WO2013161196A1

WO2013161196A1 - マッハツェンダ型光変調器、光送受信システム、及びマッハツェンダ型光変調器の制御方法

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Publication number: WO2013161196A1
Application number: PCT/JP2013/002321
Authority: WO
Inventors: 栄実野口
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2013-04-03
Publication date: 2013-10-31
Also published as: EP2843462A4; JPWO2013161196A1; US20150110500A1; EP2843462A1; US9459511B2; CN104246583A

Abstract

　本発明に係るマッハツェンダ型光変調器は、入力光を２つに分波する分波部と、分波された各入力光が導波される第１の導波路および第２の導波路と、第１の導波路および第２の導波路から導波された各入力光を合波して出力する合波部と、第１の導波路および第２の導波路に対称に並列配置されることによって対を成す、複数の電極と、電極対ごとに設定された閾値電圧と入力信号の電圧との大小に応じて、対応する電極対を差動駆動する駆動部と、を備え、複数の電極は、差動駆動されることによって、配置された導波路に入力光を変調するための電圧を印加することを特徴とする。

Description

マッハツェンダ型光変調器、光送受信システム、及びマッハツェンダ型光変調器の制御方法

　本発明はマッハツェンダ型光変調器、光送受信システム、及びマッハツェンダ型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の光送信器においては、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、導波路型マッハツェンダ（以下ＭＺ：Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄｅｒ）干渉計と同様の導波路型の光位相変調器を組み込んだ、ＭＺ光強度変調器が一般的に使用されている。

　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、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。さらに、海洋光通信など、より長距離伝送が求められるシステムにおいては、伝送路となる光ファイバで生じる波形歪みを、送信側で逆特性の歪みを印加して補償する、予等化技術も必要になってくる。このような、多値変調や予等化技術を適用するためには、送信側でデジタル信号処理された任意の信号波形を生成することが可能なデジタル-アナログ変換（ＤＡＣ：Ｄｉｇｉｔａｌ－ｔｏ－Ａｎａｌｏｇ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）機能が必要である。例えば、特許文献１には、電気ＤＡＣおよび線形リニア増幅器を用いて、ＬＮ変調器等を用いたＭＺ構成の光変調器をアナログ信号で駆動する方法が開示されている。

　さらに、１波長チャンネル当りの伝送容量拡大のためにデータのシンボル周波数を向上させることも必要である。データのシンボル周波数を向上させるためには、素子の帯域が重要な要素となる。光ファイバ通信システムで一般的に用いられる光素子（例えば、光変調器）を例に挙げると、主に抵抗成分Ｒと素子の容量Ｃの影響によるＣＲ時定数制限のために、帯域が制限される。これらの光素子は、光と電気の相互作用を利用しているため、電界強度と相互作用長によって必要な電圧と素子の容量が決まる。一般に相互作用長が長ければ、単位長さ当りの電界強度は少なくて済むが、その分、素子の容量は増加する。そのため、例えば、光変調器では、消費電力及び消光特性と帯域とが、それぞれトレ－ドオフの関係となる。よって、このような光素子では、上述の様なトレードオフの関係を考慮した、折衷的な設計を行わざるを得なかった。これに対して、例えば、特許文献２には、相互作用長と帯域とのトレードオフを解決する手法が提案されている。特許文献２においては、光の進行方向に沿って電極を２以上に分割してなる電極分割構造を適用し、長い電極を電気的に分離して独立に駆動することによって、容量を減らすことが提案されている。

特開２００９‐２３１８８１ＷＯ２０１１／０４３０７９号

　しかしながら、ＭＺ構成の光変調器では、変調された出力光の信号強度が入力信号の振幅に対して非線形になるため、出力光の品質が劣化するという問題がある。例えば、図９に示すように、ＭＺ構成の光変調器では２つの導波路で各々線形な位相変調をかけた結果、消光特性がサインカーブ特性となる。従って、ＭＺ構成の光変調器では、入力信号の振幅に対する出力光の強度の線形性が確保できなくなる。この問題は、例えば、特許文献２に記載されているような光の進行方向に沿って複数の電極が備えられてなる光変調器においても同様に発生する。

　本発明の目的は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、光の進行方向に沿って複数の電極が備えられてなるマッハツェンダ型光変調器において、出力光の品質劣化を低減するマッハツェンダ型光変調器、光送受信システムおよびマッハツェンダ型光変調器の制御方法を提供することである。

　本発明に係るマッハツェンダ型光変調器は、マッハツェンダ型光変調器は、入力光を２つに分波する分波部と、分波された各入力光が導波される第１の導波路および第２の導波路と、第１の導波路および第２の導波路から導波された各入力光を合波して出力する合波部と、第１の導波路および第２の導波路に対称に並列配置されることによって対を成す、複数の電極と、電極対ごとに設定された閾値電圧と入力信号の電圧との大小に応じて、対応する電極対を差動駆動する駆動部と、を備え、複数の電極は、差動駆動されることによって、配置された導波路に入力光を変調するための電圧を印加することを特徴とする。

　本発明に係るマッハツェンダ型光変調器の制御方法は、マッハツェンダ型光変調器を制御する方法であって、マッハツェンダ型光変調器は、入力光を２つに分波する分波部と、分波された各入力光が導波される第１の導波路および第２の導波路と、第１の導波路および第２の導波路から導波された各入力光を合波して出力する合波部と、第１の導波路および第２の導波路に対称に並列配置されることによって対を成す、複数の電極と、を有し、電極対ごとに設定された閾値電圧と入力信号の電圧との大小に応じて、対応する電極対を差動駆動し、電極対を差動駆動することによって、配置された導波路に入力光を変調するための電圧を印加する。

　本発明に係る光送受信システムは、上記のマッハツェンダ型光変調器を備え、該マッハツェンダ型光変調器で変調された光信号を出力する光送信器と、光信号が伝搬する伝送路と、伝送路を介して光信号を受信する光受信器と、を有する。

　本発明によれば、光の進行方向に沿って複数の電極が備えられてなるマッハツェンダ型光変調器において、出力光の品質劣化を低減するマッハツェンダ型光変調器、光送受信システムおよびマッハツェンダ型光変調器の制御方法を提供することが可能となる。

第１の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器の機能ブロック図である。第２の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器の機能ブロック図である。入力信号に対する比較部群の動作、入力信号に対する正相側被変調光の位相、および入力信号の電圧と出力光の強度との関係を示す説明図である。第３の実施形態に係る制御部７００の機能ブロック図である。第４の実施形態に係る制御部７００の機能ブロック図である。第５の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器の機能ブロック図である。第６の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器の機能ブロック図である。第７の実施形態に係る光送受信システムの機能ブロック図である。関連するマッハツェンダ型光変調器の入力信号の電圧と出力光の強度との関係を示す図である。第１の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器の動作を示すフローチャート図である。第８の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器の機能ブロック図である。（ａ）均一な階調で位相変調を施した場合と、（ｂ）不均一な階調で位相変調を施した場合の、入力信号に対する位相変化を示す図である。

　第１の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器の構成について図１を用いて説明する。

　マッハツェンダ型光変調器は、導波路２００ａ、導波路２００ｂ、分波部１００、合波部３００、位相変調のための電極群４００、駆動部群５００、及び、比較部群６００を有する。

　導波路２００ａ及び導波路２００ｂは並列に配置される。導波路２００ａ及び導波路２００ｂの光が入力される側には、分波部１００が配置される。導波路２００ａ及び導波路２００ｂの光を出力する側には、合波部３００が配置される。

　分波部１００と合波部３００との間の導波路２００ａおよび２００ｂにはそれぞれ、電極群４００が配置される。本実施形態において、電極群４００は、光の進行方向に沿って導波路上に並列配置されたＭ個の電極４０１、４０２、・・・、４Ｍの集合体であって、ここでは、一例としてＭ＝１６として記してある。

　分波部１００は、導入された光を分岐し、分岐した一方の光に対して他方の光に所定の位相差を付与し、一方の光と他方の光とをそれぞれ出力する。本実施形態では、分波部１００より出力された一方の光が導波路２００ａに導入され、他方の光が導波路２００ｂに導入される。ここで、図１に示したように、所定の位相差を例えばπ／２にすることができる。

　合波部３００は、２つの光が導入され、導入された光を合波し、合波した光を出力する。具体的には合波部３００は、２つの光が導入され、導入された光の一方に対して他方の光に所定の位相差を付与する。次いで、一方の光と他方の光を合波し、合波後の光を出力する。本実施形態では、導波路２００ａが導波する光が一方の光として合波部３００に導入され、導波路２００ｂが導波する光が他方の光として合波部３００に導入される。ここで、図１に示したように所定の位相差を例えばπ／２とすることができる。但し、分波部１００および合波部３００における所定の位相差はπ／２に限ったものではない。

　分波部１００および合波部３００は、例えばＭＭＩ（Ｍｕｌｔｉ－Ｍｏｄｅ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）で実現することができる。

　駆動部群５００は、駆動部５０１、５０２、・・・、５Ｍ（Ｍ＝１６）の集合体である。駆動部５０１、５０２、・・・５１６は、電極４０１、４０２、・・・、４１６とそれぞれ対応する。駆動部５０１、５０２、・・・５１６はそれぞれ、対応する比較部６０１、６０２、・・・、６１６からの出力に応じて、対応する電極４０１、４０２、・・・、４１６に電気信号を出力する。こうして駆動部群５００は電極群４００を駆動する。

　本実施形態において、駆動部５０１、５０２、・・・５１６は、導波路２００ａおよび導波路２００ｂに対称に配置され、互いに対を成す電極４０１、４０２、・・・、４１６の一方に正相電圧の電気信号を出力し、他方に逆相電圧の電気信号を出力することにより、対を成す電極４０１、４０２、・・・、４１６に差動電圧を印加する。駆動部５０１、５０２、・・・５１６からそれぞれ入力された電気信号により、電極４０１、４０２、・・・、４１６は導波路２００ａおよび導波路２００ｂに電圧を印加する。

　比較部群６００は、比較部６０１、６０２、・・・、６Ｍ（Ｍ＝１６）の集合体である。比較部６０１、６０２、・・・、６１６は、駆動部５０１、５０２、・・・、５１６とそれぞれ対応する。比較部６０１、６０２、・・・、６１６はそれぞれ、制御部７００によって設定された閾値電圧と入力信号の電圧とを比較する。そして、比較した結果に応じて、対応する駆動部５０１、５０２、・・・、５１６に、Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗのデジタル信号を出力する。例えば、導波路２００ａに備えられる電極群４００の一方は駆動部群５００の正相出力で駆動され、導波路２００ｂに備えられる電極群４００の他方は駆動部群５００の逆相出力で駆動される。こうして、駆動部群５００は電極群４００をプッシュプル駆動（差動駆動）する。

　制御部７００は、出力光の強度が所望の強度となるように比較部群６００に閾値電圧を設定する。例えば、比較部６０１～６１６の入力端子には入力信号が接続され、閾値電圧を設定する比較部６０１～６１６の参照電圧端子には制御部７００が接続される。制御部７００は、比較部６０１～６１６にそれぞれ個別に任意の閾値電圧（ＶＴＨ［０］～ＶＴＨ［１５］）を印加する。こうして、比較部６０１～６１６の閾値電圧が設定される。

　一般的なＭＺ構成の光変調器は単一の電極をアナログ信号で駆動することにより、電極下を通過する光の位相変調を行う。一方、第１の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器は、比較部群６００からの出力に応じて駆動部群５００がデジタル信号のＨｉｇｈ／Ｌｏｗを電極群４００に出力する。このようにして電極群４００の下を通過する光の位相変調を行う。すなわち、Ｈｉｇｈ信号を与えた電極だけが光の位相変調に関与し、Ｌｏｗ信号を与えた電極は位相変調に関与しない。その結果、比較結果がＨｉｇｈとなった比較部６Ｍの数Ｍに応じた位相変調が行われることとなり、Ｍ階調の位相変調が実現できる。それ以外の光変調器の動作に関しては、一般的なＭＺ構成の光変調器と同様であるため、ここでは省略する。

　次に第１の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器の動作について図１０のフローチャートを用いて説明する。

　まず制御部７００は、出力光が所望の強度となるように複数の閾値電圧を比較部群６００の比較部６０１～６１６にそれぞれ設定する（Ｓ１）。次に分波部１００が導入された光を分波する（Ｓ２）。導波路２００ａおよび２００ｂは分波された光を導波する（Ｓ３）。比較部群６００は、設定された閾値電圧と入力信号の電圧とを比較し、比較した結果を駆動部群５００に出力する（Ｓ４）。駆動部群５００は比較部群６００が比較した結果に応じて電気信号を電極群４００に出力する（Ｓ５）。電極群４００は入力された電気信号に応じて導波路２００ａおよび２００ｂを通過する光を変調する（Ｓ６）。合波部３００は、導波路２００ａおよび２００ｂにより導波された光を合波し、合波した光を出力光として出力する（Ｓ７）。

　次に、本実施形態の光変調器において出力光強度が制御可能であることを、図３を用いて説明する。図３（ａ）は入力信号に対する駆動部５０１～５１６の出力（正相出力側のみ）の一例を示したものである。入力信号を－Ｖπ／２から＋Ｖπ／２まで増加させた場合を想定する。制御部７００が設定するＶＴＨ［０］～ＶＴＨ［１５］の閾値電圧を入力信号の電圧が跨ぐ毎に、比較部６０１～６１６の出力に応じて対応する駆動部５０１～５１６が順々にＨｉｇｈとなっていく。ここで、Ｖπは、関連するＭＺ光変調器の片方の導波路でπラジアン（１８０度）位相が回転する電圧に相当するものとする。また、駆動部群５００のＨｉｇｈ電圧はＶπ／（Ｍ－１）に設定しているとする（図の例ではＶπ／１５）。

　このとき、閾値電圧ＶＴＨ［０］～ＶＴＨ［１５］を、－Ｖπ／２～＋Ｖπ／２間で等間隔に配置すると、入力信号の電圧に対して線形的に位相が変化する１６階調の位相変調が可能である。一方、第１の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器では、閾値電圧ＶＴＨ［０］～ＶＴＨ［１５］を等間隔で配置するのではなく、制御部７００は、マッハツェンダ型光変調器の出力光が所望の強度となるように複数の閾値電圧をそれぞれ異なる値に設定する。

　ここで、好適には、各閾値の設定値は不均一にするとよい。ここで、不均一とは、それらを昇順に並べたときに等間隔で増加するものでないことをいう。例えば、各閾値の設定値を昇順に並べたときに、曲線的に増加するように設定する。このようにすると、マッハツェンダ型光変調器の消光特性と導波路で付与される位相変調量の特性とをキャンセルさせあって、入力信号の振幅と出力光の強度との間の線形性を向上させた上で、強度変調を行うことができる。

　さらに好ましくは、駆動部群５００が出力する電気信号の振幅と、電極群４００が付与する位相の変化との関係がアークサインカーブの特性となるよう、制御部７００が閾値電圧ＶＴＨ［０］～ＶＴＨ［１５］を設定する。一例として、各閾値の設定値を昇順に並べたときに、閾値電圧と閾値電圧の変化量との関係が上に凸の関数となるように、各閾値を設定する。図３（ｂ）に示すように閾値電圧ＶＴＨ［０］～ＶＴＨ［１５］を不均一に配置した結果、トータルの位相変化の特性は１６階調のアークサインカーブの特性を持つこととなる。

　一方、図９を参照しながら発明が解決しようとする課題において説明したように、マッハツェンダ型光変調器では、２つの導波路で各々線形な位相変調をかけた時の消光特性はサインカーブ特性となる。すなわち、導波路２００ｂ側の電極群４００で印加されるトータルの位相変調量は、図３（ｂ）の特性を上下反転させた特性となり、入力信号が－Ｖπ／２から＋Ｖπ／２へ増加すると位相変調量はπから０へと変化する。その結果、合波部３００で合波されるときの消光特性であるサインカーブ特性と、上記位相変調量のアークサインカーブの特性とが、互いにキャンセルしあって、出力光の強度は図３（ｃ）に示すように線形な特性となる。

　このように閾値電圧を任意に設定すれば、あらゆる消光特性のマッハツェンダ型光変調器を実現可能である。結果、入力信号の振幅を制御することにより所望の出力光の強度を得ることができ、出力光の品質劣化を低減することができる。

　なお、図３では、一例として閾値電圧ＶＴＨ［０］～ＶＴＨ［１５］は、ＶＴＨ［０］＜ＶＴＨ［１］＜・・・＜ＶＴＨ［１５］として示したが、ＶＴＨ［０］～ＶＴＨ［１５］の大小関係に制約はなく、順番はバラバラでもよい。

　また、第１の実施形態では説明簡易化のために１６階調の出力光を得る場合について説明したが、電極の分割数を増やすこともできる。階調をより多くすれば、量子化雑音を小さくでき、より理想に近い高精度な変調を行うことができる。

　第２の実施形態について図２を用いて説明する。

　第２の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器は、図２に示すように、閾値電圧テーブル９００を備える点で第１の実施形態に記載のマッハツェンダ型光変調器と異なる。

　閾値電圧テーブル９００には、制御部７００が比較部群６００に設定する閾値電圧が記憶されている。そして、閾値電圧テーブル９００から入力される制御信号により、制御部７００が比較部群６００に設定する閾値電圧を決定する。制御信号はアナログ信号であってもよいし、デジタル信号であってもよい。

　第３の実施形態について図４を用いて説明する。

　第３の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器は、第２の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器の変形例である。図４によると、第３の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器は、制御部７００がＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ－ｔｏ－ＡｎａｌｏｇＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）群を備える。

　ＤＡＣ７０１、７０２、・・・、７１６は、比較部６０１、６０２、・・・、６１６それぞれに対応している。閾値電圧テーブル９００から制御信号が制御部７００のＤＡＣ７０１、７０２、・・・、７１６にそれぞれ入力されると、ＤＡＣ７０１、７０２、・・・、７１６は、制御信号をデジタル信号に変換する。そして、ＤＡＣ７０１、７０２、・・・、７１６は、変換後の電気信号を閾値設定用の電圧として比較部群６００にそれぞれ出力する。分解能の高い高精度なＤＡＣを用いることで、閾値電圧をより高精度に制御することができる。それ以外の動作に関しては、第２の実施形態と同様であるため、省略する。

　第４の実施形態について図５を用いて説明する。

　第４の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器は、第２の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器の変形例である。図４によると、第４の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器は、制御部７００が抵抗分割回路７２０、及びスイッチ７３０を備える。

　抵抗分割回路７２０は、一端が所定の電圧源に接続され、他端が例えばグラウンドに設置される。抵抗分圧回路７２０の各抵抗の途中から中間タップが複数出ており、それらをスイッチ７３０によって切替えることにより、閾値電圧ＶＴＨ［０］～ＶＴＨ［１５］を生成する。スイッチ７３０の切り替え先は、閾値電圧テーブル９００からの制御信号によって選択される。

　この例においても、任意の閾値を設定できるため、任意の消光特性の調整が可能となる。それ以外の動作に関しては、第２の実施形態と同様であるため、省略する。

　第５の実施形態について図６を用いて説明する。

　第５の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器は、第１の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器に、さらに、分岐部１０００、検出部１１００、及び、決定部１２００を配置したものである。

　分岐部１０００は、合波部３００より出力された出力光から、一部の出力光を分岐して検出部１１００に出力する。

　検出部１１００は、分岐部１０００が分岐した出力光が入力され、出力光の強度を検出する。そして、検出部１１００は、光の強度に対応する検出信号を、決定部１２００に出力する。検出部１１００は例えばＰＤ（Photodiode）等の光電変換手段で実現することができる。

　決定部１２００は、出力光の強度が所望の強度となるよう、閾値電圧ＶＴＨ［０］～ＶＴＨ［１５］の値を、検出信号に基づいて決定する。次いで、決定部１２００は、決定した値を制御信号として制御部７００に出力する。

　本構成によれば、出力光の強度を検出しながら、閾値電圧ＶＴＨ［０］～ＶＴＨ［１５］を調整することができる。したがって、出力信号の振幅に対する出力光の強度をより精密に調整することができる。

　第６の実施形態について図７を用いて説明する。

　第６の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器は、第１の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器に、和算部１４００ａ、及び、１４００ｂをさらに配置し、電極４０１、４０２、４０３および４０４の代わりに電極４２０を配置したものである。

　和算部１４００ａは、駆動部５０１、５０２、５０３および５０４の出力の和を取り、和を出力する。本例では駆動部群がプッシュプル駆動しているため、和算部１４００ａは、駆動部５０１、５０２、５０３および５０４の正相の和を取り、導波路２００ａに配置されている電極４２０へ出力する。一方、和算部１４００ｂは、駆動部５０１、５０２、５０３および５０４の出力の和を取り、和を出力する。本例では和算部１４００ｂは、駆動部５０１、５０２、５０３および５０４の逆相の和を取り、導波路２００ｂに配置されている電極４２０へ出力する。

　電極４２０は、本実施形態では、電極４０１、４０２、４０３および４０４の長手方向の長さの和を取った長さを有する。そして電極４２０は、和算部１４００ａおよび１４００ｂそれぞれが出力する電気信号に応じて、導波路２００ａおよび２００ｂに電圧を印加する。

　その他の動作については、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

　本実施形態では、複数の駆動部の出力の和を取る和算部１４００ａおよび１４００ｂと、和算部１４００ａおよび１４００ｂが出力する複数階調（ここでは４階調）の電気信号に応じて導波路２００ａおよび２００ｂに電圧を印加する電極４２０を有する。これにより、一つの電極で複数階調の変調が可能となるため、電極の数を減少させることができる。

　本実施形態において電極４２０が電極４０１、４０２、４０３および４０４を光の進行方向に対して和を取った長さを有するものとして説明したが、電極４２０は、２または５つ以上の電極の長手方向の長さについて和を取った長さを有してもよい。その場合、電極の長さに応じて、和算部１４００ａおよび１４００ｂが和を取る駆動部５０１、５０２、・・・、５１６の出力を変更する必要がある。

　第７の実施形態に係る光送受信システムについて図８を用いて説明する。

　光送受信システムは、上述第１～６の実施形態で示したマッハツェンダ型光変調器のいずれかを有する光送信器を用いた光送受信システムである。図８に、第７の実施形態に係る光送受信システムの構成を示す。

　光送受信システムは、光送信器１００００、光受信器２００００、伝送路となる光ファイバ３００００、光増幅器４００００ａおよび４００００ｂを有する。

　光送信器１００００は、第１～６の実施形態実施に係るマッハツェンダ型光変調器のいずれかを有し、光信号として、例えば四位相偏移変調（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ｐｈａｓｅ　Ｓｈｉｆｔ　Ｋｅｙｉｎｇ：以下、ＱＰＳＫと表記する）された、ＱＰＳＫ光信号を出力する。

　光送信器１００００と光受信器２００００との間は、光ファイバ３００００により光学的に接続され、ＱＰＳＫ光信号が伝搬する。光ファイバ３００００には、光増幅器４００００ａおよび４００００ｂが挿入され、伝搬するＱＰＳＫ光信号を増幅する。光受信器２００００は、ＱＰＳＫ光信号を電気信号に復調する。

　光送受信システムは、以上の構成により、光送信器１００００を用いた光信号の伝送が可能である。

　第８の実施形態について図１１を用いて説明する。

　第８の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器は、第６の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器に、さらに、振幅調整部群８００を配置したものである。

　振幅調整部群８００は、構成要素として振幅調整部８０１、８０２、８０３、８０４を有する。振幅調整部８０１、８０２、８０３、８０４は、駆動部５０１、５０２、５０３、５０４の出力を受け、その振幅を外部より任意に調整する機能を有する。すなわち駆動部５０１、５０２、５０３、５０４はそれぞれ、Ｋ１～Ｋ４の係数で振幅が調整され、係数Ｋ１～Ｋ４は外部から任意に設定される。その他の動作に関しては、第６の実施形態と同様であるので説明を省略する。

　本実施形態によれば、振幅調整部８０１～８０４によって各々任意に振幅調整された信号が、和算部１４００ａおよび１４００ｂによって和算されるため、４つの振幅レベルを有する４階調の信号に変換されて電極４２０を駆動する。同じく複数階調の信号によって駆動する第６の実施形態との違いは、第６の実施形態における和算部１４００ａおよび１４００ｂの出力信号は、等間隔の振幅差を有する複数階調の信号であるのに対し、本実施例における和算部の出力は、不均一な振幅差を有する複数階調の信号（実施例では４階調）である点である。

　不均一な階調の信号によって電極４２０を駆動する利点は、期待する位相変調の変化量に応じて振幅調整部の係数Ｋ１～Ｋ４を適切に選べば、入力信号に対して高精度に位相変調を施さなければならない領域と、粗く位相変調を施してもよい領域で、それぞれ階調のステップ幅を不均一に出来る点である。

　図１２は、均一な階調で位相変調を施した場合と、不均一な階調で位相変調を施した場合を比較したものである。図１２（ａ）は第６の実施形態で得られる位相変調（均一階調）の様子を、図１２（ｂ）は本実施形態によって得られる位相変調（不均一階調）の様子を示したものである。図１２（ａ）、図１２（ｂ）共に、入力信号に対しては同様な非線形特性を有する位相変調が得られるが、第６の実施形態の特性においては、位相変化方向は均一なステップの階調で変化しているのに対し、本実施例では不均一なステップの階調で変化している。これにより、図１２（ａ）に示す均一階調の特性に比べて図１２（ｂ）に示す不均一階調の方が、理想特性に対して量子化誤差の小さい、より高精度な位相変調特性となる。このように、本実施例によれば、不均一な階調を与えることで、より高精度な位相変調を実現することが可能となる。なお、第８の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器も、第７の実施形態に係る光送受信システムの光送信器内に配置することができることは言うまでもない。

　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、上述の実施の形態では、１６階調のマッハツェンダ型光変調器として説明したが、これは例示に過ぎない。すなわち、電極の数を増加させることにより、さらに高精度な変調が可能な光変調器を構成できる。

　また、第６、第８の実施形態においては、電極４０１、４０２、４０３、４０４をまとめて、単一の長尺電極４２０として構成しているが、これに限ったものではない。更に多くの電極をまとめて複数の長尺電極を用いる構成としてもよい。このとき、和算部１４００ａおよび１４００ｂや、振幅調整部８０１～８０４に相当する部分も、長尺電極の数分だけ増やす必要があるのは言うまでもない。

　また、出力光の強度を検出して閾値電圧を制御する例について説明したが、これは例示に過ぎない。例えば、出力光の強度の検出を光受信器２００００にて行い、光受信器２００００から光送信器１００００へ光強度に関する情報をフィードバックする構成としてもよい。

　ここで、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

　（付記１）入力光を２つに分波する分波部と、分波された各入力光を導波する第１および第２の導波路と、前記第１および第２の導波路を導波した各入力光を合波して出力する合波部と、を有し、前記第１および第２の導波路を導波する各入力光の一方または双方を変調するための電圧を印加するための電極を、前記第１および第２の導波路に沿って複数備え、前記電極の夫々に接続され、夫々異なる値に設定された閾値と入力信号電圧との大小に応じて、接続された前記電極に所定の電圧を印加する複数の駆動部と、を有するマッハツェンダ型光変調器。

　（付記２）前記夫々異なる値に設定された閾値は、それらを昇順に並べたときにそれぞれが等間隔に増加しない関係に設定されてなる付記１に記載のマッハツェンダ型光変調器。

　（付記３）前記夫々異なる値に設定された閾値は、前記入力信号の振幅と、前記第１および第２の導波路を導波する各入力光に付与される位相との関係がアークサインカーブとなるように設定されてなる付記１または２のいずれかに記載のマッハツェンダ型光変調器。

　（付記４）前記夫々異なる値に設定された閾値は、それらを昇順に並べたときに、閾値電圧を横軸、閾値の変化量を縦軸にとったときに得られる特性が上に凸の曲線となる関係に設定されてなる付記１～３のいずれか１つに記載のマッハツェンダ型光変調器。

　（付記５）前記出力光を分岐する分岐部と、前記分岐部が分岐した光の一方の強度を検出する検出部と、前記検出した光の強度に基づいて前記複数の閾値電圧を決定する決定部と、前記決定部の決定に基づき前記複数の閾値電圧を制御する制御部と、を有する付記１～３のいずれか１つに記載のマッハツェンダ型光変調器。

　（付記６）前記複数の閾値電圧が記憶された記憶部を有し、前記制御部は前記記憶部に記憶された情報に基づいて前記複数の閾値電圧を制御する付記５に記載のマッハツェンダ型光変調器。

　（付記７）前記複数の電極に接続された複数の駆動部の出力を２つ以上まとめて和算する和算部を有し、前記和算部にて和算された信号で一つの電極を駆動することを特徴とする付記１～３のいずれか１つに記載のマッハツェンダ型光変調器
　（付記８）前記和算部と、その前段に繋がる前記複数の駆動部との間に、信号振幅を調整する振幅調整部を有し、それぞれ任意に振幅調整を施して和算部へと信号を伝達することを特徴とする付記７に記載のマッハツェンダ光変調器
　（付記９）マッハツェンダ型光変調器を制御する方法であって、前記マッハツェンダ型光変調器は、入力光を２つに分波する分波部と、分波された各入力光を導波する第１および第２の導波路と、前記第１および第２の導波路を導波した各入力光を合波して出力する合波部と、を有し、前記第１および第２の導波路を導波する各入力光の一方または双方を変調するための電圧を印加するための電極を、前記第１および第２の導波路に沿って複数備え、夫々異なる値に設定された閾値と入力信号電圧との大小に応じて、前記電極夫々に所定の電圧を印加するマッハツェンダ型光変調器の制御方法。

　（付記１０）前記夫々異なる値に設定された閾値は、それらを昇順に並べたときにそれぞれが等間隔に増加しない関係に設定されてなる付記９に記載のマッハツェンダ型光変調器の制御方法。

　（付記１１）前記夫々異なる値に設定された閾値は、前記入力信号の振幅と、前記第１および第２の導波路を導波する各入力光に付与される位相との関係がアークサインカーブとなるように設定されてなる付記９または１０のいずれかに記載のマッハツェンダ型光変調器の制御方法。

　（付記１２）マッハツェンダ型光変調器で変調された光信号を出力する光送信器と、前記光信号が伝搬する伝送路と、前記伝送路を介して前記光信号を受信する光受信器と、を備え、前記マッハツェンダ型光変調器は、入力光を２つに分波する分波部と、分波された各入力光を導波する第１および第２の導波路と、前記第１および第２の導波路を導波した各入力光を合波して出力する合波部と、を有し、前記第１および第２の導波路を導波する各入力光の一方または双方を変調するための電圧を印加するための電極を、前記第１および第２の導波路に沿って複数備え、前記電極の夫々に接続され、夫々異なる値に設定された閾値と入力信号電圧との大小に応じて、接続された前記電極に所定の電圧を印加する複数の駆動部と、を有する光送受信システム。

　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。また、本願発明は、２０１２年４月２７日に出願された日本出願特願２０１２－１０２５７６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。

　マッハツェンダ型光変調器を備えた各種光部品装置に広く適用することができる。

　１００　　分波部
　２００ａ、２００ｂ　　導波路
　３００　　合波部
　４００　　電極群
　４０１、４０２、・・・、４１６、１３００ａ、１３００ｂ、４２０　　電極
　５００　　駆動部群
　５０１、５０２、・・・、５１６、８００　　駆動部
　６００　　比較部群
　６０１、６０２、・・・、６１６　　比較部
　７００　　制御部
　７０１、７０２、・・・、７１６　　ＤＡＣ
　７２０　　抵抗分割回路
　７３０　　スイッチ
　８００　　振幅調整部群
　８０１、８０２、８０３、８０４　　振幅調整部
　９００　　閾値電圧テーブル
　１０００　　分岐部
　１１００　　検出部
　１２００　　決定部
　１４００ａ、１４００ｂ　　和算部
　１００００　　送信器
　２００００　　受信器
　３００００　　光ファイバ
　４００００ａ、４００００ｂ　　増幅部

Claims

入力光を２つに分波する分波部と、
分波された各入力光が導波される第１の導波路および第２の導波路と、
前記第１の導波路および第２の導波路から導波された各入力光を合波して出力する合波部と、
前記第１の導波路および第２の導波路に対称に並列配置されることによって対を成す、複数の電極と、
電極対ごとに設定された閾値電圧と入力信号の電圧との大小に応じて、対応する前記電極対を差動駆動する駆動部と、
を備え、
前記複数の電極は、差動駆動されることによって、配置された導波路に前記入力光を変調するための電圧を印加することを特徴とするマッハツェンダ型光変調器。
前記電極対ごとに設定された閾値電圧は、前記出力光の消光特性の非線形性を補償する値に設計されている、請求項１に記載のマッハツェンダ型光変調器。
前記電極対ごとに設定された閾値電圧は、前記入力信号の振幅と、前記第１および第２の導波路を導波する各入力光に付与される位相と、の関係がアークサインカーブとなるように設計されている、請求項２に記載のマッハツェンダ型光変調器。
予め電極対ごとに設定された閾値電圧が登録された閾値電圧テーブルをさらに備え、
前記駆動部は、閾値電圧テーブルから前記閾値電圧を抽出する、請求項１～３のいずれか１つに記載のマッハツェンダ型光変調器。
前記出力光の強度を検出する検出部と、
前記検出した強度に基づいて前記閾値電圧を決定し、決定した閾値電圧を前記駆動部へ出力する制御部と、
をさらに備える請求項１～３のいずれか１つに記載のマッハツェンダ型光変調器。
前記制御部は、ＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ－ｔｏ－ＡｎａｌｏｇＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）を備え、デジタル信号の閾値電圧を対応する前記駆動部へ出力する、請求項５に記載のマッハツェンダ型光変調器。
対称に配置された２つの電極とそれぞれ対応し、２以上の駆動部からの出力を和算して対応する電極にそれぞれ出力する、２つの和算部をさらに備える、請求項１～３のいずれか１つに記載のマッハツェンダ型光変調器。
前記和算部と前記２以上の駆動部との間に配置され、前記２以上の駆動部から出力された信号の振幅をそれぞれ任意に調整して前記和算部へ出力する振幅調整部をさらに備える、請求項７に記載のマッハツェンダ光変調器。
マッハツェンダ型光変調器を制御する方法であって、
前記マッハツェンダ型光変調器は、
入力光を２つに分波する分波部と、
分波された各入力光が導波される第１の導波路および第２の導波路と、
前記第１の導波路および第２の導波路から導波された各入力光を合波して出力する合波部と、
前記第１の導波路および第２の導波路に対称に並列配置されることによって対を成す、複数の電極と、を有し、
電極対ごとに設定された閾値電圧と入力信号の電圧との大小に応じて、対応する前記電極対を差動駆動し、
前記電極対を差動駆動することによって、配置された導波路に前記入力光を変調するための電圧を印加する、
マッハツェンダ型光変調器の制御方法。
請求項１～８のいずれか１つに記載のマッハツェンダ型光変調器を備え、該マッハツェンダ型光変調器で変調された光信号を出力する光送信器と、
前記光信号が伝搬する伝送路と、
前記伝送路を介して前記光信号を受信する光受信器と、
を有する光送受信システム。