JP6453628B2 - 光送信機、及び光変調器のバイアス制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光送信機と光変調器のバイアス制御に関する。

近年、デジタルコヒーレント技術を用いた偏波多重４値位相変調方式（ＤＰ−ＱＰＳＫ：Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying）により、１００Ｇｂｐｓの高速の長距離光通信が実現化されている。今後は、さらに周波数利用効率を高めるため、伝送帯域の狭帯域化や信号の多値化が望まれている。

伝送速度が１０Ｇｂｐｓ以上の高速光伝送では、光変調器としてマッハツェンダ型変調器（ＭＺ型変調器）が通常使用される。品質のよい光信号を生成するためには、光変調器に入力される駆動信号に対して光変調器の動作点を適切な状態に設定する必要がある。光位相変調方式では、電気データ信号の振幅中心が、ＭＺ型変調器の駆動電圧対光強度特性の光強度の最低点に一致するように光変調器のバイアス電圧を制御する。バイアス電圧を最適な値に制御するために、バイアス電圧に低周波信号を重畳し、光出力に含まれる低周波成分（ｆ_０成分）が最小になるように光変調器に印加されるバイアス電圧をフィードバック制御する。

図１（Ａ）はＱＰＳＫ変調方式による駆動波形、図１（Ｂ）は狭帯域のナイキストＱＰＳＫ変調による駆動波形、図１（Ｃ）は多値化された１６ＱＡＭ（16-Quadrature Amplitude Modulation）変調方式による駆動波形である。ＭＺ型変調器の電圧対光出力特性の光出力が最大から最小になるまでの電圧幅は、一般に半波長電圧Ｖπと呼ばれている。駆動信号の振幅を２×Ｖπとすることで最大光出力が得られるため、ＱＰＳＫ変調では一般に駆動信号は振幅２Ｖπで使用される。

これに対し、狭帯域伝送（図１（Ｂ））や、より多値化された変調方式（図１（Ｃ））では、平均駆動振幅に対してピーク駆動振幅が大きくなる。これらの場合は、ピーク部分まで光変換して送出するために、平均駆動信号の振幅を２Ｖπよりも下げて使用する。しかし、駆動信号の振幅を下げて制御を行う場合、従来のバイアス制御技術ではバイアス制御が不能となる駆動振幅が存在する。

図２は、ナイキストＱＰＳＫ変調で駆動信号の振幅を下げて制御を行う場合の問題点を説明する図である。図２（Ａ）は、平均駆動振幅が１×Ｖπの場合に低周波信号を重畳したときの電圧対光強度特性を示す。一般に、温度変化や経時変化等により、駆動信号に対する光出力特性がドリフトし、図２（Ａ）の例では、動作点が最適バイアス点（駆動振幅の中心と光強度特性の最低点が一致する点）からずれている。この状態で、重畳したｆ_０信号によりバイアス電圧が高電圧側に振れたとき、高電圧側の動作点の光出力は大きくなるが（谷から山に向かう）、低電圧側の動作点の光出力は小さくなる（谷に向かう）。光出力の変化は互いに打ち消され、バイアス点が最適点から外れているにもかかわらず低周波成分が検出されない。

図２（Ｂ）は、駆動信号の振幅をパラメータとして、バイアス電圧と、同期検波した低周波（ｆ_０）成分の大きさの関係を計算により求めたものである。波形ａ〜ｆに示すように、変調器の駆動信号の振幅が１×２Ｖπ、０．８×２Ｖπ、…と小さくなると、検出される低周波成分が低下し、振幅が５０％（１×Ｖπ）で感度がゼロになる。振幅が５０％よりさらに小さくなると、符号が反転して検出感度は徐々に増加する。検出された低周波成分が重畳された低周波信号に対して同相であるときはプラス符号であり、逆相のときはマイナス符号となる。

図３は、１６ＱＡＭ変調のときのバイアス電圧と同期検波したｆ０成分の関係を示す図である。１６ＱＡＭ変調のときも、従来のＱＰＳＫのバイアス制御と同様に、バイアス電圧に低周波信号ｆ_０を重畳して、同期検波したｆ_０成分がゼロになるようにフィードバック制御する（たとえば、非特許文献１参照）。しかし、図３に示すように、駆動信号の振幅の大きさによっては、バイアスずれが生じているにもかかわらず低周波成分が検出されない場合がある。たとえば、駆動振幅が０．７５×２Ｖπのときに、バイアス点が最適点から外れても低周波成分が検出されない。さらに、駆動信号の振幅の大きさによって、バイアス点のずれ方向を示す同相と逆相の関係が逆転する。

図４は、バイアス制御を行うことができない駆動振幅が存在するという問題を解決する従来の方法を示す。図４（Ａ）のようにバイアス電圧にディザ信号を重畳するとともに、変調器の駆動信号にディザ信号を重畳することで、非対称な合成信号を生成する（たとえば、特許文献１参照）。この合成信号を用いると、高電圧側の光強度だけが変動するので、図４（Ｂ）に示すように、駆動信号の振幅が１×Ｖπの場合にバイアスずれが発生したときも低周波成分が検出される。この結果、図５に示すように、駆動信号の振幅が変化しても、バイアス点が最適点から外れたときに必ず低周波成分が検出される。

なお、駆動信号の振幅が変化した場合にも品質の良い光信号を生成するために、駆動信号に第１の参照信号を重畳し、光変調器のバイアス電圧に第２の参照信号を重畳し、光出力から検出される第１の参照信号と第２の参照信号に基づいて光変調器のバイアス電圧を制御する方法が提案されている（たとえば、特許文献２参照）

特開２０１３−８８７０２号公報 国際公開２０１３／１１４６２８号明細書

Hiroto Kawakami, "Auto bias control technique for optical 16-QAM transmitter with asymmetric bias dithering,"OPTICS EXPRESS, Vol.19, No.26, Pp.B308-B312, Dec. 2001

しかし、図４及び図５に示す方法によると、駆動振幅の大きさによって、バイアス制御の基準とする低周波成分の目標値を変化させなければならない。たとえば、駆動振幅が２Ｖπの場合は光出力に含まれる低周波成分がゼロになるようにバイアス電圧を制御する。駆動振幅が１×Ｖπ（５０％）のときは、光出力に含まれる低周波成分が最大になるようにバイアス電圧を制御する。駆動振幅が７５％のときは、光出力に含まれる低周波成分が最大時の７割になるようにバイアス電圧を制御しなければならない。この方法では、常に駆動振幅値をモニタし、駆動振幅の大きさに応じて光出力に含まれる低周波成分の目標値を変えなければならないので、制御が煩雑かつ困難になる。回路部品の特性の経年変動や温度変動を考慮に入れると、低周波成分が特定の大きさになるように制御するのは現実的でない。１６ＱＡＭの場合も、駆動振幅によってバイアスずれにもかかわらずｆ_０成分がゼロになる条件が存在する（図３参照）。さらに、駆動信号の振幅によってバイアス電圧を制御する方向を切り替えなければならないという問題もある。

そこで、光変調器の駆動振幅に依らずに、安定して光変調器のバイアス電圧を最適点に制御することのできる技術を提供することを課題とする。

ひとつの態様では、光送信機は、
一対のマッハツェンダ型変調器と、前記一対のマッハツェンダ型変調器の間に所定の位相差を与える位相シフト部とを含む光変調器と、
前記光変調器を駆動する一対の変調器ドライバと、
前記光変調器の半波長電圧と駆動振幅の割合を変化させる低周波信号を生成する低周波発生部と、
前記光変調器の出力の一部を検出する光検出部と、
前記低周波信号を用いて前記光検出部の出力に含まれる低周波成分を検出する検波部と、
前記検出される低周波成分が前記低周波信号と同相かつ最大となるように前記光変調器のバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御部と、
を有する。

光変調器の駆動振幅に依らずに、安定して光変調器のバイアス電圧を最適点に制御することができる。

変調方式に応じた信号波形の図である。 駆動振幅の変化によってバイアス制御が不可能になる場合を示す図である。 １６ＱＡＭの場合のバイアス制御が不可能となる駆動振幅を示す図である。 バイアス制御不能となる駆動振幅をなくすための従来方法を示す図である。 図４の方法による同期検波出力とバイアスずれの関係を示す図である。 実施形態が適用される光送受信機の概略構成図である。 光送信機の構成例を示す図である。 実施形態のバイアス制御の動作を説明する図である。 実施形態のバイアス制御の動作を説明する図である。 実施形態のバイアス制御の動作を説明する図である。 実施形態の構成により検出される低周波成分の大きさとバイアスずれの関係を示す図である。 実施形態のバイアス制御のフローチャートである。 図１２のバイアス制御の変形例を示す図である。 図１３の制御のＳ２０３の処理を説明する図である。 実施形態の適用例を示す図である。 実施形態の構成と手法を１６ＱＡＭに適用したときのｆ_０成分の大きさとバイアスずれの関係を示す図である。 光送信機の変形例を示す図である。 半導体光変調器における基板バイアスを説明する図である。 半導体光変調器を用いたＱＰＳＫ用光送信機の構成例を示す図である。

以下で図面を参照して発明の実施形態を説明する。

図６は、実施形態の制御技術が適用される光ファイバ伝送用の光送受信機１の概略構成図である。光送受信機１は、外部と電気信号の入出力を行う接続コネクタ２５と、電源部２６と、信号処理回路１１を有する。信号処理回路１１は、電気信号の多重化や、信号を光送受信に適した形態にする処理を行う。光送受信機１はまた、光送信機１０と、受信フロントエンド２１及び局発光用光源２２を有する。受信フロントエンド２１は、外部からの光信号を受信し、局発光との干渉光を電気信号に変換して検波する。

光送信機１０は、送信用の光源１２と、光変調器１５と、光変調器１５を駆動する変調器ドライバ１３と、光変調器１５及び変調器ドライバ１３の動作を制御する制御部１６とを含む。光変調器１５は、変調器ドライバ１３からの駆動信号で光源１２の出力光を変調して出力する。実施形態のバイアス制御技術は、光送受信機１の光送信機１０に適用される。

図７（Ａ）は、光送信機１０の一例としてＱＰＳＫ用の光送信機１０Ａの概略構成を示す。レーザダイオード（ＬＤ）等の光源１２からの光は光変調器１５に入力され、導波路１５１と１５２に分岐される。光変調器１５は、たとえばＬｉＮｂＯ３変調器である。光変調器１５は、並列に配置される第１のマッハツェンダ型変調器１５Ｉ（「第１の変調器１５Ｉ」と省略する）及び第２のマッハツェンダ型変調器１５Ｑ（「第２の変調器１５Ｑ」と省略する）と、第１の変調器１５Ｉと第２の変調器１５Ｑの間に所定の位相差を与える位相シフト部１５３とを有する。第１の変調器１５Ｉは「Ｉアーム」と呼ばれ、第２の変調器１５Ｑは「Ｑアーム」と呼ばれる。

光変調器１５のＩアームを駆動する変調器ドライバ１３ａには、信号処理回路１１Ａからデータ信号Ｉが入力され、Ｑアームを駆動する変調器ドライバ１３ｂには、信号処理回路１１Ａからデータ信号Ｑが入力される。データ信号Ｉで変調されたＩアーム変調光信号と、データ信号Ｑで変調されπ／２の位相差が与えられたＱアーム変調光信号は合波されて、ＱＰＳＫ変調光信号が生成される。ＱＰＳＫ変調光信号の一部は光検出部１５５で検出され、検出結果が制御部１６Ａに供給される。

制御部１６Ａは、低周波発生部１６１と、バイアス電圧制御部１６２と、同期検波部１６３を有する。低周波発生部１６１は、変調器ドライバ１３ａと１３ｂの各々に低周波信号ｆ_０を重畳し、高速の駆動信号にゆるやかな振幅変調を与える。この低周波信号ｆ_０により、光変調器１５の半波長電圧Ｖπと駆動振幅の割合が変化する。

低周波信号ｆ０が重畳された変調器ドライバ１３ａの正出力はＩアーム１５Ｉの一方の導波路１５１_１に入力され、変調器ドライバ１３ａの負出力はＩアーム１５Ｉの他方の導波路１５１_２に入力される。変調器ドライバ１３ｂの正出力はＱアーム１５Ｑの一方の導波路１５２_１に入力され、変調器ドライバ１３ｂの負出力はＱアーム１５Ｑの他方の導波路１５２_２に入力される。

図７（Ｂ）は、光変調器１５のＩアーム１５ＩとＱアーム１５Ｑを駆動する駆動波形を示す。変調器ドライバ１３ａ、１３ｂで生成される高速駆動信号は低周波信号ｆ_０による変調を受けて、振幅方向の一方のエッジにｆ_０成分が現れ、他方のエッジにｆ０成分と逆相のｆ_０成分が現れる。光変調器１５は、振幅中心に対して対称な駆動波形で送信光を変調する。

同期検波部１６３は、低周波信号ｆ_０を用いて、光検出部１５５で検出された光変調信号に含まれる低周波成分（ｆ_０成分）を同期検波する。

実施形態の特徴として、バイアス電圧制御部１６２は、光変調器１５の駆動振幅の変化の割合に依らずに、同期検波部１６３で検出された低周波成分が、重畳された低周波信号ｆ_０と同相かつ大きさが最大となるように、Ｉアーム１５ＩとＱアーム１５Ｑに印加されるバイアス電圧を制御する。位相シフト部１５３の制御に関しては、Ｉアーム１５ＩとＱアーム１５Ｑの光強度が等しくなるように制御すればよく、公知の技術を利用することができるので、詳しい説明は省略する。

図８〜図１０は、図７の光送信機１０Ａの動作を説明する図である。光変調器１５の駆動振幅を１×Ｖπとする。説明を容易にするために、駆動信号を「１」と「０」が交互に並ぶ交番信号とし、光検出部１５５と同期検波部１６３を含むモニタ系は、十分に広帯域であるとする。

図８は、バイアス電圧が最適状態にある場合、すなわち、駆動波形の振幅中心が光変調器１５の駆動電圧対光強度特性の光強度の最低点に位置する場合を示す。重畳された低周波信号ｆ_０によって駆動振幅が大きくなるときは、高電圧側の動作点も、低電圧側の動作点も、光強度が大きくなる方向に動く。重畳された低周波信号ｆ_０によって駆動振幅が小さくなるときは、高電圧側の動作点も、低電圧側の動作点も、光強度が小さくなる方向に動く。その結果、重畳されたｆ_０信号と同相のｆ_０成分が同期検波される。

図９は、バイアス電圧が０．５×Ｖπだけずれた場合を示す。駆動信号の振幅中心は、駆動電圧対光強度特性の光強度の中腹点にある。この場合、重畳された低周波信号ｆ_０によって駆動振幅が変化すると、高電圧側では光強度の最高点で動作点が折り返されて２×ｆ_０成分が現れる。低電圧側では光強度の最低点で動作点が折り返されて、高電圧側と逆相の２×ｆ_０成分が現れる。これら二つの２×ｆ_０成分は互いに打ち消し合い、光変調器１５の出力からはｆ_０成分も２×ｆ_０成分も検出されない。

図１０は、バイアス電圧が１.０×Ｖπだけずれている場合を示す。重畳された低周波信号ｆ_０によって駆動振幅が増大する方向に変化すると、高電圧側の動作点も、低電圧側の動作点も、光強度が小さくなる方向に動く。重畳された低周波信号ｆ_０によって駆動振幅が小さくなる方向に変化すると、高電圧側の動作点も、低電圧側の動作点も、光強度が大きくなる方向に動く。その結果、重畳されたｆ_０信号と逆相のｆ_０成分が同期検波される。

図１１は、駆動振幅を１×２Ｖπ、０．８×２Ｖπ、０．６×２Ｖπ、０．５×２Ｖπ、０．４×２Ｖπ、０．２×２Ｖπと変化させて、最適点からのバイアスずれと検出される低周波成分の関係を計算により求めたものである。符号がプラスのとき、低周波成分の極性は光変調器１５の駆動信号に重畳した低周波信号ｆ_０と同相であり、符号がマイナスのときは、重畳した低周波信号ｆ_０と逆相である。

駆動振幅の大きさに関係なく、バイアスずれが０（０×Ｖπ）のとき、同期検波される低周波成分は常に最大となる。このときの低周波成分の極性は、駆動信号の振幅に重畳した低周波信号ｆ_０と同相である。バイアスずれが大きくなるにつれ、同期検波される低周波成分は小さくなり、バイアスずれが±０．５×Ｖπのときにゼロとなる。バイアスずれがさらに大きくなると、低周波成分が検波されるが、このときに同期検波される低周波成分の極性は、駆動信号の振幅に重畳した低周波信号ｆ_０に対して逆相になる。バイアスずれが±１×Ｖπのときに、同期検波される低周波成分の大きさ（絶対値）は再び最大となる。

図１１から、駆動振幅が変動しても、同期検波されるｆ_０成分が、重畳された低周波信号ｆ_０と同相かつ最大となるようにバイアス電圧を制御することで、バイアス電圧を最適点に設定することができる。経年変動や温度変化により駆動振幅が変動しても、同期検波されるｆ_０成分を、重畳された低周波信号ｆ_０と同相で最大化する制御により、バイアス電圧を最適点へ設定することができる。また、駆動振幅によってｆ_０成分がゼロになったり極性が変わることがないので、安定制御が実現できる。

図１２は、Ｉアームに与えられるバイアス電圧を制御するフローチャートである。Ｑアームのバイアス制御も同様である。まず、Ｉアームのマッハツェンダ型変調器１５Ｉの駆動信号の振幅に低周波信号ｆ_０を重畳し、ｆ_０信号を用いて、光検出部１５５で検出された電流信号からｆ_０成分を同期検波する（Ｓ１０１）。

次に、検波されたｆ_０成分が重畳されたｆ_０信号に対して同相か逆相かを判断する（Ｓ１０３）。同相のときは、バイアスずれが0〜0.5×Vπであることを示し、逆相のときはバイアスずれが0.5×Vπ〜1.0×Vπであることを示す。次に、同期検波されたｆ_０成分が、前回検波されたｆ_０成分より大きいか小さいかを判定する（Ｓ１０５及びＳ１０７）。

検波されたｆ_０成分が同相（Ｓ１０３でＹＥＳ）、かつ前回検波されたｆ_０成分よりも大きい場合は（Ｓ１０５でＹＥＳ）、バイアス電圧が最適値に近づいていることを示すので、前回と同じ方向にバイアス電圧を制御する（Ｓ１０９）。検波されたｆ_０成分が同相（Ｓ１０３でＹＥＳ）であり、前回検波されたｆ_０成分よりも小さい場合は（Ｓ１０５でＮＯ）、バイアス電圧が最適値から離れていることを示すので、制御方向を反転させて前回と逆の方向にバイアス電圧を制御する（Ｓ１１１）。

検波されたｆ_０成分が逆相（Ｓ１０３でＮＯ）であり、その大きさが前回検波されたｆ_０成分よりも大きい場合は（Ｓ１０７でＹＥＳ）、バイアス電圧が最適値から離れていることを示すので、制御方向を反転させて前回と逆の方向にバイアス電圧を制御する（Ｓ１１３）。検波されたｆ_０成分が逆相（Ｓ１０３でＮＯ）であり、その大きさが前回検波されたｆ_０成分よりも小さい場合は（Ｓ１０７でＮＯ）、バイアス電圧は最適値に近づいていることを示すので、前回と同じ方向にバイアス電圧を制御する（Ｓ１１５）。

制御方向が決まったら、所定量だけバイアス電圧を変化させる（Ｓ１１７）。バイアス電圧を変化させる電圧幅（ステップサイズ）は、検波された低周波（ｆ_０）成分の大きさに所定の演算を行った量である。たとえば、検波されたｆ_０成分の大きの逆数に比例する量でもよいし、前回検波されたｆ_０成分と今回検波されたｆ_０成分の差の絶対値に比例する量でもよい。あるいは、固定量だけバイアス電圧を動かしてもよい。

Ｓ１０１からＳ１１７のフローを繰り返すことで、モニタ信号から検出されるｆ_０成分を同相かつ最大にすることができ、バイアス電圧を最適値にすることができる。

図１３は、図１２のバイアス電圧制御フローの変形例を示す。図１３で、図１２と同じ工程には同じ符号を付けて詳細な説明を省略する。

光検出部１５５で検出される光出力信号（電流信号）には雑音が存在するため、ｆ_０成分が小さいときに（バイアスずれが０．５×Ｖπ付近のとき）、同期検波が正しく行われないことがある。そこで、図１３では、検出されるｆ_０成分が小さい場合を考慮してバイアス制御を行う。

光変調器１５の駆動信号の振幅に低周波信号ｆ_０を重畳して光変調器１５の出力信号からｆ_０成分を検出した後（Ｓ１０１）、検出されたｆ_０成分が閾値よりも大きいか否かを判断する（Ｓ２０１）。検出されたｆ_０成分が閾値より大きいときは、図１２と同様にＳ１０３〜Ｓ１１７の処理を行う。検出されたｆ_０成分が閾値以下のときは、前回と同じ制御方向に固定量だけバイアス電圧を変化させる（Ｓ２０３）。この処理によって、バイアスずれが０．５×Ｖπ付近で制御が不能になることを防ぐ。

図１４は、図１３のステップＳ２０３を説明する図である。実施形態では、駆動振幅に依らずに光変調器１５の出力に含まれる低周波（ｆ_０）成分が、重畳された低周波信号と同相かつ最大となるように制御することでバイアス電圧を最適値にすることができる。しかし、バイアスずれが±０．５×Ｖπの近傍では、検出されるｆ_０成分の大きさがゼロに近づき、ｆ_０成分がノイズに埋もれる可能性がある。そこで、閾値を設定して、同期検波されたｆ０成分の大きさ（絶対値）が閾値以下のときに、従前と同じ方向への固定値制御を行う。

図１４に示すように、バイアス電圧が最適値からプラス側にずれている場合も、マイナス側にずれている場合も、同期検波されるｆ_０成分の値がグレーで示すゾーンに入ったときは、それまでにバイアス最適値へ向かう制御がなされていたことになる。したがって、ｆ_０成分の大きさ（絶対値）が閾値以下となった場合は、それまでと同じ方向にバイアス制御を続けることで、適切なバイアス制御を維持することができる。
＜狭帯域化変調または多値化変調への適用＞
図１５は、光送受信機１をナイキストＱＰＳＫまたは１６ＱＡＭに適用したときの光送信機１０Ｂの構成を示す。図７と同じ構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略する。図１５では、ディジタル信号処理ＬＳＩ（Large-Scale Integration circuit：大規模集積回路）１１Ｂを用いてナイキストＱＰＳＫ変調を行う。ディジタル信号処理ＬＳＩ１１Ｂは、送信用電気信号に対してナイキストフィルタリング処理（デジタル信号処理）を行う。ナイキストフィルタリング処理により、周波数スペクトルを狭帯域化して、周波数利用効率を高める。狭帯域化されたＱＰＳＫ信号は、平均駆動振幅に対してピーク駆動振幅が大きくなるが、ピーク部分まで光変換して送出するためには、平均駆動振幅を１×Ｖπ近傍まで低減する（図１（Ｂ）参照）。実施形態の構成・手法を用いることで、駆動振幅が１×Vπの場合でも変調器出力からｆ_０成分を検波することができるので、図１２または図１３のフローチャートに従ってバイアス電圧の制御が可能になる。

１６ＱＡＭの場合も、ディジタル信号処理ＬＳＩ１１Ｂにより１６ＱＡＭ電気波形を生成することができる。バイアス制御は、ナイキストＱＰＳＫの場合と同様に、検出されるｆ０成分が最大になるようにバイアス電圧を制御する。

図１６は、１６ＱＡＭの場合のｆ_０成分の大きさとバイアスずれの関係を計算したグラフである。図１１に示したＱＰＳＫ波形と同様に、駆動振幅の大きさに依らず、バイアス最適点でｆ_０成分が最大になるので、図１２または図１３のフローチャートに従ってバイアス制御を行うことができる。６４ＱＡＭ，１２８ＱＡＭなど、さらなる多値変調波形においても、検出されるｆ_０成分の大きさとバイアスずれの関係は同様になるので、１６ＱＡＭの場合と同じバイアス制御が可能である。

図１７は、光送受信機１で用いられる光送信機の変形例として光送信機１０Ｃの構成を示す。上述した実施形態の構成及び手法では、駆動振幅にかかわらず同期検波されるｆ_０成分が同相かつ最大になるようにバイアス電圧を一律制御することができるが、駆動振幅によってｆ_０成分の検出感度が異なる（図１１参照）。そこで、図１７では駆動振幅と重畳される低周波信号ｆ_０の大きさの少なくとも一方を調整する。

光送信機１０Ｃの制御部１６Ｃは、低周波発生部１６１、バイアス電圧制御部１６２、及び同期検波部１６３に加えて、ピーク検出部１６４と振幅制御部１６５を有する。ピーク検出部１６４は、変調器ドライバ１３ａと１３ｂから出力される駆動信号のピークの大きさを検出し、検出結果を振幅制御部１６５に供給する。振幅制御部１６５は、駆動信号のピークの大きさに基づいて、同期検波されるｆ０成分の検出感度が一定になるように、重畳される低周波信号ｆ_０の大きさを調節する。低周波発生部１６１、バイアス電圧制御部１６２、及び同期検波部１６３の構成、動作は、図７を参照して説明したのと同様であるため重複する説明を省略する。

また、ＱＰＳＫ波形において、駆動振幅が２×Ｖπのときは同期検波されるｆ_０成分の感度はゼロになるが（図１１参照）、駆動振幅が２×Ｖπよりも小さくなるように駆動振幅を調節する。これにより、光変調器１５の出力に含まれるｆ_０成分を同期検波することができ、バイアス制御が可能になる。この場合は、ピーク検出部１６４で駆動振幅の大きさを検知して、振幅制御部１６５に検知結果を供給する。振幅制御部１６５は、検知された駆動振幅が２×Ｖπのときは駆動振幅を少し下げるように駆動振幅を調節する。
＜半導体光変調器への適用＞
図１８は、半導体光変調器を用いる場合の基板バイアスと位相の関係を示す。半導体光変調器の場合、温度変化や経時変化による駆動信号に対する光出力特性のずれを補正するためのバイアス制御の他に、「基板バイアス」の制御が存在する。基板バイアスの電圧値が大きくなると位相回転の傾きが上昇する。これは、光変調器の半波長電圧Ｖπが小さくなることに対応する。基板バイアスの最適点は、位相をπだけ変化させるのに必要な電圧Ｖπの中心点である。

図１９は、光変調器１５として半導体光変調器１５ｄを用いたＱＰＳＫ用の光送信機１０Ｄの構成を示す。半導体光変調器１５ｄは、ＬｉＮｂＯ３結晶の屈折率変化（ポッケルス効果）を利用して位相変調を行うＬＮマッハツェンダ型変調器と異なり、光の吸収による位相変化を利用して位相変調を行う。光検出部１５５により半導体光変調器１５ｄの出力の一部がモニタされモニタ信号（電流信号）が制御部１６Ｄにフィードバックされる。

制御部１６Ｄは、低周波発生部１６１と、同期検波部１６３と、位相バイアス電圧制御部１６２Ｄと、基板バイアス電圧制御部１６７を有する。位相バイアス電圧制御部１６２Ｄは、図７、図１５、及び図１７のバイアス電圧制御部１６２と同様の機能、構成を有するが、「基板バイアス」の制御と区別する目的で、図１９では「位相バイアス電圧制御部１６２Ｄ」と称している。

低周波発生部１６１は、低周波信号ｆ_０を生成して、基板バイアス電圧制御部１６７で生成される基板バイアスに低周波信号ｆ_０を重畳する。すなわち、変調器ドライバ１３ａ、１３ｂで生成される駆動信号に低周波信号ｆ_０を重畳する替わりに、Ｉアーム１５ＩとＱアーム１５Ｑに印加される基板バイアスに低周波信号ｆ_０を重畳する。駆動信号に低周波信号ｆ_０を重畳するのも、基板バイアスに低周波信号ｆ_０を重畳するのも、光変調器の半波長電圧Ｖπと駆動信号の振幅の割合を変化させるという点で同じである。重畳した低周波信号ｆ_０により基板バイアスが高電圧に振れると半波長電圧Ｖπが小さくなる（図１８参照）。このとき、変調器の半波長電圧Ｖπに対する駆動振幅は増大する方向に変化する。これは駆動信号に低周波（ｆ_０）信号が重畳されて駆動振幅が大きくなる場合と同じである。すなわち、基板バイアスを低周波信号で振幅変調することで、光変調器１５の半波長電圧に対する駆動振幅は、図７（Ｂ）のようになる。結局、同期検波部１６３で検出されるｆ_０成分の大きさと基板バイアスずれの関係は、図１１と同じになる。したがって、同期検波部１６３により検出されるｆ_０成分が同相かつ最大になるようにバイアス電圧（位相バイアス電圧）が制御され、図１２または図１３の制御フローが適用される。

半導体光変調器を用いる場合も、図１７の構成を用いて駆動信号のピークを検出して駆動振幅が半波長電圧Ｖπの２倍にならないように、好ましくはＶπの２倍よりも小さくなるように制御することができる。

図６の光送受信機１で、送信用の光源１２と局発光用光源２２を用いているが、一つの光源からの光を分岐して送信光と局発光を生成してもよい。

１ 光送受信機
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 光送信機
１１、１１Ａ、１１Ｂ 信号処理回路
１２ 光源（送信用光源）
１５ 光変調器
１５ｄ 半導体光変調器
１５Ｉ 第１の変調器（Ｉアーム）
１５Ｑ 第２の変調器（Ｑアーム）
１６、１６Ａ、１６Ｃ、１６Ｄ 制御部
２１ 受信フロントエンド
２２ 局発光用光源
１５３ 位相シフト部
１５５ 光検出部
１６１ 低周波発生部
１６２ バイアス電圧制御部
１６３ 同期検波部
１６４ ピーク検出部
１６５ 振幅制御部
１６７ 基板バイアス電圧制御部

Claims (9)

1. 一対のマッハツェンダ型変調器と、前記一対のマッハツェンダ型変調器の間に所定の位相差を与える位相シフト部とを含む光変調器と、
   前記光変調器を駆動する駆動信号を前記光変調器に入力する一対の変調器ドライバと、
   前記駆動信号または基板バイアスに重畳されて前記光変調器の半波長電圧に対する前記光変調器の駆動振幅の割合を変化させる低周波信号を生成する低周波発生部と、
   前記光変調器によって光変調された出力光の一部を検出する光検出部と、
   前記低周波信号を用いて前記光検出部による検出光に含まれる低周波成分を検出する検波部と、
   前記検波部で検出される前記低周波成分が前記低周波信号と同相かつ最大となるように前記光変調器のバイアス電圧を制御するバイアス電圧制御部と、
   を有することを特徴とする光送信機。
2. 前記一対のマッハツェンダ型変調器はＬｉＮｂＯ３変調器であり、
   前記低周波信号は前記駆動信号に重畳され、
   前記光変調器は、前記駆動信号の振幅方向の両端部が前記低周波信号の周波数で振幅中心に対して対称に変化する駆動波形で駆動されることを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
3. 前記一対のマッハツェンダ型変調器は半導体光変調器であり、
   前記低周波信号は前記半導体光変調器に印加される前記基板バイアスに重畳され、前記基板バイアスを振幅変調することで、前記半波長電圧に対する前記駆動振幅の割合を振幅中心に対して対称に変化させることを特徴とする請求項１に記載の光送信機。
4. 前記バイアス電圧制御部は、前記検波部で検出される前記低周波成分の絶対値が閾値よりも小さいときは、前回の制御と同じ方向に固定量だけ前記バイアス電圧を変化させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光送信機。
5. 前記変調器ドライバから出力される前記駆動信号のピークを検出するピーク検出部と、
   前記ピーク検出部の検出結果に基づいて、前記駆動信号の振幅を前記半波長電圧の２倍よりも小さくなるように制御する振幅制御部と、
   をさらに有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光送信機。
6. 前記変調器ドライバから出力される前記駆動信号のピークを検出するピーク検出部と、
   前記ピーク検出部の検出結果に基づいて、前記低周波成分の検出感度が一定になるように、前記駆動信号に重畳される前記低周波信号の大きさを制御する振幅制御部と、
   を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光送信機。
7. 前記一対の変調器ドライバに供給される電気信号を生成する信号処理回路、
   をさらに有し、前記電気信号はナイキストフィルタリング処理された信号またはディジタル信号処理により多値化された信号であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の光送信機。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の光送信機と、
   外部からの光信号を受信して処理する受信フロントエンドと
   を有することを特徴とする光送受信機。
9. 一対のマッハツェンダ型変調器を有する光変調器を駆動する際に、前記光変調器の半波長電圧に対する前記光変調器の駆動振幅の割合を変化させる低周波信号を生成し、
   前記低周波信号を前記光変調器の駆動信号または基板バイアスに重畳し、
   前記光変調器によって光変調された出力光の一部を検出し、
   前記低周波信号を用いて前記光変調器の前記出力光に含まれる低周波成分を検波し、
   前記低周波成分が前記低周波信号と同相かつ最大となるように前記光変調器のバイアス電圧を制御する
   ことを特徴とする光変調器のバイアス制御方法。

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