JP6642584B2 - 光変調器、光送信器および光変調方法 - Google Patents

Description

本発明は、光変調器、光送信器および光変調方法に関する。

２．５Ｇｂｉｔ／ｓや１０Ｇｂｉｔ／ｓの光伝送システムに替わり、４０Ｇｂｉｔ／ｓや１００Ｇｂｉｔ／ｓ以上の超高速長距離光伝送システムが普及しつつある。超高速長距離光伝送システムにおいては、光位相変調（Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）方式や、デジタルコヒーレント受信方式の採用が有力視されている。ここで、光位相変調方式は、光信号対雑音（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）耐力特性や波長分散（Ｃｈｒｏｍａｔｉｃ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）耐力特性、偏波モード分散（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ）耐力特性などの、長距離光ファイバ伝送において要求される特性が優れている。また、デジタルコヒーレント受信方式においては、受信側におけるコヒーレント受信（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）と、デジタル信号処理（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）技術とが、組み合わされている。

位相変調方式の中でも、特に、伝送特性、実現容易性及びコストのバランスから、２値位相変調方式（ＢＰＳＫ：Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）や、４値位相変調方式（ＱＰＳＫ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）が有力視されている。さらには、使用する光周波数帯域幅を増加させることなく伝送容量を拡大するために、光周波数利用効率に優れる直交振幅変調（ＱＡＭ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式の検討も進められており、４値あるいは８値の駆動信号を用いる１６ＱＡＭあるいは６４ＱＡＭなどの、多値変調方式の研究・開発が盛んに行われている。これらの光伝送方式の詳細は、例えば、特許文献１−５に開示されている。

特許文献１には、バイアス電圧に低周波信号を重畳し、変調器から出力される変調信号から重畳した低周波信号を抽出して変調器のバイアス電圧を制御すると共に、駆動回路に与えられる振幅制御信号に低周波信号を重畳し、変調信号から重畳した低周波信号を抽出して変調信号の振幅を制御する光変調装置が開示されている。

特開２０１２−１４１５６５号公報 特開２０１１−１５００５２号公報 特開２００５−１４８３２９号公報 特開２００３−２９５１３８号公報 特開平３−２５１８１５号公報

ここで、特許文献１の技術は、ＢＰＳＫやＱＰＳＫなどの２値あるいは４値位相変調方式においては有効に機能するが、より多値度の高い１６ＱＡＭや６４ＱＡＭなどの多値変調方式においては、有効に機能しない。この理由は、１６ＱＡＭや６４ＱＡＭなどの多値変調方式においては、駆動電気信号振幅も４値または８値の異なる振幅で駆動する必要があり、それらに個々に低周波信号を重畳しても、変調器から出力される変調信号から抽出される低周波信号の合計パワーは、２値あるいは４値位相変調方式とは異なり、最適点でゼロとならないためである。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、多値変調方式が適用された場合であっても、バイアス電圧を変調手段の透過特性に対応させることができる光変調器、光送信器および光変調方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明に係る光変調器は、情報信号の振幅を変調手段の透過特性に対応させる振幅情報を生成し、ディザー信号を加算して出力する振幅情報制御手段と、前記情報信号の振幅の中心を前記変調手段の透過特性に対応させるバイアス値を生成して出力するバイアス値制御手段と、出力された前記振幅情報に基づいて入力された情報データの振幅を補正し、前記情報信号として出力するデータ出力手段と、出力された前記バイアス値に基づいて前記出力された情報信号の振幅の中心を補正し、前記情報信号を用いて入力された連続光を変調して変調信号を出力する変調手段と、前記出力された変調信号から前記振幅情報に加算されているディザー信号を抽出し、前記抽出した振幅情報に加算されているディザー信号の強度の微分値がゼロになるように前記生成された振幅情報および前記生成されたバイアス値を調整する調整手段と、を備える。

上記目的を達成するために本発明に係る光送信器は、連続光を生成して出力する光出力手段と、前記出力された連続光を変調する上記の光変調器と、を備える。

上記目的を達成するために本発明に係る光変調方法は、情報信号の振幅を変調手段の透過特性に対応させる振幅情報を生成し、ディザー信号を加算して出力し、前記情報信号の振幅の中心を前記変調手段の透過特性に対応させるバイアス値を生成して出力し、出力した前記振幅情報に基づいて出力した情報データの振幅を補正し、前記情報信号として出力し、前記変調手段を用いて、出力した前記バイアス値に基づいて出力した前記情報信号の振幅の中心を補正し、前記情報信号を用いて連続光を変調して変調信号を出力し、出力した前記変調信号から前記振幅情報に加算されたディザー信号を抽出し、前記抽出した振幅情報に加算されているディザー信号の強度の微分値がゼロになるように前記生成された振幅情報および前記生成されたバイアス値を調整する。

上述した本発明の態様によれば、多値変調方式が適用された場合であっても、バイアス電圧を変調手段の透過特性に対応させることができる。

第１の実施形態に係る光変調器１０のブロック構成図である。 第２の実施形態に係る光送信器１００のブロック構成図である。 第２の実施形態に係る光検出部６００のブロック構成図である。 第２の実施形態に係る光送信器１００に２値光位相変調方式を適用した場合の駆動電圧と光透過率の関係を示す図である。 ２値光位相変調方式の光送信器１００において、低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳されたＤＣバイアス値を用いた制御を適用した場合の制御結果を示す図である。 第２の実施形態に係る光送信器１００に６４ＱＡＭ変調方式を適用した場合の駆動電圧と光透過率の関係を示す図である。 低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳されたＤＣバイアス値を用いた制御を適用した場合のシミュレーション結果である。 低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳された駆動振幅を用いた制御を適用した場合のシミュレーション結果である。 低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳された駆動振幅を用いた制御を適用した場合の微分値に関するシミュレーション結果である。 第２の実施形態に係る制御部７００のブロック構成図である。 多値光位相変調方式の光送信器１００において、低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳された駆動振幅を用いた制御を適用した場合の制御結果を示す図である。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態に係る光変調器のブロック構成図を図１に示す。図１において、光変調器１０は、振幅情報制御手段２０、バイアス値制御手段３０、データ出力手段４０、変調手段５０および調整手段６０を備える。

振幅情報制御手段２０は、情報信号の振幅を変調手段５０の透過特性に対応させる振幅情報を生成し、ディザー信号を加算してデータ出力手段４０へ出力する。ここで、本実施形態に係る振幅情報制御手段２０は、情報信号の振幅が変調手段５０の透過特性の最大値と最小値との差に等しくなる振幅情報を生成する。

バイアス値制御手段３０は、情報信号の振幅の中心、すなわち、バイアス電圧を変調手段５０の透過特性に対応させるバイアス値を生成し、変調手段５０へ出力する。本実施形態に係るバイアス値制御手段３０は、バイアス電圧が変調手段５０の透過特性の最小点になるバイアス値を生成する。

データ出力手段４０は、振幅情報制御手段２０から入力された振幅情報に基づいて、入力された情報データの振幅を補正し、情報信号として変調手段５０へ出力する。

変調手段５０は、バイアス値制御手段３０から入力されたバイアス値に基づいて、データ出力手段４０から入力された情報信号の振幅の中心、すなわち、バイアス電圧を補正する。そして、変調手段５０は、バイアス電圧が補正された状態で、入力された情報信号を用いて連続光を変調し、変調信号を出力する。

調整手段６０は、変調手段５０から出力された変調信号から、振幅情報に加算されているディザー信号を抽出する。そして、調整手段６０は、抽出した振幅情報に加算されているディザー信号の強度の微分値がゼロになるように、振幅情報制御手段２０において生成された振幅情報と、バイアス値制御手段３０において生成されたバイアス値と、を調整する。

上記のように構成された光変調器１０においては、振幅情報制御手段２０は、ディザー信号が加算された振幅情報をデータ出力手段４０へ出力し、データ出力手段４０は、情報データの振幅を該振幅情報に基づいて補正して情報信号を変調手段５０へ出力する。さらに、変調手段５０は、ディザー信号が加算された振幅情報に基づいて補正された情報信号を用いて変調信号を生成する。そして、本実施形態に係る調整手段６０は、変調手段５０から出力された変調信号から、振幅情報に加算されたディザー信号を抽出し、該抽出した振幅情報に加算されたディザー信号の強度の微分値がゼロになるように、振幅情報制御手段２０において生成された振幅情報と、バイアス値制御手段３０において生成されたバイアス値と、を調整する。この場合、多値変調方式が適用された場合であっても、情報信号の振幅および振幅の中心を、変調手段５０の透過特性に対応させることができる。

なお、本実施形態に係る光変調器１０において、バイアス値制御手段３０において生成されたバイアス値にディザー信号を加算して出力することもできる。この場合、調整手段６０は、出力された変調信号からバイアス値に加算されているディザー信号を抽出し、抽出したバイアス値に加算されているディザー信号の周期が２倍周期になるように、振幅情報制御手段２０において生成された振幅情報と、バイアス値制御手段３０において生成されたバイアス値と、を調整する。このような光変調器１０は、前段に配置されているフレーマ回路等から、適用されている変調方式を取得し、２値変調方式が適用される場合はバイアス値にディザー信号を加算する制御を選択し、多値変調方式が適用される場合は振幅情報にディザー信号を加算する制御を選択する。なお、この選択は、図１には図示しない切替手段によって実施することができる。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態について説明する。本実施形態に係る光送信器のブロック構成図を図２に示す。図２において、光送信器１００は、光源２００、第１ドライバ部３１０、第２ドライバ部３２０、光変調器４００、分岐部５００、光検出部６００および制御部７００を備える。

光源２００は、連続発振（ＣＷ：Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）光を出力する。光源２００から出力されたＣＷ光は、光変調器４００において２分岐され、一方が後述する第１変調部４１０へ、他方が第２変調部４２０へ入力される。

第１ドライバ部３１０には、適用される変調方式に応じて符号化されたデータ信号_Ｉがフレーマ回路等から入力されると共に、低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳された駆動振幅_Ｉが制御部７００から入力される。第１ドライバ部３１０は、入力されたデータ信号_Ｉの振幅を入力された駆動振幅_Ｉに基づいて調整し、情報電気信号_Ｉを光変調器４００の第１変調部４１０へ出力する。

第２ドライバ部３２０には、適用される変調方式に応じて符号化されたデータ信号_Ｑがフレーマ回路等から入力されると共に、低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳された駆動振幅_Ｑが制御部７００から入力される。第２ドライバ部３２０は、入力されたデータ信号_Ｑの振幅を入力された駆動振幅_Ｑに基づいて調整し、情報電気信号_Ｑを光変調器４００の第２変調部４２０へ出力する。

光変調器４００は、制御部７００から入力される低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳されたＤＣバイアス値によって、ＤＣバイアス電圧Ｖが調整される。そして、光変調器４００は、光源２００から入力されたＣＷ光をドライバ部３１０、３２０から入力された情報電気信号を用いて光変調し、変調信号を出力する。本実施形態に係る光変調器４００は、図２に示すように、第１変調部４１０、第２変調部４２０および位相調整部４３０から成る。

第１変調部４１０は、制御部７００から入力される低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳されたＤＣバイアス値_Ｉによって、ＤＣバイアス電圧Ｖ_Ｉが調整される。そして、第１変調部４１０は、光源２００から入力された一方のＣＷ光を第１ドライバ部３１０から入力された情報電気信号_Ｉを用いて変調し、変調信号_Ｉを出力する。

第２変調部４２０は、制御部７００から入力される低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳されたＤＣバイアス値_Ｉによって、ＤＣバイアス電圧Ｖ_Ｑが調整される。そして、第２変調部４２０は、光源２００から入力された他方のＣＷ光を第２ドライバ部３２０から入力された情報電気信号_Ｑを用いて変調し、変調信号_Ｑを出力する。

位相調整部４３０は、第２変調部４２０から出力された変調信号_Ｑの位相をπ／２シフトさせて出力する。

第１変調部４１０から出力された変調信号_Ｉと、位相調整部４３０から出力された位相がπ／２シフトされた変調信号_Ｑとは経路上で合波され、変調信号として光変調器４００から出力される。

分岐部５００は、光変調器４００から出力された変調信号を２分岐し、一方を光伝送路へ送信し、他方を光検出部６００へ出力する。

光検出部６００は、分岐部５００において分岐された変調信号を電気信号に変換し、周波数ｆ_０の周波数成分を抽出して増幅した後、制御部７００へ出力する。本実施形態に係る光検出部６００のブロック構成図の一例を図３に示す。図３において、光検出部６００は、光電変換部６１０、電流／電圧変換部６２０、狭帯域通過フィルタ部（ＢＰＦ：Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）６３０および増幅部６４０によって構成される。

光電変換部６１０は、分岐部５００において分岐された変調信号を電気信号に光電変換し、変調信号の光パワーに応じた電流値を出力する。電流／電圧変換部６２０は、光電変換部６１０から出力された、変調信号の光パワーに応じた電流値を電圧値に変換する。ＢＰＦ６３０は、電流／電圧変換部６２０の出力値から、周波数ｆ_０の周波数成分を抽出する。増幅部６４０は、ＢＰＦ６３０において抽出された周波数ｆ_０の周波数成分を増幅して制御部７００へ出力する。

制御部７００は、光変調器４００へ出力するＤＣバイアス値およびドライバ部３１０、３２０へ出力する駆動振幅を生成する。また、制御部７００は、光検出部６００から入力された周波数成分ｆ_０から低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号を抽出し、生成したＤＣバイアス値および駆動振幅を抽出結果に基づいて調整する。さらに、制御部７００は、調整したＤＣバイアス値および駆動振幅に低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号をそれぞれ重畳し、光変調器４００およびドライバ部３１０、３２０へ出力する。制御部７００については後述する。

次に、上記のように構成された光送信器１００において、２値光位相変調方式が適用された光送信器１００と多値振幅変調方式が適用された光送信器１００とを、低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳されたＤＣバイアス値または低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳された駆動振幅によって制御した場合の制御結果について説明する。

先ず、２値光位相変調方式の光送信器１００に低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳されたＤＣバイアス値を用いた制御を行った場合の制御結果と、多値振幅変調方式の光送信器１００に低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳されたＤＣバイアス値を用いた制御を行った場合の制御結果について説明する。

図４は、第１変調部４１０、第２変調部４２０にマッハ・ツェンダ型光変調器が適用された２値光位相変調の光送信器１００において、第１変調部４１０、第２変調部４２０へ印加される駆動電圧と、光変調器４００の光透過出力との関係を示した図である。この場合、制御部７００は、情報電気信号の”０”／”１”が、光変調器４００の透過特性の隣り合う最大（Ｐｅａｋ）点に合うように、すなわち、Ｐｅａｋ点間の電圧差（２Ｖπ）と等しくなるように、駆動振幅を調整する。同時に、制御部７００は、駆動振幅の”０”／”１”の平均電圧（中間電圧）が、光変調器４００の透過特性の最小（Ｎｕｌｌ）点となるようにＤＣバイアス値を調整する。これにより、情報電気信号の”０”／”１”が、変調信号のキャリア位相”０”／”π”に変換される。

具体的には、光変調器４００へ出力されるＤＣバイアス値に周波数ｆ_０の低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号を重畳し、情報電気信号の平均電圧（ＤＣバイアス電圧）が周波数ｆ_０で変動するようにする。この時のＤＣバイアス電圧Ｖと、光検出部６００で検出されるｆ_０成分の検出電圧との関係を図５に示す。

図５（ｂ）に示すように、情報電気信号の振幅の最大／最小電圧が、光変調器４００の光透過特性のＰｅａｋ−Ｐｅａｋと一致し、その平均電圧（ＤＣバイアス電圧）がＮｕｌｌ点に合っている時は、光検出部６００で検出されるｆ_０成分の検出電圧には、周波数２ｆ_０の振幅変化が現れる。

一方、ＤＣバイアス電圧がＮｕｌｌ点からずれている時は、図５（ａ）あるいは図５（ｃ）に示すように、光検出部６００で検出されるｆ_０成分の検出電圧には、周波数ｆ_０の振幅変化が現れる。そして、周波数ｆ_０の位相はＤＣバイアス電圧が大きい場合（図５（ａ））と小さい場合（図５（ｃ））とで逆相となる。従って、２値変調方式が適用された光送信器１００においては、低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳されたＤＣバイアス電圧を用いることで、情報電気信号の”０”／”１”が、変調信号のキャリア位相”０”／”π”に変換される。

次に、１６ＱＡＭや６４ＱＡＭなどの、駆動電気信号振幅が複数種類あるような多値振幅変調方式の光送信器１００に、低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳されたＤＣバイアス値を用いた制御を適用した場合の制御結果について説明する。光送信器１００に６４ＱＡＭ変調方式を適用した時の、光変調器４００へ印加される駆動電圧と、光変調器４００の光透過出力との関係を図６に示す。

図６に示すように、６４ＱＡＭ変調方式においては、駆動電圧として、Ａ_０からＡ_７の８点が必要である。以下では、Ｖ_４３（＝Ａ_４−Ａ_３）、Ｖ_５２（＝Ｖ_５−Ｖ_２）、Ｖ_６１（＝Ｖ_６−Ｖ_１）及びＶ_７０（＝Ｖ_７−Ｖ_０）の４種類の駆動振幅について、具体的なシミュレーション結果に基づいて、低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳されたＤＣバイアス値を用いた場合の制御結果を説明する。

駆動振幅がＶ_４３＝０．２８Ｖπ、Ｖ_５２＝０．８４Ｖπ、Ｖ_６１＝１．４０Ｖπ、Ｖ_７０＝１．９６Ｖπの時に、低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳されたＤＣバイアス値を用いた制御を適用した場合のシミュレーション結果を図７（ａ）に示す。また、駆動振幅がそれより低いＶ_４３＝０．２４Ｖπ、Ｖ_５２＝０．７２Ｖπ、Ｖ_６１＝１．２０Ｖπ、Ｖ_７０＝１．６０Ｖπの時に、低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳されたＤＣバイアス値を用いた制御を適用した場合のシミュレーション結果を図７（ｂ）に示す。図７（ａ）、（ｂ）において、４種類の実線はそれぞれ上記４種類の駆動振幅に対する復調電圧であり、破線は光検出部６００で検出される検出電圧（合計電圧）である。

図７（ａ）において、ＤＣバイアス電圧が最適点（０Ｖ）より正にシフト（０〜１Ｖπ）している場合、光検出部６００で検出されるｆ_０成分の検出電圧（破線）は負電圧となり、最適点（０Ｖ）より負にシフト（０〜−１Ｖπ）している場合は、検出電圧は正電圧となる。一方、図７（ｂ）において、駆動電気信号振幅が図７（ａ）の時よりわずかに小さい場合、ＤＣバイアス電圧が最適点（０Ｖ）より正にシフト（０〜１Ｖπ）している場合は、光検出部６００で検出されるｆ_０成分の検出電圧（破線）は正電圧となり、最適点（０Ｖ）より負にシフト（０〜−１Ｖπ）している場合は、検出電圧は負電圧となる。

すなわち、多値振幅変調方式が適用された光送信器１００においては、低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳されたＤＣバイアス電圧を用いた制御を適用する場合、ＤＣバイアス電圧の最適点（Ｎｕｌｌ点）からのズレの方向は、光検出部６００で検出されるｆ_０成分の検出電圧によって一意に決まらない。この場合、ＤＣバイアス電圧をＮｕｌｌ点に制御することができず、多値振幅変調方式が適用された光送信器１００においては、ＤＣバイアス電圧に低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号を重畳しただけでは、安定して復調信号を検出できない。そこで、本実施形態に係る光送信器１００においてはさらに、ドライバ部３１０、３２０へ出力する駆動振幅に低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号を重畳する。

次に、多値振幅変調方式の光送信器１００に低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳された駆動振幅を用いた制御を行った場合の制御結果について説明する。なお、以下では、６４ＱＡＭ変調方式の光送信器１００において、図７で説明したのと同じ条件の時に、低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳された駆動振幅を用いた制御を適用した場合の制御結果について説明する。

駆動振幅がＶ_４３＝０．２８Ｖπ、Ｖ_５２＝０．８４Ｖπ、Ｖ_６１＝１．４０Ｖπ、Ｖ_７０＝１．９６Ｖπの時に、低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳された駆動振幅を用いた制御を適用した場合のシミュレーション結果を図８（ａ）に示す。また、駆動振幅がそれより低いＶ_４３＝０．２４Ｖπ、Ｖ_５２＝０．７２Ｖπ、Ｖ_６１＝１．２０Ｖπ、Ｖ_７０＝１．６０Ｖπの時に、低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳された駆動振幅を用いた制御を適用した場合のシミュレーション結果を図８（ｂ）に示す。図８（ａ）、（ｂ）においても、４種類の実線はそれぞれ上記４種類の駆動振幅に対する復調電圧であり、破線は光検出部６００で検出される検出電圧（合計電圧）である。

図８（ａ）、（ｂ）より、駆動振幅が変化しても、光検出部６００で検出される検出電圧は、ＤＣバイアス電圧が最適点（０Ｖ）を中心に−０．５〜＋０．５Ｖπの範囲で正電圧、それ以外の電圧範囲で負電圧となる。この場合、多値振幅変調方式が適用された光送信器１００において、駆動振幅に低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号を重畳することで、最適点（Ｎｕｌｌ点）からのずれを検出することができ、ＤＣバイアス電圧をＮｕｌｌ点に制御することができる。

さらに、図８の検出電圧を低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号で微分した結果を図９に示す。図９に破線で示すように、ＤＣバイアス電圧が最適点（０Ｖ）より正にシフト（０〜１Ｖπ）している場合、低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号によって微分した検出電圧は負電圧となる。一方、ＤＣバイアス電圧が最適点（０Ｖ）より負にシフト（０〜−１Ｖπ）している場合、低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号によって微分した検出電圧は正電圧となる。従って、検出電圧を低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号で微分した結果を用いることにより、光送信器１００に多値振幅変調方式を適用した場合であっても、２値変調方式を適用してＤＣバイアス電圧値に低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号を重畳した場合の制御と同様に、ＤＣバイアス電圧を最適点（Ｎｕｌｌ点）に安定して制御することができる。

次に、本実施形態に係る制御部７００が上述の制御を行う手順を、その構成と共に説明する。制御部７００のブロック構成図の一例を図１０に示す。図１０において、制御部７００は、低周波信号生成部７１０、乗算器７２０、ＤＣバイアス制御部７３０、駆動振幅制御部７４０、増幅部７５０、第１加算器７６０および第２加算器７７０によって構成される。

低周波信号生成部７１０は、周波数ｆ_０の矩形波信号を生成し、乗算器７２０および増幅部７５０へ出力する。なお、低周波信号生成部７１０において、周波数ｆ_０の正弦波信号を生成することもできる。

乗算器７２０は、光検出部６００から入力された周波数ｆ_０の周波数成分に、低周波信号生成部７１０から入力された周波数ｆ_０の矩形波信号を乗算し、ＤＣバイアス制御部７３０および駆動振幅制御部７４０へ出力する。

ＤＣバイアス制御部７３０は、駆動振幅の”０”／”１”の平均電圧値（ＤＣバイアス電圧）が光変調器４００の透過特性の最小（Ｎｕｌｌ）点に一致させるためのＤＣバイアス値を生成する。そして、ＤＣバイアス制御部７３０は、乗算器７２０から入力された乗算値またはその変動分（微分値）に基づいて生成したＤＣバイアス値を調整し、第１加算器７６０へ出力する。

具体的には、ＤＣバイアス制御部７３０は、光送信器１００に２値位相変調方式が適用されている場合、乗算器７２０から入力された乗算値に基づいて生成したＤＣバイアス値を調整する。一方、ＤＣバイアス制御部７３０は、光送信器１００に多値振幅変調方式が適用されている場合、乗算器７２０から入力された乗算値の変動分（微分値）に基づいて生成したＤＣバイアス値を調整する。

駆動振幅制御部７４０は、情報電気信号の”０”／”１”を光変調器４００の透過特性のＰｅａｋ点間と一致させる駆動振幅を生成する。そして、駆動振幅制御部７４０は、乗算器７２０から入力された乗算値またはその変動分（微分値）に基づいて生成した駆動振幅を調整し、第２加算器７７０へ出力する。駆動振幅制御部７４０は、ＤＣバイアス制御部７３０と同様に、２値位相変調方式が適用されている場合は乗算器７２０から入力された乗算値に基づいて駆動振幅を調整し、多値振幅変調方式が適用されている場合は乗算器７２０から入力された乗算値の変動分（微分値）に基づいて駆動振幅を調整する。

すなわち、ＤＣバイアス制御部７３０と駆動振幅制御部７４０とは、光送信器１００に２値位相変調方式が適用されている場合には、乗算器７２０から入力された乗算値の大きさをモニタしながら、周波数２ｆ_０の変化が現れる位置にＤＣバイアス値および駆動振幅を調整する（図５の制御）。一方、多値振幅変調方式が適用されている場合には、乗算器７２０から入力された乗算値の変動分（微分値）がゼロとなる位置にＤＣバイアス値および駆動振幅を調整する。この時の制御を図１１に示す。

図１１は、多値振幅変調方式が適用されている場合の、乗算器７２０から入力された乗算値の変動分（微分値）を示したものである。図１１から分かるように、駆動振幅が変化しても、ＤＣバイアス電圧がＮｕｌｌ点に合っているときゼロとなる。従って、ＤＣバイアス制御部７３０および駆動振幅制御部７４０において、この値がゼロになるようにＤＣバイアス値および駆動振幅を調整することにより、変調器駆動電気信号と光変調器の駆動電圧−光透過率との関係を最適点に保持することができる。

増幅部７５０は、低周波信号生成部７１０から入力された周波数ｆ_０の矩形波信号の振幅を増幅し、低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号を生成する。増幅部７５０は、生成した低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号を第１加算器７６０と第２加算器７７０とに交互に出力する。なお、低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号の出力タイミングに関する情報は、ＤＣバイアス制御部７３０および駆動振幅制御部７４０へ出力される。ＤＣバイアス制御部７３０および駆動振幅制御部７４０は、このタイミング情報に基づいて、駆動振幅に低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳されている時の乗算値と、ＤＣバイアス値に低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳されている時の乗算値とを区別する。

第１加算器７６０は、ＤＣバイアス制御部７３０から入力されたＤＣバイアス値に、増幅部７５０から入力された低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号を加算し、低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳されたＤＣバイアス値を光変調器４００の第１変調部４１０および第２変調部４２０へ出力する。

第２加算器７７０は、駆動振幅制御部７４０から入力された駆動振幅に、増幅部７５０から入力された低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号を加算し、低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号が重畳された駆動振幅を第１ドライバ部３１０および第２ドライバ部３２０へ出力する。

なお、本実施形態においては、低周波信号生成部７１０において生成した周波数ｆ_０の矩形波信号を、増幅部７５０において時分割して第１加算器７６０および第２加算器７７０へ交互に入力させたが、これに限定されない。２つの低周波信号生成部を配置して周波数が互いに異なる低周波ｆ_１、ｆ_２の矩形波信号をそれぞれ生成し、ＤＣバイアス値に周波数ｆ_１の低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号を重畳し、駆動振幅に周波数ｆ_２の低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号を重畳することもできる。

以上のように、本実施形態に係る光送信器１００においては、１６ＱＡＭや６４ＱＡＭなどの多値振幅変調方式が適用されている場合、駆動振幅に周波数ｆ_０の低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号を重畳し、光変調器４００から出力された変調信号から該低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号を抽出し、抽出した低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号の微分値に基づいて、光変調器４００へ出力するＤＣバイアス値およびドライバ部３１０、３２０へ出力する駆動振幅を調整する。この場合、多値直交位相振幅変調においても、多値変調における光変調器４００の制御において重要な特性である、変調器駆動電気信号と光変調器の駆動電圧−光透過率との関係を最適点に保持することができる。

さらに、上記で説明した光送信器１００は、抽出する低周波Ｄｉｔｈｅｒ信号を、２値位相変調と多値直交位相振幅変調とで切り替えることができる。これにより、どちらの変調方式が適用される場合であっても、同一の制御部７００によって光変調器４００の駆動電圧の最適点を制御することができる。従って、今後主流になると思われる、複数の光変調方式を切り替えて使用する変調方式可変型光送信器に対しても、適用された変調方式に応じた駆動電圧制御が可能となる。すなわち、情報電気信号速度が４０Ｇｂｉｔ／ｓであっても、１００Ｇｂｉｔ／ｓであっても、上記制御動作には影響しないため、ビットレートの依存性は生じない。また、変調方式が４値位相変調でなく、２値や８値の位相変調、あるいはｍ値−ＱＡＭなどの位相変調と強度変調を組み合わせた変調方式にも適用可能である。

ここで、情報電気信号速度が１０Ｇｂｉｔ／ｓ、４０Ｇｂｉｔ／ｓ、１００Ｇｂｉｔ／ｓなどのビットレートの異なる信号であっても、Ｄｉｔｈｅｒ信号の周波数ｆ_０は、ｋＨｚ程度の低い周波数で良いため、光検出部６００を構成する光電変換部６１０、電流／電圧変換部６２０および増幅部６４０や、制御部７００を構成する乗算器７２０、増幅部７５０、第１加算器７６０および第２加算器７７０などはｋＨｚ程度の低速で動作すれば良く、超高速信号用ではない安価な低速用部品で構成することができる。

本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。この出願は、２０１５年９月２８日に出願された日本出願特願２０１５−１８９３２７を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１０ 変調器
２０ 振幅情報制御手段
３０ バイアス値制御手段
４０ データ出力手段
５０ 変調手段
６０ 調整手段
１００ 光送信器
２００ 光源
３１０ 第１ドライバ部
３２０ 第２ドライバ部
４００ 光変調器
５００ 分岐部
６００ 光検出部
６１０ 光電変換部
６２０ 電流／電圧変換部
６３０ ＢＰＦ
６４０ 増幅部
７００ 制御部
７１０ 低周波信号生成部
７２０ 乗算器
７３０ ＤＣバイアス制御部
７４０ 駆動振幅制御部
７５０ 増幅部
７６０ 第１加算器
７７０ 第２加算器

Claims (8)

1. 低周波数ｆ０の矩形波信号であるディザー信号を生成して出力する信号生成手段と、
   情報信号の振幅を変調手段の透過特性に対応させる振幅情報を生成し、前記情報信号の４つの駆動電気信号振幅のそれぞれに前記ディザー信号を加算して出力する振幅情報制御手段と、
   前記情報信号の振幅の中心を前記変調手段の透過特性に対応させるバイアス値を生成して出力するバイアス値制御手段と、
   出力された前記振幅情報に基づいて入力された情報データの振幅を補正し、前記情報信号として出力するデータ出力手段と、
   出力された前記バイアス値に基づいて前記出力された情報信号の振幅の中心を補正し、前記情報信号を用いて入力された連続光を変調して変調信号を出力する変調手段と、
   前記出力された変調信号から前記振幅情報に加算されているディザー信号を抽出し、前記抽出した振幅情報に加算されているディザー信号と前記矩形波信号との乗算値の変動分がゼロになるように前記生成された振幅情報および前記生成されたバイアス値を調整する調整手段と、
   を備える光変調器。
2. 前記バイアス値制御手段は、前記生成したバイアス値に前記ディザー信号を加算して出力し、
   前記調整手段は、２値変調方式が適用される場合は、前記振幅情報に加算されているディザー信号を抽出する代わりに、前記出力された変調信号から前記バイアス値に加算されているディザー信号を抽出し、前記抽出したバイアス値に加算されているディザー信号の周期が２ｆ０になるように前記生成された振幅情報および前記生成されたバイアス値を調整する、
   請求項１に記載の光変調器。
3. 前記データ出力手段は、フレーマ回路においてフレーマ処理された前記情報データが入力し、
   前記フレーマ回路から変調方式に関する情報を取得し、前記取得した変調方式に応じて、ディザー信号の出力先を前記振幅情報制御手段と前記バイアス値制御手段とに切替える切替手段をさらに備える、
   請求項２に記載の光変調器。
4. 前記調整手段は、
   前記出力された変調信号を電気信号に変換する光電変換手段と、
   前記変換された電気信号から周波数ｆ０成分を抽出し、ディザー信号として出力する抽出手段と、
   を備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光変調器。
5. 前記データ出力手段は、
   第１振幅情報に基づいて第１情報データの振幅を補正し、第１情報信号として出力する第１データ出力手段と、
   第２振幅情報に基づいて第２情報データの振幅を補正し、第２情報信号として出力する第２データ出力手段と、
   を備え、
   前記振幅情報制御手段は、前記第１情報信号および第２情報信号の振幅が前記変調手段の透過特性の最大値と最小値との差に等しくなる第１振幅情報および第２振幅情報を生成し、ディザー信号をそれぞれ加算して出力する、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光変調器。
6. 前記変調手段は、
   入力された連続光を２分岐する分岐手段、
   第１バイアス値に基づいて前記出力された第１情報信号の振幅の中心を補正し、前記第１情報信号を用いて前記分岐された一方の連続光を変調して第１変調信号を出力する第１変調手段と、
   第２バイアス値に基づいて前記出力された第２情報信号の振幅の中心を補正し、前記第２情報信号を用いて前記分岐された他方の連続光を変調して第２変調信号を出力する第２変調手段と、
   前記出力された第２変調信号の位相をπ／２シフトさせる位相調整手段と、
   前記第１変調信号および前記位相がπ／２シフトされた第２変調信号を合波して前記変調信号を出力する合波手段と、
   を備え、
   前記バイアス値制御手段は、前記第１情報信号および第２情報信号の振幅の中心が前記変調手段の透過特性の最小点になる第１バイアス値および第２バイアス値を生成して出力する、
   請求項５に記載の光変調器。
7. 連続光を生成して出力する光出力手段と、
   前記出力された連続光を変調する請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光変調器と、
   を備える光送信器。
8. 低周波数ｆ０の矩形波信号であるディザー信号を生成して出力し、
   情報信号の振幅を変調手段の透過特性に対応させる振幅情報を生成し、前記情報信号の４つの駆動電気信号振幅のそれぞれに前記ディザー信号を加算して出力し、
   前記情報信号の振幅の中心を前記変調手段の透過特性に対応させるバイアス値を生成して出力し、
   出力した前記振幅情報に基づいて出力した情報データの振幅を補正し、前記情報信号として出力し、
   前記変調手段を用いて、出力した前記バイアス値に基づいて出力した前記情報信号の振幅の中心を補正し、前記情報信号を用いて連続光を変調して変調信号を出力し、
   出力した前記変調信号から前記振幅情報に加算されたディザー信号を抽出し、前記抽出した振幅情報に加算されているディザー信号と前記矩形波信号との乗算値の変動分がゼロになるように前記生成された振幅情報および前記生成されたバイアス値を調整する、
   光変調方法。

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