JP6400235B1

JP6400235B1 - 光送信装置および光送信方法

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Publication number: JP6400235B1
Application number: JP2017565871A
Authority: JP
Inventors: 勇人佐野; 清智長谷川; 瑞基白尾; 雄鋭上野; 義也佐藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2018-10-03
Anticipated expiration: 2037-06-21
Also published as: WO2018235207A1; US20200106527A1; CN110741312A; US10903908B2; JPWO2018235207A1; CN110741312B

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Ｖ_bias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＋Δａ_3-2’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＋Δａ_1-0’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。‘Ｔ_Linear’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。‘Ｔ_Nonlinear’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＋Δａ_3-2’および‘ａ＋Δａ_1-0’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。Ｖ_RF,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、Ｖ_RF,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Ｔ_NonlinearとＴ_Linear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Ｔ_Linear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＝Ｔ_Nonlinear−Ｔ_Linear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＋Δａ_3-2）と、レベル１とレベル０との間の消光カーブの傾き（ａ＋Δａ_1-0）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＋Δａ_3-2とａ＋Δａ_1-0との差分から生じるパワー透過率の差分は、Ｖ_RF,p-pにΔａ_3-2−Δａ_1-0（傾きａ＋Δａ_3-2とａ＋Δａ_1-0との差分）を乗算した結果に比例する。また、Δａ_3-2−Δａ_1-0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Ｖ_biasは光変調器２２０への印加電圧の変動範囲Ｖ_RF,p-pの中央となる。そのため、ＤＣバイアス電圧Ｖ_bias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Ｖ_bias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Ｖ_{RF-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、Ｖ_{RF-linear,p-p}は、図２に示した上述のＶ_RF,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＝Ｔ_Nonlinear−Ｔ_Linearが０未満の場合、すなわちＴ_Nonlinear＜Ｔ_Linear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＝Ｔ_Nonlinear−Ｔ_Linearが０以上の場合、すなわちＴ_Linear≦Ｔ_Nonlinear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Ｖ_bias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Ｖ_bias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Ｖ_biasを増加させてＶ_bias’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。

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。

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＝Ｔ_Nonlinear−Ｔ_Linearが０未満の場合、すなわちＴ_Nonlinear＜Ｔ_Linear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＝Ｔ_Nonlinear−Ｔ_Linearが０以上の場合、すなわちＴ_Linear≦Ｔ_Nonlinear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

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。