JP6484187B2 - 光変調装置 - Google Patents

Description

本発明は、同相成分信号および直交成分信号に応じて光を変調する装置に関し、特に、同相成分信号および直交成分信号の値を調整する技術に関する。

光によって情報を伝送する光通信システムが広く用いられている。光通信システムは、光ファイバによって接続された光送信機および光受信機を備える。光送信機は、ディジタル信号によって光を変調して光信号を生成し、その光信号を光ファイバに送信する。光受信機は、光ファイバから受信された光信号に対して復調処理を施してディジタル信号を抽出する。

光送信機は、ディジタル信号によって光を変調する光変調装置を備える。光変調装置には、同相成分用および直交成分用の２つの変調器を備えるものがある。２つの変調器のうち一方の変調器には同相成分信号の信号電圧が入力され、他方の変調器には直交成分信号の信号電圧が入力される。各変調器を通過する光が受ける位相変化量および減衰は、各信号電圧に応じて変化する。例えば、１６ＱＡＭ変調信号を出力する光変調装置の場合、信号電圧の正負によって位相回転量がπだけ異なり、信号電圧の大きさに応じて光を減衰させるものが変調器として用いられる。これによって、信号電圧が取り得る４種の値に対し、振幅および位相によって４種の値を表す光が変調器から出力される。光変調装置は、２つの変調器のうち一方から出力される光の位相をπ／２だけ遅らせた上で、各変調器の出力を合成し、１６ＱＡＭ変調された光信号を出力する。

上記のような変調器としては、例えば、マッハツェンダ変調器がある。マッハツェンダ変調器にはバイアス電圧が与えられ、バイアス電圧に信号電圧を加えた電圧に応じて出力信号の大きさおよび位相が定まる。バイアス電圧の大きさが適切でない場合には、信号電圧によって光信号を変調する際の精度（変調精度）が低下する。そこで、特許文献１および２に示されているように、マッハツェンダ変調器に与えられるバイアス電圧を制御する技術が考えられている。

特開２００７−２０８４７２号公報 国際公開２０１４／０４１６２９号パンフレット

同相成分用および直交成分用の２つの変調器が用いられている光変調装置では、２つの変調器の特性が相違することがある。この場合、同相成分信号および直交成分信号の値が適切に調整されていない場合には、バイアス電圧等、その他の条件が適切であったとしても、十分な変調精度が得られない場合がある。

本発明は、光変調装置に入力される同相成分信号および直交成分信号を適切に調整することを目的とする。

本発明は、同相成分信号によって光を変調する同相成分変調部と、直交成分信号によって光を変調する直交成分変調部と、前記同相成分変調部および前記直交成分変調部のそれぞれから出力された光を合成する合成部と、を備える光変調装置において、前記同相成分信号および前記直交成分信号の少なくとも一方を調整する調整部を備え、前記調整部は、前記同相成分信号と前記直交成分信号とを、同一の第１レベルに設定したときに前記合成部から出力される第１出力光の強度と、前記同相成分信号および前記直交成分信号のうち一方を前記第１レベルとし、他方を前記第１レベルとは異なる第２レベルとしたときに前記合成部から出力される第２出力光の強度と、に基づいて、前記同相成分信号および前記直交成分信号のそれぞれについて、前記合成部から出力される出力光に対する寄与値を求め、前記出力光に対する前記同相成分信号の寄与値、および前記出力光に対する前記直交成分信号の寄与値に基づいて、前記同相成分信号または前記直交成分信号に対するレベル調整値であって、前記同相成分信号または前記直交成分信号に乗算されるレベル調整値を決定することを特徴とする。

また、本発明は、同相成分信号によって光を変調する同相成分変調部と、直交成分信号によって光を変調する直交成分変調部と、前記同相成分変調部および前記直交成分変調部のそれぞれから出力された光を合成する合成部と、を備える光変調装置において、前記同相成分信号および前記直交成分信号の少なくとも一方を調整する調整部を備え、前記調整部は、前記同相成分信号と前記直交成分信号とを、同一の第１レベルに設定したときに前記合成部から出力される第１出力光と、前記同相成分信号および前記直交成分信号のうち一方を前記第１レベルとし、他方を前記第１レベルとは異なる第２レベルとしたときに前記合成部から出力される第２出力光と、に基づいて、前記同相成分信号と前記合成部の出力光との関係、および、前記直交成分信号と前記合成部の出力光との関係を求め、これらの関係に基づいて、前記同相成分信号または前記直交成分信号に対するレベル調整値を決定し、前記調整部は、さらに、前記同相成分信号または直交成分信号を、正の振れ幅と負の振れ幅とが異なる第１非対称信号に設定したときに前記合成部から出力される非対称第１出力光と、前記同相成分信号または直交成分信号を、第２非対称信号であって、正の振れ幅と負の振れ幅とを前記第１非対称信号と逆にした第２非対称信号に設定したときに前記合成部から出力される非対称第２出力光と、に基づいて、前記同相成分信号の正若しくは負の振れ幅に対する振れ幅調整値、または、前記直交成分信号の正若しくは負の振れ幅に対する振れ幅調整値を決定することを特徴とする。

本発明は、同相成分信号によって光を変調する同相成分変調部と、直交成分信号によって光を変調する直交成分変調部と、前記同相成分変調部および前記直交成分変調部のそれぞれから出力された光を合成する合成部と、を備える光変調装置において、前記同相成分信号および前記直交成分信号の少なくとも一方を調整する調整部を備え、前記調整部は、前記同相成分信号または直交成分信号を、正の振れ幅と負の振れ幅とが異なる第１非対称信号に設定したときに前記合成部から出力される非対称第１出力光と、前記同相成分信号または直交成分信号を、第２非対称信号であって、正の振れ幅と負の振れ幅とを前記第１非対称信号と逆にした第２非対称信号に設定したときに前記合成部から出力される非対称第２出力光と、に基づいて、前記同相成分信号の正若しくは負の振れ幅に対する振れ幅調整値、または、前記直交成分信号の正若しくは負の振れ幅に対する振れ幅調整値を決定することを特徴とする。

望ましくは、前記調整部は、前記同相成分信号または前記直交成分信号を、正の振れ幅と負の振れ幅とが等しい対称信号に設定したときに前記合成部から出力される基準出力光と、前記同相成分信号または前記直交成分信号を、増大対称信号であって、振れ幅を前記対称信号よりも大きくした増大対称信号に設定したときに前記合成部から出力される増大対称出力光と、に基づいて、前記同相成分信号の振れ幅、または前記直交成分信号の振れ幅を正負均等に調整するための対称振れ幅調整値を決定する。

本発明によれば、光変調装置に入力される同相成分信号および直交成分信号を適切に調整することができる。

光変調装置の構成を示す図である。 １６ＱＡＭ変調信号の各変調点を示す図である。 同相成分信号および直交成分信号の例を示す図である。 Ｉ／Ｑ信号発生部の構成を示す図である。 キャリブレーション処理で用いられる同相成分信号または直交成分信号の例を示す図である。 バランス調整値を求める処理で用いられる同相成分信号の例を示す図である。 非対称振れ幅調整値を求める処理で用いられる同相成分信号Ｉ０の例を示す図である。 非対称振れ幅調整値を求める処理で用いられる同相成分信号Ｉ２の例を示す図である。 非対称振れ幅調整値を求める処理で用いられる同相成分信号Ｉ２の例を示す図である。 対称振れ幅調整値を求める処理で用いられる同相成分信号Ｉ０の例を示す図である。 対称振れ幅調整値を求める処理で用いられる同相成分信号Ｉ３の例を示す図である。

（１）光変調装置の基本構成
図１には、本発明の実施形態に係る光変調装置の構成が示されている。光変調装置は、例えば、光通信システムの光送信機に用いられる。光変調装置は、光源１０から出力された光に対し時間経過と共に変化する複数桁のディジタル信号によってＱＡＭ変調（Quadrature Amplitude Modulation）を施し、ＱＡＭ変調が施された光を光ファイバ２６に出力する。本実施形態ではＱＡＭ変調として１６ＱＡＭ変調が採用されている。

角周波数ω、時間ｔおよび初期位相角φによって光の位相角を（ωｔ＋φ）と表し、振幅をＤと表した場合、ＱＡＭ変調信号の同相成分ｉおよび直交成分ｑは、それぞれ、ｉ＝Ｄｃｏｓφ、ｑ＝Ｄｓｉｎφと表される。理想的な１６ＱＡＭ変調では、同相成分は−３Ａ，−Ａ，Ａおよび３Ａの４種類の値を取り得る。同様に、直交成分も−３Ａ，−Ａ，Ａおよび３Ａの４種類の値を取り得る。同相成分が取り得る４種類の値と、直交成分が取り得る４種類の値の組み合わせのそれぞれに対して４桁のディジタル値が対応付けられている。そして、同相成分が取り得る４種類の値と、直交成分が取り得る４種類の値の組み合わせのそれぞれに対して振幅Ｄおよびφが一義的に定まる。同相成分をｉ座標とし直交成分をｑ座標とした場合、図２に示されているように、４桁のディジタル値はｉ／ｑ平面上で縦横それぞれに４個に亘って等間隔で配列された１６個の変調点Ｍに対応する。

図１の光変調装置は、Ｉ／Ｑ信号発生部１０、同相ドライバ１２Ｉ、直交ドライバ１２Ｑ、光源１４、変調部１６、パワーモニタ２８、および制御部３０を備える。Ｉ／Ｑ信号発生部１０は、同相成分信号Ｉおよび直交成分信号Ｑを、それぞれ、同相ドライバ１２Ｉおよび直交ドライバ１２Ｑに出力する。

同相ドライバ１２Ｉは、同相成分信号Ｉに応じた同相電圧ＶＩを変調部１６に出力し、直交ドライバ１２Ｑは、直交成分信号Ｑに応じた直交電圧ＶＱを変調部１６に出力する。

光源１４は変調部１６に光を出力する。変調部１６は、光源１４から出力された光に対し、同相電圧ＶＩおよび直交電圧によって１６ＱＡＭ変調を施す。

変調部１６は、第１マッハツェンダ変調器１８、第２マッハツェンダ変調器２０（以下、第１ＭＺ変調器１８、第２ＭＺ変調器２０という。）、π／２遅延器２２、および合成器２４を備える。光源１４から入力された光は、第１ＭＺ変調器１８および第２ＭＺ変調器２０に分配される。

第１ＭＺ変調器１８は、同相電圧ＶＩの大きさに応じて自らを通過する光を減衰させ、同相電圧ＶＩの極性に応じて、自らを通過する光の位相回転量をπだけ異なるものとする。すなわち、第１ＭＺ変調器１８は、同相電圧ＶＩの大きさが小さい程自らを通過する光を大きく減衰させる。そして、同相電圧ＶＩが正であるときと負であるときとで、自らを通過する光の位相回転量をπだけ異なるものとする。

同様に、第２ＭＺ変調器２０は、直交電圧ＶＱの大きさに応じて自らを通過する光を減衰させ、直交相成分電圧ＶＱの極性に応じて、自らを通過する光の位相回転量をπだけ異なるものとする。すなわち、第２ＭＺ変調器２０は、直交電圧ＶＱの大きさが小さい程自らを通過する光を大きく減衰させる。そして、直交電圧ＶＱが正であるときと負であるときとで、自らを通過する光の位相回転量をπだけ異なるものとする。

第１ＭＺ変調器１８は、同相電圧ＶＩに応じた光を合成器２４に出力し、第２ＭＺ変調器２０は、直交電圧ＶＱに応じた光をπ／２遅延器２２に出力する。π／２遅延器２２は、第２ＭＺ変調器２０から出力された光の位相をπ／２だけ遅らせて合成器２４に出力する。合成器２４は、第１ＭＺ変調器１８およびπ／２遅延器２２から出力された光を合成し、光ファイバ２６に出力する。

パワーモニタ２８は、変調部１６から光ファイバ２６に出力される光の強度を検出し、出力検出値を制御部３０に出力する。制御部３０は、後述のキャリブレーション処理において出力検出値を用いる。

このように、光変調装置は、同相成分信号Ｉによって光を変調する同相成分変調部としての第１ＭＺ変調器１８と、直交成分信号Ｑによって光を変調する直交成分変調部としての第２ＭＺ変調器２０とを備える。さらに、光変調装置は、第１ＭＺ変調器１８および第２ＭＺ変調器２０のそれぞれから出力された光を、位相関係を調整した上で合成する合成部を備える。この合成部は、π／２遅延器２２および合成器２４によって構成されている。

図３（ａ）および（ｂ）には、同相成分信号Ｉおよび直交成分信号Ｑの例が示されている。横軸は時間を示し、縦軸は振幅を示す。同相成分信号Ｉは、−Ａ１，−Ａ２，Ａ３およびＡ４のうちいずれかの値を取り、変調周期Ｔで値が変化し得る。−Ａ１，−Ａ２，Ａ３およびＡ４の値に対しては、例えば、２桁のディジタル値（００），（０１），（１０），および（１１）がそれぞれ対応付けられる。同様に、直交成分信号Ｑは、−Ｂ１，−Ｂ２，Ｂ３およびＢ４のうちいずれかの値を取り、変調周期Ｔで値が変化し得る。−Ｂ１，−Ｂ２，Ｂ３およびＢ４の値に対しては、例えば、２桁のディジタル値（００），（０１），（１０），および（１１）がそれぞれ対応付けられる。

Ｉ／Ｑ信号発生部１０は、時間と共に変化する２桁のディジタル信号につき同相成分信号Ｉを出力し、時間と共に変化する別の２桁のディジタル信号につき直交成分信号Ｑを出力する。図３に示されている同相成分信号Ｉは、・・・・−Ａ２，Ａ３，Ａ４，−Ａ１，Ａ３，−Ａ１，−Ａ２，Ａ４、・・・・のように値が変化し、直交成分信号Ｑは、・・・・Ｂ４，−Ｂ２，Ｂ４，−Ｂ１，Ｂ３，Ｂ４，−Ｂ２，Ｂ４、・・・・のように値が変化している。

光変調装置に後述のようなＩ／Ｑバランス不均衡や非線形特性がない理想的な場合、Ｉ／Ｑ信号発生部１０は、Ａ１＝Ａ４、Ａ２＝Ａ３、Ａ１＝３Ａ２が成立し、Ｂ１＝Ｂ４、Ｂ２＝Ｂ３、Ｂ１＝３Ｂ２が成立するような同相成分信号Ｉおよび直交成分信号Ｑを出力する。このような同相成分信号Ｉおよび直交成分信号Ｑによって１６ＱＡＭ変調を光に施すことで、図２に示されているように、ｉ／ｑ平面上で縦横それぞれに４個に亘って配列された１６個の変調点Ｍが実現される。

（２）Ｉ／Ｑ信号発生部の構成および処理
図１に戻ってＩ／Ｑ信号発生部１０について説明する。Ｉ／Ｑ信号発生部１０は、同相成分信号Ｉおよび直交成分信号Ｑに対する特性の相違が補償され、さらに、同相ドライバ１２Ｉ、直交ドライバ１２Ｑおよび変調部１６における非線形特性が補償されるような同相成分信号Ｉおよび直交成分信号Ｑを出力する。なお、同相成分信号および直交成分信号を併せたものを、以下の説明ではＩ／Ｑ信号という。

同相ドライバ１２Ｉおよび直交ドライバ１２Ｑに特性の相違がある場合、Ｉ／Ｑ信号発生部１０から出力される同相成分信号Ｉと直交成分信号Ｑとが同一の値であっても、同相電圧ＶＩと直交電圧ＶＱとが異なる値となる。さらに、第１ＭＺ変調器１８および第２ＭＺ変調器２０に特性の相違がある場合、同相電圧ＶＩと直交電圧ＶＱとが同一値であっても、第１ＭＺ変調器１８および第２ＭＺ変調器２０における各減衰量が相違する。この場合、光変調装置から光ファイバ２６に出力される出力光に対して同相成分信号Ｉが寄与する程度と、出力光に対して直交成分信号Ｑが寄与する程度とが異なるといったＩ／Ｑバランス不均衡が生ずる。このときＩ／Ｑ信号発生部１０が未補償のＩ／Ｑ信号を出力すると、光変調装置の出力光の変調精度が低下する。すなわち、出力光の同相成分をＩ座標とし直交成分をＱ座標としたＩ／Ｑ平面で、出力光の同相成分および直交成分を表すと、変調点が所定の位置に配列されず変調精度が低下する。

ここで、未補償の同相成分信号Ｉおよび直交成分信号Ｑとは、図３に示された同相成分信号Ｉの振幅についてＡ１＝Ａ４、Ａ２＝Ａ３、Ａ１＝３Ａ２が成立し、直交成分信号Ｑの振幅についてＢ１＝Ｂ４、Ｂ２＝Ｂ３、Ｂ１＝３Ｂ２が成立するものをいう。

また、同相ドライバ１２Ｉが非線形特性を有する場合、同相成分信号Ｉと同相電圧ＶＩとは比例しない。同様に、直交ドライバ１２Ｑが非線形特性を有する場合、直交成分信号Ｑと直交電圧ＶＱとは比例しない。さらに、第１ＭＺ変調器１８が非線形特性を有する場合、同相電圧ＶＩと第１ＭＺ変調器１８から出力される光の強度は比例せず、第２ＭＺ変調器２０が非線形特性を有する場合、直交電圧ＶＱと第２ＭＺ変調器２０から出力される光の強度は比例しない。これらの場合においても、Ｉ／Ｑ信号発生部１０が未補償の同相成分信号Ｉおよび直交成分信号Ｑを出力すると、光変調装置の出力光の変調精度が低下する。

そこで、Ｉ／Ｑ信号発生部１０は、Ｉ／Ｑバランス不均衡を補償し、同相ドライバ１２Ｉ、直交ドライバ１２Ｑおよび変調部１６における非線形特性を補償するＩ／Ｑ信号を出力する。

図４には、Ｉ／Ｑ信号発生部１０の構成が示されている。Ｉ／Ｑ信号発生部１０は、同相成分発生器３２Ｉ、直交成分発生器３２Ｑ、Ｉ／Ｑバランス補償部３４、非対称歪み補償部３６Ｉ、対称歪み補償部３８Ｉ、選択スイッチ４０Ｉ、非対称歪み補償部３６Ｑ、対称歪み補償部３８Ｑ、および選択スイッチ４０Ｑを備える。Ｉ／Ｑ信号発生部１０は、プログラムを実行することで各構成要素を構成するプロセッサ等で構成されてもよい。また、制御部３０は、Ｉ／Ｑ信号発生部１０の内部に構成されてもよいし、Ｉ／Ｑ信号発生部１０から独立したデバイスによって構成されてもよい。

同相成分発生器３２Ｉは、未補償の同相成分信号Ｉ０をＩ／Ｑバランス補償部３４に出力し、直交成分発生器３２Ｑは、未補償の直交成分信号Ｑ０をＩ／Ｑバランス補償部３４に出力する。同相成分信号Ｉ０および直交成分信号Ｑ０は、それぞれ、−３Ａ、−Ａ、Ａおよび３Ａの４種類の値を取り得る。

Ｉ／Ｑバランス補償部３４は、同相成分信号Ｉ０および直交成分信号Ｑ０の大きさを調整し、Ｉ／Ｑバランス不均衡を補償する同相成分信号Ｉ１および直交成分信号Ｑ１をそれぞれ、非対称歪み補償部３６Ｉおよび３６Ｑに出力する。

非対称歪み補償部３６Ｉは、正の振れ幅および負の振れ幅が不均衡となる非対称歪みを補償する。具体的には、同相成分信号Ｉ１が取り得る値（−３Ａｉ、−Ａｉ、Ａｉおよび３Ａｉ）のうち、−３Ａｉまたは３Ａｉのいずれかの値に非対称振れ幅調整値を乗じた同相成分信号Ｉ２を、対称歪み補償部３８Ｉに出力する。ただし、本実施形態では、同相成分信号Ｉ１が取り得る値（−３Ａｉ、−Ａｉ、Ａｉおよび３Ａｉ）のうち、−ＡｉおよびＡｉに及ぼされる非線形特性の影響は小さいものとし、−３Ａｉまたは３Ａｉのみに対して非対称振れ幅調整値を乗じるものとする。対称歪み補償部３８Ｉは、正の振れ幅および負の振れ幅に均等に生じる歪みを補償する。具体的には、同相成分信号Ｉ２が取り得る値（−α１、−Ａｉ、Ａｉおよびα２）のうち、−α１およびα２の両方の値に対称振れ幅調整値を乗じた同相成分信号Ｉ３を、選択スイッチ４０Ｉの端子ＳＩに出力する。

非対称歪み補償部３６Ｉと同様、非対称歪み補償部３６Ｑは、正の振れ幅および負の振れ幅が不均衡となる非対称歪みを補償する。具体的には、直交成分信号Ｑ１が取り得る値（−３Ａｑ、−Ａｑ、Ａｑおよび３Ａｑ）のうち、−３Ａｑまたは３Ａｑのいずれかの値に非対称振れ幅調整値を乗じた直交成分信号Ｑ２を、対称歪み補償部３８Ｑに出力する。ただし、本実施形態では、直交成分信号Ｑ１が取り得る値（−３Ａｑ、−Ａｑ、Ａｑおよび３Ａｑ）のうち、−ＡｑおよびＡｑに及ぼされる非線形特性の影響は小さいものとし、−３Ａｑまたは３Ａｑのみに対して非対称振れ幅調整値を乗じるものとする。

対称歪み補償部３８Ｉと同様、対称歪み補償部３８Ｑは、正の振れ幅および負の振れ幅に均等に生じる歪みを補償する。具体的には、直交成分信号Ｑ２が取り得る値（−β１、−Ａｉ、Ａｉおよびβ２）のうち、−β１およびβ２の両方の値に対称振れ幅調整値を乗じた直交成分信号Ｑ３を、選択スイッチ４０Ｑの端子ＳＱに出力する。

選択スイッチ４０Ｉは、端子ＳＩ、端子ＡＩおよび端子ＢＩのうちいずれかを選択し、選択した端子を端子ＣＩに接続する。選択スイッチ４０Ｑは、端子ＳＱ、端子ＡＱおよび端子ＢＱのうちいずれかを選択し、選択した端子を端子ＣＱに接続する。

光変調装置が光ファイバ２６に情報送信用の光を出力する通常動作において、選択スイッチ４０Ｉの端子ＣＩは端子ＳＩに接続され、選択スイッチ４０Ｑの端子ＣＱは端子ＳＱに接続される。これによって、Ｉ／Ｑ信号発生部１０は、Ｉ／Ｑバランス不均衡および非線形特性を補償する同相成分信号Ｉおよび直交成分信号Ｑを出力する。変調部１６から光ファイバ２６に出力される出力光は、Ｉ／Ｑバランス不均衡および非線形特性が補償された光となり、変調精度が良好となる。

（３）キャリブレーション処理
Ｉ／Ｑ信号発生部１０で用いられるバランス調整値、非対称振れ幅調整値、および対称振れ幅調整値を求めるキャリブレーション処理について説明する。この処理は、Ｉ／Ｑ信号発生部１０から所定のＩ／Ｑ信号を出力したときの出力光の強度に基づいて行われる。制御部３０およびＩ／Ｑ信号発生部１０は、同相成分信号Ｉ０および直交成分信号Ｑ０を調整する調整部として機能する。すなわち、制御部３０はパワーモニタによる出力検出値に基づいてＩ／Ｑ信号発生部１０を制御し、各調整値を求めるための処理をＩ／Ｑ信号発生部１０と共に実行する。

（３−１）バランス調整値
バランス調整値を求める処理について説明する。最初にＩ／Ｑバランス補償部３４は、同相成分信号Ｉ０および直交成分信号Ｑ０に処理を施さず、そのまま同相成分信号Ｉ１および直交成分信号Ｑ１を出力する。選択スイッチ４０Ｉは端子ＣＩを端子ＢＩに接続し、選択スイッチ４０Ｑは端子ＣＱを端子ＢＱに接続する。これによって、Ｉ／Ｑ信号発生部１０は、Ｉ／Ｑバランス補償部３４から出力されたＩ／Ｑ信号を出力する。

この状態で、同相成分発生器３２Ｉは、図５に示されているように、−ＡまたはＡの値を取り、時間に対しランダムに変化する同相成分信号Ｉ０を出力する。直交成分発生器３２Ｑもまた、−ＡまたはＡの値を取り、時間に対しランダムに変化する直交成分信号Ｑ０を出力する。ただし、同相成分信号Ｉ０と直交成分信号Ｑ０は個別に値がランダムに変化する。制御部３０は、このときの出力検出値Ｐ１を記憶する。出力検出値Ｐ１は、同相成分信号Ｉ０および直交成分信号Ｑ０の寄与をそれぞれ２Ｐ（ｉ）および２Ｐ（ｑ）として、次の（数１）で表される。ただし、Ｐ（ｉ）およびＰ（ｑ）は、それぞれ、同相成分信号Ｉ０および直交成分信号Ｑ０の正の振れ幅のみの寄与、または負の振れ幅のみの寄与を示す。

（数１）Ｐ１＝２Ｐ（ｑ）＋２Ｐ（ｉ）

次に、直交成分信号Ｑ０の状態を維持したまま、同相成分信号Ｉ０の正負の振れ幅を２倍にする。すなわち、直交成分発生器３２Ｑから図５に示されるような信号が出力されている状態で、同相成分発生器３２Ｉは、図６に示されているように、−２Ａまたは２Ａの値を取り、時間に対しランダムに変化する同相成分信号Ｉ０を出力する。制御部３０は、このときの出力検出値Ｐ２を記憶する。出力検出値Ｐ２は、次の（数２）で表される。

（数２）Ｐ２＝２Ｐ（ｑ）＋４Ｐ（ｉ）

制御部３０は、出力検出値Ｐ２から出力検出値Ｐ１を減算することで、同相成分信号Ｉ０の出力光への寄与２Ｐ（ｉ）を求め、求められた２Ｐ（ｉ）を出力検出値Ｐ１から減算することで、直交成分信号Ｑ０の出力光への寄与２Ｐ（ｑ）を求める。そして、バランス調整値ＢＬｉおよびＢＬｑを（数３）に従って求め、Ｉ／Ｑバランス補償部３４に出力する。

（数３）ＢＬｉ＝１，ＢＬｑ＝２Ｐ（ｉ）／２Ｐ（ｑ）

バランス調整値ＢＬｉおよびＢＬｑを取得した後、Ｉ／Ｑバランス補償部３４は、同相成分信号Ｉ０にバランス調整値ＢＬｉを乗じた同相成分信号Ｉ１、および、直交成分信号Ｑ０にバランス調整値ＢＬｑを乗じた直交成分信号Ｑ１を出力する。これによって、Ｉ／Ｑバランス補償部３４は、Ｉ／Ｑバランス不均衡を補償するＩ／Ｑ信号を出力する。

なお、バランス調整値ＢＬｉおよびＢＬｑは、次の（数４）または（数５）に従って求めてもよい。

（数４）ＢＬｉ＝２Ａ（ｑ）／２Ａ（ｉ），ＢＬｑ＝１
（数５）ＢＬｉ＝２Ａ（ｑ），ＢＬｑ＝２Ａ（ｑ）

このように、制御部３０は、Ｉ／Ｑ信号発生部１０から出力される同相成分信号Ｉと直交成分信号Ｑとを同一の第１レベル（図５）に設定したときの第１出力光と、同相成分信号Ｉおよび直交成分信号Ｑのうち一方を第１レベルとし、他方を第１レベルとは異なる第２レベル（図６）としたときの第２出力光とに基づいて、同相成分寄与２Ｐ（ｉ）および直交成分寄与２Ｐ（ｑ）を求める。同相成分寄与２Ｐ（ｉ）は、出力光の強度のうち同相成分信号が寄与する分を示し、直交成分寄与２Ｐ（ｑ）は、出力光の強度のうち直交成分信号が寄与する分を示す。すなわち、同相成分寄与２Ｐ（ｉ）および直交成分寄与２Ｐ（ｑ）は、それぞれ、同相成分信号と出力光との関係、および、直交成分信号と出力光との関係を示す。制御部３０は、同相成分寄与２Ｐ（ｉ）および直交成分寄与２Ｐ（ｑ）に基づいて、同相成分信号Ｉ０および直交成分信号Ｑ０に対するレベル調整値として、バランス調整値ＢＬｉおよびＢＬｑを決定する。

（３−２）非対称振れ幅調整値
同相成分信号Ｉ１および直交成分信号Ｑ１のそれぞれに対する非対称振れ幅調整値を求める処理について説明する。この処理においてＩ／Ｑバランス補償部３４は、同相成分信号Ｉ０にバランス調整値ＢＬｉを乗じた同相成分信号Ｉ１、および、直交成分信号Ｑ０にバランス調整値ＢＬｑを乗じた直交成分信号Ｑ１を出力する。

同相成分信号Ｉ１に対する非対称振れ幅調整値を求める場合、選択スイッチ４０Ｉは端子ＣＩを端子ＡＩに接続し、選択スイッチ４０Ｑは端子ＣＱを端子ＢＱに接続する。これによって、Ｉ／Ｑ信号発生部１０は、非対称歪み補償部３６Ｉから出力された同相成分信号Ｉ２、Ｉ／Ｑバランス補償部３４から出力された直交成分信号Ｑ１を出力する。

この状態で、直交成分発生器３２Ｑは、図５に示されているように、−ＡまたはＡの値を取り、時間に対しランダムに変化する直交成分信号Ｑ０を出力する。一方、同相成分発生器３２Ｉは、図７（ａ）に示されているように、３Ａおよび−Ａの値を交互に繰り返す同相成分信号Ｉ０を出力する。この信号は、時間Ｔの間３Ａの値を取り、次の時間３Ｔの間−Ａの値を取るため時間平均値は０である。

最初に非対称歪み補償部３６Ｉは、Ｉ／Ｑバランス補償部３４から出力された同相成分信号Ｉ１を、そのまま同相成分信号Ｉ２として出力する。これによって、Ｉ／Ｑ信号発生部１０からは、図７（ａ）に示される同相成分信号にバランス調整値ＢＬｉを乗じた信号と、図５に示される直交成分信号にバランス調整値ＢＬｑを乗じた信号が出力される。制御部３０は、このときの出力検出値Ｐ３を記憶する。

出力検出値Ｐ３が記憶された後、直交成分発生器３２Ｑの状態が維持されたまま、同相成分発生器３２Ｉは、図７（ｂ）に示されているように、−３ＡおよびＡの値を交互に繰り返す同相成分信号Ｉ０を出力する。この信号は、図７（ａ）に示される信号の正の振れ幅および負の振れ幅を入れ替えたものである。時間Ｔの間−３Ａの値を取り、次の時間３Ｔの間Ａの値を取るため時間平均値は０である。

同相成分発生器３２Ｉが、図７（ｂ）に示されているような同相成分信号Ｉ０を出力しているとき、非対称歪み補償部３６Ｉは、図８に示されているように、同相成分信号Ｉ１が取り得る−３Ａｉの値を−３Ａｉ・δに置き換えた同相成分信号Ｉ２を出力する。ここでδは非対称振れ幅調整値である。すなわち、非対称歪み補償部３６Ｉは、−３Ａｉ・δおよびＡｉの値を交互に繰り返す同相成分信号Ｉ２を出力する。この信号は、時間Ｔの間−３Ａｉ・δの値を取り、次の時間３Ｔの間Ａｉの値を取る。これによって、Ｉ／Ｑ信号発生部１０からは、図８に示される同相成分信号と、図５に示される直交成分信号にバランス調整値ＢＬｑを乗じた信号が出力される。

制御部３０は、非対称歪み補償部３６Ｉを制御し、このときの出力検出値Ｐ４と、先に記憶した出力検出値Ｐ３とが同一となるように、あるいは、出力検出値Ｐ３およびＰ４の相違が所定の範囲内となるように非対称振れ幅調整値δを設定する。

通常動作における非対称歪み補償部３６Ｉは、同相成分信号Ｉ１が取り得る値（−３Ａｉ、−Ａｉ、Ａｉおよび３Ａｉ）のうち、−３Ａｉの値に非対称振れ幅調整値δを乗じた同相成分信号Ｉ２を、対称歪み補償部３８Ｉに出力する。

ここでは、負の振れ幅を調整する非対称振れ幅調整値について説明したが、負の振れ幅に代えて正の振れ幅を調整する非対称振れ幅調整値を求める処理を実行してもよい。この場合、制御部３０は、図７（ａ）に示される同相成分信号Ｉ０に代えて、図７（ｂ）に示される同相成分信号Ｉ０を同相成分発生器３２Ｉが出力したときの出力検出値を、出力検出値Ｐ３として記憶する。その後、同相成分発生器３２Ｉは、図７（ａ）に示される同相成分信号Ｉ０を出力し、これによって非対称歪み補償部３６Ｉは、図９に示されているように、同相成分信号Ｉ１が取り得る３Ａｉの値を３Ａｉ・δに置き換えた同相成分信号Ｉ２を出力する。制御部３０は、非対称歪み補償部３６Ｉを制御し、このときの出力検出値Ｐ４と、先に記憶した出力検出値Ｐ３とが同一となるように、あるいは、出力検出値Ｐ３およびＰ４の相違が所定の範囲内となるように非対称振れ幅調整値δを設定する。

通常動作における非対称歪み補償部３６Ｉは、同相成分信号Ｉ１が取り得る値（−３Ａｉ、−Ａｉ、Ａｉおよび３Ａｉ）のうち、３Ａｉの値に非対称振れ幅調整値δを乗じた同相成分信号Ｉ２を、対称歪み補償部３８Ｉに出力する。

このように、制御部３０および同相成分信号Ｉ０は、Ｉ／Ｑ信号発生部１０から出力される同相成分信号Ｉ０を、正の振れ幅と負の振れ幅とが異なる第１非対称信号（図７（ａ）または（ｂ））に設定したときの出力光である非対称第１出力光と、Ｉ／Ｑ信号発生部１０から出力される同相成分信号Ｉ０を、第２非対称信号であって、正の振れ幅と負の振れ幅とを第１非対称信号と逆にした第２非対称信号（図７（ｂ）または（ａ））に設定したときの出力光である非対称第２出力光とに基づいて、同相成分信号Ｉ１の負若しくは正の振れ幅に対する振れ幅調整値を決定する。

上記では、非対称歪み補償部３６Ｉが用いる非対称振れ幅調整値δを求める処理について説明した。同相成分に対する処理と直交成分に対する処理を入れ替えた同様の処理によって、非対称歪み補償部３６Ｑが用いる非対称振れ幅調整値が求められる。

（３−３）対称振れ幅調整値
同相成分信号Ｉ２および直交成分信号Ｑ２のそれぞれに対する対称振れ幅調整値を求める処理について説明する。この処理においてＩ／Ｑバランス補償部３４は、同相成分信号Ｉ０にバランス調整値ＢＬｉを乗じた同相成分信号Ｉ１、および、直交成分信号Ｑ０にバランス調整値ＢＬｑを乗じた直交成分信号Ｑ１を出力する。

同相成分信号に対する対称振れ幅調整値を求める場合、非対称歪み補償部３６Ｉは、非対称歪みを補償する同相成分信号Ｉ２を出力する。選択スイッチ４０Ｉは端子ＣＩを端子ＳＩに接続し、選択スイッチ４０Ｑは端子ＣＱを端子ＢＱに接続する。これによって、Ｉ／Ｑ信号発生部１０は、対称歪み補償部３８Ｉから出力された同相成分信号Ｉ３、Ｉ／Ｑバランス補償部３４から出力された直交成分信号Ｑ１を出力する。

この状態で、直交成分発生器３２Ｑは、図５に示されているように、−ＡまたはＡの値を取り、時間に対しランダムに変化する直交成分信号Ｑ０を出力する。一方、同相成分発生器３２Ｉは、図１０に示されているように、−３Ａまたは３Ａの値を取り、時間に対しランダムに変化する同相成分信号Ｉ０を出力する。

対称歪み補償部３８Ｉは、図１１に示されているように、同相成分信号Ｉ２が取り得る値（−α１、−Ａｉ、Ａｉおよびα２）のうち、−α１およびα２の両方の値に対称振れ幅調整値εを乗じた同相成分信号Ｉ３を出力する。これによって、Ｉ／Ｑ信号発生部１０からは、図１１に示される同相成分信号と、図５に示される直交成分信号にバランス調整値ＢＬｑを乗じた信号が出力される。制御部３０は、このときの出力検出値Ｐ５を取得する。

制御部３０は、出力検出値Ｐ５から直交成分寄与２Ｅ（ｑ）を減算し、同相成分検出値Ｐ６＝Ｐ５−２Ｅ（ｑ）を求める。また、制御部３０は、同相成分寄与２Ｅ（ｉ）の３倍である同相成分寄与６Ｅ（ｉ）を求める。さらに、制御部３０は、同相成分検出値Ｐ６と、同相成分寄与６Ｅ（ｉ）とが同一となるように、あるいは、同相成分検出値Ｐ６と同相成分寄与６Ｅ（ｉ）との相違が所定の範囲内となるように対称振れ幅調整値εを設定する。

ここで、同相成分寄与２Ｅ（ｉ）および直交成分寄与２Ｅ（ｑ）は、上述の同相成分寄与２Ｐ（ｉ）および直交成分寄与２Ｐ（ｑ）を求める処理と同様の処理によって求められる。

ただし、同相成分寄与２Ｐ（ｉ）および直交成分寄与２Ｐ（ｑ）は、Ｉ／Ｑバランス補償部３４が、同相成分信号Ｉ０および直交成分信号Ｑ０に処理を施さず、そのまま同相成分信号Ｉ１および直交成分信号Ｑ１を出力した状態での値である。これに対し、同相成分寄与２Ｅ（ｉ）および直交成分寄与２Ｅ（ｑ）は、Ｉ／Ｑバランス補償部３４が、同相成分信号Ｉ０および直交成分信号Ｑ０に各バランス調整値を乗じて、同相成分信号Ｉ１および直交成分信号Ｑ１を出力した状態での値である。

上記では、対称歪み補償部３８Ｉが用いる対称振れ幅調整値εを求める処理について説明した。同相成分に対する処理と直交成分に対する処理を入れ替えた同様の処理によって、対称歪み補償部３８Ｑが用いる対称振れ幅調整値が求められる。

このように、制御部３０およびＩ／Ｑ信号発生部１０は、Ｉ／Ｑ信号発生部１０から出力される同相成分信号Ｉ０または直交成分信号Ｑ０を、正の振れ幅と負の振れ幅とが等しい対称信号（図５）に設定したときの出力光である基準出力光と、同相成分信号Ｉ０または直交成分信号Ｑ０を、振れ幅を対称信号よりも大きくした増大対称信号（図１１）に設定したときの出力光である増大対称出力光とに基づいて、Ｉ／Ｑ信号発生部１０から出力される同相成分信号Ｉの振れ幅、または直交成分信号Ｑの振れ幅を正負均等に調整するための対称振れ幅調整値を決定する。

（３−４）キャリブレーション処理の効果
このような処理によれば、Ｉ／Ｑバランス不均衡を補償するためのバランス調整値、非線形特性を補償するための非対称振れ幅調整値および対称振れ幅調整値が求められる。これらの調整値を用いることで、通常動作におけるＩ／Ｑ信号発生部１０は、Ｉ／Ｑバランス不均衡および非線形特性を補償する同相成分信号Ｉおよび直交成分信号Ｑを出力する。変調部１６から光ファイバ２６に出力される出力光は、Ｉ／Ｑバランス不均衡および非線形特性が補償された光となり、変調精度が良好となる。

なお、上記では、バランス調整値、非対称振れ幅調整値および対称振れ幅調整値として、調整対象の値に掛け合わせることで、調整対象の値を調整するものについて説明した。これらの調整値は、調整対象の値に加算または調整対象の値から減算する値として定義されてもよい。

１０ Ｉ／Ｑ信号発生部、１２Ｉ 同相ドライバ、１２Ｑ 直交ドライバ、１４ 光源、１６ 変調部、１８ 第１ＭＺ変調器、２０ 第２ＭＺ変調器、２２ π／２遅延器、２４ 合成器、２６ 光ファイバ、２８ パワーモニタ、３０ 制御部、３２Ｉ 同相成分発生器、３２Ｑ 直交成分発生器、３４ Ｉ／Ｑバランス補償部、３６Ｉ，３６Ｑ 非対称歪み補償部、３８Ｉ，３８Ｑ 対称歪み補償部，４０Ｉ，４０Ｑ 選択スイッチ。

Claims (4)

1. 同相成分信号によって光を変調する同相成分変調部と、
   直交成分信号によって光を変調する直交成分変調部と、
   前記同相成分変調部および前記直交成分変調部のそれぞれから出力された光を合成する合成部と、を備える光変調装置において、
   前記同相成分信号および前記直交成分信号の少なくとも一方を調整する調整部を備え、
   前記調整部は、
   前記同相成分信号と前記直交成分信号とを、同一の第１レベルに設定したときに前記合成部から出力される第１出力光の強度と、
   前記同相成分信号および前記直交成分信号のうち一方を前記第１レベルとし、他方を前記第１レベルとは異なる第２レベルとしたときに前記合成部から出力される第２出力光の強度と、に基づいて、前記同相成分信号および前記直交成分信号のそれぞれについて、前記合成部から出力される出力光に対する寄与値を求め、
   前記出力光に対する前記同相成分信号の寄与値、および前記出力光に対する前記直交成分信号の寄与値に基づいて、前記同相成分信号または前記直交成分信号に対するレベル調整値であって、前記同相成分信号または前記直交成分信号に乗算されるレベル調整値を決定することを特徴とする光変調装置。
2. 同相成分信号によって光を変調する同相成分変調部と、
   直交成分信号によって光を変調する直交成分変調部と、
   前記同相成分変調部および前記直交成分変調部のそれぞれから出力された光を合成する合成部と、を備える光変調装置において、
   前記同相成分信号および前記直交成分信号の少なくとも一方を調整する調整部を備え、
   前記調整部は、
   前記同相成分信号と前記直交成分信号とを、同一の第１レベルに設定したときに前記合成部から出力される第１出力光と、
   前記同相成分信号および前記直交成分信号のうち一方を前記第１レベルとし、他方を前記第１レベルとは異なる第２レベルとしたときに前記合成部から出力される第２出力光と、に基づいて、
   前記同相成分信号と前記合成部の出力光との関係、および、前記直交成分信号と前記合成部の出力光との関係を求め、
   これらの関係に基づいて、前記同相成分信号または前記直交成分信号に対するレベル調整値を決定し、
   前記調整部は、さらに、
   前記同相成分信号または直交成分信号を、正の振れ幅と負の振れ幅とが異なる第１非対称信号に設定したときに前記合成部から出力される非対称第１出力光と、
   前記同相成分信号または直交成分信号を、第２非対称信号であって、正の振れ幅と負の振れ幅とを前記第１非対称信号と逆にした第２非対称信号に設定したときに前記合成部から出力される非対称第２出力光と、に基づいて、
   前記同相成分信号の正若しくは負の振れ幅に対する振れ幅調整値、または、前記直交成分信号の正若しくは負の振れ幅に対する振れ幅調整値を決定することを特徴とする光変調装置。
3. 同相成分信号によって光を変調する同相成分変調部と、
   直交成分信号によって光を変調する直交成分変調部と、
   前記同相成分変調部および前記直交成分変調部のそれぞれから出力された光を合成する合成部と、を備える光変調装置において、
   前記同相成分信号および前記直交成分信号の少なくとも一方を調整する調整部を備え、
   前記調整部は、
   前記同相成分信号または直交成分信号を、正の振れ幅と負の振れ幅とが異なる第１非対称信号に設定したときに前記合成部から出力される非対称第１出力光と、
   前記同相成分信号または直交成分信号を、第２非対称信号であって、正の振れ幅と負の振れ幅とを前記第１非対称信号と逆にした第２非対称信号に設定したときに前記合成部から出力される非対称第２出力光と、に基づいて、
   前記同相成分信号の正若しくは負の振れ幅に対する振れ幅調整値、または、前記直交成分信号の正若しくは負の振れ幅に対する振れ幅調整値を決定することを特徴とする光変調装置。
4. 請求項２または請求項３に記載の光変調装置において、
   前記調整部は、
   前記同相成分信号または前記直交成分信号を、正の振れ幅と負の振れ幅とが等しい対称信号に設定したときに前記合成部から出力される基準出力光と、
   前記同相成分信号または前記直交成分信号を、増大対称信号であって、振れ幅を前記対称信号よりも大きくした増大対称信号に設定したときに前記合成部から出力される増大対称出力光と、に基づいて、
   前記同相成分信号の振れ幅、または前記直交成分信号の振れ幅を正負均等に調整するための対称振れ幅調整値を決定することを特徴とする光変調装置。

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