WO2004088397A1

WO2004088397A1 - 光変調器のバイアス制御方法及びその装置

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Publication number: WO2004088397A1
Application number: PCT/JP2004/004276
Authority: WO
Inventors: Yoshihiro Hashimoto; Junichiro Ichikawa; Kaoru Higuma; Takahisa Fujita
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2004-10-14
Anticipated expiration: 2005-09-28
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Abstract

　本発明の目的は、複数の光変調部を有する光変調器に対しても、簡単な構造で、しかも光変調器の通常動作中に、各光変調部の直流バイアスを適正に補正することが可能な光変調器のバイアス制御方法及びその装置を提供することである。　複数の光変調部を有する光変調器１に対し、該複数の光変調部における直流バイアスを制御するための光変調器のバイアス制御装置Ｂにおいて、該複数の光変調部に直流バイアスを印加するための直流バイアス印加手段３と、該複数の光変調部に印加される変調信号ｂに、特定の周波数を有する低周波信号ｆＢを重畳する低周波信号重畳回路２と、該合波部を通過する光波の光量変化を検出する光検出手段９と、該光検出手段から該低周波信号に対応する光量変化を抽出すると共に、該抽出した光量変化に基づき、該直流バイアス印加手段を制御するバイアス制御手段４とを有することを特徴とする。

Description

明細書光変調器のバイァス制御方法及びその装置技術分野

本発明は、光変調器のバイアス制御方法及びその装置に関し、特に、内部に複数の光変調部を有する光変調器に対し、各光変調部の直流バイアスを最適に制御するための光変調器のバイアス制御方法及びその装置に関する。景技術

光通信や光計測の分野において、電気一光変換素子として光変調器が多用されている。

光変調器の例として、 L i N b〇₃などの電気光学効果を有する基板を利用した光強度変調器があるが、このような光変調器は、駆動制御のための直流バイァスの印加量や、使用環境の温度変化により、光の出力特性が経時的に変化する、所謂、ドリフト現象を起こすことが知られている。

このようなドリフト現象を抑制する方法としては、以下の特許文献 1又は 2などのように、光変調器の駆動信号に低周波信号を重畳させ、該光変調器からの出力光に含まれる該低周波信号に係る光量変化をモニタし、実印加電圧に対するバィァス点を検出するものであり、さらに、光変調器に印加される直流バイアスを制御するバイァス補償回路と組合わせることにより、光応答特性を最適なパイァス点となるように、自動的に補正することを可能とするものである。

【特許文献 1】特開昭 4 9 - 4 2 3 6 5号公報

【特許文献 2】特開平 3— 2 5 1 8 1 5号公報他方、急増する情報通信需要に対応して、高密度化、高速化、そして長距離伝送可能な光通信システムが求められており、中でも DWDM通信システムの構築が求められている。この DWDM通信システムにおいては、周波数利用効率の増大ゃ非線形効果耐性の増大（長距離化）などの課題を解消する必要があり、本出願人は、これらの特性に優れた変調器とレて、単側波帯（Single Side -Band, S SB) 変調器を提案してきた。

S S B変調器の一例は、以下の非特許文献 1にも記載されている。

【非特許文献 1】論文「Xカット L i Nb〇₃を用いた光 S SB— S C変調器」 (日隈薫、他 4名、 p. 1 7〜 21、「住友大阪セメント ·テクニカルレポ一ト 2 002年版」、住友大阪セメント株式会社新規技術研究所発行、平成 13年 12月 8曰）

S S B変調器の動作原理について説明する。

図 1は、 S S B変調器、特にキヤリァ抑圧光単側波帯（Single Side -Band with Suppressed Carrier, S S B— S C)変調器の光導波路を模式的表した図である。

L i Nb〇₃などの電気光学効果を有する基板上に T iなど拡散して図 1のような光導波路を形成する。該光導波路は、 2つのサブ MZ (Mach-Zehnder) 導波路 M Z _A、 M Z _Bがメイン M Z導波路 M Z _cの各アームに並列に配置された入れこ型の MZ構造を有している。

RF_A、 RF_Bは、サブ MZ導波路 MZ_A、 M Z _Bにマイクロ波の変調信号を印加するための進行波型コプレナ一電極を簡略化して図示したものである。また、 D C_A、 D C_Bはサブ MZ導波路 MZ_A、 MZ_Bに、 DC_Cはメイン MZ導波路 MZ_C に、所定の位相差を付与するための直流電圧を印加する位相調整用電極を簡略化して図示したものである。

図 1の動作を説明する前に、キャリア抑圧をしない S S B変調器の原理について説明する。 S S B変調技術は無線通信領域で活用されている技術であり、原信号とヒルベルト変換された原信号の和をとることにより、 S S B変調信号が得られることが知られている。

キヤリア抑圧をしない光 S S B変調を実行するためには、図 2のようなデュアル駆動の単独 MZ変調器（Zカツト基板を利用した例を図示する。）を用いれば良い。

入射光を e X p ( j ω t ) として、単一周波 RF信号 φ c o s Ω tを RF_Aポートから、また、この信号をヒルベルト変換した信号、 H [φ c o s Ω t ] =φ s i n Ω tを RF_Bポートからそれぞれ同時に入力する。

s i η Ω t = c 0 s (Ω t - κ / 2) であるから、マイクロ波用の移相器を利用することにより、 2つの信号を同時に供給できる。ただし、 φは変調度、 ω、 Ωはそれぞれ光波とマイクロ波（RF) 信号の各周波数を表す。

さらに D C_Aポートから適当なバイアスを加えて、 MZ導波路の両アームを透過する光波に位相差 7Tノ 2を付与する。

これらにより、合波地点での光波の位相項に着目した式は、以下の式（1) で表される。

e p ( j ω t ) * { e x p ( j φ c o s Ω t ) + e x p ( j s i n Ω t ) * e x p (j π/2)} = 2 * e x p ( j ω t ) * { J ₀ ( ) + j * J ₁ (Φ) e x p ( j Ω t ) } ( 1 )

ここで、 J。、は、 0次、 1次のベッセル関数であり、 2次以降の成分は無視している。

式（1) のように、 0次と 1次のスペクトル成分は、残存しているが、一 1次成分（J_i) は失われている（これを、模式的に示すと、図 2の MZ導波路の右側に示したようなスぺクトル分布をした光波が、 MZ導波路から出射される）。また、 — 1次成分を残し、 1次成分（J ) を消去するには、 DC_A ポートに位相差一 ττΖ 2を付与するバイアスを印加を行うことで達成できる。次に、キャリア抑圧光単側波帯（S SB— S C) 変調器の場合には、図 1に示すように、単独 ΜΖ干渉系の両アームに、サブ ΜΖ干渉系を備えた設計になっている。

このサブ ΜΖ導波路には、図 3に示すようような信号を印加する。これは、通常の強度変調をボトム駆動で行っている場合と同じ状況と考えて良い。

このとき、出射光の位相項に着目した式は、次の式（2) により表される。 e p ( j ω t ) * { e x p ( j s i n Ω t ) + e x p {— j s i n Ω t ) * e x p (j 7c) } = 2 * e xp ( j ω t ) * { J _ _x (Φ) e x p (— j Ω t ) + J ! (Φ) e x p ( j Ω t ) } (2)

これにより、キヤリァ成分を含む偶数次のスぺクトル成分がキャンセルされていることが分かる（これを、模式的に示すと、図 3の MZ導波路の右側に示したようなスぺクトル分布をした光波が、 MZ導波路から出射される）。

そして、上述した S SB変調（式（1)、図 2に示した変調方式）とサブ MZでのキャリア抑圧手法（式（2)、図 3で示した変調方式）とを組み合わせることにより、 1次スペクトル（：^項）、一 1次スペクトル（J— i項）のいずれかのみを選択的に発生させることが可能となる。

J丄で表される 1次スペクトル光の周波数は、 ω + Ωであり、で表される — 1次スペクトル光の周波数は、 ω— Ωとなる。これは、 S SB変調器に入射する光（周波数 ω) を、 S SB変調器に印加するマイクロ波の周波数（Ω)分だけ、波長シフトさせて、出射光（周波数 ω土 Ω) として放出することを意味する。このように、 S SB変調器は、光波の波長変換器として利用でき、特に、 S S B— SC変調器は、 0次スペクトルの発生を抑え、 1次又は一 1次のスペクトルを効率よく発生させることが可能となる。

図 1のように MZ導波路を 3つ組合わせた形状の光変調器を、特に、ネスト型光強度変調器（〇 S S BM。 Optical Single Side -Band Modulator) と呼ぶ。

このように、一つの光変調器内に複数の光変調部を組み込む、多機能化、高性能化を図る光変調器が各種提案されているが、上述したように、電気光学効果を有する基板を利用した光変調器は、常にドリフト現象を内在しているため、光変調部の駆動に係る直流バイアス補正を行い、駆動バイアス点を適正に保つ必要がある。

仮に、上述した光変調器に関するドリフト現象の抑制方法を用いるとすると、例えば、図 1のネスト型光強度変調器の場合には、 3つの直流バイアス DC_A， DC_B, DC_Cを制御することが必要となる。しかも、 DC_A， DC_Bを補正制御するには、サブ MZ_A， MZ_Bを通過した光波を検知する検知手段を個別に設ける必要があり、これを行なわない場合にも、例えば、 DC_Aを制御する際には他の M Z部（MZ_B， MZ_C) を不動作状態とするなどの制御が必要となる。

このように、光変調部が増加するに従い、光変調器の直流バイアス制御に係る構成が煩雑化し、しかも、特定の光変調部の入出力特性を測るためには、他の光変調部を不作動状態とするなど、定常的な光通信又は光計測時に補正が行えないという不具合を生じることとなる。

本発明の目的は、上述した問題を解決し、複数の光変調部を有する光変調器に対しても、簡単な構造で、しかも光変調器の通常動作中に、各光変調部の直流バィァスを適正に補正することが可能な光変調器のバイァス制御方法及びその装置を提供することである。発明の開示上記課題を解決するために、請求の範囲第 1項に係る発明では、電気光学効果を有する基板上に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光波を変調するための複数の光変調部と、該複数の光変調部により変調された光波を合波するよう構成された光変調器に対し、該複数の光変調部における直流バイアスを制御する光変調器のバイアス制御方法において、該複数の光変調部に印加される変調信号又は直流バイアスに、特定の周波数を有する低周波信号を重畳し、該合波後の光波から該低周波信号に対応する光量変化を検出し、該検出された光量変化に基づき、各光変調部の直流バイアスを制御することを特徴とする。

また、請求の範囲第 2項に係る発明では、請求の範囲第 1項に記載の光変調器のバイアス制御方法において、該特定の周波数は、光変調部毎に異なる周波数であることを特徴とする。

また、請求の範囲第 3項に係る発明では、請求の範囲第 2項に記載の光変調器のバイアス制御方法において、該異なる周波数は、互に整数倍の周波数の関係とならないよう構成したことを特徴とする。

また、請求の範囲第 4項に係る発明では、請求の範囲第 1項に記載の光変調器のバイアス制御方法において、該低周波信号が重畳されるタイミングは、光変調部毎に異なるタイミングで行なわれることを特徴とする。

また、請求の範囲第 5項に係る発明では、電気光学効果を有する基板上に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光波を変調するための複数の光変調部と、該複数の光変調部により変調された光波を合波するよう構成された光変調器に対し、該複数の光変調部における直流バイアスを制御する光変調器のバイアス制御方法において、該複数の光変調部のうち少なくとも 1つの光変調部に印加される変調信号又は直流バイアスに、特定の周波数を有する低周波信号を重畳し、該低周波信号を重畳した変調信号又は直流バイアスが印加される光変調部から出射する光波より該低周波信号に対応する光量変化を検出し、該検出された光量変化に基づき、該複数の光変調部のうち全部または一部の光変調部の直流バイアスを制御することを特徴とする。

また、請求の範囲第 6項に係る発明では、請求の範囲第 5項に記載の光変調器のバイアス制御方法において、該複数の光変調部のうち全部または一部の光変調部の直流バイアスの制御は、該光量変化に基づき、各光変調部毎に対応した制御量を決定し制御することを特徴とする。

また、請求の範囲第 7項に係る発明では、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光波を変調するための複数の光変調部と、該複数の光変調部により変調された光波を合波するための該光導波路に設けられた合波部とを有する光変調器に対し、該複数の光変調部における直流バイアスを制御するための光変調器のバイアス制御装置において、該複数の光変調部に直流バイアスを印加するための直流バイアス印加手段と、該複数の光変調部に印加される変調信号又は直流バイアスに、特定の周波数を有する低周波信号を重畳する低周波信号重畳回路と、該合波部を通過する光波の光量変化を検出する光検出手段と、該光検出手段から該低周波信号に対応する光量変化を抽出すると共に、該抽出した光量変化に基づき、該直流バイアス印加手段を制御するバイアス制御手段とを有することを特徴とする。

そして、請求の範囲第 8項に係る発明では、請求の範囲第 7項に記載の光変調器のバイアス制御装置において、該低周波信号重畳回路は、低周波信号を発生する低周波信号発生部を、各光変調部に対応して複数有していることを特徴とする。また、請求の範囲第 9項に係る発明では、請求の範囲第 7項に記載の光変調器のバイアス制御装置において、該低周波信号重畳回路は、低周波信号を発生する一つの低周波信号発生部を有し、該低周波信号発生部からの低周波信号を各光変調部に切り換えて供給することを特徴とする。

また、請求の範囲第 1 0項に係る発明では、電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光波を変調するための複数の光変調部と、該複数の光変調部により変調された光波を合波するための該光導波路に設けられた合波部とを有する光変調器に対し、該複数の光変調部における直流バイアスを制御するための光変調器のバイアス制御装置において、該複数の光変調部に直流バイアスを印加するための直流バイアス印加手段と、該複数の光変調部のうち少なくとも 1つの光変調部に印加される変調信号又は直流バイァスに、特定の周波数を有する低周波信号を重畳する低周波信号重畳回路と、該低周波信号を重畳した変調信号又は直流バイアスが印加される光変調部から出射する光波より該低周波信号に対応する光量変化を検出する光検出手段と、該光検出手段から該低周波信号に対応する光量変化を抽出すると共に、該抽出した光量変化に基づき、該複数の光変調部のうち全部または一部の光変調部の直流バイアス印加手段を制御するバイアス制御手段とを有することを特徴とする。

また、請求の範囲第 1 1項に係る発明では、請求の範囲第 7項乃至第 1 0項のいずれかに記載の光変調器のバイアス制御装置において、該光検出手段は、該光導波路から該基板内に放射された光波を検出することを特徴とする。

また、請求の範囲第 1 2項に係る発明では、請求の範囲第 7項乃至第 1 0項のいずれかに記載の光変調器のバイアス制御装置において、該光検出手段は、該光導波路の近傍に配置された方向性結合器により導出された光波を検出することを特徴とする。

また、請求の範囲第 1 3項に係る発明では、請求の範囲第 7項乃至第 1 0項のいずれかに記載の光変調器のバイアス制御装置において、該光検出手段は、該光変調器から出射する光波を光分岐手段を用いて分岐した光波を検出することを特徵とする。

また、請求の範囲第 1 4項に係る発明では、請求の範囲第 1 1項乃至第 1 3項のいずれかに記載の光変調器のバイアス制御装置において、該光検出手段は、少なくとも 2つ以上の光検知器を有することを特徴とする。

請求の範囲第 1項に係る発明により、光変調部毎に特定の低周波信号を印加し、それに対応した光量変化を検出することにより、各光変調部のドリフト現象に関する状況を容易に把握することが可能となる。しかも、光変調器及びバイアス制御回路を、特段、複雑化させることも無く、かつ、光変調器の利用時でも各光変調部の直流バイァス制御が可能となる。

請求の範囲第 2項に係る発明により、各光変調部のドリフト現象に関する状況が、各光変調部に対応した周波数信号毎に把握でき、しかも、各光変調部に印加される低周波信号の周波数が異なるため、時に複数の光変調部の挙動を把握することも可能となる。

複数の光変調部におけるドリフト現象の状態を同時に把握する際に、異なる周波数が互に整数倍の周波数の関係にある場合、他の光変調部に印加された低周波信号による入出力特性変化も、着目している光変調部の特性として同時に検出するという不具合を生じる可能性がある。請求の範囲第 3項に係る発明により、このような不具合を解消することが可能となる。

請求の範囲第 4項に係る発明により、低周波信号の周波数が 1又は僅かの種類である場合においても、重畳するタイミングをずらすことにより、多数の光変調部のバイアス制御が可能となる。

請求の範囲第 5項に係る発明により、該複数の光変調部のうち少なくとも 1つの光変調部に特定の低周波信号を印加し、該光変調部から出射する光波より該低周波信号に対応する光量変化を検出し、該検出された光量変化に基づき、該光変調部のみならず、他の光変調部の直流バイアスを制御する。これにより、個々の光変調部に対応した低周波信号の重畳や出力光波の検出が不要となり、光変調器全体の構造を複雑化させること無く、容易に各光変調部の直流バイアスを適正状態に制御することが可能となる。しかも、光変調器の利用時でも各光変調部の直流バイァス制御が可能となる。

低周波信号が印加される光変調部とその他の光変調部とのドリフト現象における相関関係を、光変調器の設計や各光変調器の特性測定等により予め決定することで、低周波信号が印加された光変調部の光量変化に基づき、前記相関関係を参考に各光変調部の制御量を決定することが可能となる。そして、請求の範囲第 6 項に係る発明のように、一部の光変調部のドリフト現象を測定するだけで、各光変調部毎の制御量を適正に維持することが可能となり、光変調器における制御機構の複雑化を抑制し、光変調器の利用時にも効率的な制御が可能となる。

請求の範囲第 7項に係る発明により、請求の範囲第 1項と同様に、光変調部毎に特定の低周波信号を印加し、それに対応した光量変化を検出することにより、各光変調部のドリフト現象に関する状況を容易に把握することが可能となる。しかも、光変調器及びバイアス制御回路を、特段、複雑化させることも無く、かつ、光変調器の利用時でも各光変調部の直流バイアス制御が可能となる。

特に、請求の範囲第 8項に係る発明により、各光変調部に印加される低周波信号の周波数が異なるため、同時に複数の光変調部の挙動を把握でき、また、請求の範囲第 9項に係る発明により、低周波信号の周波数が 1種類である場合においても、各光変調部に切り換えて低周波信号を供給することにより、多数の光変調部のバイアス制御が可能となる。

請求の範囲第 1 0項に係る発明により、請求の範囲第 5項又は第 6項と同様に、個々の光変調部に対応した低周波信号の重畳や出力光波の検出が不要となり、光変調器全体の構造を複雑化させること無く、容易に各光変調部の直流バイァスを適正状態に制御することが可能となる。しかも、光変調器の利用時でも各光変調部の直流バイアス制御が可能となる。しかも、低周波信号が印加される光変調部とその他の光変調部とのドリフト現象における相関関係を予め決定することにより、バイアス制御手段の設定 ·調整により、各光変調部の直流バイアスを適正に制御することが可能となる。

光変調器においては、光導波路の合波部などから基板内に、迷光と呼ばれる、光波が放射されており、請求の範囲第 1 1項に係る発明により、該光波を有効利用することにより、光変調器から出射される信号光を直接又はその一部を検知する必要が無く、信号光の劣化を防止することが可能となる。

請求の範囲第 1 2項に係る発明により、方向性結合器を利用して、基板内の光導波路を伝播する光波を、任意の場所で検知することが可能となる。しかも、方向性結合器は、基板上の光導波路と同様のプロセスで形成可能であるため、光導波路と同時に形成することが可能である。

請求の範囲第 1 3項に係る発明により、光変調器から出射する光信号を直接検知するため、光変調器全体又は各光変調部の入出力特性を正確に把握することが可能となる。しかも、光変調器の近傍に光検出器を配置することが難しい場合においても、光変調器からの出射光を外部に導出する光ファイバ一などの光路に、分岐導波路や偏光ビーム ·スプリツ夕一、フォト ·カプラーなどの光分岐手段を用いることにより、任意の位置で光検出することも可能となる。

請求の範囲第 1 4項に係る発明により、複数の光変調部に対応して、光検知器を複数設置することにより、一つの検知器が担当する光変調部の数を削減できる。このため、低周波信号の周波数に適応した光検出器を選択することが可能となるため、該周波数の選択の幅が広がると共に、各低周波信号に対応する光量変化を抽出する回路の負担も軽減することが可能となる。図面の簡単な説明 "

第 1図は、 S S B変調器の概略図である。

第 2図は、 S S B変調器のメイン M Z導波路の役割を示す図である。

第 3図は、 S S B変調器のサブ M Z導波路の役割を示す図である。

第 4図は、本発明の光変調器のバイアス制御装置の概略図である。

第 5図は、本発明に係る低周波信号の印加方法の一例を示す図である。

第 6図は、本発明に係る光検出方法の一例を示す図である。

第 7図は、本発明に係る光検出方法の他の例を示す図である。

第 8図は、本発明に係る一部の光変調部の状態から他の光変調部を制御する制御方法を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明を好適例を用いて詳細に説明する。

図 4は、本発明に係る光変調器のバイアス制御装置の一実施例を示す概略図である。

光変調器 1は、図 1で説明したネスト型光強度変調器であり、レーザ光などの光波は、光変調器 1に入射し、該光変調器 1内を伝播する中で所定の変調を受け、光信号として光変調器 1から出射する。

以下では、ネスト型光強度変調器を例に説明するが、本発明はこれに限るものではなく、複数の光変調部（強度変調機能や位相変調機能を有する部分）を組合わせて構成された光変調器であるならば、本発明が適用可能である。

光変調器 1内では、サブ M Z型光導波路 M Z _A、 M Z _B、及びメイン M Z型光導波路 MZ_Cが形成されると共に、該光導波路に対応して設けられた各種の変調電極により、複数の光変調部が形成されている。

例えば、 MZ_Aに係る光変調部では、変調信号 RF_Aと直流バイアス電圧 DC_A が印加され、例えば図 3に示すような光変調が行なわれている。

MZ_Bに係る光変調部は、基本的に MZ_Aと同様であり、また、 MZ_Cに係る光変調部では、直流バイアス電圧 DC cにより所定の位相差を付与するよう構成されている。

光変調器のバイアス制御装置の概略について説明する。

サブ MZ型光導波路 MZ_Bに着目すると、 2は、変調信号 bに低周波信号 f _Bを重畳すると共に、変調信号の増幅機能を有する低周波重畳回路である。低周波重畳回路 2の出力は、変調信号 R F _Bとして、サブ M Z型光導波路 M Z _Bに印加され、該光導波路を伝播する光波に対して所定の変調を行なう。 3は、直流バイアス印加回路であり、サブ M Z型光導波路 M Z _Bに対し所定の直流バイァス電圧 D C _Bを印加する。

サブ M Z型光導波路 M Z _Bを伝播する光波は、メイン M Z型光導波路 M Z _cの合波部において、他方のサブ MZ型光導波路 MZ_Aを伝播した光波と干渉し、光変調器 1から出射光波として出力される。

該出射光波の一部は、フォト 'カプラー 12により、光検出器 9に入射される。光検出器 9は、光量変化に対応する信号を出力し、 5の低周波信号成分検出回路により、光検出器 9の出力信号に含まれる低周波信号 f _Bの光量変化を検出し、バイアス制御回路 4に出力する。なお、低周波信号成分検出回路 5には、参照信号として低周波信号 f Bが印加されている。

バイアス制御回路 4では、先に示した特開昭 49一 42365号公報、特開平 3- 25 18 1 5号公報などのように、低周波信号に係る光量変化の値から、最適な直流バイァス電圧 D C Bを求め、直流バイァス印加回路 3を制御する。

図 4の点線で囲む領域 Bは、サブ M Z型光導波路 M Z _Bに対するパイァス制御手段を示す。また、領域 Aは、同様にサブ M Z型光導波路 M Z _Aに対するバイァス制御手段を示している。

メイン M Z型光導波路 M Z _Cに着目すると、 7のバイアス制御回路には、直流バイアス電圧 D C cとして印加される電圧の初期値を指示する、信号 cが入力される。該バイアス制御回路 7は該入力信号 cに対応して、直流バイアス印加回路 6を制御し、所定の電圧を D C _Cに供給する。さらに、直流バイアス印加回路 6 には低周波信号 f _cが入力され、バイアス制御回路 7に対応した印加電圧に、該低周波信号を重畳した電圧を、 D C _Cに供給する。

入力信号 cを変更すると、該信号 cに対応した所定電圧に低周波信号が重畳された直流バイァス電圧が D C _cに供給され、メイン M Z型光導波路 M Z _cを伝播する光波に、該印加電圧に対応した所定の位相差変調を与える。

メイン M Z光導波路 M Z _Cを伝播する光波は、上記位相変調を受けた後、光変調器 1より出射され、光信号として外部に出力される。

出射光波の一部は、上述したようにフォト ·カプラー 1 2により、光検出器 9 に入射され、 8の低周波信号成分検出回路により、光検出器 9の出力信号に含まれる低周波信号 ί _cの光量変化を検出し、バイアス制御回路 7に出力する。なお、低周波信号成分検出回路 8には、参照信号として低周波信号 f _eが印加されている。

バイアス制御回路 7では、低周波信号に係る光量変化の値から、最適な直流バィァス電圧 D C _Cを求め、直流バイアス印加回路 6を制御する。

図 4の点線で囲む領域 Cは、メイン M Z型光導波路 M Z _cに対するバイアス制御手段を示す。次に、上述した光変調器のバイアス制御装置を用いた、バイアス制御方法を説明する。 '

光変調器 1には、入射光波が入力されると、光変調器 1内において光波はサブ MZ型光導波路 MZ_A， MZ_Bに分岐される。サブ MZ型光導波路 MZ_Bにおいては、入力信号 bに低周波信号 f _Bを重畳した変調信号 RF_Bにより、伝播する光波を変調する。他方、サブ MZ型光導波路 MZ_Aにおいても同様に、不図示の入力信号 aに低周波信号 f _Aを重畳した変調信号 R F Aにより、伝播する光波を変調する。

2つのサブ M Z型光導波路で変調された光波は、メイン M Z型光導波路 M Z _c により、所定の位相差を付与され、光変調器 1から光信号として出射する。なお、該位相差は、入力信号 cに対応する所定電圧に低周波信号 f _cを重畳した直流バィァス電圧 D C_cに対応するものである。

光変調器 1からの出射光波は、フォト ·カプラー 12により、その一部が光検出器 9に入射する。光検出器の出力は、バイアス制御手段 A， B， Cに各々入力され、上述した各バイアス制御手段の手順により、直流バイアス電圧 DC _A， D C_B， DC_Cが制御される。

本実施例の特徴は、バイアス制御手段 A， B, C毎に、特定の低周波信号 f _A， f _B， f _cを利用することにより、各光変調部である MZ_A， MZ_B, MZ_Cにおける各低周波信号による光変調と、光検出器の出力信号から該低周波信号に対応する光量変化を検出することにより、各光変調部の状態を的確に把握することが可能となることである。

このため、光変調器を通常の通信等に利用している間でも、該通信信号の周波数と比較して極めて低い低周波信号を用いることにより、通信に与える影響は無視でき、しかも光変調部のバイアス制御も行なうことが可能となる。光検出器の出力信号から、各低周波信号毎の信号成分を抽出 ·検出する際の精度を高めるには、低周波信号の周波数を全て異なる周波数とすることが好ましく、特に、各周波数の関係が、互いに整数倍となることが無いよう、低周波信号の周波数を設定すると、より優れた検出性能を実現できる。

また、図 5に示すように、 1つの低周波信号 f を利用し、出力切り替え手段 2 0により、所定のタイミングでバイアス制御手段 A， B， Cに印加する低周波信号を順次切り換えて利用することも可能である。

この場合、各バイアス制御手段は、低周波信号が入力されているときのみ作動し、上述のバイアス制御を実施するよう構成される。

次に、本発明に係る光検出方法の他の例について述べる。

図 6は、出射光波を、分岐導波路や偏光ビーム ·スプリツター、フォト ·カブラーなどの光分岐手段 3 0， 3 1， 3 2を用いて、出射光波の一部を光検出器 3 3， 3 4， 3 5に導くものである。このように、光変調器から出射する光信号を直接検知することにより、光変調器全体又は各光変調部の入出力特性を正確に把握することが可能となる。また、光変調器の近傍に光検出器を配置することが難しい場合においても、光変調器からの出射光を外部に導出する光ファイバ一などを介在させ、その途中に光分岐手段を用いることにより、任意の位置で光検出することも可能となる。

しかも、各バイアス制御手段毎に光検出器 3 3〜3 5を有しているため、 1つの光検知器が担当すべき光変調部も 1つであり、低周波信号の周波数に適応した光検出器を選択することが可能となる。そのため、該周波数の選択の幅が広がると共に、各低周波信号に対応する光量変化を抽出する回路の負担も軽減することが可能となる。

また、図 7 ( a ) には、光検出方法として、光導波路から基板内に放射された光波（迷光） 4 0を、光検出器 4 1により検出するものが示されている。このように、光変調器においては、光導波路の合波部などから基板内に迷光が放射されており、該迷光を有効利用することにより、光変調器から出射される信号光を直接又はその一部を検知する必要が無く、信号光の劣化を防止することが可能となる。

さらに、図 7 ( b ) には、光導波路の近傍に配置された方向性結合器 5 0により導出された光波を、光検出器 5 1により検出することが示されている。光検出器 5 2は、バイアス制御手段 A, Cに用いられる光波の状態を検出するためのものである。

このように、方向性結合器などを利用して、基板内の光導波路を伝播する光波を、任意の場所で検知することが可能となる。しかも、方向性結合器は、基板上の光導波路と同様のプロセスで形成可能であるため、光導波路と同時に形成することが可能である。

このような光検出方法は、光変調器の出射光波から該当する光変調部の状態に対応した信号を検出するのが難しい場合や、該当する光変調部の影響を、光変調器全体の出射光波の光量変化から除去したい場合などに、特に有効な手法である。次に、複数の光変調部のうち少なくとも 1つの光変調部のドリフト現象を測定し、その結果を他の光変調部の直流バイアスの補正に適用する制御方法について説明する。

複数の光変調部を同一の基板上に組み込む場合には、該複数の光変調部のうち一部の光変調部がドリフト現象を生じる場合には、一般的に、他の光変調部においても同様にドリフト現象が発生している可能性が高い。そして、そのドリフト現象の発生傾向は、同一基板であるがゆえに、基板の温度変化などドリフト現象の発生原因も同じであるため、ドリフト現象による状態変化が類似している傾向にある。特に、光量変化が測定される光変調部に近接して配置される他の光変調部や、 S S B変調器のように光変調部が対称に配置されている光変調部間では、ドリ'フト現象の状態が類似している傾向になる。

上記の特性を利用し、複数の光変調部のうち少なくとも 1つの光変調部においてドリフト現象を測定し、その測定結果を参考に、他の光変調部の直流バイアスを制御することが可能となる。

具体例として、図 8 (a), (b) に、特定の光変調部で測定した結果を、他の光変調部に適用する例を示す。

図 8 (a) は、サブ MZ_Aの光変調部において測定したドリフト現象から、サブ M Z _Aのみならず、他の光変調部であるサブ MZ_Bやメイン MZ_Cを制御する方法を示したものである。

まず、サブ MZ_Aの光変調部に低周波信号を重畳し、該光変調部 MZ_Aから出射する光波の一部を、方向性結合器 60で取り出し、上述したように不図示の光検出器により検出した光信号 61をバイアス制御手段 62に入力する。

バイアス制御手段 62においては、重畳した低周波信号に対応する光量変化を測定し、サブ MZ_Aに発生しているドリフト現象の状態を判断し、サブ MZ_Aに印加される直流バイァス D C _Aを適正値に設定する。

また、バイアス制御手段 62は、サブ MZ_B及びメイン MZ_Cについても、サブ MZ_Aのドリフト現象を示す上記光量変化に基づき、各直流バイアス DC _B, DC _eの適正な値を設定する。

例えば、サブ MZ_Aとサブ MZ_Bは、対称な形状をしていることから、直流バイァスの補正量も同様にし、メイン MZ_Cについては、予めサブ MZ_Aのドリフト現象とメイン MZ_Cのドリフト現象との相関関係を測定しておき、その相関関係に基づき、メイン MZ_Cの直流バイアス DC _cの適正値を算出するように構成されている。

直流バイアスの制御量は、光変調部の形状はもとより、基板の状態、使用環境などの各種要因により変化することから、予め、光変調器の設計段階で、光変調器内に組み込まれた光変調部間のドリフト現象に係る相関関係が予測能である場合には、上記バイアス制御手段 6 2は、その相関関係に基づき設定することが可能であるが、光変調器の製品毎のバラツキなどが存在する場合には、個々の光変調器毎に、相関関係を設定、あるいは、予め設定されている相関関係の設定値を補正可能なように構成することが好ましい。

図 8 ( b ) は、サブ M Z _Aの光変調部において測定したドリフト現象から、サブ M Z _A及びサブ M Z _Bを制御する方法を示したものである。

なお、図 8 ( b ) では、方向性結合器 7 0から取り出す光波は、光変調器全体の光軸に対して略垂直方向に出射するよう設定されている。このように、光検出器の配置や、光変調器を含む装置全体の構成 ·配置により、方向性結合器の出射部は、基板上の任意の位置に設定することが可能である。

サブ M Z _A及びサブ M Z _Bの制御方法は、基本的に図 8 ( a ) と同様である。方向性結合器 7 0からの出射光を不図示の光検出器に導入し、該光検出器からの光信号をバイアス制御手段 7 1に入力する。そして、バイアス制御手段 7 1において、直流バイアス D C _A, D C _Bの最適値を設定し、制御を行う。

他方、メイン M Z _Cについては、別のバイアス制御手段 7 2により制御を行う。本発明は、以上説明したものに限られるものではなく、例えば、上述した複数の光変調部を単一基板上に形成したものに限らず、複数の光変調器を組合わせて、全体として複数の光変調部を有する光変調器を構成したものも含むものであり、また、複数の光変調部からの光波を全て合波するものに限らず、一部の光波のみ合波するものも含むものである。さらには、本発明の目的を逸脱しない範囲において、当該技術分野において公知の技術を付加したものも包含するものであることは、言うまでもない。産業上の利用可能性

以上、説明したように、本発明によれば、複数の光変調部を有する光変調器に対しても、簡単な構造で、しかも光変調器の通常動作中に、各光変調部の直流バィァスを適正に補正することが可能な光変調器のバイアス制御方法及びその装置を提供することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 電気光学効果を有する基板上に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光波を変調するための複数の光変調部と、該複数の光変調部により変調された光波を合波するよう構成された光変調器に対し、該複数の光変調部における直流バイアスを制御する光変調器のバイアス制御方法において、

該複数の光変調部に印加される変調信号又は直流バイアスに、特定の周波数を有する低周波信号を重畳し、

該合波後の光波から該低周波信号に対応する光量変化を検出し、

該検出された光量変化に基づき、各光変調部の直流バイアス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。

2 . 請求の範囲第 1項記載の光変調器のバイアス制御方法において、該特定の周波数は、光変調部毎に異なる周波数であることを特徴とする光変調器のバイァス制御方法。

3 . 請求の範囲第 2項記載の光変調器のバイアス制御方法において、該異なる周波数は、互に整数倍の周波数の関係とならないよう構成したことを特徴とする光変調器のバイアス制御方法。

4 . 請求の範囲第 1項記載の光変調器のバイアス制御方法において、該低周波信号が重畳されるタイミングは、光変調部毎に異なるタイミングで行なわれることを特徴とする光変調器のバイアス制御方法。

5 . 電気光学効果を有する基板上に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光波を変調するための複数の光変調部と、該複数の光変調部により変調された光波を合波するよう構成された光変調器に対し、該複数の光変調部における直流バイアスを制御する光変調器のバイァス制御方法において、該複数の光変調部のうち少なくとも 1つの光変調部に印加される変調信号又は直流バイアスに、特定の周波数を有する低周波信号を重畳し、

該低周波信号を重畳した変調信号又は直流バイアスが印加される光変調部から出射する光波より該低周波信号に対応する光量変化を検出し、

該検出された光量変化に基づき、該複数の光変調部のうち全部または一部の光変調部の直流バイァスを制御することを特徴とする光変調器のバイァス制御方法。

6 . 請求の範囲第 5項記載の光変調器のバイアス制御方法において、該複数の光変調部のうち全部または一部の光変調部の直流バイアスの制御は、該光量変化に基づき、各光変調部毎に対応した制御量を決定し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。

7 . 電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光波を変調するための複数の光変調部と、該複数の光変調部により変調された光波を合波するための該光導波路に設けられた合波部とを有する光変調器に対し、該複数の光変調部における直流バイアスを制御するための光変調器のバイァス制御装置において、

該複数の光変調部に直流バイアスを印加するための直流バイアス印加手段と、該複数の光変調部に印加される変調信号又は直流バイアスに、特定の周波数を有する低周波信号を重畳する低周波信号重畳回路と、

該合波部を通過する光波の光量変化を検出する光検出手段と、

該光検出手段から該低周波信号に対応する光量変化を抽出すると共に、該抽出した光量変化に基づき、該直流バイアス印加手段を制御するバイァズ制御手段とを有することを特徴とする光変調器のパイァス制御装置。

8 . 請求の範囲第 7項記載の光変調器のバイアス制御装置において、該低周波信号重畳回路は、低周波信号を発生する低周波信号発生部を、各光変調部に対応して複数有していることを特徴とする光変調器のバイアス制御装置。

9 . 請求の範囲第 7項記載の光変調器のバイアス制御装置において、該低周波信号重畳回路は、低周波信号を発生する一つの低周波信号発生部を有し、該低周波信号発生部からの低周波信号を各光変調部に切り換えて供給することを特徴とする光変調器のバイァス制御装置。

1 0 . 電気光学効果を有する基板と、該基板上に形成された光導波路と、該光導波路を伝播する光波を変調するための複数の光変調部と、該複数の光変調部により変調された光波を合波するための該光導波路に設けられた合波部とを有する光変調器に対し、該複数の光変調部における直流バイアスを制御するための光変調器のバイアス制御装置において、 .

該複数の光変調部に直流バイアスを印加するための直流バイアス印加手段と、該複数の光変調部のうち少なくとも 1つの光変調部に印加される変調信号又は直流バイアスに、特定の周波数を有する低周波信号を重畳する低周波信号重畳回路と、

該低周波信号を重畳した変調信号又は直流バイアスが印加される光変調部から出射する光波より該低周波信号に対応する光量変化を検出する光検出手段と、該光検出手段から該低周波信号に対応する光量変化を抽出すると共に、該抽出した光量変化に基づき、該複数の光変調部のうち全部または一部の光変調部の直流バイアス印加手段を制御するバイアス制御手段とを有することを特徴とする光変調器のバイアス制御装置。

1 1 . 請求の範囲第 7項乃至第 1 0項いずれかに記載の光変調器のバイアス制御装置において、該光検出手段は、該光導波路から該基板内に放射された光波を検出することを特徴とする光変調器のバイアス制御装置。

1 2 . 請求の範囲第 7項乃至第 1 0項いずれかに記載の光変調器のバイアス制御装置において、該光検出手段は、該光導波路の近傍に配置された方向性結合器により導出された光波を検出することを特徴とする光変調器のバイアス制御装置。

1 3 . 請求の範囲第 7項乃至第 1 0項いずれかに記載の光変調器のバイアス制御装置において、該光検出手段は、該光変調器から出射する光波を光分岐手段を用いて分岐した光波を検出することを特徴とする光変調器のバイアス制御装置。

1 4 . 請求の範囲第 1 1項乃至第 1 3項いずれかに記載の光変調器のバイアス制御装置において、該光検出手段は、少なくとも 2つ以上の光検知器を有することを特徴とする光変調器のバイアス制御装置。