JPWO2014097503A1 - 光変調器、光送信器、光送受信システム及び光変調器の制御方法 - Google Patents

Abstract

光変調部（１１）は、光導波路（１１１、１１２）の上に複数の位相変調領域が形成され、入力光（ＩＮ）を２値変調した光信号（ＯＵＴ）を出力する。駆動回路（１２）は、ドライバ（１２１〜１２７）から複数の位相変調領域に入力デジタル信号（ＤＩＮ）に応じた駆動信号を出力する。判定回路（１３）は、要求伝送レート情報（ＩＮＦ）に応じて、ドライバ（１２１〜１２７）のうち活性化するドライバを判定する。ドライバ制御回路（１４）は、判定回路（１３）での判定結果で指定されたドライバを活性化し、活性化したドライバ以外のドライバの電源を遮断する。ドライバ出力切替回路（１５）は、ドライバ（１２１〜１２７）と複数の位相変調領域との間の接続を切り替える。切替制御回路（１６）は、活性化したドライバから複数の位相変調領域に駆動信号が印加されるように、ドライバ出力切替回路（１５）を制御する。

Description

本発明は光変調器、光送信器、光送受信システム及び光変調器の制御方法に関する。

インターネットや映像配信等の広帯域マルチメディア通信サービスの爆発的な需要増加に伴い、幹線系やメトロ系ではより長距離大容量かつ高信頼な高密度波長多重光ファイバ通信システムの導入が進んでいる。また、加入者系においても、光ファイバアクセスサービスの普及が急速に進んでいる。こうした光ファイバを使用した通信システムでは、光伝送路である光ファイバの敷設コスト低減や、光ファイバ１本当たりの伝送帯域利用効率を高めることが重要である。このため、複数の異なる波長の光信号を多重化して伝送する、波長多重技術が広く用いられている。

波長多重光ファイバ通信システム向け光送信器には、高速光変調が可能で、その光信号波長依存性が小さく、さらに長距離信号伝送時の受信光波形劣化を招く不要な光位相変調成分（変調方式が光強度変調方式の場合）または光強度変調成分（変調方式が光位相変調方式の場合）が極力抑えられた光変調器が要求される。こうした用途には、光導波路型マッハツェンダ（以下ＭＺ：Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）干渉計と同様の光導波路型の光位相変調器を組み込んだ、ＭＺ光強度変調器が実用的である。

また、１波長チャンネル当りの伝送容量拡大にあたっては、課題となるスペクトル利用効率および光ファイバの波長分散や偏波モード分散に対する耐性の観点から、通常の２値光強度変調方式に比べて光変調スペクトル帯域幅がより狭い、多値光変調信号方式が有利である。この多値光変調信号方式は、特に今後の需要増加が見込まれる４０Ｇｂ／ｓを越える幹線系光ファイバ通信システムでは主流になると考えられる。現在、こうした用途向けに、上述のＭＺ光強度変調器２個と光合分波器を組み合わせたモノリシック集積多値ＩＱ光変調器が開発されている。

こうした光変調器を用いて、特に変調電気信号の周波数が１ＧＨｚを超えるような高周波領域で高速光変調を行う場合には、光変調器の光位相変調器領域に設けられた電極の長さに対して、変調電気信号の伝搬波長は無視できない程度にまで短くなる。このため、光位相変調器に電場を印加する手段である電極構造の電位分布は、光信号伝搬軸方向で均一と見なすことはできない。よって、光変調特性を正しく見積もるためには、この電極自体を分布定数線路として、かつ、光位相変調器領域を伝搬する変調電気信号を進行波として取り扱う必要がある。この場合、被変調光信号と変調電気信号との実効的な相互作用長をできるだけ稼ぐために、被変調光信号の位相速度ｖｏと変調電気信号の位相速度ｖｍとを可能な限り近づける（位相速度整合させる）工夫を施した、いわゆる進行波型電極構造が必要となる。

このような進行波型電極構造と多値光変調信号方式とを実現するための分割電極構造を有する光変調器モジュールがすでに提案されている（特許文献１〜４）。また、分割電極のそれぞれにおける被変調光信号の位相変化を多値制御することができる光変調器モジュールが提案されている。この光変調器モジュールは、デジタル信号を入力することにより、進行波構造動作に要する位相速度整合及びインピーダンス整合を維持しつつ任意の多値光変調信号を発生させることが可能な、小型、広帯域及び低駆動電圧の光変調器モジュールである。

特開平７−１３１１２号公報 特開平５−２８９０３３号公報 特開平５−２５７１０２号公報 国際公開第２０１１／０４３０７９号公報

ところが発明者は、上述の光変調器モジュールでは、以下に示す問題点があることを見出した。上述の分割電極構造においては、通常、分割電極を駆動するドライバが複数必要である。光変調動作時には、これら複数のドライバに電源を供給する必要が有る。そのため、複数のドライバでの消費電力が大きくなってしまう。特に、出力信号の多値度が増えると、分割電極の数が増え、それに伴いドライバの数も増える。この場合、消費電力の増大は特に顕著となる。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、分割電極構造を有する光送信器の消費電力を低減することである。

本発明の一態様である光変調器は、光導波路の上に複数の位相変調領域が形成され、入力光を２値変調した光信号を出力する光変調部と、前記複数の位相変調領域に入力デジタル信号に応じた駆動信号を出力する複数のドライバを有する駆動回路と、伝送レートを示す情報に基づいて、前記複数のドライバのうち活性化するドライバを判定する判定回路と、前記判定回路での判定結果で指定されたドライバを活性化し、活性化したドライバ以外のドライバの電源を遮断するドライバ制御回路と、前記複数のドライバと前記複数の位相変調領域との間の接続を切り替える切替回路と、前記活性化したドライバから前記複数の位相変調領域に前記駆動信号が印加されるように、前記切替回路を制御する切替制御回路と、を備えるものである。

本発明の一態様である光送信器は、光導波路の上に複数の位相変調領域が形成され、入力光を２値変調した光信号を出力する光変調部と、前記入力光を出力する光源と、前記複数の位相変調領域に入力デジタル信号に応じた駆動信号を出力する複数のドライバを有する駆動回路と、伝送レートを示す情報に基づいて、前記複数のドライバのうち活性化するドライバを判定する判定回路と、前記判定回路での判定結果で指定されたドライバを活性化し、活性化したドライバ以外のドライバの電源を遮断するドライバ制御回路と、前記複数のドライバと前記複数の位相変調領域との間の接続を切り替える切替回路と、前記活性化したドライバから前記複数の位相変調領域に前記駆動信号が印加されるように、前記切替回路を制御する切替制御回路と、を備えるものである。

本発明の一態様である光送受信システムは、光信号を出力する光送信器と、前記光信号を受信する光受信器と、を備え、前記光送信器は、光導波路の上に複数の位相変調領域が形成され、入力光を２値変調した前記光信号を出力する光変調部と、前記入力光を出力する光源と、前記複数の位相変調領域に入力デジタル信号に応じた駆動信号を出力する複数のドライバを有する駆動回路と、伝送レートを示す情報に基づいて、前記複数のドライバのうち活性化するドライバを判定する判定回路と、前記判定回路での判定結果で指定されたドライバを活性化し、活性化したドライバ以外のドライバの電源を遮断するドライバ制御回路と、前記複数のドライバと前記複数の位相変調領域との間の接続を切り替える切替回路と、前記活性化したドライバから前記複数の位相変調領域に前記駆動信号が印加されるように、前記切替回路を制御する切替制御回路と、を備えるものである。

本発明の一態様である光変調器の制御方法は、伝送レートを示す情報に基づいて、光導波路を伝搬する入力光を変調する前記光導波路上に設けられた複数の位相変調領域に入力デジタル信号に応じた駆動信号を出力する複数のドライバのうち、活性化するドライバを判定し、前記判定により指定されたドライバを活性化し、活性化したドライバ以外のドライバの電源を遮断し、前記活性化したドライバから前記複数の位相変調領域に前記駆動信号が印加されるように、前記複数のドライバと前記複数の位相変調領域との間の接続を切り替えるものである。

本発明によれば、分割電極構造を有する光送信器の消費電力を低減することができる。

一般的な分割電極構造の多値の光送信器６０００の構成を模式的に示すブロック図である。 光変調器６００の構成を模式的に示す平面図である。 光合分波器６１３の構成を模式的に示す図である。 光合分波器６１４の構成を模式的に示す図である。 光変調器６００の動作を示す動作表である。 光変調器６００での光の伝搬態様を模式的に示す図である。 位相変調領域ＰＭ６１＿１〜ＰＭ６１＿７及び位相変調領域ＰＭ６２＿１〜ＰＭ６２＿７により位相変調を受けなかった場合の光Ｌ１及びＬ２を示すコンスタレーション図である。 光変調器６００において入力デジタル信号の２進コードが「０００」である場合の光Ｌ１及びＬ２を示すコンスタレーション図である。 光変調器６００における光Ｌ１及びＬ２を示すコンスタレーション図である。 実施の形態１にかかる光送信器１０００の構成を模式的に示すブロック図である。 実施の形態１にかかる光変調器１００の構成を模式的に示す平面図である。 ｐ−ｉ−ｎ構造ダイオードが容量性負荷として振る舞う場合の等価回路図である。 要求伝送レートと光変調器１００の帯域特性を示すグラフである。 光変調器１００の活性化ドライバの決定方法を示すフローチャートである。 要求伝送レートが高い場合の光変調器１００を示す平面図である。 要求伝送レートが低い場合の光変調器１００における活性化ドライバ及び非活性化ドライバを示す平面図である。 実施の形態２にかかる光変調器２００の構成を模式的に示す平面図である。 光変調器２００の活性化ドライバの決定方法を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。

以下の実施の形態にかかる光送信器の構成及び動作を理解するための前提として、一般的な分割電極構造の多値の光送信器６０００について説明する。光送信器６０００は、多値変調光送信器であるが、ここでは説明の簡略化のため、光送信器６０００を３ビットの光送信器として説明する。図１は、一般的な分割電極構造の多値の光送信器６０００の構成を模式的に示すブロック図である。光送信器６０００は、光源６００１及び光変調器６００を有する。

光源６００１は、典型的にはレーザダイオードが用いられ、例えばＣＷ（Continuous Wave）光６００２を光変調器６００に出力する。光変調器６００は、３ビットの光変調器である。光変調器６００は、３ビットのデジタル信号である入力デジタル信号Ｄ［２：０］に応じて、入力されたＣＷ光６００２を変調して３ビットの光信号６００３を出力する。

続いて、光変調器６００について説明する。図２は、光変調器６００の構成を模式的に示す平面図である。光変調器６００は、光変調部６１、デコード部６２及び駆動回路６３を有する。

光変調部６１は、入力光ＩＮを変調した光信号ＯＵＴを出力する。なお、入力光ＩＮは、図１のＣＷ光６００２に対応する。光信号ＯＵＴは、図１の光信号６００３に対応する。光変調部６１は、光導波路６１１及び６１２、光合分波器６１３及び６１４、位相変調領域ＰＭ６１＿１〜ＰＭ６１＿７、ＰＭ６２＿１〜ＰＭ６２＿７を有する。光導波路６１１及び６１２は並列に配置される。

光導波路６１１及び６１２の光入力（入力光ＩＮ）側には、光合分波器６１３が挿入される。光合分波器６１３の入力側では、入力ポートＰ１に入力光ＩＮが入力され、入力ポートＰ２は無入力とする。光合分波器６１３の出力側では、光導波路６１１は出力ポートＰ３と接続され、光導波路６１２は出力ポートＰ４と接続される。

図３Ａは、光合分波器６１３の構成を模式的に示す図である。光合分波器６１３では、入力ポートＰ１に入射した光は、出力ポートＰ３及びＰ４に伝搬する。ただし、入力ポートＰ１から出力ポートＰ４に伝搬する光は、入力ポートＰ１から出力ポートＰ３に伝搬する光に比べて、位相が９０°遅延する。また、入力ポートＰ２に入射した光は、出力ポートＰ３及びＰ４に伝搬する。ただし、入力ポートＰ２から出力ポートＰ３に伝搬する光は、入力ポートＰ２から出力ポートＰ４に伝搬する光に比べて、位相が９０°遅延する。

光導波路６１１及び６１２の光信号出力（光信号ＯＵＴ）側には、光合分波器６１４が挿入される。光合分波器６１４の入力側では、光導波路６１１は入力ポートＰ５と接続され、光導波路６１２は入力ポートＰ６と接続される。光合分波器６１４の出力側では、出力ポートＰ７から光信号ＯＵＴが出力される。

図３Ｂは、光合分波器６１４の構成を模式的に示す図である。光合分波器６１４は、光合分波器６１３と同様の構成を有する。入力ポートＰ５及びＰ６は、それぞれ光合分波器６１３の入力ポートＰ１及びＰ２に対応する。出力ポートＰ７及びＰ８は、それぞれ光合分波器６１３の出力ポートＰ３及びＰ４に対応する。入力ポートＰ５に入射した光は、出力ポートＰ７及びＰ８に伝搬する。ただし、入力ポートＰ５から出力ポートＰ８に伝搬する光は、入力ポートＰ５から出力ポートＰ７に伝搬する光に比べて、位相が９０°遅延する。また、入力ポートＰ６に入射した光は、出力ポートＰ７及びＰ８に伝搬する。ただし、入力ポートＰ６から出力ポートＰ７に伝搬する光は、入力ポートＰ６から出力ポートＰ８に伝搬する光に比べて、位相が９０°遅延する。

光合分波器６１３と光合分波器６１４との間の光導波路６１１には、位相変調領域ＰＭ６１＿１〜ＰＭ６１＿７が配置される。光合分波器６１３と光合分波器６１４との間の光導波路６１２には、位相変調領域ＰＭ６２＿１〜ＰＭ６２＿７が配置される。

ここで、位相変調領域とは、光導波路上に形成された電極を有する領域である。そして、電極に電気信号、例えば電圧信号が印加されることにより、電極の下の光導波路の実効屈折率が変化する。その結果、位相変調領域の光導波路の実質的な光路長を変化させることができる。これにより、位相変調領域は、光導波路を伝搬する光信号の位相を変化させることができる。そして、２本の光導波路６１１及び６１２の間を伝搬する光信号間に位相差を与えることで、光信号を変調することができる。すなわち、光変調部６１は、２本のアームと電極分割構造を有する、多値のマッハツェンダ光変調器を構成する。

デコード部６２は、３ビットの入力デジタル信号Ｄ[２：０]をデコードし、例えば多ビットの信号Ｄ１〜Ｄ７を駆動回路６３に出力する。

駆動回路６３は、２値のドライバＤＲ６１〜ＤＲ６７を有する。ドライバＤＲ６１〜ＤＲ６７のそれぞれには、信号Ｄ１〜Ｄ７が供給される。ドライバＤＲ６１〜ＤＲ６７は、信号Ｄ１〜Ｄ７に応じて一対の差動出力信号を出力する。このとき、ドライバＤＲ６１〜ＤＲ６７から出力される差動出力信号の正相出力信号のそれぞれは、位相変調領域ＰＭ６１＿１〜ＰＭ６１＿７に出力される。ドライバＤＲ６１〜ＤＲ６７から出力される差動出力信号の逆相出力信号のそれぞれは、位相変調領域ＰＭ６２＿１〜ＰＭ６２＿７に出力される。

ここで、ドライバＤＲ６１〜ＤＲ６７が出力する差動出力信号について説明する。ドライバＤＲ６１〜ＤＲ６７は、上述のように、２値出力（０、１）のドライバである。つまり、ドライバＤＲ６１〜ＤＲ６７は、信号Ｄ１〜Ｄ７の値に応じて、正相出力信号として「０」又は「１」を出力する。

一方、ドライバＤＲ６１〜ＤＲ６７は、正相出力信号を反転させた信号を、逆相出力信号として出力する。つまり、ドライバＤＲ６１〜ＤＲ６７は、信号Ｄ１〜Ｄ７の値に応じて、逆相出力信号として、「１」又は「０」を出力する。

図４は、光変調器６００の動作を示す動作表である。ドライバＤＲ６１は、入力デジタル信号Ｄ[２：０]が「０００」の場合には、正相出力信号として「０」、逆相出力信号として「１」を出力する。ドライバＤＲ６１は、入力デジタル信号Ｄ[２：０]が「００１」以上である場合には、正相出力信号として「１」、逆相出力信号として「０」を出力する。

ドライバＤＲ６２は、入力デジタル信号Ｄ[２：０]が「００１」以下の場合には、正相出力信号として「０」、逆相出力信号として「１」を出力する。ドライバＤＲ６２は、入力デジタル信号Ｄ[２：０]が「０１０」以上である場合には、正相出力信号として「１」、逆相出力信号として「０」を出力する。

ドライバＤＲ６３は、入力デジタル信号Ｄ[２：０]が「０１０」以下の場合には、正相出力信号として「０」、逆相出力信号として「１」を出力する。ドライバＤＲ６３は、入力デジタル信号Ｄ[２：０]が「０１１」以上である場合には、正相出力信号として「１」、逆相出力信号として「０」を出力する。

ドライバＤＲ６４は、入力デジタル信号Ｄ[２：０]が「０１１」以下の場合には、正相出力信号として「０」、逆相出力信号として「１」を出力する。ドライバＤＲ６４は、入力デジタル信号Ｄ[２：０]が「１００」以上である場合には、正相出力信号として「１」、逆相出力信号として「０」を出力する。

ドライバＤＲ６５は、入力デジタル信号Ｄ[２：０]が「１００」以下の場合には、正相出力信号として「０」、逆相出力信号として「１」を出力する。ドライバＤＲ６５は、入力デジタル信号Ｄ[２：０]が「１０１」以上である場合には、正相出力信号として「１」、逆相出力信号として「０」を出力する。

ドライバＤＲ６６は、入力デジタル信号Ｄ[２：０]が「１０１」以下の場合には、正相出力信号として「０」、逆相出力信号として「１」を出力する。ドライバＤＲ６６は、入力デジタル信号Ｄ[２：０]が「１１０」以上である場合には、正相出力信号として「１」、逆相出力信号として「０」を出力する。

ドライバＤＲ６７は、入力デジタル信号Ｄ[２：０]が「１１０」以下の場合には、正相出力信号として「０」、逆相出力信号として「１」を出力する。ドライバＤＲ６７は、入力デジタル信号Ｄ[２：０]が「１１１」である場合には、正相出力信号として「１」、逆相出力信号として「０」を出力する。

ここで、光変調器６００の位相変調動作について説明する。図５は、光変調器６００での光の伝搬態様を模式的に示す図である。この例では、図５に示すように、光合分波器６１３の入力ポートＰ１に入力光ＩＮが入力する。そのため、出力ポートＰ３から出力される光に比べて、出力ポートＰ４から出力される光は、位相が９０°遅れる。その後、出力ポートＰ３から出力された光は、位相変調領域ＰＭ６１＿１〜ＰＭ６１＿７を通過し、光合分波器６１４の入力ポートＰ５に到達する。入力ポートＰ５に到達した光は、そのまま出力ポートＰ７に到達する。一方、出力ポートＰ４から出力された光は、位相変調領域ＰＭ６２＿１〜ＰＭ６２＿７を通過し、光合分波器６１４の入力ポートＰ６に到達する。入力ポートＰ６に到達した光は、さらに位相が９０°遅延して、出力ポートＰ７に到達する。

つまり、位相変調領域ＰＭ６１＿１〜ＰＭ６１＿７及び位相変調領域ＰＭ６２＿１〜ＰＭ６２＿７により位相変調を受けなかった場合でも、入力ポートＰ６から出力ポートＰ７に到達する光Ｌ２は、入力ポートＰ５から出力ポートＰ７に到達する光Ｌ１に比べて、位相が１８０°遅延することとなる。

図６Ａは、位相変調領域ＰＭ６１＿１〜ＰＭ６１＿７及び位相変調領域ＰＭ６２＿１〜ＰＭ６２＿７により位相変調を受けなかった場合の光Ｌ１及びＬ２を示すコンスタレーション図である。上述したように、入力ポートＰ６から出力ポートＰ７に到達する光Ｌ２は、入力ポートＰ５から出力ポートＰ７に到達する光Ｌ１に比べて、位相が１８０°遅延する。

これに対し、光変調器６００では、位相変調領域ＰＭ６１＿１〜ＰＭ６１＿７には正相出力信号が入力し、位相変調領域ＰＭ６２＿１〜ＰＭ６２＿７には逆相出力信号が入力する。これにより、入力ポートＰ６から出力ポートＰ７に到達する光Ｌ２の位相遅れを補償する。

図６Ｂは、光変調器６００において入力デジタル信号Ｄ[２：０]の２進コードが「０００」である場合の光Ｌ１及びＬ２を示すコンスタレーション図である。例えば、入力デジタル信号Ｄ[２：０]の２進コードが「１１１」であれば、位相変調領域ＰＭ６１＿１〜ＰＭ６１＿７には正相出力信号である「１」が入力される。一方、位相変調領域ＰＭ６２＿１〜ＰＭ６２＿７には逆相出力信号である「０」が入力される。これにより、位相変調領域ＰＭ６２＿１〜ＰＭ６２＿７を通過する光は、更に位相が１８０°遅れる。

すなわち、入力ポートＰ６から出力ポートＰ７に到達する光Ｌ２には、元々の１８０°位相遅れに加えて、位相変調領域ＰＭ６２＿１〜ＰＭ６２＿７による位相遅れである１８０°が加算される。これにより、入力ポートＰ６から出力ポートＰ７に到達する光Ｌ２には、３６０°の位相遅れが生じるため、入力ポートＰ５から出力ポートＰ７に到達する光Ｌ１に対する位相遅れが実質的に解消される。

図６Ｃは、光変調器６００における光Ｌ１及びＬ２を示すコンスタレーション図である。図６Ｃに示すように、差動出力信号を用いることで、入力デジタル信号Ｄ［２：０］の変化に応じて、入力ポートＰ１から出力ポートＰ４及び入力ポートＰ６から出力ポートＰ７に到達する光Ｌ２の位相遅れを補償しつつ、Ｌ１／Ｌ２の各々がＲｅ軸に対して対照的に光の位相が変化することとなり、光送信器における光Ｄ／Ａ変換が可能となる。これにより、図４の動作表に示すように、入力デジタル信号Ｄ[３：０]の値に応じて、光Ｌ１の位相変調量を０〜７Δθ、光Ｌ２の位相変調量を０〜−７Δθの８段階に変化させることができる。

なお、図６Ｂ及び図６Ｃでは、入力デジタル信号Ｄ[２：０]の２進コードが「０００」又は「１１１」のときに、光Ｌ１及びＬ２の位置が一致していないが、これは、図面を見やすくするために過ぎない。つまり、入力デジタル信号Ｄ[２：０]の２進コードが「０００」又は「１１１」のときに、光Ｌ１及びＬ２の位置が一致していてもよい。また、ここでは、位相変調領域で変調される位相変化量は、入力デジタル信号に応じて０〜１８０度変化する場合について説明したが、これに限ったことではない。

実施の形態１
まず、本発明の実施の形態１にかかる光送信器１０００について説明する。光送信器１０００は、２値（すなわち１ビット）の変調動作を行う光送信器である。図７は、実施の形態１にかかる光送信器１０００の構成を模式的に示すブロック図である。光送信器１０００は、光源１００１及び光変調器１００を有する。

光源１００１は、典型的にはレーザダイオードが用いられ、例えばＣＷ（Continuous Wave）光１００２を光変調器１００に出力する。光変調器１００は、２値（１ビット）の光変調器である。光変調器１００は、２値のデジタル信号である入力デジタル信号ＤＩＮに応じて、入力されたＣＷ光１００２を変調して２値の光信号１００３を出力する。

続いて、光変調器１００について説明する。光変調器１００は、上述の光変調器６００と同様に、分割電極構造を有する。図８は、実施の形態１にかかる光変調器１００の構成を模式的に示す平面図である。光変調器１００は、光変調部１１、駆動回路１２、判定回路１３、ドライバ制御回路１４、ドライバ出力切替回路１５及び切替制御回路１６を有する。

光変調部１１は、光導波路１１１及び１１２、光合分波器１１３及び１１４、位相変調領域ＰＭ１＿１〜ＰＭ１＿７、ＰＭ２＿１〜ＰＭ２＿７を有する。光導波路１１１及び１１２は、それぞれ第１及び第２の光導波路に対応する。光合分波器１１３及び１１４は、それぞれ第１及び第２の光合分波器に対応する。位相変調領域ＰＭ１＿１〜ＰＭ１＿７は、第１の位相変調領域に対応する。位相変調領域ＰＭ２＿１〜ＰＭ２＿７は、第２の位相変調領域に対応する。光変調部１１は、２本の光導波路（光導波路１１１及び１１２）上に分割電極（位相変調領域ＰＭ１＿１〜ＰＭ１＿７、ＰＭ２＿１〜ＰＭ２＿７）が配置された、いわゆるマッハツェンダ光共振器構造を有している。

光導波路１１１及び１１２は、並列に配置される。光導波路１１１及び１１２の光信号入力（入力光ＩＮ）側には、光合分波器１１３が挿入される。光合分波器１１３は、上述の光合分波器６１３と同様の構成を有する。光合分波器１１３の入力側では、入力ポートＰ１に入力光ＩＮが入力され、入力ポートＰ２は無入力とする。光合分波器１１３の出力側では、光導波路１１１は出力ポートＰ３と接続され、光導波路１１２は出力ポートＰ４と接続される。なお、入力光ＩＮは、図７のＣＷ光１００２に対応する。

光導波路１１１及び１１２の光信号出力（光信号ＯＵＴ）側には、光合分波器１１４が挿入される。光合分波器１１４は、上述の光合分波器６１４と同様の構成を有する。光合分波器１１４の入力側では、光導波路１１１は入力ポートＰ５と接続され、光導波路１１２は入力ポートＰ６と接続される。光合分波器１１４の出力側では、出力ポートＰ７から光信号ＯＵＴが出力される。なお、光信号ＯＵＴは、図７の光信号１００３に対応する。

光合分波器１１３と光合分波器１１４との間の光導波路１１１には、位相変調領域ＰＭ１＿１〜ＰＭ１＿７が配置される。光合分波器１１３と光合分波器１１４との間の光導波路１１２には、位相変調領域ＰＭ２＿１〜ＰＭ２＿７が配置される。

ここで、位相変調領域とは、光導波路上に形成された１つの電極（分割電極）を有する領域である。そして、電極に電気信号、例えば電圧信号が印加されることにより、電極の下の光導波路の実効屈折率が変化する。その結果、位相変調領域の光導波路の実質的な光路長を変化させることができる。これにより、位相変調領域は、光導波路を伝搬する光信号の位相を変化させることができる。そして、２本の光導波路１１１及び１１２の間を伝搬する光信号間に位相差を与えることで、光信号を変調することができる。すなわち、光変調部１１は、２本のアームと電極分割構造を有する、２値のマッハツェンダ光変調器を構成する。

駆動回路１２は、ドライバ１２１〜１２７を有する。ドライバ１２１〜１２７は、それぞれ対象となる位相変調領域に、２値の入力デジタル信号ＤＩＮに応じて、差動信号を駆動信号として出力する。具体的には、ドライバ１２１は、スイッチＳ１１を介して正相駆動信号を出力し、スイッチＳ１２を介して逆相駆動信号を出力する。ドライバ１２２は、スイッチＳ２１を介して正相駆動信号を出力し、スイッチＳ２２を介して逆相駆動信号を出力する。ドライバ１２３は、スイッチＳ３１を介して正相駆動信号を出力し、スイッチＳ３２を介して逆相駆動信号を出力する。ドライバ１２４は、スイッチＳ４１を介して正相駆動信号を出力し、スイッチＳ４２を介して逆相駆動信号を出力する。ドライバ１２５は、スイッチＳ５１を介して正相駆動信号を出力し、スイッチＳ５２を介して逆相駆動信号を出力する。ドライバ１２６は、スイッチＳ６１を介して正相駆動信号を出力し、スイッチＳ６２を介して逆相駆動信号を出力する。ドライバ１２７は、スイッチＳ７１を介して正相駆動信号を出力し、スイッチＳ７２を介して逆相駆動信号を出力する。

判定回路１３は、外部から入力される要求伝送レート情報ＩＮＦから、ドライバ１２１〜１２７のうち、活性化するものの個数を判定する。判定回路１３は、活性化するドライバを指定する信号ＳＩＧ１をドライバ制御回路１４及び切替制御回路１６に出力する。

ドライバ制御回路１４は、信号ＳＩＧ１により指定されたドライバを活性化する。そして、ドライバ制御回路１４は、信号ＳＩＧ１により指定されなかったドライバへの電源供給を遮断する。

ドライバ出力切替回路１５は、切替制御回路１６からの制御信号を受けて、信号ＳＩＧ１により指定された活性化ドライバと各位相変調領域とを接続する回路である。ドライバ出力切替回路１５は、複数のスイッチを有する。ドライバ１２１と位相変調領域ＰＭ１＿１との間には、スイッチＳ１１が挿入される。ドライバ１２２と位相変調領域ＰＭ１＿２との間には、スイッチＳ２１が挿入される。ドライバ１２３と位相変調領域ＰＭ１＿３との間には、スイッチＳ３１が挿入される。ドライバ１２４と位相変調領域ＰＭ１＿４との間には、スイッチＳ４１が挿入される。ドライバ１２５と位相変調領域ＰＭ１＿５との間には、スイッチＳ５１が挿入される。ドライバ１２６と位相変調領域ＰＭ１＿６との間には、スイッチＳ６１が挿入される。ドライバ１２７と位相変調領域ＰＭ１＿７との間には、スイッチＳ７１が挿入される。

ドライバ１２１と位相変調領域ＰＭ２＿１との間には、スイッチＳ１２が挿入される。ドライバ１２２と位相変調領域ＰＭ２＿２との間には、スイッチＳ２２が挿入される。ドライバ１２３と位相変調領域ＰＭ２＿３との間には、スイッチＳ３２が挿入される。ドライバ１２４と位相変調領域ＰＭ２＿４との間には、スイッチＳ４２が挿入される。ドライバ１２５と位相変調領域ＰＭ２＿５との間には、スイッチＳ５２が挿入される。ドライバ１２６と位相変調領域ＰＭ２＿６との間には、スイッチＳ６２が挿入される。ドライバ１２７と位相変調領域ＰＭ２＿７との間には、スイッチＳ７２が挿入される。

スイッチＳ１１の光変調部１１側の端子とスイッチＳ２１の光変調部１１側の端子との間には、スイッチＢ１１が挿入される。スイッチＳ２１の光変調部１１側の端子とスイッチＳ３１の光変調部１１側の端子との間には、スイッチＢ２１が挿入される。スイッチＳ３１の光変調部１１側の端子とスイッチＳ４１の光変調部１１側の端子との間には、スイッチＢ３１が挿入される。スイッチＳ４１の光変調部１１側の端子とスイッチＳ５１の光変調部１１側の端子との間には、スイッチＢ４１が挿入される。スイッチＳ５１の光変調部１１側の端子とスイッチＳ６１の光変調部１１側の端子との間には、スイッチＢ５１が挿入される。スイッチＳ６１の光変調部１１側の端子とスイッチＳ７１の光変調部１１側の端子との間には、スイッチＢ６１が挿入される。

スイッチＳ１２の光変調部１１側の端子とスイッチＳ２２の光変調部１１側の端子との間には、スイッチＢ１２が挿入される。スイッチＳ２２の光変調部１１側の端子とスイッチＳ３２の光変調部１１側の端子との間には、スイッチＢ２２が挿入される。スイッチＳ３２の光変調部１１側の端子とスイッチＳ４２の光変調部１１側の端子との間には、スイッチＢ３２が挿入される。スイッチＳ４２の光変調部１１側の端子とスイッチＳ５２の光変調部１１側の端子との間には、スイッチＢ４２が挿入される。スイッチＳ５２の光変調部１１側の端子とスイッチＳ６２の光変調部１１側の端子との間には、スイッチＢ５２が挿入される。スイッチＳ６２の光変調部１１側の端子とスイッチＳ７２の光変調部１１側の端子との間には、スイッチＢ６２が挿入される。

上述のドライバ出力切替回路１５の各スイッチの開閉動作は、切替制御回路１６からの制御信号により制御される。

切替制御回路１６は、信号ＳＩＧ２により指定された活性化ドライバと各位相変調領域との間のドライバ出力切替回路１５での接続の切り替えを制御する。

光送受信システムでは、要求される伝送レートは変動することがある。従って、本実施の形態では、光変調器１００は、伝送レートの変動に応じて、活性化するドライバを変更する。以下、光変調器１００の活性化ドライバ変更方法について説明する。

光変調器１００の位相変調領域は、ｐ−ｉ−ｎ（ｐ−ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ−ｎ）構造のダイオードを構成している。このｐ−ｉ−ｎ構造ダイオードに高周波の駆動信号を印加する場合、ｐ−ｉ−ｎ構造ダイオードは容量性負荷として振る舞う。図９は、ｐ−ｉ−ｎ構造ダイオードが容量性負荷として振る舞う場合の等価回路図である。配線抵抗等を考慮すると、ドライバとｐ−ｉ−ｎ構造ダイオード１とは、ＲＣ直列回路を構成する。このＲＣ直列回路の帯域特性は、ＲＣ時定数ｆ１は、抵抗値Ｒ及び容量値Ｃを用い、以下の式（１）で表される。

ｆ１＝１／（２πＲＣ） ・・・（１）

上述の式（１）においては、容量値Ｃが抵抗値Ｒよりも支配的な影響を有する。

要求伝送レートが高い場合には、各ドライバが一対の位相変調領域を駆動すればよいが、この場合、各ドライバは高い要求レートに応じた帯域特性を有している。一方、要求伝送レートが低い場合には、ドライバの帯域特性に余裕が生じる。本実施の形態では、要求伝送レートが低い場合には、１つのドライバあたり複数の位相変調領域を駆動する。換言すれば、要求される伝送レートが低いほど、活性化されるドライバの数は少なくなる。

図１０は、要求伝送レートと光変調器１００の帯域特性を示すグラフである。図１０では、１つのドライバが１対の位相変量領域を駆動する場合の光変調器１００の帯域特性を示している。要求伝送レートがｆ１である場合には、光変調器１００の帯域特性上限付近であるので、１つのドライバが１対の位相変量領域を駆動する必要が有る。しかし、要求伝送レートがｆ１よりも小さいｆ２である場合には、光変調器１００の帯域特性上限よりもｆ２は小さいので、１つのドライバが複数対の位相変量領域を駆動したとしても、要求伝送レートｆ２に対応できる。

つまり、光変調器１００は、伝送レートに応じて、用いるドライバの数を変化させる。具体的には、光変調器１００は、活性化したドライバにて光信号の変調を行い、変調に用いないドライバを非活性化して電源供給を停止する。以下、ドライバの活性化とは、ドライバに電源を供給し、ドライバから位相変調領域に駆動信号を出力させることを指す。ドライバの非活性化とは、ドライバの電源供給を遮断することを指す。

図１１は、光変調器１００の活性化ドライバの決定方法を示すフローチャートである。
ステップＳ１０１
まず、判定回路１３に、外部から要求伝送レート情報ＩＮＦが入力される。要求伝送レート情報ＩＮＦは、光受信器や光送受信システムから出力されてもよいし、ユーザから設定情報として与えられてもよい。

ステップＳ１０２
判定回路１３は、要求伝送レート情報ＩＮＦに応じて、ドライバ１２１〜１２７のうち、活性化するものを判定する。そして、活性化するドライバを指定する信号ＳＩＧ１をドライバ制御回路１４及び切替制御回路１６に出力する。

ステップＳ１０３
ドライバ制御回路１４は、信号ＳＩＧ１で指定されたドライバを活性化し、それ以外のドライバへの電源供給を遮断する。

ステップＳ１０４
切替制御回路１６は、信号ＳＩＧ２により、ドライバと位相変調領域との間の接続経路を切り替える。これにより、活性化されたドライバの中には、２対以上の位相変調領域と接続されるものが存在することとなる。

続いて、光変調器１００における活性化ドライバ及び非活性化ドライバの選択について説明する。図１２は、要求伝送レートが高い場合（例えば図１０のｆ１）の光変調器１００を示す平面図である。なお、図１２では、活性化されたドライバについては「ＯＮ」を表示している。この場合、ドライバ１２１〜１２７は全て活性化され、それぞれ一組の位相変調領域と接続される。

続いて、光変調器１００における活性化ドライバ及び非活性化ドライバの選択について説明する。図１３は、要求伝送レートが低い場合（例えば図１０のｆ２）の光変調器１００における活性化ドライバ及び非活性化ドライバを示す平面図である。ここでは、例えば４つのドライバを活性化し、３つのドライバを非活性化する場合について説明する。なお、図１３では、活性化されたドライバについては「ＯＮ」、非活性化されたドライバについては「ＯＦＦ」を表示している。図１３に示すように、光変調器１００は、ドライバ１２１、１２３、１２５、１２７が活性化され、ドライバ１２２、１２４、１２６が非活性化される。

この際、切替制御回路１６は、ドライバ出力切替回路１５の接続経路を切り替える。これにより、ドライバ１２１は、位相変調領域ＰＭ１＿１、ＰＭ２＿１、ＰＭ１＿２、ＰＭ２＿２と接続される。ドライバ１２３は、位相変調領域ＰＭ１＿３、ＰＭ２＿３、ＰＭ１＿４、ＰＭ２＿４と接続される。ドライバ１２５は、位相変調領域ＰＭ１＿５、ＰＭ２＿５、ＰＭ１＿６、ＰＭ２＿６と接続される。つまり、ドライバ１２１、１２３、１２５は、２組の位相変調領域を駆動する。

本構成によれば、要求される伝送レートに対応可能な範囲で、最低限の数のドライバのみを駆動させることで、２値の光信号を送信することができる。これにより、使用していないドライバへの電源供給を遮断し、ドライバで消費される電力を削減することができる。一般にドライバは比較的大きな回路規模を有し、その消費電力は大きい。そのため、適宜ドライバへの電源供給を停止することで、容易に消費電力を低減することができる。

実施の形態２
次に、本発明の実施の形態２にかかる光変調器２００について説明する。光変調器２００は、実施の形態１にかかる光変調器１００の具体例である。図１４は、実施の形態２にかかる光変調器２００の構成を模式的に示す平面図である。光変調器２００は、判定回路１３が、ルックアップテーブル（ＬＵＴ：Look Up Table）１３１を有している。

ＬＵＴ１３１は、要求伝送レート情報ＩＮＦと活性化するドライバとの対応付けがされた情報が格納されている。ＬＵＴ１３１は、例えば判定回路１３に設けられた記憶装置に格納される。ＬＵＴ１３１は、予め判定回路１３に格納されてもよいし、光受信器や光送受信システムから入力されてもよいし、ユーザから設定情報として与えられてもよい。

図１５は、光変調器２００の活性化ドライバの決定方法を示すフローチャートである。
ステップＳ２０１
ステップＳ２０１は、図１１のステップＳ１０１と同様であるので、説明を省略する。

ステップＳ２０２
判定回路１３は、要求伝送レート情報ＩＮＦとＬＵＴ１３１とを照合し、ドライバ１２１〜１２３のうち、活性化するドライバを判定する。そして、活性化するドライバを指定する信号ＳＩＧ１をドライバ制御回路１４に出力する。

ステップＳ２０３及びＳ２０４
ステップＳ２０３及びＳ２０４は、それぞれ図１１のステップＳ１０３及びＳ１０４と同様であるので、説明を省略する。

本構成によれば、実施の形態１と同様に、要求される伝送レートに対応可能な範囲で、最低限の数のドライバのみを駆動させつつ、光受信器に適正な多値度を有する光信号を送信することができる。これにより、使用していないドライバへの電源供給を遮断し、ドライバで消費される電力を削減することができる。

その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態において、ドライバと位相変調領域との間の接続切替は、導入時の初期設定として行ってもよいし、光送受信システムの運用中の微調整として所定のタイミング、頻度で行ってもよい。

上述の実施の形態において、非活性化するドライバを適宜ローテーションすることも可能である。複数設けられているドライバの非活性化の頻度を平均化することで、駆動回路全体としてみた場合の寿命を延伸することが可能である。

上述の実施の形態で説明した、非活性化ドライバへの電源供給を遮断することで消費電力を削減する手法は、単一のマッハツェンダ光変調器のみならず、Ｉ（In-phase）／Ｑ（Quadrature）変調器に適用することも可能である。

上述の実施の形態では、伝送レートが低い場合に１つの活性化ドライバが、１つの非活性ドライバに接続されていた位相変調領域と接続される例について説明したが、これは例示に過ぎない。すなわち、伝送レートが低い場合に、１つの活性化ドライバは、要求される伝送レートを満たす限り、２以上の非活性化されたドライバに接続されていた位相変調領域と接続されてもよい。よって、光変調部の１本の光導波路上に２個以上の位相変調領域を設け、２個以上のドライバを設け、活性化されたドライバを２以上の位相変調領域に接続することができる。

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

この出願は、２０１２年１２月２０日に出願された日本出願特願２０１２−２７８０４８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。

１１、６１ 光変調部
１２ 駆動回路
１３、６３ 判定回路
１４ ドライバ制御回路
１５ ドライバ制御回路
１６ 切替制御回路
６２ デコード部
１００、２００ 光変調器
１１１、１１２、６１１、６１２ 光導波路
１１３、１１４、６１３、６１４ 光合分波器
１２１〜１２７、ＤＲ６１〜ＤＲ６７ ドライバ
１３１ ルックアップテーブル（ＬＵＴ）
１０００、６０００ 光送信器
１００１、６００１ 光源
１００２、６００２ ＣＷ光
１００３、６００３ 光信号
ＤＩＮ 入力デジタル信号
ＩＮ 入力光
ＩＮＦ 要求伝送レート情報
ＯＵＴ 光信号
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ５、Ｐ６ 入力ポート
Ｐ３、Ｐ４、Ｐ７、Ｐ８ 出力ポート
ＰＭ１＿１〜ＰＭ１＿７、ＰＭ２＿１〜ＰＭ２＿７、ＰＭ６１＿１〜ＰＭ６１＿７、ＰＭ６２＿１〜ＰＭ６２＿４ 位相変調領域
Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ３１、Ｓ３２、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ５１、Ｓ５２、Ｓ６１、Ｓ６２、Ｓ７１、Ｓ７２、Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ２１、Ｂ２２、Ｂ３１、Ｂ３２、Ｂ４１、Ｂ４２、Ｂ５１、Ｂ５２、Ｂ６１、Ｂ６２ スイッチ

Claims (9)

1. 光導波路の上に複数の位相変調領域が形成され、入力光を２値変調した光信号を出力する光変調部と、
   前記複数の位相変調領域に入力デジタル信号に応じた駆動信号を出力する複数のドライバを有する駆動回路と、
   伝送レートを示す情報に基づいて、前記複数のドライバのうち活性化するドライバを判定する判定回路と、
   前記判定回路での判定結果で指定されたドライバを活性化し、活性化したドライバ以外のドライバの電源を遮断するドライバ制御回路と、
   前記複数のドライバと前記複数の位相変調領域との間の接続を切り替える切替回路と、
   前記活性化したドライバから前記複数の位相変調領域に前記駆動信号が印加されるように、前記切替回路を制御する切替制御回路と、を備える、
   光変調器。
2. 前記判定回路は、
   前記伝送レートと、活性化するドライバと、の対応付けが定義されたテーブルを備え、
   前記伝送レートを示す情報を前記テーブルと照合して、前記活性化するドライバを判定する、
   請求項１に記載の光変調器。
3. 前記判定回路は、前記伝送レートを示す情報が示す伝送レートが小さいほど、活性化するドライバの数を少なくする、
   請求項１又は２に記載の光変調器。
4. 前記光変調部は、２つに分波された前記入力光がそれぞれ２本の前記光導波路を伝搬し、前記２つに分波された前記入力光の両方又は一方を位相変調した後に合波して、前記光信号を生成する、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光変調器。
5. 前記光変調部は、
   前記入力光を第１の入力光と第２の入力光に分波する第１の光合分波器と、
   前記第１の入力光が伝搬する第１の光導波路と、
   前記第２の入力光が伝搬する第２の光導波路と、
   前記第１の光導波路から出力される光と前記第２の光導波路から出力される光とを合波して、前記光信号を出力する第２の光合分波器と、
   前記第１の光導波路上に形成された複数の第１の位相変調領域と、
   前記第２の光導波路上に形成された複数の第２の位相変調領域と、を備える、
   請求項４に記載の光変調器。
6. 前記光変調部は、
   ｍ（ｍは、２以上の整数）個の前記第１の位相変調領域と、
   ｍ個の前記第２の位相変調領域と、を備え、
   前記駆動回路は、
   ｍ個の前記ドライバを備え、
   ｍ個の前記ドライバのうちで活性化されたドライバには、ｎ（ｎは、２以上の整数）の前記第１の位相変調領域及びｎ個の前記第２の位相変調領域に、他の活性化されたドライバと重複することなく接続されるものがある、
   請求項５に記載の光変調器。
7. 光導波路の上に複数の位相変調領域が形成され、入力光を２値変調した光信号を出力する光変調部と、
   前記入力光を出力する光源と、
   前記複数の位相変調領域に入力デジタル信号に応じた駆動信号を出力する複数のドライバを有する駆動回路と、
   伝送レートを示す情報に基づいて、前記複数のドライバのうち活性化するドライバを判定する判定回路と、
   前記判定回路での判定結果で指定されたドライバを活性化し、活性化したドライバ以外のドライバの電源を遮断するドライバ制御回路と、
   前記複数のドライバと前記複数の位相変調領域との間の接続を切り替える切替回路と、
   前記活性化したドライバから前記複数の位相変調領域に前記駆動信号が印加されるように、前記切替回路を制御する切替制御回路と、を備える、
   光送信器。
8. 光信号を出力する光送信器と、
   前記光信号を受信する光受信器と、を備え、
   前記光送信器は、
   光導波路の上に複数の位相変調領域が形成され、入力光を２値変調した前記光信号を出力する光変調部と、
   前記入力光を出力する光源と、
   前記複数の位相変調領域に入力デジタル信号に応じた駆動信号を出力する複数のドライバを有する駆動回路と、
   伝送レートを示す情報に基づいて、前記複数のドライバのうち活性化するドライバを判定する判定回路と、
   前記判定回路での判定結果で指定されたドライバを活性化し、活性化したドライバ以外のドライバの電源を遮断するドライバ制御回路と、
   前記複数のドライバと前記複数の位相変調領域との間の接続を切り替える切替回路と、
   前記活性化したドライバから前記複数の位相変調領域に前記駆動信号が印加されるように、前記切替回路を制御する切替制御回路と、を備える、
   光送受信システム。
9. 伝送レートを示す情報に基づいて、光導波路を伝搬する入力光を変調する前記光導波路上に設けられた複数の位相変調領域に入力デジタル信号に応じた駆動信号を出力する複数のドライバのうち、活性化するドライバを判定し、
   前記判定により指定されたドライバを活性化し、活性化したドライバ以外のドライバの電源を遮断し、
   前記活性化したドライバから前記複数の位相変調領域に前記駆動信号が印加されるように、前記複数のドライバと前記複数の位相変調領域との間の接続を切り替える、
   光変調器の制御方法。

Images