JP7270852B1

JP7270852B1 - 光送信装置及び光送信方法

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Publication number: JP7270852B1
Application number: JP2022557646A
Authority: JP
Inventors: 勇人佐野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2022-03-17
Filing date: 2022-03-17
Publication date: 2023-05-10
Anticipated expiration: 2042-03-17
Also published as: WO2023175813A1; JPWO2023175813A1

Abstract

光送信器は、単一の光源から発せられる単一波長のレーザ光が分岐された複数の分岐光の強度を、互いに独立な複数のチャネル信号によりそれぞれ光変調して、光変調された分岐光を光信号として出力する複数の光変調器（２２０－１～２２０－Ｎ）と、前記複数の光変調器から出力される複数の光信号を合波して、合波された光信号を出力する変調光合波器（２３０）と、を備える。

Description

本開示は、光送信技術に関する。

光ファイバ通信の分野において、従来の光強度変調／直接検波方式では２値のＮＲＺ（Non Return to Zero）変調方式が多くの場合に採用されている。通信の大容量化は継続して進んでおり、近年では例えば４００Ｇｂｐｓ級の光強度変調／直接検波方式において、多値変調方式の１つであるＰＡＭ４（4-level Pulse Amplitude Modulation）変調方式が採用されている。

一方、無線通信の分野においては、近年では無線アクセスネットワークの第５世代が一部導入されており、無線信号では６４値の直角位相振幅変調（ＱＡＭ:Quadrature Amplitude Modulation）を用いた直交周波数分割多重方式（ＯＦＤＭ:Orthogonal Frequency Division Multiplexing）が適用されている。

第６世代などの将来の無線アクセスネットワークの実現に向けて、モバイルフロントホールなどにおけるデータ情報の信号伝送に、無線アナログ信号を光搬送波に直接載せて光ファイバで伝送する光ファイバ無線技術が広く検討されている。その１つとして、複数のアナログ無線信号を中間周波数（ＩＦ:Intermediate Frequency）帯の信号に周波数変換し、中間周波数帯の信号を周波数多重することで１本の光ファイバで複数のチャネルのＯＦＤＭ信号を収容できるＩＦｏＦ(IF-over-Fiber)技術が検討されている。

ＩＦｏＦ技術では、数百ＭＨｚ級からＧＨｚ級の占有帯域をもつチャネルを周波数領域上で多重することから、こうした広帯域なＩＦ信号を光搬送波に載せ光信号を生成するための広帯域な光送信器が求められる。非特許文献１には、１つの広帯域リンクと複数の狭帯域リンクとがカスケードのように接続されたＩＦｏＦ技術が提案されている。

"Cascaded IF-Over-Fiber Links With Hybrid Signal Processing for Analog Mobile Fronthaul", K. Tanaka et al., JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 38, NO. 20, OCTOBER 15, 2020, pp5656-5667.

１シンボルで１ビット（１と０の２値）を送るＮＲＺ（Non Return to Zero）変調方式を適用した光通信ネットワークにおいて、ＥＡ変調器（電界吸収型変調器、ＥＡ：Electro-Absorption）等の光変調器を用いた光送信器は、高速性と高出力という特徴があり、広く用いられている。一方で、ＥＡ変調器等の光変調器は、電気信号に対する光信号の応答を示す変調曲線が非線形の特性を有することから、多値変調を行う場合には光変調器の駆動条件が大きく制限される問題があった。

ＩＦｏＦ技術において、光搬送波が１つである光送信器を用いて、１波長の光搬送波で複数のチャネルの信号を周波数多重で収容できれば、低コスト化及び大容量化が期待できる。しかしながら、チャネル数が増えることで、光変調器に入力する送信用変調信号の駆動振幅が増大してしまい、ＥＡ変調器の非線形領域での光変調につながる。非線形領域で光変調が行われると光信号の信号品質が劣化するので、周波数多重するチャネルの数が制限されるという課題があった。

本開示は、このような課題の認識を契機としてなされたものであり、複数のチャネルの信号を収容した変調信号で光変調を行うことができる光変調技術を提供することを目的とする。

本開示の実施形態による光送信器の一側面は、単一の光源から発せられる単一波長のレーザ光が分岐された複数の分岐光の強度を、互いに独立な複数のチャネル信号によりそれぞれ光変調して、光変調された分岐光を光信号として出力する複数の光変調器と、前記複数の光変調器から出力される複数の光信号を合波して、合波された光信号を出力する変調光合波器と、を備える。

本開示の実施形態による光送信器の一側面によれば、複数のチャネルの信号を収容した変調信号で光変調を行うことができる。

本開示の実施の形態１に係る光送信装置の構成を示すブロック図である。本開示の実施の形態１に係るＥＡ変調器における消光カーブ特性とＤＣバイアス電圧の関係を示す図である。本開示の実施の形態１に係るＥＡ変調器における駆動振幅と光変調の波形例を示す図である。駆動振幅が小さい場合、線形な光変調が可能であることを示す。本開示の実施の形態１に係るＥＡ変調器における駆動振幅と光変調の波形例を示す図である。駆動振幅が大きい場合、非線形な光変調が行われることを示す。本開示の実施の形態１に係るＥＡ変調器における光変調の原理を説明するための図である。簡単のため、負周波数側の複素共役成分の図示は省略している。光通信の分野で広く使われているＥＡ変調器を有する光送信器の構成を示す図である。比較例に係る光送信装置を用いた際の、ＩＦ信号と光搬送波の関係、および光送信器と光受信器の関係を説明するための図である。比較例に係る光送信装置を用いた際の、ＩＦ信号と光搬送波の関係、および光送信器と光受信器の関係を説明するための図である。本開示の実施の形態１に係る光送信装置を用いた際の、ＩＦ信号と光搬送波の関係、および光送信器と光受信器の関係を説明するための図である。本開示の実施の形態１に係る光送信装置のハードウェア構成を示す図である。本開示の実施の形態２に係る光送信装置の構成を示すブロック図である。本開示の実施の形態２に係るＥＡ変調器における光変調の原理を説明するための図である。本開示の実施の形態２に係る光送信装置のハードウェア構成を示す図である。本開示の実施の形態２に係る光送信装置の立ち上げ及び運用の手順を示すフローチャートである。本開示の実施の形態１及び実施の形態２に係る光送信器の動作を示すフローチャートである。

以下、添付の図面を参照して、本開示における種々の実施形態について詳細に説明する。なお、図面において同一または類似の符号を付された構成要素は、同一または類似の構成または機能を有するものであり、そのような構成要素についての重複する説明は省略する。

実施の形態１．
＜構成＞
本開示の実施の形態１に係る光送信装置１００について、図１から図７を用いて説明する。なお、図１において、実線矢印は光信号の流れを、破線矢印は電気信号の流れを示している。

図１は、本開示の実施の形態１に係る光送信装置１００の構成を示すブロック図である。光送信装置１００は、光信号の送受信を司る通信装置又は光トランシーバの送信機能に着目した装置である。光送信装置１００は、光ファイバ又は光空間通信を想定した無線空間を含む光通信ネットワークにおいて用いることができる。実際のシステムでは、同じ筐体に光受信器及び光受信器を制御する制御装置が光送信装置１００とともに含まれている。この実施の形態１において、光受信器及び光受信器を制御する制御装置については、通常知られている装置を用いることができるため、詳細な説明は省略する。

また、光送信装置１００は、ＩＦｏＦ技術などにより、ＯＦＤＭ信号等の複数のチャネルの信号を送信する装置であり、例えば、無線アクセスネットワークのモバイルフロントホールでの光伝送を行うための装置として用いることができる。

図１に示されているように、光送信装置１００は、光送信器２００と変調信号生成部４００を備えている。光送信器２００は、１つあるいは複数の通信宛先に送るデータ情報として入力された電気の送信用変調信号を光信号に変換し、変換された光信号を出力する。多くの場合、光送信器は、最低１組の光源機能と変調機能を有する光デバイスとして構成される。送信用変調信号は一般に高速であり、オフセットとして与えられたＤＣバイアス電圧と交流成分の駆動振幅によって特徴づけられる電気信号である。

（変調信号生成部）
変調信号生成部４００は、送信用変調信号を生成し、生成された送信用変調信号を光送信器２００に出力する。変調信号生成部４００は、光送信器２００に対する専用の制御基板上で実現されてもよいし、光送信装置１００全体に対する制御基板上で実現されてもよい。送信用変調信号は、複数のチャネルの信号（以下、「チャネル信号」と称する場合がある。）を収容した変調信号である。すなわち、送信用変調信号は、複数のチャネル信号を含む変調信号である。複数のチャネルは、周波数領域上で重ならないように分割されており、互いに独立している。したがって、異なるチャネル信号は互いに独立している。

（光送信器）
光送信器２００は、一例として、ＣＷ光出力器２１０と、電界吸収型変調器（以下、ＥＡ変調器と称する。）２２０（２２０－１～２２０－Ｎ）と、変調光合波器２３０と、光増幅器２４０と、を備えている。

（ＣＷ光出力部）
ＣＷ光出力器２１０は、光信号の種となるＣＷ(Continuous Wave：連続波)光を生成し、生成したＣＷ光を、ＥＡ変調器２２０に出力する。ＣＷ光出力器２１０は、図１に示すように、光源２１１と、ＣＷ光分岐器２１２を備えている。

（光源）
光源２１１は、例えば、ＣＷ光を出力する半導体レーザ（ＬＤ：Laser Diode）である。光源２１１は、種光であるＣＷ光を生成し、生成したＣＷ光をＣＷ光分岐器２１２に出力する。

（ＣＷ光分岐器）
ＣＷ光分岐器２１２は、光源２１１で生成されたＣＷ光をＮ個に分岐して、分岐後のＣＷ光をＮ個のＥＡ変調器２２０－１～２２０－Ｎに分岐光として出力する。ＣＷ光分岐器２１２の分岐前及び分岐後のＣＷ光について、搬送波周波数などの基本特性は光パワー以外同じである。ＣＷ光分岐器２１２は、光結合器又は多モード干渉導波路により構成される。

（ＥＡ変調器）
ＥＡ変調器２２０（２２０－１～２２０－Ｎ）は、本開示における光変調器の一例である。ＥＡ変調器２２０の他にも、リング共振器のような非線形な変調曲線特性を有する光変調器に本開示の技術を適用してもよい。ＥＡ変調器２２０（２２０－１～２２０－Ｎ）は、光源２１１の外部に備えられた外部変調器であり、導波路構造をしている。複数のＥＡ変調器２２０－１～２２０－Ｎは、変調信号生成部４００に並列に接続されている。各ＥＡ変調器２２０（２２０－１～２２０－Ｎ）は、ＣＷ光分岐器２１２を介して入力される分岐光であるＣＷ光を、導波路に設けた電極を通じて印加される電気信号である送信用変調信号により光変調を行って光信号を生成し、生成した光信号を出力する。ＥＡ変調器２２０（２２０－１～２２０－Ｎ）に電気信号が印加されることにより、導波路内に電界が生じて通過するＣＷ光の光吸収が生じ、その結果として出力光の光パワーが低下する。ＥＡ変調器２２０（２２０－１～２２０－Ｎ）は、このような光吸収効果を利用している。送信用変調信号として高速な電気信号が与えられることにより、ＥＡ変調器２２０（２２０－１～２２０－Ｎ）は、光強度または光パワーが変調された光信号の生成を行い、生成した光信号を出力する。特に、光源とＥＡ変調器が集積されたデバイスは、電界吸収型変調器集積型半導体レーザ（ＥＭＬ－ＬＤ：Electro-absorption Modulator Laser Diode）として広く認知されている。

送信用変調信号はＥＡ変調器２２０（２２０－１～２２０－Ｎ）を駆動させるためのバイアス印加された変調信号であり、ＤＣバイアス電圧と駆動振幅の変調信号とが合成された電気信号である。ＥＡ変調器２２０は、図２に示すような逆方向印加電圧に対するパワー透過率（光出力）の関係、つまり消光カーブ特性を有している。図２において、横軸は逆方向印加電圧、つまり、送信用変調信号の電圧値を示し、縦軸はＥＡ変調器２２０のパワー透過率、つまり光パワーを示している。なお、横軸において逆方向印加電圧を正の値としている。

消光カーブは印加される逆方向印加電圧に対してパワー透過率が非線形性を持って変化しているため、消光カーブにおける線形な領域で変調を行うように、適切にオフセットが与えられた送信用変調信号がＥＡ変調器２２０（２２０－１～２２０－Ｎ）に与えられる。

ここで、図３Ａに示すように、消光カーブにおける線形な領域で光変調を行う場合について考える。図３Ａは、駆動振幅が小さい場合、線形な光変調が可能であることを示す。ＥＡ変調器の光出力パワーは、入力された電気信号と同じ波形形状を保った光出力が時系列で連続的に得られる。

他方、図３Ｂに示すように、消光カーブにおける非線形な領域で光変調を行う場合について考える。図３Ｂは、駆動振幅が大きい場合、非線形な光変調が行われることを示す。この場合、ＥＡ変調器の光出力パワーは、電気信号と異なる波形形状の光出力となる。こうした特性は、多値変調を行う場合に信号品質の劣化につながる。ＯＦＤＭ変調方式においても、多値のＱＡＭ信号を用いることから同様な問題が発生する。

すなわち、ＩＦｏＦ伝送方式を想定した場合、ＯＦＤＭ信号等の周波数多重する複数のチャネルの信号の数が増大し、信号数の増大に応じて駆動振幅が増大すると、消光カーブの非線形領域で光変調を行うことになり、ＥＡ変調器から出力される光信号が歪む。すなわち、多値信号のコンステレーションが不等間隔になる。したがって、光信号の歪みにより、光信号の誤り率が増大する恐れがある。

そこで、この実施の形態１では、消光カーブ特性の非線形な領域での光変調を回避して線形領域で光変調を行うため、光送信器２００が複数のＥＡ変調器２２０（２２０－１～２２０－Ｎ）を備えるように構成し、ＥＡ変調器２２０の数に応じてチャネルを分割するようにした。これにより、１つのＥＡ変調器２２０当たりの駆動振幅を下げることができるので、消光カーブ特性の線形領域で光変調を行うことが可能となる。

この点について、図１および図４を用いて説明する。図４は、複数のＥＡ変調器２２０を用いた線形領域での光変調の原理を示す図である。図４では、例として２つのＥＡ変調器２２０－１及びＥＡ変調器２２０－２を使用する場合を記載している。簡単のため、負周波数側の複素共役成分の図示は省略している。図４において、変調信号生成部４００のＩＦ信号生成部４１０は、光送信装置１００として送信する複数のチャネルの無線信号を収容した広帯域な電気信号を変調信号として生成する。この変調信号は、ＣＵ（ＣＵ：Central Unit）若しくはＤＵ（ＤＵ：Distributed Unit）又はこれらのユニットに近い中継ポイントからのダウンリンクの信号として送られる信号であってもよいし、ＲＵ（Radio Unit）に近い中継ポイントからＣＵ若しくはＤＵ又はこれらのユニットに近い中継ポイントに対するアップリンクの信号として送られる信号であってもよい。ＩＦ信号生成部４１０では、１つの光搬送波で送信することを想定したＩＦ信号を生成する。

続いて、周波数分別部４２０は、広帯域なＩＦ信号をＥＡ変調器２２０の個数と同数個の帯域の信号に周波数領域上で分割する。図４の例ではＥＡ変調器２２０の数は２であるので、周波数分別部４２０はＩＦ信号を２分割する。なお、ＥＡ変調器２２０の数に応じて、分割数Ｎの値は２以上の任意の整数である。分割する方法としては、例えば、アナログ領域においてスプリッタでＩＦ信号を分波した後に、各ＥＡ変調器２２０に対してあらかじめ選定した周波数領域上でのチャネル以外の周波数成分をバンドパスフィルタで除去することで実現できる。他にも、様々な簡易な構成でアナログ領域においてＩＦ信号の分割が可能である。また、デジタル領域においても、例えば、複数の光搬送波に送ることを想定したそれぞれのＩＦ信号に広帯域なＩＦ信号を変換することでも分割できる。

図１に記載の振幅調整部４３０（４３０－１～４３０－Ｎ）には、複数に分割されたＩＦ信号がそれぞれ入力される。振幅調整部４３０（４３０－１～４３０－Ｎ）はドライバを備え、入力されたＩＦ信号の駆動振幅を調整する。例えば、振幅調整部４３０（４３０－１～４３０－Ｎ）は入力されたＩＦ信号の駆動振幅を増幅する。振幅調整部４３０（４３０－１～４３０－Ｎ）は、振幅調整後のＩＦ信号を、対応する直流交流合成部４５０（４５０－１～４５０－Ｎ）に出力する。なお、ＥＡ変調器２２０で光変調を行うために必要な振幅を確保できれば良いため、振幅調整部４３０（４３０－１～４３０－Ｎ）は、周波数分別部４２０の前段にのみ配置されてもよいし、周波数分別部４２０の前段及び後段の両方に多段で配置されてもよい。

図１に記載の直流交流合成部４５０（４５０－１～４５０－Ｎ）は、振幅調整部４３０（４３０－１～４３０－Ｎ）から出力されたＩＦ信号に対して、ＤＣバイアス電圧制御部４４０（４４０－１～４４０－Ｎ）から得た直流バイアス電圧を印加し、オフセットを与えられた送信用変調信号を生成し、生成した送信用変調信号をＥＡ変調器２２０（２２０－１～２２０－Ｎ）に印加する。直流交流合成部４５０（４５０－１～４５０－Ｎ）は、バイアスティーにより実現することができる。

ＣＷ光出力器２１０から各ＥＡ変調器２２０（２２０－１～２２０－Ｎ）には、１つの光源２１１から出力され、分岐されたＣＷ光が分岐光として入力される。分岐後の複数の分岐光は、自由空間においては、ほぼ同一の周波数及び波長を有する。各ＥＡ変調器２２０（２２０－１～２２０－Ｎ）は、入力された送信用変調信号を光信号に変換する。すなわち、各ＥＡ変調器２２０（２２０－１～２２０－Ｎ）は、分岐されたＣＷ光の強度を、入力された送信用変調信号に応じて光変調し、光変調されたＣＷ光を光信号として変調光合波器２３０に出力する。

（変調光合波器）
変調光合波器２３０は、ＥＡ変調器２２０（２２０－１～２２０－Ｎ）から出力される光信号を合波する。変調光合波器２３０は、例えば、光結合器又は多モード干渉導波路を備える。

（光増幅器）
光増幅器２４０は、合波された光信号を、ファイバ伝送中の光減衰を考慮して増幅する。ここで、光増幅器２４０は、例えば、ＳＯＡ（Semiconductor Optical Amplifier）又はＥＤＦＡ（エルビウム添加光ファイバ増幅器）を備える。光増幅器２４０がＳＯＡにより実現される場合、光増幅器２４０はＥＡ変調器２２０と同じ光半導体素子で形成され、導波路で光接続されてもよい。なお、光増幅する必要がない場合、光増幅器２４０を省いてもよい。

光合波された光信号は、例えば、光ファイバを介して光送信器２００から出力される。光信号を観測してみると、見かけ上は１つの光源と１つの光変調器（ＥＡ変調器２２０）の対で生成されたものとして扱える。実際には、光送信器２００は以上で説明したような構成を有するので、１つの光源２１１と複数の光変調器（ＥＡ変調器２２０－１～２２０－Ｎ）で光信号は生成されている。

図５は、比較として１つのＥＡ変調器２２０Ｃを用いた通常の光送信器２００Ｃの構成を示している。１つの光源２１１Ｃと１つのＥＡ変調器２２０Ｃとが対として構成されており、１つのＥＡ変調器２２０Ｃには１つの電気の送信用変調信号が入力される。

図６Ａ～図６Ｃは、端的には、それぞれ、ＩＦ信号と光搬送波の関係、および光送信器と光受信器の関係を説明するための図である。より具体的には、図６Ａは、１つの搬送波（波長）と１つのＥＡ変調器とを用いる場合における、ＩＦ信号と光搬送波の関係、および光送信器と光受信器の関係を説明するための図である。図６Ｂは、複数の搬送波（波長）と複数のＥＡ変調器とを用いる場合における、ＩＦ信号と光搬送波の関係、および光送信器と光受信器の関係を説明するための図である。図６Ｃは、１つの搬送波（波長）と複数のＥＡ変調器とを用いる場合における、ＩＦ信号と光搬送波の関係、および光送信器と光受信器の関係を説明するための図である。図６Ａ及び図６Ｂは比較例に係り、図６Ｃは本開示の実施の形態１に係る。

図６Ａに示す、１つのＥＡ変調器を備える光送信器の構成によれば、１つの広帯域なＩＦ信号が１つのＥＡ変調器に入力され、１つの光搬送波により光信号が送信される。この構成は簡易な構成であるが、前述のとおり、ＥＡ変調器の非線形な変調曲線によりＩＦ信号として収容する帯域あるいはチャネル数に制限が生じる。

図６Ｂに示す、周波数及び波長の異なる複数の光搬送波を用いる場合、ＥＡ変調器の個数に応じてＩＦ信号に収容する帯域あるいはチャネル数を増やすことができるが、複数の光送信器を用意する必要があり、光送信装置全体のサイズ及び消費電力の増大につながる。また、光源及びＥＡ変調器の複数の対を１つの光送信器の中で構成することも可能であるが、複数の光搬送波で伝送されるため、通信宛先にある光受信器において複数の光搬送波をそれぞれ分離して受信する必要がある。

図６Ｃに示す、本実施の形態１の場合では、複数個に分割されたＩＦ信号が複数個のＥＡ変調器２２０（２２０－１～２２０－Ｎ）に入力され、１つの光搬送波で光信号が送信される。この場合は、各ＥＡ変調器２２０の線形領域で光変調を行ないながらもＩＦ信号として収容する帯域あるいはチャネル数を増やすことができる。また、多くの場合において、複数のＥＡ変調器２２０（２２０－１～２２０－Ｎ）は１つの光半導体素子（チップ）で構成できるため、サイズ及び消費電力の増大を図６Ｂの場合と比較して抑えることが可能である。また、１つの光搬送波で光信号が伝送されるため、通信宛先にある光受信器において光搬送波を分離する必要はない。

次に、図７を参照して、図１に示した光送信装置１００のハードウェア構成について説明する。なお、光送信器２００のハードウェア構成については、図１に即して説明したとおりであるので、重複する説明は省略する。

光送信器制御部３００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はシステムＬＳＩ（Large Scale Integration）などのプロセッサ３０１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）などで構成されるメモリ３０２と、通信インタフェース３０３と、入出力インタフェース３０４とを備えている。

プロセッサ３０１、メモリ３０２、通信インタフェース３０３及び入出力インタフェース３０４はバス３０５に接続され、バス３０５を介してデータ及び制御信号などの受け渡しが相互に行なわれる。

プロセッサ３０１は、メモリ３０２に記録されたプログラムを読み込み、処理を実行する。メモリ３０２には、各種データ、実施の形態１に係る光送信装置１００の動作を実施するためのプログラム、及び光送信装置１００の起動に必要な処理プログラムなどが格納される。

通信インタフェース３０３は、光送信装置１００内部の各種部品と光送信装置１００外部の各種部品との間でのデータ及び制御信号の送受信に使用される。

入出力インタフェース３０４は、電気配線を通じて、光送信器２００と光送信器制御部３００の間の制御信号及び変調信号を送受する。例えば、ＣＷ光出力器２１０に対しては光を発生させるための電流が光源２１１へ注入され、ＥＡ変調器２２０に対しては送信用変調信号が供給される。

変調信号生成部４００の各構成部が行う機能は、メモリ３０２に格納されている、光送信を行う装置として動作させるためのプログラムをプロセッサ３０１が実行することにより実現される。

また、光送信器制御部３００は光デバイスを含まない電気回路で構成されるが、光送信器制御部３００は必ずしも光送信器２００の外にある必要性はない。例えば、光送信器制御部３００を構成する電気回路の一部は、光送信器２００の中で構成されてもよい。

実施の形態２．
＜構成＞
次に、図８から図１１を参照して、本開示の実施の形態２に係る光送信装置１００Ａについて説明する。光送信装置１００Ａは、実施の形態１に係る光送信器２００に光パワー調整器２５０（２５０－１～２５０－Ｎ）が追加された光送信器２００Ａを備え、各光パワー調整器２５０を制御する光パワー制御部５００を更に備える。本実施の形態２では、各ＥＡ変調器２２０から出力される光パワーを調整することができる。

各光パワー調整器２５０（２５０－１～２５０－Ｎ）は導波路に設けた電極により実現され、複数の光パワー調整器２５０－１～２５０－Ｎは光パワー制御部５００に並列に接続される。導波路に設けた電極を通じて印加されるＤＣバイアス電圧により、導波路内での光吸収が生じると、印加する電極の間にフォトカレントが発生する。フォトカレントの大きさにより、光パワー調整器２５０における光吸収量ひいてはパワー透過率を推定できる。この性質を利用して、それぞれの光パワー調整器２５０（２５０－１～２５０－Ｎ）に印可するＤＣバイアス電圧を同じ値に設定することで、複数のＥＡ変調器２２０－１～２２０－Ｎ間の光出力の相対ばらつきを推定することができる。

例えば、推定された複数のＥＡ変調器２５０－１～２５０－Ｎ間の光出力の相対ばらつきに対して、この相対ばらつきが存在する状態から同じ光パワーが出力される状態に揃えたい場合には、それぞれのＤＣバイアス電圧を調整することで光吸収の度合いを調整し、光パワーを揃えることができる。なお、この時点ではＤＣバイアス電圧はそれぞれのＥＡ変調器２２０で異なる値が用いられるため、光パワーの観測は行われない。光パワーの観測は装置の立ち上げ時に行う。

光パワーの調整方法として、半導体のＰＮ接合に順方向のＤＣバイアス電圧をかけ又はＤＣバイアス電流を流すことで光パワー調整器２５０には光増幅効果（ＳＯＡ機能）が働くため、光増幅の度合いを調整して光パワーを揃える方法を用いてもよい。

光パワー制御部５００は、光パワー観測時には光パワー調整器２５０（２５０－１～２５０－Ｎ）に半導体のＰＮ接合における逆方向のＤＣバイアスを印可し、入力される光信号の一部を光吸収させ、生じる光吸収電流量から入力光のパワーを推定する。次に、光パワー制御部５００は、光パワー調整時に、所望のパワー比率となるようにあらかじめ設定したＤＣバイアス電圧又はＤＣバイアス電流を出力する。

図９に示すように、本実施の形態２の構成を適用することで、元となるＩＦ信号を周波数領域で分割し、ＥＡ変調器２２０（２５０－１～２５０－３）により光変調を行うことにより、各ＥＡ変調器２２０（２５０－１～２５０－３）からの光信号のパワー比率を任意に変えることができる。

次に、図８に示した光送信装置１００Ａのハードウェア構成を、図１０を用いて説明する。

実施の形態１の構成に対する変更点として、実施の形態２による光送信器２００Ａは、光送信器２００の中に光パワー調整器２５０を備える。光パワー調整器２５０は、導波路に設けた電極により実現される。

また、光パワー制御部５００は、電流読み取り、ＤＣバイアス電圧の印可又はＤＣバイアス電流の注入、ルックアップテーブルの参照、及び簡単な算数処理等の動作を行う機能部であり、変調信号生成部４００と同様に、光送信器制御部３００Ａにより実現される。すなわち、光パワー制御部５００の機能は、メモリ３０２に格納されているプログラムをプロセッサ３０１が実行することにより実現される。光送信器制御部３００Ａは、光送信器制御部３００と同様の構成を備える。

＜動作：光送信装置＞
次に、図１１を参照して、実施の形態２に係る光送信装置１００Ａの動作について説明する。

ステップＳＴ１において、光送信装置１００Ａが起動される。

ステップＳＴ２において、光送信器制御部３００Ａは、光送信器２００Ａに必要な各種電圧又は電流を与え、運用中を模擬した電気信号にて光変調を開始する。

ステップＳＴ３において、光送信器制御部３００Ａは、各ＥＡ変調器２２０（２２０－１～２２０－Ｎ）から出力される光パワーを推定する。

ステップＳＴ４において、光送信器制御部３００Ａは、各ＥＡ変調器２２０（２２０－１～２２０－Ｎ）から出力される光パワーを調整する。

ステップＳＴ５において、光送信器制御部３００Ａは、実際の送信用変調信号にて光変調及び光信号の出力を開始する。

このように、光パワーの調整は光送信装置１００Ａの立ち上げ前に行う。すなわち、ステップＳＴ４の動作を、ステップＳＴ５の動作の前に行う。なお、調整前や、ＥＡ変調器２２０間の相対ばらつき又は所望の光パワー比率が予測できている場合は、光パワー観測のステップＳＴ３をスキップしてもかまわない。

＜動作：光送信器＞
次に、図１２を参照して、実施の形態１に係る光送信器２００及び実施の形態２に係る光送信器２００Ａについて説明する。ステップＳＴ１１～Ｓ１３及びＳ１５は、実施の形態１及び実施の形態２に共通するステップである。ステップＳＴ１４は、実施の形態２の場合に行われるステップであり、実施の形態１の場合には行われない。

ステップＳＴ１１において、光源２１１は、単一波長のレーザ光を出射する。

ステップＳＴ１２において、ＣＷ光分岐器２１２は、光源２１１から出射されたレーザ光を複数の分岐光に分岐する。

ステップＳＴ１３において、ＥＡ変調器２２０－１～２２０－Ｎは、複数の分岐光の強度を、互いに独立な複数のチャネル信号によりそれぞれ光変調して、光変調された分岐光を光信号として出力する。

ステップＳＴ１４において、光パワー調整器２５０－１～２５０－Ｎは、ＥＡ変調器２２０－１～２２０－Ｎから出力される複数の光信号の光パワーをそれぞれ調整して、調整された光信号を出力する。

ステップＳＴ１５において、変調光合波器２３０は、ＥＡ変調器２２０－１～２２０－Ｎから出力される複数の光信号又は光パワー調整器２５０－１～２５０－Ｎから出力される複数の光信号を合波して、合波された光信号を出力する。

＜付記＞
以上で説明した種々の実施形態のいくつかの側面について、以下のとおりまとめる。

（付記１）
付記１の光送信器（２００；２００Ａ）は、単一の光源から発せられる単一波長のレーザ光が分岐された複数の分岐光の強度を、互いに独立な複数のチャネル信号によりそれぞれ光変調して、光変調された分岐光を光信号として出力する複数の光変調器（２２０－１～２２０－Ｎ）と、前記複数の光変調器から出力される複数の光信号を合波して、合波された光信号を出力する変調光合波器（２３０）と、を備える。

（付記２）
付記２の光送信器（２００；２００Ａ）は、付記１に記載された光送信器であって、前記単一波長のレーザ光を出射する光源（２１１）と、出射されたレーザ光を複数の分岐光に分岐する光分岐器（２１２）と、を更に備える。

（付記３）
付記３の光送信器（２００Ａ）は、付記１または２に記載された光送信器であって、前記複数の光変調器から出力される複数の光信号の光パワーをそれぞれ調整して、調整された光信号を出力する複数の光パワー調整器（２５０）を更に備え、前記変調光合波器は、前記複数の光変調器から出力される複数の光信号に代えて、前記複数の光パワー調整器から出力される複数の光信号を合波する。

（付記４）
付記４の光送信装置（１００；１００Ａ）は、付記１から３のいずれか１つに記載された光送信器（２００；２００Ａ）と、互いに独立な複数のチャネル信号を生成して、生成した複数のチャネル信号を出力する変調信号生成部（４００）と、を備え、前記複数の光変調器は前記変調信号生成部に並列に接続されている。

（付記５）
付記５の光送信装置（１００Ａ）は、付記３に記載された光送信器（２００Ａ）と、複数の光パワー調整器が出力する光パワーを調整する光パワー制御部（５００）と、を備え、前記複数の光パワー調整器は前記光パワー制御部に並列に接続されている。

（付記６）
付記６の光送信装置（１００Ａ）は、付記５に記載された光送信装置であって、互いに独立な複数のチャネル信号を生成して、生成した複数のチャネル信号を出力する変調信号生成部（４００）を更に備え、前記複数の光変調器は前記変調信号生成部に並列に接続されている。

（付記７）
付記７の光送信方法は、複数の光変調器（２２０－１～２２０－Ｎ）及び変調光合波器（２３０）を備えた光送信器（２００；２００Ａ）が行う光送信方法であって、前記複数の光変調器（２２０－１～２２０－Ｎ）により、単一の光源から発せられる単一波長のレーザ光が分岐された複数の分岐光の強度を、互いに独立な複数のチャネル信号によりそれぞれ光変調して、光変調された分岐光を光信号として出力するステップと、前記変調光合波器（２３０）により、前記複数の光変調器から出力される複数の光信号を合波して、合波された光信号を出力するステップと、を備える。

なお、実施形態を組み合わせたり、各実施形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

本開示の光送信器は、単一波長の光搬送波を複数のチャネル信号で光変調する光送信器として用いることができる。

１００光送信装置、１００Ａ光送信装置、１００Ｃ光送信装置、２００光送信器、２００Ａ光送信器、２００Ｃ光送信器、２１０ＣＷ光出力器、２１１光源、２１１Ｃ光源、２１２ＣＷ光分岐器、２２０（２２０－１～２２０－Ｎ）電界吸収型変調器（ＥＡ変調器；光変調器）、２２０ＣＥＡ変調器、２３０変調光合波器、２４０光増幅器、２４０Ｃ光増幅器、２５０（２５０－１～２５０－Ｎ）光パワー調整器、３００光送信器制御部、３００Ａ光送信器制御部、３０１プロセッサ、３０２メモリ、３０３通信インタフェース、３０４入出力インタフェース、３０５バス、４００変調信号生成部、４１０ＩＦ信号生成部、４１０ＣＩＦ信号生成部、４２０周波数分別部、４３０（４３０－１～４３０－Ｎ）振幅調整部、４３０Ｃ振幅調整部、４４０（４４０－１～４４０－Ｎ）ＤＣバイアス電圧制御部、４４０ＣＤＣバイアス電圧制御部、４５０（４５０－１～４５０－Ｎ）直流交流合成部、４５０Ｃ直流交流合成部、５００光パワー制御部。

Claims

単一の光源から発せられる単一波長のレーザ光が分岐された複数の分岐光の強度を、互いに独立な複数のチャネル信号によりそれぞれ光変調して、光変調された分岐光を光信号として出力する複数の光変調器、
前記複数の光変調器から出力される複数の光信号の光パワーをそれぞれ調整して、調整された光信号を出力する複数の光パワー調整器、および
前記複数の光パワー調整器から出力される複数の光信号を合波して、合波された光信号を出力する変調光合波器、
を備える光送信器と、
前記複数の光変調器に並列に接続され、互いに独立な複数の信号をそれぞれ含み、前記複数の光変調器の数と同数の複数のチャネル信号を生成して、生成した複数のチャネル信号を前記互いに独立な複数のチャネル信号として前記複数の光変調器に出力する変調信号生成部と、
前記複数の光パワー調整器に並列に接続され、前記複数の光パワー調整器が出力する光パワーを任意に調整する光パワー制御部と、
を備える光送信装置。
前記光送信器は、
前記単一波長のレーザ光を出射する光源と、
出射されたレーザ光を３以上の複数の分岐光に分岐する多モード干渉導波路と、
を更に備え、
前記複数の光変調器は、前記多モード干渉導波路により分岐された複数の分岐光を光変調する、
請求項１に記載された光送信装置。
変調信号生成部と、複数の光変調器、複数の光パワー調整器及び変調光合波器を有する光送信器と、光パワー制御部と、を備える光送信装置が行う光送信方法であって、
前記変調信号生成部により、互いに独立な複数の信号をそれぞれ含み、前記複数の光変調器の数と同数の複数のチャネル信号を生成して、生成した複数のチャネル信号を互いに独立な複数のチャネル信号として出力するステップと、
前記複数の光変調器により、単一の光源から発せられる単一波長のレーザ光が分岐された複数の分岐光の強度を、前記互いに独立な複数のチャネル信号によりそれぞれ光変調して、光変調された分岐光を光信号として出力するステップと、
前記複数の光パワー調整器により、前記複数の光変調器から出力される複数の光信号の光パワーをそれぞれ調整して、調整された光信号を出力するステップと、
前記光パワー制御部により、前記複数の光パワー調整器が出力する光パワーを任意に調整するステップと、
前記変調光合波器により、前記複数の光パワー調整器から出力される複数の光信号を合波して、合波された光信号を出力するステップと、
を備える、光送信方法。