とレベル2との間隔、レベル2とレベル1との間隔、およびレベル1とレベル0との間隔の各々がなるべく大きくなること、および各間隔が等しくなることが要求される。これらの間隔が小さくなるとデータ伝送時の誤り率が大きくなる。また、間隔同士の差が大きくなると、特定の値のデータを伝送する場合の誤り率が増大する。
ここで、PAM4変調方式が適用される光送信器の一つとしてEML(Electro-absorption Modulated Laser diode:電界吸収型変調器集積型半導体レーザ)がある。EMLは光源である半導体レーザと外部変調器である導波路構造のEA(Electro Absorption、電界吸収型)変調器とで構成される光送信器である。EMLにおいて、光源は連続(CW:Continuous Wave)光を出力する。EA変調器は、電界吸収効果を利用する光変調器であり、光源が出力した連続光を、導波路を通過させた後に出力する。EA変調器は、連続光が導波路を通過するときに、変調用の電気信号を導波路に印加して導波路の光パワーの透過率を変更することで、出力する光の光パワーを入力したときよりも低くすることができる。導波路の光パワーの透過率は印加される電圧の値に対応して変化するため、EA変調器が連続光を変調するには、導波路に印加する電圧を変更する必要がある。一般的なEA変調器は、変調用の電気信号とDC(Direct Current)バイアス電圧とを導波路に印加する構成となっており、変調用の電気信号の電圧を変化させて導波路への印加電圧を変化させることにより、導波路の光パワーの透過率を変化させる。ここで、EA変調器は、導波路への印加電圧と出力光の消光比または導波路の光パワーの透過率との関係を表す消光カーブと呼ばれる特性を有し、DCバイアス電圧は、変調用の電気信号がとり得る電圧と消光カーブとを考慮して決定される。具体的には、DCバイアス電圧は、上述した各レベル同士の間隔がなるべく大きくなり、かつ各間隔が等しくなるように設定される。各レベル同士の間隔は、EA変調器の導波路に印加される電圧の変動範囲、具体的には、変調用の電気信号の電圧とDCバイアス電圧とを加算した電圧値の変動範囲が、消光カーブが線形に近い特性となる領域内に収まるようにすることで、等しい状態に近づく。そのため、EA変調器に印加するDCバイアス電圧は、導波路に実際に印加される電圧の変動範囲が、消光カーブが線形に近い特性となる領域内に収まる値となるように設定するのが理想とされる。
K.Szczerba, A.Larsson et al., "4-PAM for High-Speed Short-Range Optical Communications", Journal of Optical Communications and Networking, Vol.4, No.11, November 2012.
しかしながら、EA変調器を用いた光送信器を実際の光通信ネットワークで使用する場合、光送信器の駆動条件の変化、環境条件の変化、経年劣化等により、EA変調器の消光カーブが変化する可能性がある。消光カーブが変化すると最適なDCバイアス電圧の条件がずれてしまい、光送信器が出力する光の4段階の光パワーのレベルも変化する。その結果、4段階の光パワーのレベルの間隔差が大きくなり、誤り率が増大する。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、伝送品質が劣化するのを防止することが可能な光送信装置を得ることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光送信装置は、入力された連続光の光パワーを電界吸収効果により減衰させて出力する第1の光変調器および第2の光変調器を有し、第1の光変調器が連続光をパルス振幅変調して出力する光送信器を備える。また、光送信装置は、DCバイアス電圧を生成して第1の光変調器および第2の光変調器へ出力するバイアス電圧生成部と、パルス振幅変調用の電気信号を生成して第1の光変調器へ出力する第1の変調用信号生成部と、第1の光変調器における光パワーの吸収量および第2の光変調器における光パワーの吸収量に基づいて、DCバイアス電圧の調整をバイアス電圧生成部に指示するバイアス電圧制御部と、を備える。
本発明にかかる光送信装置は、伝送品質が劣化するのを防止できるという効果を奏する。
実施の形態1にかかる光送信装置の構成例を示す図 実施の形態1にかかる光通信装置の制御部が光送信器に印加するDCバイアス電圧を調整する動作の原理を説明するための図 実施の形態1にかかる光送信装置の動作例を示すフローチャート 実施の形態1にかかる光送信器の構成例を示す図 実施の形態1にかかる光送信装置を実現するハードウェアの構成例を示す図 実施の形態1にかかる光送信装置の効果を説明するための図 実施の形態2にかかる光送信装置の構成例を示す図 実施の形態3にかかる光送信装置を構成する光送信器の構成例を示す図 実施の形態4にかかる光送信装置を構成する光送信器の構成例を示す図 実施の形態5にかかる光送信装置の光送信器を構成する光変調器の構成例を示す図 実施の形態5にかかる光送信装置の光送信器を構成する観測用光変調器の構成例を示す図 実施の形態6にかかる光送信装置の構成例を示す図 実施の形態6にかかる光送信装置の動作例を示すフローチャート
以下に、本発明の実施の形態にかかる光送信装置および光送信方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる光送信装置の構成例を示す図である。図1に示した本実施の形態にかかる光送信装置100は、光通信システムを構成し、光ファイバ、無線空間などを介して、光受信装置との間で光信号を送受信する。
なお、実際の光システムは、光送信装置および光受信装置を備えた光通信装置が、通信相手の他の光通信装置との間で光信号を相互に送受信する構成が一般的である。この場合、図1に示した光送信装置100は、図示を省略した光受信装置とともに光通信装置を構成し、同様の構成を有する通信相手の光通信装置に向けて光信号を送信する。
光送信装置100は、光送信器200および制御部300を備える。光送信器200は、制御部300から電気信号として入力されるデータ信号を使用して連続光を変調することにより、データ信号が光信号に変換された送信信号を生成する。データ信号は通信相手の光通信装置に送るべき信号である。制御部300は、データ信号を生成するとともに、光送信器200に印加するDCバイアス電圧を生成する。制御部300が生成するデータ信号は光送信器200に入力され、変調用の電気信号として使用される。なお、制御部300は、光送信器200専用の制御基板上で実現される場合もあれば、光送信装置100全体の制御基板上で実現される場合もある。
光送信器200は、連続光生成部210、光変調器220および観測用光変調器230を備える。
連続光生成部210は、通信相手の光通信装置へ送信する光信号の元となる連続光を生成して光変調器220および観測用光変調器230へ出力する。
第1の光変調器である光変調器220は、入力された連続光に対して電界吸収効果を利用した光変調処理を行うことが可能なEA変調器である。光変調器220は、制御部300から入力された変調用の電気信号およびDCバイアス電圧に基づいて、通信相手の光通信装置へ送信する光信号を生成する。具体的には、光変調器220は、連続光生成部210から入力された連続光に対して、変調用の電気信号およびDCバイアス電圧を使用して、4値パルス振幅変調であるPAM4変調を行うことにより、光信号を生成する。光変調器220は一般のEMLなどで用いられる光変調器である。なお、図示を省略しているが、光変調器220は、印加される電圧が変化すると光の透過率が変化する導波路を有する。光変調器220は、導波路への印加電圧を変化させることにより導波路を通過する連続光の光パワーを変化させて連続光を変調し、光信号として出力する。なお、導波路への印加電圧が大きくなると光の透過率が小さくなり、光変調器220が出力する光信号の光パワーも小さくなる。
第2の光変調器である観測用光変調器230は、光変調器220と同様に、入力された連続光に対して電界吸収効果を利用した光変調処理を行うことが可能なEA変調器である。ただし、観測用光変調器230にはDCバイアス電圧のみが印加される構成とされている。そのため、観測用光変調器230は、連続光生成部210から入力された連続光の光パワーを、制御部300から印加されたDCバイアス電圧の値に対応する光パワーに変更して出力する。観測用光変調器230も光変調器220と同様に、印加される電圧が変化すると光の透過率が変化する導波路を有する。観測用光変調器230は、導波路にDCバイアス電圧を印加することにより、導波路を通過する連続光の光パワーを変化させる。観測用光変調器230が有する導波路の光透過特性を表す消光カーブは光変調器220が有する導波路の消光カーブと同様とする。
制御部300は、光吸収量算出部320、透過損失算出部321、観測用光吸収量算出部330、観測用透過損失算出部331、バイアス電圧制御部340、バイアス電圧生成部350および変調用信号生成部360を備える。
第1の光吸収量算出部である光吸収量算出部320は、光送信器200の光変調器220が行う光変調で生じる光吸収量、すなわち、光変調器220への入力光の光パワーと光変調器220の出力光の光パワーとの比率を算出する。光吸収量算出部320は、光変調器220から出力される、入力光の光パワーを表す電気信号と出力光の光パワーを表す電気信号とに基づいて光吸収量を算出する。光吸収量算出部320は、光吸収量を複数回にわたって算出し、それらの平均値を出力するようにしてもよい。光吸収量算出部320が算出する光吸収量は第1の光吸収量である。
第1の透過損失算出部である透過損失算出部321は、光吸収量算出部320で算出された光吸収量に基づいて、光変調器220が有する導波路の単位長あたりの光の透過損失を算出する。なお、透過損失の単位は、例えば“1/cm”または“dB/cm”とする。透過損失算出部321は、光変調器220が有する導波路の長さの情報を予め保持しているものとする。なお、光変調器220が有する導波路は、後述する変調用導波路に該当する。
第2の光吸収量算出部である観測用光吸収量算出部330は、光送信器200の観測用光変調器230が連続光の光パワーを変更する処理で生じる光吸収量、すなわち、観測用光変調器230への入力光の光パワーと観測用光変調器230の出力光の光パワーとの比率を算出する。観測用光吸収量算出部330は、観測用光変調器230から出力される、入力光の光パワーを表す電気信号と出力光の光パワーを表す電気信号とに基づいて光吸収量を算出する。観測用光吸収量算出部330は、光吸収量を複数回にわたって算出し、それらの平均値を出力するようにしてもよい。観測用光吸収量算出部330が算出する光吸収量は第2の光吸収量である。
第2の透過損失算出部である観測用透過損失算出部331は、観測用光吸収量算出部330で算出された光吸収量に基づいて、観測用光変調器230が有する導波路の単位長あたりの光の透過損失を算出する。観測用透過損失算出部331は、観測用光変調器230が有する導波路の長さの情報を予め保持しているものとする。なお、観測用光変調器230が有する導波路は、後述する観測用導波路に該当する。
バイアス電圧制御部340は、透過損失算出部321が算出した単位長あたりの光の透過損失である第1の透過損失と、観測用透過損失算出部331が算出した単位長あたりの光の透過損失である第2の透過損失とに基づいて、バイアス電圧生成部350が生成するDCバイアス電圧を制御する。バイアス電圧制御部340は、第1の透過損失および第2の透過損失に基づいてDCバイアス電圧の調整をバイアス電圧生成部350に指示することにより、バイアス電圧生成部350が生成するDCバイアス電圧を制御する。
バイアス電圧生成部350は、光送信器200の光変調器220および観測用光変調器230に印加するDCバイアス電圧を生成する。また、バイアス電圧生成部350は、生成するDCバイアス電圧をバイアス電圧制御部340からの指示に従い変更する。
第1の変調用信号生成部である変調用信号生成部360は、通信相手の光通信装置に送信したいデータ信号に基づいて変調用の電気信号を生成し、光送信器200の光変調器220に出力する。変調用信号生成部360が生成する変調用の電気信号は、パルス振幅変調用の電気信号であり、4レベルの電圧を有する。また、信号生成部360が変調用の電気信号として出力する電圧の4つのレベルは、その平均レベルを中心として上下対称なレベルとする。
つづいて、光送信装置100において制御部300が光送信器200に印加するDCバイアス電圧を適応的に調整する動作について、図2〜図5を用いて説明する。
図2は、実施の形態1にかかる光送信装置100の制御部300が光送信器200に印加するDCバイアス電圧を調整する動作の原理を説明するための図である。
図2は、光送信器200の光変調器220に印加する電圧と光変調器220の導波路のパワー透過率との関係を示している。横軸が光変調器220への印加電圧、縦軸が導波路のパワー透過率を示す。光変調器220は、パワー透過率がT0となる電圧が印加された場合は光パワーがレベル0の光を出力し、パワー透過率がT1となる電圧が印加された場合は光パワーがレベル1の光を出力し、パワー透過率がT2となる電圧が印加された場合は光パワーがレベル2の光を出力し、パワー透過率がT3となる電圧が印加された場合は光パワーがレベル3の光を出力する。図2に示したパワー透過率T0〜T3は、制御部300のバイアス電圧生成部350が生成するDCバイアス電圧がVbiasである場合に光変調器220で生成される光信号がとり得る4レベルの光パワーの各々に対応する。
また、図2において、‘a’はレベル2とレベル1との間の消光カーブの傾きを示し、‘a+Δa3-2’はレベル3とレベル2との間の消光カーブの傾きを示し、‘a+Δa1-0’はレベル1とレベル0との間の消光カーブの傾きを示す。図2より‘a’は負の値で、印加する電圧が大きくなると出力光の光パワーが低下することがわかる。‘TLinear’は、光変調器220に印加される電圧(電気信号)の変動範囲内で消光カーブの傾きが一定の‘a’と仮定できる理想的な場合の時にバイアス電圧生成部350が生成するDCバイアス電圧に対応するパワー透過率である。‘TNonlinear’は、光変調器220に印加される電圧の変動範囲内で消光カーブの傾きが完全に線形とはならない場合の時にバイアス電圧生成部350が生成するDCバイアス電圧に対応するパワー透過率である。図2に示した2つの傾き‘a+Δa3-2’および‘a+Δa1-0’の間の差が小さくなればなるほど、DCバイアス電圧は理想的な値に近づく。VRF,p-pは、光変調器220への印加電圧の変動範囲、すなわち、DCバイアス電圧と変調用の電気信号の電圧とを加算した電圧の変動範囲を表す。なお、DCバイアス電圧は一定であるため、VRF,p-pは、変調用の電気信号の電圧の変動範囲と一致する。
DCバイアス電圧に対応するパワー透過率TNonlinearとTLinearの差が大きい場合、DCバイアス電圧に対応するパワー透過率がTLinearに近づくよう、バイアス電圧生成部350が生成するDCバイアス電圧を調整する必要がある。消光カーブの傾きが完全に線形とはならない場合および一定と仮定できる理想的な場合のパワー透過率の差分をΔT=TNonlinear−TLinearとすると、ΔTは、レベル3とレベル2との間の消光カーブの傾き(a+Δa3-2)と、レベル1とレベル0との間の消光カーブの傾き(a+Δa1-0)との差分から推定できる。DCバイアス電圧を印加し線形な消光カーブ特性で光変調している場合の光パワーの平均値とDCバイアス電圧のみを印加した場合に出力される光信号のパワーに差がない場合、傾きa+Δa3-2とa+Δa1-0との差分から生じるパワー透過率の差分は、VRF,p-pにΔa3-2−Δa1-0(傾きa+Δa3-2とa+Δa1-0との差分)を乗算した結果に比例する。また、Δa3-2−Δa1-0の正負の極性から、レベル3とレベル2の間隔およびレベル1とレベル0の間隔のうち、どちらの間隔が狭いかを判断できる。なお、以下の説明においては、レベル3とレベル2の間隔を第1の間隔と称し、レベル1とレベル0の間隔を第2の間隔と称する。EA変調器は、印加されるDCバイアス電圧が理想的な電圧よりも低くなると、消光カーブが線形に近い特性となる領域内での光変調ができなくなり、レベル3に対応する光パワーとレベル2に対応する光パワーの差が小さくなってしまって誤り率が増大する。同様に、EA変調器は、印加されるDCバイアス電圧が理想的な電圧よりも高くなると、レベル1に対応する光パワーとレベル0に対応する光パワーの差が小さくなってしまって誤り率が増大する。
光変調器220が出力する光信号の光パワーは、印加される電気信号の4段階の電圧に対応して4段階で変化する。しかし、一般的には、変調用の電気信号であるデータ信号の値はランダム性があり、光変調器220に4段階の電圧の各々が印加される頻度は、適切な観測時間において大きな差は無いと考えられる。また、図2に示したように、DCバイアス電圧Vbiasは光変調器220への印加電圧の変動範囲VRF,p-pの中央となる。そのため、DCバイアス電圧Vbiasが適切な値に設定されている場合、光変調器220が出力する光信号の光パワーの平均値は、DCバイアス電圧のみが印加された場合に出力する光信号の光パワーに近い値になる。一方、DCバイアス電圧Vbiasが適切な値に設定されていない場合、4レベルの光パワーのうち、上記の第1の間隔である大きい側の2つのレベルの間隔、または、上記の第2の間隔である小さい側の2つのレベルの間隔が狭くなる。具体的には、2番目に大きいレベルの光パワーが最も大きいレベルの光パワーに近づく、または、2番目に小さいレベルの光パワーが最も小さいレベルの光パワーに近づく。この結果、消光カーブの光変調器220が出力する光信号の光パワーの平均値は、レベルが大きい側またはレベルが小さい側にずれてしまい、DCバイアス電圧のみが印加された場合に出力する光信号の光パワーとの差が大きくなる。そのため、変調用の電気信号およびDCバイアス電圧が印加されているときに光変調器220が出力する光信号の光パワーと、DCバイアス電圧のみが印加されているときに光変調器220が出力する光信号の光パワーとを比較することにより、DCバイアス電圧が適切な値か否かを判断することができる。なお、光パワーに代えてパワー透過率を使用してDCバイアス電圧が適切な値か否かを判断することも可能である。
しかし、運用中の光変調器では、変調用の電気信号およびDCバイアス電圧が印加されているときの出力光の光パワーまたはパワー透過率と、DCバイアス電圧のみが印加されているときの出力光の光パワーまたはパワー透過率とを同時に観測することはできない。そこで、本実施の形態にかかる光送信器200は、光変調用の光変調器220に加えて観測用光変調器230を備えた構成としている。これにより、変調用の電気信号およびDCバイアス電圧が印加されているときの出力光の光パワーまたはパワー透過率と、DCバイアス電圧のみが印加されているときの出力光の光パワーまたはパワー透過率とを同時に観測することが可能となり、DCバイアス電圧が適切な値か否かを判断できるようになる。
また、一般に、パワー透過率は、光パワーを変化させるための導波路の長さに依存し、長ければ長いほど光吸収量が大きくなりパワー透過率は下がる。そのため、観測用光変調器230の導波路の長さを任意に設定できるように、上記の第1の間隔および第2の間隔のうちのどちらが狭いのかを判別する処理で使用する物理量として、パワー透過率ではなく、単位長あたりの透過損失を用いる。単位長あたりの透過損失を使用する場合でも、上記の第1の間隔および第2の間隔のうちのどちらが狭いのかを判別する原理は変わらず適用できる。
図3は、実施の形態1にかかる光送信装置100の動作例を示すフローチャートであり、制御部300が光送信器200に印加するDCバイアス電圧を調整する動作を示している。
まず、光送信装置100の運用を開始する前に、光変調器220の特性を表す消光カーブにおける、DCバイアス電圧のみを印加する場合の透過損失とDCバイアス電圧および変調用の電気信号の電圧を印加する場合の透過損失との間のオフセット量を制御部300に設定する(ステップS1)。設定するオフセット量は、電圧の変動範囲がVRF-linear,p-pの電気信号を使用して消光カーブの線形領域において光変調を行った場合の光変調器220における透過損失と、DCバイアス電圧のみを印加した場合の光変調器220における透過損失の差分を意味する。ここで、VRF-linear,p-pは、図2に示した上述のVRF,p-pよりも小さく、消光カーブの非線形性を無視できる程度の電圧範囲とする。オフセット量を設定することで、DCバイアス電圧の設定値が適切な状態において、DCバイアス電圧のみを印加した場合のパワー透過率と、光変調時すなわちDCバイアス電圧および変調用の電気信号を印加した場合のパワー透過率とが異なる場合に、上記の第1の間隔および第2の間隔のどちらが狭いかを判定する処理における判定精度を高めることができる。また、判定において任意性をもたせるためにも、オフセット量を設けることは有効である。オフセット量の設定は、例えば、図示を省略した入力装置を使用して使用者が設定する。予め準備されている複数のオフセット量の中から選択して設定する構成としてもよい。オフセット量は、複数のDCバイアス電圧に対して個別に設定可能としてもよい。
次に、制御部300が、予め決められている初期設定値の各種電圧および電流と制御用の電気信号とを光送信器200に与えて光変調器220に光変調を実施させる(ステップS2)。具体的には、制御部300のバイアス電圧生成部350がDCバイアス電圧を生成して光送信器200の光変調器220および観測用光変調器230に与えるとともに、変調用信号生成部360が変調用の電気信号を生成して光変調器220に与える。また、制御部300は、連続光生成部210に対して電流を与える。この結果、光送信器200の連続光生成部210は連続光の生成を開始し、生成した連続光を光変調器220および観測用光変調器230に入力させる。光変調器220は、連続光生成部210から入力された連続光を光変調して光信号を生成する動作を開始する。観測用光変調器230は、連続光生成部210から入力された連続光の光パワーを、印加されたDCバイアス電圧に対応するパワー透過率で減衰させる動作を開始する。
なお、ステップS1およびステップS2は、光送信装置100の運用開始時に実行するステップである。光送信装置100は、ステップS1およびS2を実行した後、ステップS3〜S9を繰り返し実行し、制御部300が光送信器200の光変調器220および観測用光変調器230に与えるDCバイアス電圧を調整する。
ステップS2を実行した後、制御部300の光吸収量算出部320が、光送信器200が出力した情報に基づいて、光変調器220における光吸収量を算出する(ステップS3)。光送信器200が出力する情報としては、光変調器220に入力する連続光の光パワーを表す電流または電圧の情報と、光変調器220が出力する光信号の光パワーを表す電流または電圧の情報とを例示できる。
次に、制御部300の透過損失算出部321が、光吸収量算出部320で算出された光吸収量と、光変調器220が有する導波路の長さとに基づいて、光変調器220の単位長あたりの透過損失を算出する(ステップS4)。光変調器220の単位長あたりの透過損失は、光変調器220が有する導波路における単位長あたりの透過損失である。
次に、制御部300の観測用光吸収量算出部330が、観測用光変調器230が出力した情報に基づいて、観測用光変調器230における光吸収量を算出する(ステップS5)。観測用光変調器230が出力する情報としては、観測用光変調器230に入力する連続光の光パワーを表す電流または電圧の情報と、観測用光変調器230が出力する光信号の光パワーを表す電流または電圧の情報とを例示できる。
次に、制御部300の観測用透過損失算出部331が、観測用光吸収量算出部330で算出された光吸収量と、観測用光変調器230が有する導波路の長さとに基づいて、観測用光変調器230の単位長あたりの透過損失を算出する(ステップS6)。観測用光変調器230の単位長あたりの透過損失は、観測用光変調器230が有する導波路における単位長あたりの透過損失である。
次に、制御部300のバイアス電圧制御部340が、ステップS4で算出された光変調器220の単位長あたりの透過損失およびステップS6で算出された観測用光変調器230における単位長あたりの透過損失に基づいて、バイアス電圧生成部350が生成するDCバイアス電圧を制御する。
具体的には、バイアス電圧制御部340は、まず、光変調器220の単位長あたりの透過損失にオフセット量を加算した値と観測用光変調器230の単位長あたりの透過損失とを比較する(ステップS7)。光変調器220の単位長あたりの透過損失に加算するオフセット量は上記のステップS1で設定されたオフセット量である。なお、図3のステップS7に記載している「透過損失」は「単位長あたりの透過損失」を意味する。
バイアス電圧制御部340は、次に、光変調器220の単位長あたりの透過損失にオフセット量を加算した値が観測用光変調器230の透過損失よりも小さい場合(ステップS7:Yes)、バイアス電圧生成部350に対してDCバイアス電圧を上げるように指示する。この指示を受けたバイアス電圧生成部350は、生成するDCバイアス電圧を上げる(ステップS8)。光変調器220の単位長あたりの透過損失にオフセット量を加算した値が観測用光変調器230の透過損失よりも小さい場合は、図2に示したΔT=TNonlinear−TLinearが0未満の場合、すなわちTNonlinear<TLinearの場合に相当する。
バイアス電圧制御部340は、光変調器220の単位長あたりの透過損失にオフセット量を加算した値が観測用光変調器230の透過損失以上の場合(ステップS7:No)、バイアス電圧生成部350に対してDCバイアス電圧を下げるように指示する。この指示を受けたバイアス電圧生成部350は、生成するDCバイアス電圧を下げる(ステップS9)。光変調器220の単位長あたりの透過損失にオフセット量を加算した値が観測用光変調器230の透過損失以上の場合は、図2に示したΔT=TNonlinear−TLinearが0以上の場合、すなわちTLinear≦TNonlinearの場合に相当する。
制御部300は、ステップS8,S9を実行した後はステップS3に戻って動作を継続する。なお、光変調器220の単位長あたりの透過損失にオフセット量を加算した値が観測用光変調器230の透過損失と同じ場合、すなわちΔT=0の場合、バイアス電圧制御部340は、バイアス電圧生成部350に対してDCバイアス電圧の変更を指示しなくてもよい。
ここで、ステップS8およびS9におけるDCバイアス電圧の調整量は予め決められている固定値としてもよいし、ΔTの極性および絶対値に応じて変更してもよい。ΔTの極性および絶対値に応じて変更する場合、例えば、バイアス電圧制御部340が、複数の調整量が登録されたテーブルを保持し、テーブルに登録されている調整量の中から、ΔTの極性および絶対値に対応するものを選択して、バイアス電圧生成部350にDCバイアス電圧の調整を指示する。また、バイアス電圧制御部340は、ステップS7での判定結果が同じになる状態が繰り返す場合に、予め決められた最大量を超えない範囲で、段階的に調整量を増やしていくようにしても構わない。
つづいて、光送信器200の連続光生成部210、光変調器220および観測用光変調器230の構成について説明する。図4は、実施の形態1にかかる光送信器200の構成例を示す図である。
光送信器200の連続光生成部210は、光源211および光分岐部212を備える。光源211は、レーザダイオード(LD:Laser Diode)であり、注入電流が外部から与えられると光信号の元となる連続光を生成する。光分岐部212は、光源211が生成した連続光を光変調器220と観測用光変調器230とに分岐させる。光分岐部212は、光方向性結合器および多モード干渉導波路などで実現できる。
光送信器200の光変調器220は、変調用導波路221と、光パワー観測用の受光素子であるモニタフォトダイオード(PD:Photo Diode)222およびモニタフォトダイオード223とを備える。
第1の導波路である変調用導波路221には、上述した制御部300のバイアス電圧生成部350で生成されたDCバイアス電圧Vbiasおよび制御部300の変調用信号生成部360で生成された変調用の電気信号の電圧が印加される。変調用導波路221は、印加された電圧の値に対応して透過率が変化する光デバイスで構成されている。
モニタPD222は変調用導波路221の入力側、すなわち連続光生成部210から連続光が入力される側に接続され、変調用導波路221に入力する連続光の光パワーを観測する。すなわち、モニタPD222は、変調用導波路221に入力する連続光の一部が分岐して入力するように構成されており、入力した連続光を電気信号に変換し、連続光の光パワーに対応する電流を出力する。
モニタPD223は変調用導波路221の出力側に接続され、変調用導波路221が連続光を変調して生成した光信号の光パワーを観測する。すなわち、モニタPD223は、変調用導波路221が出力する光信号の一部が分岐して入力するように構成されており、入力した光信号を電気信号に変換し、光信号の光パワーに対応する電流を出力する。
モニタPD222が出力する電流およびモニタPD223が出力する電流は、上述した制御部300の光吸収量算出部320へ入力される。なお、モニタPD222および223は、観測した光パワーに対応する電流を電圧に変換して出力してもよい。光吸収量算出部320は、モニタPD222および223が出力した電流または電圧を使用して光変調器220における光吸収量を算出する。
光送信器200の観測用光変調器230は、観測用導波路231と、光パワー観測用の受光素子であるモニタPD232および233と、光終端部234とを備える。
第2の導波路である観測用導波路231には、上述した制御部300のバイアス電圧生成部350で生成されたDCバイアス電圧Vbiasが印加される。観測用導波路231は、印加された電圧の値に対応して透過率が変化する光デバイスで構成されている。
モニタPD232は観測用導波路231の入力側、すなわち連続光生成部210から連続光が入力される側に接続され、観測用導波路231に入力する連続光の光パワーを観測する。すなわち、モニタPD232は、観測用導波路231に入力する連続光の一部が分岐して入力するように構成されており、入力した連続光を電気信号に変換し、連続光の光パワーに対応する電流を出力する。
モニタPD233は観測用導波路231の出力側、すなわち連続光生成部210が接続されている側の反対側に接続され、観測用導波路231を通過した後の連続光の光パワーを観測する。すなわち、モニタPD233は、観測用導波路231が出力する連続光の一部が分岐して入力するように構成されており、入力した連続光を電気信号に変換し、連続光の光パワーに対応する電流を出力する。
モニタPD232が出力する電流およびモニタPD233が出力する電流は、上述した制御部300の観測用光吸収量算出部330へ入力される。なお、モニタPD232および233は、観測した光パワーに対応する電流を電圧に変換して出力してもよい。観測用光吸収量算出部330は、モニタPD232および233が出力した電流または電圧を使用して観測用光変調器230における光吸収量を算出する。
光終端部234は光終端器で構成され、観測用導波路231を通過した連続光を終端する。
つづいて、光送信装置100のハードウェア構成について説明する。図5は、実施の形態1にかかる光送信装置100を実現するハードウェアの構成例を示す図である。
光送信器200は、上述した構成の連続光生成部210、光変調器220および観測用光変調器230に加えて、光送信器200の各電気部品および光デバイスの温度を制御する温度制御器240などを備える。
制御部300は、CPU(Central Processing Unit)、システムLSI(Large Scale Integration)などのプロセッサ310と、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)などで構成されるメモリ311と、通信インタフェース312と、入出力インタフェース313とにより実現することが可能である。プロセッサ310、メモリ311、通信インタフェース312および入出力インタフェース313はバス314に接続され、バス314を介してデータおよび制御信号といった信号の受け渡しを相互に行うことが可能である。メモリ311には、各種データ、プログラムなどが格納される。通信インタフェース312は、光送信装置100内部の図示を省略している各種部品との間で、データ、制御信号などを送受信する際に使用する。また、通信インタフェース312は、光送信装置100の外部の各種部品または装置との間でデータ、制御信号などを送受信する際にも使用する。
入出力インタフェース313は、制御部300が電気配線410〜440を介して接続された光送信器200との間で制御信号の送受信などを行う場合に使用される。入出力インタフェース313は、例えば、制御部300が連続光生成部210に対して光を発生させるための注入電流を出力する場合に使用される。また、制御部300が光変調器220に対してDCバイアス電圧および変調用の電気信号を出力する場合、制御部300が光パワーを示す電流または電圧を取得する場合にも入出力インタフェース313が使用される。また、制御部300が観測用光変調器230に対してDCバイアス電圧を出力する場合、制御部300が光パワーを示す電流または電圧を取得する場合にも入出力インタフェース313が使用される。また、制御部300が温度制御器240に対して温度制御用の電流あるいは電圧を出力する場合にも入出力インタフェース313が使用される。
制御部300の光吸収量算出部320、透過損失算出部321、観測用光吸収量算出部330、観測用透過損失算出部331、バイアス電圧制御部340および変調用信号生成部360は、メモリ311に格納されている、光送信装置100の各部として動作するためのプログラムをプロセッサ310が実行することにより実現される。
以上のように、本実施の形態にかかる光送信装置100において、光送信器200は、光変調器220および観測用光変調器230を備え、制御部300は、連続光をPAM4変調する際の光変調器220における光パワーの吸収量と、連続光を変調しない観測用光変調器230における光パワーの吸収量とに基づいて、光送信器200に出力するDCバイアス電圧を制御する。具体的には、制御部300は、光変調器220に対してDCバイアス電圧および変調用の電気信号を与え、光変調器220における単位長あたりの透過損失を算出するとともに、観測用光変調器230に対してDCバイアス電圧を与え、観測用光変調器230における単位長あたりの透過損失を算出する。また。制御部300は、光変調器220における単位長あたりの透過損失と観測用光変調器230における単位長あたりの透過損失とに基づいて、DCバイアス電圧が理想的な値に近づくように調整する。これにより、光送信装置100は、以下に示すように、伝送品質が劣化するのを防止できる。
図6は、実施の形態1にかかる光送信装置100の効果を説明するための図である。図6の左側には、DCバイアス電圧が不適切な値で設定されている場合で、消光カーブの非線形性に起因して、レベル3とレベル2のパワー透過率の差がレベル1とレベル0のパワー透過率の差に比べて小さくなっている状態を示している。パワー透過率の差は光信号の4段階で変化する光パワーのレベル同士の間隔の差につながる。図6の左側に示した状態では、パワー透過率T3に対応する光パワーとパワー透過率T2に対応する光パワーの間隔が、パワー透過率T2に対応する光パワーとパワー透過率T1に対応する光パワーの間隔およびパワー透過率T1に対応する光パワーとパワー透過率T0に対応する光パワーの間隔と比較して狭くなっている。ここで、上述した制御を行うことで、光パワーのレベル同士の間隔の差が大きくなった状態を検出してDCバイアス電圧を適応的に調整することができる。図6に示した例では、左側に示した状態からDCバイアス電圧Vbiasを増加させてVbias’に調整する。これにより、図6の右側に示したように、レベル3とレベル2のパワー透過率の差が増大する。この結果、パワー透過率T3に対応する光パワーとパワー透過率T2に対応する光パワーの間隔が大きくなる。このように、光送信装置100において、制御部300は光送信器200に印加するDCバイアス電圧が適切な値か否かを確認し、不適切な値の場合には適切な値に近づくように調整を行う。そのため、光送信器200の駆動条件、環境条件などの変化、経年劣化といった要因によりDCバイアス値が適切な値からずれた状態となるのを防止することにより、光信号の伝送品質が劣化するのを防止できる。
実施の形態2.
図7は、実施の形態2にかかる光送信装置の構成例を示す図である。実施の形態2にかかる光送信装置100aは、実施の形態1にかかる光送信装置100の制御部300を制御部300aに置き換えた構成である。また、制御部300aは、制御部300に対して第2の変調用信号生成部である観測用信号生成部361を追加した構成である。本実施の形態では実施の形態1にかかる光送信装置100と異なる部分を説明する。
制御部300aの観測用信号生成部361は、変調用信号生成部360と同様に、電圧が高速に変化する電気信号を生成し、観測用光変調器230へ印加する。ただし、観測用信号生成部361が生成する電気信号の電圧の変動範囲、すなわち4段階の出力電圧のうちの最大値と最小値との差は、変調用信号生成部360が生成する変調用の電気信号の電圧の最大値と最小値の差と比較して小さいものとする。具体的には、観測用信号生成部361は、消光カーブの線形領域での光変調が可能な電気信号、すなわち、電圧の変動範囲が消光カーブの線形領域に収まる何らかの電気信号を生成する。
光送信装置100aの動作は、観測用信号生成部361が電気信号を生成し、観測用光変調器230がDCバイアス電圧および観測用信号生成部361で生成された電気信号を使用して光変調を行う点が実施の形態1にかかる光送信装置100と異なり、その他の動作は同様である。
本実施の形態にかかる光送信装置100aは、実施の形態1にかかる光送信装置100と同様に、図5に示した構成のハードウェアで実現することができる。
実施の形態2の効果について説明する。観測用光変調器230にDCバイアス電圧に加えて、消光カーブの線形領域での光変調が可能な電気信号を印加することで、高周波の電気信号を使用した光変調を消光カーブの線形領域で行う場合の透過損失を求めることができる。この場合にも、実施の形態1と同様に4段階で変化する光パワーの間隔が適切か否かを判定することができ、DCバイアス電圧が適切な値に近づくように調整することができる。
実施の形態3.
図8は、実施の形態3にかかる光送信装置を構成する光送信器の構成例を示す図である。実施の形態3にかかる光送信装置は、実施の形態1にかかる光送信装置100の光送信器200を図8に示した構成の光送信器200bに置き換えた構成である。本実施の形態では実施の形態1にかかる光送信装置100と異なる部分を説明する。
光送信器200bは、連続光生成部210b、光変調器220および観測用光変調器230を備える。光変調器220および観測用光変調器230は、実施の形態1にかかる光送信器200の光変調器220および観測用光変調器230と同じものである。ただし、接続関係が異なる。
光送信器200bにおいて、連続光生成部210bは光源211を備える。光源211は、実施の形態1にかかる光送信器200の連続光生成部210を構成する光源211と同じものである。
光送信器200bにおいては、連続光生成部210b、光変調器220および観測用光変調器230が直列に接続され、連続光生成部210bで生成された連続光は、観測用光変調器230を通過した後、光変調器220に入力される。なお、光変調器220および観測用光変調器230の順番は逆であってもよい。この場合、連続光生成部210bで生成された連続光は、光変調器220を通過した後、観測用光変調器230に入力される。
連続光の光パワーは観測用光変調器230において減少することになる。観測用光変調器230における光パワーの減少量が少なくなるよう、観測用光変調器230の観測用導波路231の長さを光変調器220の変調用導波路221よりも短くする。
なお、観測用光変調器230のモニタPD233によるモニタ結果と光変調器220のモニタPD222によるモニタ結果との間には無視できる程度の誤差しか存在しないことから、これらのモニタPDを共用化し、モニタPD233および222のいずれか一方のみを備える構成としてもよい。この場合、光送信器200bは、共用化されたモニタPDでのモニタ結果を、制御部300の光吸収量算出部320および観測用光吸収量算出部330へ出力する。
本実施の形態にかかる光送信装置は、実施の形態1にかかる光送信装置100と同様に、図5に示した構成のハードウェアで実現することができる。
本実施の形態によれば、実施の形態1,2と同様の効果が得られる光送信装置を少ない部品数で実現できる。
実施の形態4.
図9は、実施の形態4にかかる光送信装置を構成する光送信器の構成例を示す図である。実施の形態4にかかる光送信装置は、実施の形態1にかかる光送信装置100の光送信器200を図9に示した構成の光送信器200cに置き換えた構成である。本実施の形態では実施の形態1にかかる光送信装置100と異なる部分を説明する。
光送信器200cは、連続光生成部210c、光変調器220および観測用光変調器230を備える。光変調器220および観測用光変調器230は、実施の形態1にかかる光送信器200の光変調器220および観測用光変調器230と同じものである。ただし、接続関係が異なる。
光送信器200cにおいて、連続光生成部210cは光源211cを備える。光源211cは連続光を生成可能な一般的な光源であり、対向する1対のミラーで形成された共振器構造を有する。共振器構造を有する光源は、各々のミラーから連続光を取り出すことが容易である。そのため、光源211cは、対向する1対のミラーの一方から連続光を取り出して光変調器220へ出力し、対向するミラーの他方から連続光を取り出して観測用光変調器230へ出力する。
なお、図1に示した実施の形態1にかかる光送信装置100の光送信器200を光送信器200cとする場合について説明したが、図7に示した実施の形態2にかかる光送信装置100aの光送信器200を光送信器200bとしてもよい。
本実施の形態にかかる光送信装置は、実施の形態1にかかる光送信装置100と同様に、図5に示した構成のハードウェアで実現することができる。
本実施の形態によれば、実施の形態1,2と同様の効果が得られる光送信装置を少ない部品数で実現できる。
実施の形態5.
実施の形態1〜4にかかる光送信装置においてはフォトダイオードを使用して観測した光パワーに基づいて光吸収量を算出することとしたが、導波路において光吸収が発生した場合に生じる光電流のモニタ結果に基づいて光吸収量を算出するようにしてもよい。EA変調器において印加電圧に応じた吸収量で光を吸収する導波路では、光を吸収する際、電圧を印加する電極間で光電流が発生する。光電流は光の吸収量に応じた値となるため、発生する光電流の観測結果に基づいて光吸収量を算出することが可能である。
実施の形態5にかかる光送信装置は、実施の形態1〜4にかかる光送信装置の光送信器を構成する光変調器および観測用光変調器を、図10に示した光変調器220dおよび図11に示した観測用光変調器230dに置き換えた構成である。
図10は、実施の形態5にかかる光送信装置の光送信器を構成する光変調器の構成例を示す図である。図11は、実施の形態5にかかる光送信装置の光送信器を構成する観測用光変調器の構成例を示す図である。
図10に示したように、実施の形態5にかかる光変調器220dは、変調用導波路221および光電流モニタ225を備える。変調用導波路221は、図4に示した実施の形態1にかかる光変調器220を構成する変調用導波路221と同じものである。光電流モニタ225は、例えば電流センサあり、変調用導波路221で発生する光電流を観測する。光電流モニタ225は、観測結果を光吸収量算出部320へ出力する。光吸収量算出部320は、光電流モニタ225が観測した電流の値に基づいて、変調用導波路221における光吸収量を算出する。
図11に示したように、実施の形態5にかかる観測用光変調器230dは、観測用導波路231、光終端部234および光電流モニタ235を備える。観測用導波路231および光終端部234は、図4に示した実施の形態1にかかる観測用光変調器230を構成する観測用導波路231および光終端部234と同じものである。光電流モニタ235は、例えば電流センサあり、観測用導波路231で発生する光電流を観測する。光電流モニタ235は、観測結果を観測用光吸収量算出部330へ出力する。観測用光吸収量算出部330は、光電流モニタ235が観測した電流の値に基づいて、観測用導波路231における光吸収量を算出する。
本実施の形態にかかる光送信装置は、実施の形態1にかかる光送信装置100と同様に、図5に示した構成のハードウェアで実現することができる。
以上のように、本実施の形態にかかる光送信装置においては、光を吸収する際に導波路で発生する光電流の観測値に基づいて光の吸収量を算出し、算出した光の吸収量に基づいてDCバイアス電圧の調整を行う。本実施の形態にかかる光送信装置においても実施の形態1〜4にかかる光送信装置と同様の効果を得ることができる。
実施の形態6.
図12は、実施の形態6にかかる光送信装置の構成例を示す図である。実施の形態6にかかる光送信装置100eは、実施の形態1にかかる光送信装置100の制御部300を制御部300eに置き換えた構成である。
制御部300eは、観測用光吸収量算出部330e、観測用透過損失算出部331e、バイアス電圧制御部340e、バイアス電圧生成部350、変調用信号生成部360および観測用信号生成部361eを備える。バイアス電圧生成部350および変調用信号生成部360は、実施の形態1にかかる光送信装置100の制御部300を構成するバイアス電圧生成部350および変調用信号生成部360と同じものである。
観測用信号生成部361eは、変調用信号生成部360から出力される変調用の電気信号がとり得る電圧の各々と同じレベルの電圧、すなわち、変調用信号生成部360から出力される4つのレベルの電圧の各々と同じレベルの4つの電圧を順次生成し、観測用光変調器230へ印加する。ここで、観測用信号生成部361eは、観測用光変調器230の受光素子の応答時間よりも長い時間にわたって、各レベルの電圧を観測用光変調器230へ印加する。
観測用光吸収量算出部330eは、光送信器200の観測用光変調器230が連続光の光パワーを変更する処理で生じる光吸収量すなわち観測用光変調器230における光吸収量を算出する。観測用光吸収量算出部330eは、観測用光変調器230から出力される、光パワーを表す電圧値または電流値に基づいて、光吸収量を算出する。ここで、観測用光変調器230にはバイアス電圧生成部350が生成するDCバイアス電圧および観測用信号生成部361eが生成する電圧が印加され、また、観測用信号生成部361eが生成する電圧は4段階で変化するため、観測用光変調器230における光吸収量も4段階で変化する。そのため、観測用光吸収量算出部330eは、観測用光変調器230における4段階の光吸収量の各々について算出する。
観測用透過損失算出部331eは、観測用光吸収量算出部330eで算出された光吸収量に基づいて、観測用光変調器230が有する観測用導波路231の単位長あたりの透過損失を算出する。観測用透過損失算出部331eは、観測用光変調器230が有する観測用導波路231の長さの情報を予め保持しているものとする。上述したように、観測用光吸収量算出部330eでは4段階の光吸収量の各々を算出するため、観測用透過損失算出部331eは、4段階の光吸収量の各々に対応する、観測用導波路231の単位長あたりの透過損失を算出する。
バイアス電圧制御部340eは、観測用透過損失算出部331eが算出した4つの単位長あたりの透過損失に基づいて、バイアス電圧生成部350が生成するDCバイアス電圧を制御する。
なお、光送信器200の光変調器220は、図4などに示したモニタPD222および223を備えなくてもよい。
また、光送信器200を実施の形態3〜5で説明した構成の光送信器に置き換えてもよい。
つづいて、光送信装置100eの動作、具体的には制御部300eが光送信器200に印加するDCバイアス電圧を適応的に調整する動作について説明する。
図13は、実施の形態6にかかる光送信装置100eの動作例を示すフローチャートであり、制御部300eが光送信器200に印加するDCバイアス電圧を調整する動作を示している。なお、図13に示したステップS1、S2、S8およびS9は、図3に示したステップS1、S2、S8およびS9と同じ処理であるため、これらの処理については説明を省略する。
ステップS1およびS2を実行した後、制御部300eの観測用信号生成部361eが、PAM4変調の4つのシンボル値の中の1つと対応付けられている電気信号を生成して観測用光変調器230に出力する(ステップS13)。PAM4変調の4つのシンボル値を第1のシンボル値〜第4のシンボル値とした場合、このステップS13において、観測用信号生成部361eは、例えば、第1のシンボル値と対応付けられている電圧を生成する。ここで、観測用信号生成部361eは、観測用光変調器230の受光素子の応答時間よりも長い時間にわたって、第1のシンボル値と対応付けられている電圧を出力する。
次に、制御部300eの観測用光吸収量算出部330eが、観測用光変調器230が出力した情報に基づいて、観測用光変調器230における光吸収量を算出する(ステップS14)。観測用光変調器230が出力する情報としては、観測用光変調器230に入力する連続光の光パワーを表す電流または電圧の情報と、観測用光変調器230が出力する光信号の光パワーを表す電流または電圧の情報とを例示できる。
次に、制御部300eの観測用透過損失算出部331eが、観測用光吸収量算出部330eで算出された光吸収量と、観測用光変調器230が有する導波路の長さとに基づいて、観測用光変調器230の単位長あたりの透過損失を算出する(ステップS15)。観測用光変調器230の単位長あたりの透過損失は、観測用光変調器230が有する観測用導波路231における単位長あたりの透過損失である。
次に、制御部300eは、残り3つのシンボル値に対して、上記のステップS13〜S15を実行する(ステップS16)。例えば、最初のステップS13〜S15で第1のシンボル値に対する処理を行った場合、第2のシンボル値、第3のシンボル値および第4のシンボル値の各々について、ステップS13〜S15の処理を行う。具体的には、制御部300eは、観測用信号生成部361eがシンボル値と対応付けられている電気信号を生成し、観測用光吸収量算出部330eが観測用光変調器230eにおける光吸収量を算出し、観測用透過損失算出部331eが観測用光変調器230の単位長あたりの透過損失を算出する処理、を繰り返し実行する。
ここで、観測用信号生成部361eが生成する4段階の電圧の各々が印加された場合に観測用光変調器230が出力する光信号の光パワーのレベルを、実施の形態1と同様に、レベルが高いものから順番にレベル3、レベル2、レベル1、レベル0とすると、ステップS13〜S16を実行することにより、レベル0〜レベル3の各々についての、観測用光変調器230における単位長あたりの透過損失が得られることになる。以下、観測用光変調器230における単位長あたりの透過損失を単に「単位長あたりの透過損失」と称する。
レベル0〜レベル3の各々についての単位長あたりの透過損失が得られると、次に、制御部300eのバイアス電圧制御部340eが、単位長あたりの透過損失の各々に基づいて、バイアス電圧生成部350が生成するDCバイアス電圧を制御する。
具体的には、バイアス電圧制御部340eは、まず、光パワーがレベル3の場合の単位長あたりの透過損失と、光パワーがレベル2の場合の単位長あたりの透過損失との差を求める。以下、これを「レベル3−2間の透過損失差」と称する。バイアス電圧制御部340eは、次に、光パワーがレベル1の場合の単位長あたりの透過損失と、光パワーがレベル0の場合の単位長あたりの透過損失との差を求める。以下、これを「レベル1−0間の透過損失差」と称する。バイアス電圧制御部340eは、次に、レベル3−2間の透過損失差にステップS1で設定されたオフセット量を加えた値とレベル1−0間の透過損失差とを比較する(ステップS17)。バイアス電圧制御部340eは、「(レベル3−2間の透過損失差+オフセット量)<(レベル1−0間の透過損失差)」が成り立つ場合(ステップS17:Yes)、バイアス電圧生成部350に対してDCバイアス電圧を上げるように指示し、ステップS8を実行させる。「(レベル3−2間の透過損失差+オフセット量)<(レベル1−0間の透過損失差)」が成り立つ場合は、図2に示したΔT=TNonlinear−TLinearが0未満の場合、すなわちTNonlinear<TLinearの場合に相当する。
バイアス電圧制御部340eは、「(レベル3−2間の透過損失差+オフセット量)<(レベル1−0間の透過損失差)」が成り立たない場合(ステップS17:No)、バイアス電圧生成部350に対してDCバイアス電圧を下げるように指示し、ステップS9を実行させる。「(レベル3−2間の透過損失差+オフセット量)<(レベル1−0間の透過損失差)」が成り立たない場合は、図2に示したΔT=TNonlinear−TLinearが0以上の場合、すなわちTLinear≦TNonlinearの場合に相当する。
本実施の形態にかかる光送信装置100eは、実施の形態1にかかる光送信装置100と同様に、図5に示した構成のハードウェアで実現することができる。
以上のように、本実施の形態にかかる光送信装置100eにおいては、制御部300eは、光送信器200に印加する4段階の電圧の各々について、単位長あたりの透過損失を算出し、算出した4つの単位長あたりの透過損失に基づいて、光送信器200に印加するDCバイアス電圧を調整する。本実施の形態にかかる光送信装置100eにおいても実施の形態1〜5にかかる光送信装置と同様の効果を得ることができる。
なお、各実施の形態では、4値の振幅変調であるPAM4変調方式を適用する光送信装置について説明したが一例である。2値の振幅変調方式を適用する光送信装置、信号値が偶数かつ4値よりも大きい振幅変調方式を適用する光送信装置においても、各実施の形態で説明した構成および制御動作を適用し、DCバイアス電圧が適切な値を維持できるようにすることが可能である。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
100,100a,100e 光送信装置、200,200b,200c 光送信器、210,210b,210c 連続光生成部、211,211c 光源、212 光分岐部、220,220d 光変調器、221 変調用導波路、222,223,232,233 モニタPD、225,235 光電流モニタ、230,230d 観測用光変調器、231 観測用導波路、234 光終端部、300,300a,300e 制御部、320 光吸収量算出部、321 透過損失算出部、330,330e 観測用光吸収量算出部、331,331e 観測用透過損失算出部、340 バイアス電圧制御部、350 バイアス電圧生成部、360 変調用信号生成部、361,361e 観測用信号生成部。

Claims (10)

  1. 入力された連続光の光パワーを電界吸収効果により減衰させて出力する第1の光変調器と、入力された連続光の光パワーを電界吸収効果により減衰させて出力する第2の光変調器と、を有し、前記第1の光変調器が連続光をパルス振幅変調して出力する光送信器と、
    直流バイアス電圧を生成して前記第1の光変調器および前記第2の光変調器へ出力するバイアス電圧生成部と、
    前記パルス振幅変調用の電気信号を生成して前記第1の光変調器へ出力する第1の変調用信号生成部と、
    前記第1の光変調器における光パワーの吸収量および前記第2の光変調器における光パワーの吸収量に基づいて、前記直流バイアス電圧の調整を前記バイアス電圧生成部に指示するバイアス電圧制御部と、
    を備えることを特徴とする光送信装置。
  2. 前記パルス振幅変調用の電気信号は電圧が4段階で変化する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の光送信装置。
  3. 前記第2の光変調器は、光源から入力された連続光の光パワーを減衰させて光パワーが減衰した連続光を出力し、
    前記第1の光変調器は、前記第2の光変調器から出力された連続光に対してパルス振幅変調を行う、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の光送信装置。
  4. 対向する1対のミラーで形成された共振器構造を有する光源の前記対向する1対のミラーの一方から出力された連続光が前記第1の光変調器に入力され、
    前記対向する1対のミラーの他方から出力された連続光が前記第2の光変調器に入力される、
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の光送信装置。
  5. 前記第1の変調用信号生成部が生成するパルス振幅変調用の電気信号の電圧の変動範囲よりも小さい変動範囲で電圧が変化する変調用の電気信号を生成して前記第2の光変調器へ出力する第2の変調用信号生成部、
    をさらに備えることを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載の光送信装置。
  6. 前記第1の光変調器における光吸収量である第1の光吸収量を算出する第1の光吸収量算出部と、
    前記第1の光吸収量に基づいて、前記第1の光変調器が有する第1の導波路の単位長あたりの光の透過損失を算出する第1の透過損失算出部と、
    前記第2の光変調器における光吸収量である第2の光吸収量を算出する第2の光吸収量算出部と、
    前記第2の光吸収量に基づいて、前記第2の光変調器が有する第2の導波路の単位長あたりの光の透過損失を算出する第2の透過損失算出部と、
    を備え、
    前記バイアス電圧制御部は、前記第1の導波路の単位長あたりの光の透過損失および前記第2の導波路の単位長あたりの光の透過損失に基づいて、前記直流バイアス電圧の調整を前記バイアス電圧生成部に指示する、
    ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一つに記載の光送信装置。
  7. 前記第1の光吸収量算出部は、前記第1の導波路への入力光の光パワーを表す電圧値および前記第1の導波路の出力光の光パワーを表す電圧値に基づいて前記第1の光吸収量を算出し、
    前記第2の光吸収量算出部は、前記第2の導波路への入力光の光パワーを表す電圧値および前記第2の導波路の出力光の光パワーを表す電圧値に基づいて前記第2の光吸収量を算出する、
    ことを特徴とする請求項6に記載の光送信装置。
  8. 前記第1の光吸収量算出部は、前記第1の導波路において光吸収が発生した場合に生じる光電流の値に基づいて前記第1の光吸収量を算出し、
    前記第2の光吸収量算出部は、前記第2の導波路において光吸収が発生した場合に生じる光電流の値に基づいて前記第2の光吸収量を算出する、
    ことを特徴とする請求項6に記載の光送信装置。
  9. 入力された連続光の光パワーを電界吸収効果により減衰させて出力する第1の光変調器および第2の光変調器を有し、前記第1の光変調器が連続光をパルス振幅変調して出力する光送信器と、
    直流バイアス電圧を生成して前記第1の光変調器および前記第2の光変調器へ出力するバイアス電圧生成部と、
    前記パルス振幅変調用の電気信号を生成して前記第1の光変調器へ出力する第1の変調用信号生成部と、
    前記第1の変調用信号生成部で生成される電気信号がとり得る電圧の各々と同じ電圧の電気信号を順次生成して前記第2の光変調器へ出力する第2の変調用信号生成部と、
    前記第2の変調用信号生成部が生成する電気信号の各々が入力した場合の前記第2の光変調器における光吸収量を順次算出する光吸収量算出部と、
    前記光吸収量算出部で算出された光吸収量に基づいて、前記直流バイアス電圧の調整を前記バイアス電圧生成部に指示するバイアス電圧制御部と、
    を備えることを特徴とする光送信装置。
  10. 入力された連続光の光パワーを電界吸収効果により減衰させて出力する第1の光変調器および第2の光変調器を備えた光送信器と、前記光送信器を制御する制御部とを備えた光送信装置が実行する光送信方法であって、
    前記制御部が、直流バイアス電圧を前記第1の光変調器および前記第2の光変調器へ出力するとともに、パルス振幅変調用の電気信号を前記第1の光変調器へ出力する第1のステップと、
    前記光送信器が、前記直流バイアス電圧および前記パルス振幅変調用の電気信号に基づいて、パルス振幅変調された光信号を前記第1の光変調器で生成する第2のステップと、
    前記制御部が、前記第1の光変調器における光吸収量および前記第2の光変調器における光吸収量に基づいて前記直流バイアス電圧を調整する第3のステップと、
    を含むことを特徴とする光送信方法。
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