WO2019187340A1 - 光変調器、方法及び非一時的なコンピュータ可読媒体 - Google Patents

光変調器、方法及び非一時的なコンピュータ可読媒体 Download PDF

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component
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optical
channel
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大祐 武井
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日本電気株式会社
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    • G—PHYSICS
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    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
    • H04B10/50—Transmitters
    • H04B10/516—Details of coding or modulation
    • H04B10/548—Phase or frequency modulation

Definitions

  • the present disclosure relates to an optical modulator, method, and program, and more particularly, to an optical modulator, method, and program capable of reducing phase noise.
  • QPMZ Quadrature phase Mach-zoender
  • the pilot signal intentionally fluctuates the phase, and is included as phase noise in the modulated optical signal, so that the quality of the optical signal is deteriorated.
  • multilevel modulation of optical signals has been advanced.
  • the modulation of the optical signal is multi-valued, the noise level required for the optical component is lower than when the multi-value is not used.
  • the modulation of the optical signal is multi-valued, the magnitude of the phase noise allowed for optical communication is smaller than when not multi-valued.
  • Patent Document 1 discloses that an optical modulation unit to which carrier light output from a light source is demultiplexed and input, and an optical phase of an optical signal connected to the optical modulation unit and input in accordance with an applied DC bias.
  • Optical phase adjustment unit that shifts and outputs, a 3 dB coupler as a multiplexing / interference unit, a tap coupler that acquires a part of the output from the output of the 3 dB coupler at a predetermined ratio, and an optical signal extracted by the tap coupler
  • An optical transmitter comprising: a light receiver that respectively receives light; and a control unit that controls a DC bias applied to the optical phase adjustment unit so that a difference between received light amounts detected by the light receiver is zero. ing.
  • Patent Document 1 describes that the difference between the amounts of received light detected by two light receivers is controlled to be zero. In Patent Document 1, it is possible to control the difference between an addition component obtained by adding the I channel component and the Q channel component and a combined component obtained by combining the I channel component and the Q channel component to be equal to or less than a predetermined difference. Not listed.
  • Patent Document 2 discloses a step of receiving an RF signal in a BPSK modulator, a step of dividing the RF signal into a first part and a second part inverted with respect to the first part, and a second part of the BPSK modulator.
  • adjusting a phase applied to at least one of the second arms of the BPSK modulator It has been.
  • Patent Document 2 in Patent Document 1 the difference between the addition component obtained by adding the I channel component and the Q channel component and the combined component obtained by combining the I channel component and the Q channel component is equal to or less than a predetermined difference. The control is not described.
  • An object of the present disclosure is to provide an optical modulator, a method, and a program that solve any of the problems described above.
  • An optical modulator includes: An I generator for generating an I channel component for orthogonally modulating an optical signal; A Q generator for generating a Q channel component for orthogonally modulating the optical signal; A combining unit that combines the I channel component and the Q channel component; Control at least one of the phase and amplitude of the I channel component so that the difference between the sum component obtained by adding the I channel component and the Q channel component and the synthesized component after the synthesis is equal to or less than a predetermined difference.
  • a control unit Is provided.
  • the method according to the present disclosure includes: Generating an I-channel component for quadrature modulating the optical signal; Generating a Q channel component for orthogonally modulating the optical signal; Combining the I channel component and the Q channel component; Control at least one of the phase and amplitude of the I channel component so that the difference between the sum component obtained by adding the I channel component and the Q channel component and the synthesized component after the synthesis is equal to or less than a predetermined difference.
  • the program according to the present disclosure is: Generating an I-channel component for quadrature modulating the optical signal; Generating a Q channel component for orthogonally modulating the optical signal; Combining the I channel component and the Q channel component; Control at least one of the phase and amplitude of the I channel component so that the difference between the sum component obtained by adding the I channel component and the Q channel component and the synthesized component after the synthesis is equal to or less than a predetermined difference. , Let the computer do that.
  • 1 is a block diagram illustrating an optical modulator according to an embodiment.
  • 1 is a block diagram illustrating an optical modulator according to an embodiment. It is a schematic diagram which illustrates the modulated optical signal. It is a graph which illustrates the output value of the detection part of the optical modulator which concerns on embodiment. It is a block diagram which illustrates the optical modulator which concerns on the comparative example of embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an optical modulator according to an embodiment.
  • the optical modulator 11 includes an I generation unit 111, a Q generation unit 112, a synthesis unit 113, and a control unit 114.
  • An optical signal is input to the optical modulator 11, and the input optical signal is branched into two.
  • the I generation unit 111 generates an I channel component for orthogonally modulating the optical signal from one of the branched optical signals.
  • the Q generation unit 112 generates a Q channel component for orthogonally modulating the optical signal from the other branched optical signal.
  • the combining unit 113 combines the I channel component and the Q channel component.
  • the synthesis unit 113 outputs the synthesized component C after synthesis to the outside, branches the synthesized component C, and outputs it to the control unit 114.
  • the control unit 114 acquires an I channel component from the I generation unit 111 and acquires a Q channel component from the Q generation unit 112.
  • the control unit 114 adds the I channel component and the Q channel component to calculate the addition component S.
  • the control unit 114 acquires the synthesized component C after synthesis from the synthesis unit 113.
  • the control unit 114 calculates a difference M between the addition component S and the synthesis component C.
  • the control unit 114 instructs the combining unit 113 so that the difference M is equal to or less than the predetermined difference Mt, and controls at least one of the phase and amplitude of the I channel component.
  • the control unit 114 may instruct the synthesizing unit 113 so that the difference M is equal to or less than the predetermined difference Mt to control at least one of the phase and the amplitude of the Q channel component.
  • control unit 114 controls the phase of the I channel component or the phase of the Q channel component so that the phase difference between the phase of the I channel component and the phase of the Q channel component is 90 degrees.
  • the control unit 114 acquires the I channel component and the Q channel component, thereby grasping an imbalance between the amplitude of the I channel component and the amplitude of the Q channel component.
  • the control unit 114 may control the amplitude difference Am between the amplitude of the I channel component and the amplitude of the Q channel component to be equal to or less than the predetermined amplitude difference Amt. Thereby, the control unit 114 can align the amplitude of the I channel component and the amplitude of the Q channel component, and can obtain a sufficient SN (SignalSignNoise) ratio on the receiving side.
  • the I generator may be referred to as an MZ-I (Mach zoender-I) generator
  • the Q generator may be referred to as an MZ-Q (Mach zoender-Q) generator
  • the synthesizing unit may be referred to as MZ-M (Mach zoender-M).
  • combining may be called combining.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating an optical modulator according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a more detailed block diagram than FIG.
  • the optical modulator 11 further includes a synthesis detection unit 115, an I detection unit 116, and a Q detection unit 117.
  • the synthesis detection unit 115 detects a part of the synthesis component branched from the synthesis component C. Specifically, the synthesis detection unit 115 includes a photodiode 1151 that converts part of the synthesis component C into current, and a conversion circuit 1152 that converts the converted current into voltage.
  • the I detection unit 116 detects a part of the I channel component branched from the I channel component. Specifically, the I detection unit 116 includes a photodiode 1161 that converts a part of the I channel component into a current, and a conversion circuit 1162 that converts the converted current into a voltage.
  • the Q detector 117 detects a part of the Q channel component branched from the Q channel component.
  • the Q detection unit 117 includes a photodiode 1171 that converts a part of the Q channel component into a current, and a conversion circuit 1172 that converts the converted current into a voltage.
  • each of the conversion circuit 1152, the conversion circuit 1162, and the conversion circuit 1172 does not require a large-scale circuit for increasing the S / N ratio, it can be realized with a simple amplifier circuit.
  • the conversion circuit 1152, the conversion circuit 1162, and the conversion circuit 1172 may be used by switching one conversion circuit in a time division manner. Thereby, the circuit scales of the conversion circuit 1152, the conversion circuit 1162, and the conversion circuit 1172 can be reduced to about one third.
  • the conversion circuit may be referred to as a detection circuit.
  • the optical signal is input to the optical modulator 11.
  • the I generation unit 111 converts the input optical signal into an electric signal to generate an I channel component.
  • the Q generation unit 112 converts the input optical signal into an electric signal to generate a Q channel component.
  • the input optical signal is converted into an electrical signal by the I generator 111, and then an I channel component is generated. Further, a Q channel component is generated after being converted into an electrical signal by the Q generation unit 112. Thereafter, the combining unit 113 generates a combined component C by combining the I channel component and the Q channel component.
  • the combining unit 113 converts the combined I channel component and Q channel component, that is, the combined component C, from an electric signal to an optical output signal and outputs the converted signal.
  • each of the combination detection unit 115, the I detection unit 116, and the Q detection unit 117 is calibrated in advance so that the relationship between the input optical signal and the output voltage is the same.
  • the control unit 114 acquires the I channel component that is the output of the I generation unit 111 via the I detection unit 116, and acquires the Q channel component that is the output of the Q generation unit 112 via the Q detection unit 117. In addition, the control unit 114 acquires the synthesis component C that is the output of the synthesis unit 113 via the synthesis detection unit 115.
  • the control unit 114 adds the I channel component and the Q channel component to calculate the addition component S.
  • the control unit 114 calculates a difference M between the addition component S and the synthesis component C.
  • the control unit 114 instructs the synthesizing unit 113 so that the difference M is equal to or less than the predetermined difference Mt.
  • the control unit 114 compares the addition component S and the synthesis component C, and applies the control voltage to the synthesis unit 113 so as to satisfy Expression (1), for example, thereby causing the synthesis unit 113 to function. Control.
  • the addition component S and the synthesis component C will be described by taking DP-QPSK (Dual-Polarization-Quadrature-Phase Shift-Keying) modulation as an example.
  • DP-QPSK Double-Polarization-Quadrature-Phase Shift-Keying
  • FIG. 3 is a schematic view illustrating a modulated optical signal.
  • FIG. 3 shows complex plane coordinates.
  • the horizontal axis I shows the real axis
  • the vertical axis Q shows the imaginary axis.
  • the synthesis component C is a combination of the light output V1, the light output V2, the light output V3, and the light output V4 shown in FIG.
  • optical output V1 can be expressed by Equation (2).
  • optical output V2 can be expressed by Expression (3).
  • optical output V3 can be expressed by Expression (4).
  • optical output V4 can be expressed by Expression (5).
  • the composite component C can be expressed by Expression (6) by adding the light output V1, the light output V2, the light output V3, and the light output V4.
  • ) ⁇ cos ( ⁇ )) of the composite component C is the phase difference ⁇ between the phase of the I channel component and the phase of the Q channel component.
  • the phase noise varies depending on Note that ((
  • the addition component S can be expressed by Expression (7).
  • Expression (8) may be satisfied. That is, the interference term may be set to zero.
  • phase difference ⁇ between the phase of the I channel component and the phase of the Q channel component may be set to 90 degrees.
  • phase difference ⁇ In order to set the phase difference ⁇ to 90 degrees, specifically, the following may be performed.
  • the control unit 114 adds the I channel component and the Q channel component acquired from the combining unit 113 to calculate the addition component S shown in Expression (6).
  • the control unit 114 acquires the synthesis component C shown in Expression (7) from the synthesis unit 113.
  • control unit 114 instructs the synthesis unit 113 to control at least one of the phase and the amplitude of the I channel component while confirming the difference M between the addition component S and the synthesis component C.
  • the control unit 114 adjusts the phase difference ⁇ between the phase of the I channel component and the phase of the Q channel component to 90 degrees by controlling at least one of the phase and amplitude of the I channel component.
  • ) ⁇ cos ( ⁇ )) of the composite component C becomes zero, and phase noise can be reduced.
  • an optical modulator, method, and program capable of reducing phase noise can be provided.
  • FIG. 4 is a graph illustrating the output value of the detection unit of the optical modulator according to the embodiment.
  • the horizontal axis of FIG. 4 indicates the control voltage applied to the synthesis unit 113, and the vertical axis indicates the output values of the synthesis detection unit 115, the I detection unit 116, and the Q detection unit 117.
  • Gh1 represents an addition component S obtained by adding the I channel component and the Q channel component
  • Gh2 represents a synthesis component C that is an output of the synthesis unit 113.
  • Gh3 shown in FIG. 4 indicates an I channel component
  • Gh4 indicates a Q channel component.
  • the phase difference ⁇ between the phase of the I channel component and the phase of the Q channel component is 90 degrees at the intersection point P1, intersection point P2, and intersection point P3 where the addition component S and the synthesis component C are equal.
  • the phase difference ⁇ is 90 degrees, the phase noise is reduced.
  • a QPMZ (Quadrature-phase-Mach-zoender) optical modulator has been described as an example of the optical modulator 11, but the present invention is not limited to this.
  • DP-QPMZ Dual-Polarization--Quadrature-phase-Mach-zoender optical modulator.
  • the optical modulator 11 does not need to apply a pilot signal for reducing phase noise. For this reason, since the optical modulator 11 has no phase noise caused by the pilot signal, the phase noise can be reduced as compared with the optical modulator to which the pilot signal is applied.
  • the optical modulator 11 has a low phase noise and a high SN ratio compared to the optical modulator that applies the pilot signal. For this reason, the optical modulator 11 can multi-value the optical signal as compared with the optical modulator that applies the pilot signal.
  • the optical modulator 11 does not need to be mounted with a circuit for applying a pilot signal. For this reason, the optical modulator 11 can be made smaller than the optical modulator to which the pilot signal is applied.
  • the optical modulator 11 does not need to implement a function for applying a pilot signal, for example, in the control unit 114. For this reason, the optical modulator 11 can simplify the structure of the control part 114 rather than the optical modulator which applies a pilot signal.
  • optical modulator 11 realizes the conversion circuit with a simple amplifier circuit, a large-scale circuit for increasing the SN ratio is not necessary.
  • the optical modulator 11 used for digital coherent optical communication includes an I detection unit 116 that detects an I channel component and a Q detection unit 117 that detects a Q channel component.
  • the optical modulator 11 controls the combining unit 113 based on the detected I channel component and Q channel component, and controls the phase between the I channel component and the Q channel component.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating an optical modulator according to a comparative example of the embodiment.
  • the optical modulator 51 according to the comparative example is different from the optical modulator 11 according to the embodiment in that it does not include the I detection unit 116 and the Q detection unit 117. Also, the optical modulator 51 according to the comparative example is different from the optical modulator 11 according to the embodiment in that a pilot signal is input from the control unit 514 to the combining unit 513.
  • the pilot signal is input to the combining unit 513, and the phase noise increases by the amount of the pilot signal, so it is difficult to reduce the phase noise.
  • the present invention has been described as a hardware configuration, but the present invention is not limited to this.
  • the present invention can also realize the processing of each component by causing a CPU (Central Processing Unit) to execute a computer program.
  • a CPU Central Processing Unit
  • Non-transitory computer readable media include various types of tangible storage media.
  • Examples of non-transitory computer-readable media include magnetic recording media (eg flexible disks, magnetic tapes, hard disk drives), magneto-optical recording media (eg magneto-optical discs), CD-ROMs (Read Only Memory), CD-Rs, CD-R / W, semiconductor memory (for example, mask ROM, PROM (Programmable ROM), EPROM (Erasable ROM)), flash ROM, RAM (Random Access Memory) are included.
  • the program may also be supplied to the computer by various types of temporary computer-readable media. Examples of transitory computer readable media include electrical signals, optical signals, and electromagnetic waves.
  • the temporary computer-readable medium can supply the program to the computer via a wired communication path such as an electric wire and an optical fiber, or a wireless communication path.

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Abstract

位相ノイズを低減することが可能な光変調器、方法及びプログラムを提供することを目的とする。本開示に係る光変調器（１１）は、光信号を直交変調するためのＩチャネル成分を生成するＩ生成部（１１１）と、光信号を直交変調するためのＱチャネル成分を生成するＱ生成部（１１２）と、Ｉチャネル成分とＱチャネル成分とを合成する合成部（１１３）と、Ｉチャネル成分とＱチャネル成分とを加算した加算成分（Ｓ）と、合成した後の合成成分（Ｃ）と、の差分（Ｍ）が所定差分（Ｍｔ）以下となるようにＩチャネル成分の位相及び振幅の少なくとも一方を制御する制御部（１１４）と、を備える。

Description

光変調器、方法及び非一時的なコンピュータ可読媒体
　本開示は、光変調器、方法及びプログラムに関するものであり、特に、位相ノイズを低減することが可能な光変調器、方法及びプログラムに関する。
　光信号とパイロット信号とを光変調器に入力し、入力したパイロット信号の変動をモニタして光信号を制御するＱＰＭＺ(Quadrature phase Mach-zoender)光変調器が知られている。パイロット信号は、位相をわざと変動させるものであり、変調された後の光信号に位相ノイズとして含まれるので、光信号の品質が劣化する。また、近年、１本当たりの光ファイバの伝送容量を増加させるため、光信号の変調の多値化が進んでいる。光信号の変調を多値化した場合に光部品に要求される雑音レベルは、多値化しない場合と比べて低くなる。また、光信号の変調を多値化した場合に光通信に許容される位相ノイズの大きさは、多値化しない場合と比べて小さくなる。このように、光信号の変調を多値化した場合には、位相ノイズを低減することが要求される。しかしながら、パイロット信号を使用する光変調器においては、パイロット信号の分だけ位相ノイズが増加するので、位相ノイズを低減することが難しいという問題があった。
　特許文献１には、光源から出力されたキャリア光が分波してそれぞれ入力される光変調部と、光変調部に接続され、印加される直流バイアスに応じて入力された光信号の光位相をシフトして出力する光位相調整部と、合波／干渉部としての３ｄＢカプラと、３ｄＢカプラの出力から所定の割合でその一部を取得するタップカプラと、タップカプラにより取り出された光信号をそれぞれ受光する受光器と、受光器で検出された受光量の差分をゼロとするように、光位相調整部に印加する直流バイアスを制御する制御部と、を備えた光送信器が記載されている。すなわち、特許文献１には、２つの受光器で検出された受光量の差分をゼロとなるように制御することが記載されている。特許文献１には、Ｉチャネル成分とＱチャネル成分とを加算した加算成分と、Ｉチャネル成分とＱチャネル成分とを合成した合成成分と、の差分が所定差分以下となるように制御することは記載されていない。
　特許文献２には、ＢＰＳＫ変調器においてＲＦ信号を受け取るステップと、ＲＦ信号を第１の部分及び第１の部分に対して反転される第２の部分に分割するステップと、ＢＰＳＫ変調器の第１のアームにおいて第１の部分を受け取るステップと、ＢＰＳＫ変調器の第２のアームにおいて第２の部分を受け取るステップと、ＢＰＳＫ変調器の第１のアームに第１のトーンを適用するステップと、ＢＰＳＫ変調器の第２のアームに第２のトーンを適用するステップと、ＢＰＳＫ変調器の出力に関連付けられる電力を測定するステップと、測定された電力に応じて、ＢＰＳＫ変調器の第１のアーム又はＢＰＳＫ変調器の第２のアームのうちの少なくとも１つに適用される位相を調整するステップとを含む、ＢＰＳＫ変調器を動作させる方法が記載されている。特許文献２には、特許文献１には、Ｉチャネル成分とＱチャネル成分とを加算した加算成分と、Ｉチャネル成分とＱチャネル成分とを合成した合成成分と、の差分が所定差分以下となるように制御することは記載されていない。
特開２０１０－２７７５号公報 特表２０１５－５３０６１２号公報
　上記のように、光変調器の位相ノイズを低減することが難しいという問題があった。
　本開示の目的は、上述した課題のいずれかを解決する光変調器、方法及びプログラムを提供することにある。
　本開示に係る光変調器は、
　光信号を直交変調するためのＩチャネル成分を生成するＩ生成部と、
　前記光信号を前記直交変調するためのＱチャネル成分を生成するＱ生成部と、
　前記Ｉチャネル成分と前記Ｑチャネル成分とを合成する合成部と、
　前記Ｉチャネル成分と前記Ｑチャネル成分とを加算した加算成分と、前記合成した後の合成成分と、の差分が所定差分以下となるように前記Ｉチャネル成分の位相及び振幅の少なくとも一方を制御する制御部と、
　を備える。
　本開示に係る方法は、
　光信号を直交変調するためのＩチャネル成分を生成し、
　前記光信号を前記直交変調するためのＱチャネル成分を生成し、
　前記Ｉチャネル成分と前記Ｑチャネル成分とを合成し、
　前記Ｉチャネル成分と前記Ｑチャネル成分とを加算した加算成分と、前記合成した後の合成成分と、の差分が所定差分以下となるように前記Ｉチャネル成分の位相及び振幅の少なくとも一方を制御する。
　本開示に係るプログラムは、
　光信号を直交変調するためのＩチャネル成分を生成し、
　前記光信号を前記直交変調するためのＱチャネル成分を生成し、
　前記Ｉチャネル成分と前記Ｑチャネル成分とを合成し、
　前記Ｉチャネル成分と前記Ｑチャネル成分とを加算した加算成分と、前記合成した後の合成成分と、の差分が所定差分以下となるように前記Ｉチャネル成分の位相及び振幅の少なくとも一方を制御する、
　ことをコンピュータに実行させる。
　本開示によれば、位相ノイズを低減することが可能な光変調器、方法及びプログラムを提供することができる。
実施の形態に係る光変調器を例示するブロック図である。 実施の形態に係る光変調器を例示するブロック図である。 変調された光信号を例示する模式図である。 実施の形態に係る光変調器の検出部の出力値を例示するグラフ図である。 実施の形態の比較例に係る光変調器を例示するブロック図である。
　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、同一又は対応する要素には同一の符号が付されており、説明の明確化のため、必要に応じて重複説明を省略する。
　［実施の形態］
　先ず、実施の形態に係る光変調器の構成を説明する。
　実施の形態においては、光変調器としてＱＰＭＺ(Quadrature phase Mach-zoender)光変調器を例に挙げて説明する。
　図１は、実施の形態に係る光変調器を例示するブロック図である。
　図１に示すように、光変調器１１は、Ｉ生成部１１１とＱ生成部１１２と合成部１１３と制御部１１４とを備える。
　光信号が光変調器１１に入力し、入力した光信号が２つに分岐される。Ｉ生成部１１１は、分岐された一方の光信号から、光信号を直交変調するためのＩチャネル成分を生成する。Ｑ生成部１１２は、分岐された他方の光信号から、光信号を直交変調するためのＱチャネル成分を生成する。
　合成部１１３は、Ｉチャネル成分とＱチャネル成分とを合成する。合成部１１３は、合成した後の合成成分Ｃを外部に出力すると共に、合成成分Ｃを分岐して制御部１１４に出力する。
　制御部１１４は、Ｉ生成部１１１からＩチャネル成分を取得し、Ｑ生成部１１２からＱチャネル成分を取得する。制御部１１４は、Ｉチャネル成分とＱチャネル成分とを加算して加算成分Ｓを算出する。
　制御部１１４は、合成部１１３から合成した後の合成成分Ｃを取得する。制御部１１４は、加算成分Ｓと合成成分Ｃとの差分Ｍを算出する。制御部１１４は、差分Ｍが所定差分Ｍｔ以下となるように合成部１１３に指示してＩチャネル成分の位相及び振幅の少なくとも一方を制御する。
　制御部１１４は、差分Ｍが所定差分Ｍｔ以下となるように合成部１１３に指示して、Ｑチャネル成分の位相及び振幅の少なくとも一方を制御してもよい。
　具体的には、制御部１１４は、Ｉチャネル成分の位相とＱチャネル成分の位相との位相差が９０度となるようにＩチャネル成分の位相又はＱチャネル成分の位相を制御する。
　制御部１１４は、Ｉチャネル成分とＱチャネル成分とを取得することにより、Ｉチャネル成分の振幅とＱチャネル成分の振幅の大きさのアンバランスを把握する。制御部１１４は、Ｉチャネル成分の振幅とＱチャネル成分の振幅との振幅差分Ａｍが所定振幅差分Ａｍｔ以下となるように制御してもよい。これにより、制御部１１４は、Ｉチャネル成分の振幅とＱチャネル成分の振幅とを揃えることができ、受信側で十分なＳＮ(Signal Noise)比を得ることができる。
　尚、Ｉ生成部をＭＺ－Ｉ(Mach zoender-I)生成部と称し、Ｑ生成部をＭＺ－Ｑ(Mach zoender-Q)生成部と称することもある。また、合成部をＭＺ－Ｍ(Mach zoender-M)と称することもある。また、合成することを合波すると称することもある。
　次に、実施の形態に係る光変調器の詳細を説明する。
　図２は、実施の形態に係る光変調器を例示するブロック図である。
　図２は、図１よりも詳細なブロック図である。
　図２に示すように、光変調器１１は、合成検出部１１５とＩ検出部１１６とＱ検出部１１７とをさらに備える。
　合成検出部１１５は、合成成分Ｃから分岐された合成成分の一部を検出する。具体的には、合成検出部１１５は、合成成分Ｃの一部を電流に変換するフォトダイオード１１５１と、変換された電流を電圧に変換する変換回路１１５２と、を有する。
　Ｉ検出部１１６は、Ｉチャネル成分から分岐されたＩチャネル成分の一部を検出する。具体的には、Ｉ検出部１１６は、Ｉチャネル成分の一部を電流に変換するフォトダイオード１１６１と、変換された電流を電圧に変換する変換回路１１６２と、を有する。
　Ｑ検出部１１７は、Ｑチャネル成分から分岐されたＱチャネル成分の一部を検出する。具体的には、Ｑ検出部１１７は、Ｑチャネル成分の一部を電流に変換するフォトダイオード１１７１と、変換された電流を電圧に変換する変換回路１１７２と、を有する。
　変換回路１１５２と変換回路１１６２と変換回路１１７２のそれぞれは、ＳＮ比を上げるための大規模な回路が必要無いので、簡単なアンプ回路で実現することができる。
　また、変換回路１１５２と変換回路１１６２と変換回路１１７２とは、１つの変換回路を時分割で切替えて使用してもよい。これにより、変換回路１１５２と変換回路１１６２と変換回路１１７２の回路規模を、約３分の１にすることができる。尚、変換回路を検出回路と称することもある。
　次に、実施の形態に係る光変調器の動作を説明する。
　図２に示すように、光信号が光変調器１１に入力する。Ｉ生成部１１１は、入力された光信号を電気信号に変換してＩチャネル成分を生成する。Ｑ生成部１１２は、入力された光信号を電気信号に変換してＱチャネル成分を生成する。
　入力された光信号は、Ｉ生成部１１１において電気信号に変換された後にＩチャネル成分が生成される。また、Ｑ生成部１１２において電気信号に変換された後にＱチャネル成分が生成される。その後、合成部１１３は、Ｉチャネル成分とＱチャネル成分とを合波して合成成分Ｃを生成する。合成部１１３は、合波したＩチャネル成分とＱチャネル成分、すなわち、合成成分Ｃを電気信号から光出力信号に変換して出力する。
　尚、合成検出部１１５とＩ検出部１１６とＱ検出部１１７とのそれぞれは、入力する光信号と出力する電圧との関係が同じになるように予めキャリブレーション（校正）を行っておく。
　制御部１１４は、Ｉ検出部１１６を介してＩ生成部１１１の出力であるＩチャネル成分を取得し、Ｑ検出部１１７を介してＱ生成部１１２の出力であるＱチャネル成分を取得する。また、制御部１１４は、合成検出部１１５を介して合成部１１３の出力である合成成分Ｃを取得する。
　制御部１１４は、Ｉチャネル成分とＱチャネル成分とを加算して加算成分Ｓを算出する。制御部１１４は、加算成分Ｓと合成成分Ｃとの差分Ｍを算出する。制御部１１４は、差分Ｍが所定差分Ｍｔ以下となるように合成部１１３に指示する。具体的には、制御部１１４は、加算成分Ｓと合成成分Ｃとを比較して、式（１）を満たすように合成部１１３に対して、例えば制御電圧を印加することで合成部１１３を制御する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、加算成分Ｓと合成成分Ｃについて、ＤＰ－ＱＰＳＫ(Dual Polarization-Quadrature Phase Shift Keying)変調を例に挙げて説明する。
　図３は、変調された光信号を例示する模式図である。
　図３は、複素平面座標を示し、図３の横軸Ｉは実軸を示し、縦軸Ｑは虚数軸を示す。
　合成成分Ｃは、図３に示す光出力Ｖ１と光出力Ｖ２と光出力Ｖ３と光出力Ｖ４とを合成したものである。
　ここで、光出力Ｖ１は、式（２）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　また、光出力Ｖ２は、式（３）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　また、光出力Ｖ３は、式（４）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　また、光出力Ｖ４は、式（５）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　合成成分Ｃは、光出力Ｖ１と光出力Ｖ２と光出力Ｖ３と光出力Ｖ４とを加算して式（６）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　合成成分Ｃの（（｜ｉ１｜－｜ｉ２｜）×（｜ｑ１｜－｜ｑ２｜）×ｃｏｓ（θ））の値は、Ｉチャネル成分の位相とＱチャネル成分の位相との位相差θによって変化する位相ノイズである。尚、（（｜ｉ１｜－｜ｉ２｜）×（｜ｑ１｜－｜ｑ２｜）×ｃｏｓ（θ））を、干渉項と称する。
　一方、加算成分Ｓは、式（７）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　式（６）の合成成分Ｃに含まれる位相ノイズを低減するには、式（８）を満たすようにすればよい。すなわち、干渉項をゼロにすればよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　一般的に、　（｜ｉ１｜－｜ｉ２｜）×（｜ｑ１｜－｜ｑ２｜）≠０　なので、干渉項をゼロにして式（８）を満たすには、ｃｏｓ（θ）＝０となるように、式（９）を満たせばよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　すなわち、Ｉチャネル成分の位相とＱチャネル成分の位相との位相差θを９０度にすればよい。
　位相差θを９０度にするため、具体的には、以下のようにすればよい。
　制御部１１４は、合成部１１３から取得したＩチャネル成分とＱチャネル成分とを加算して式（６）に示す加算成分Ｓを算出する。制御部１１４は、合成部１１３から式（７）に示す合成成分Ｃを取得する。
　その後、制御部１１４は、加算成分Ｓと合成成分Ｃとの差分Ｍを確認しながら、合成部１１３に指示してＩチャネル成分の位相及び振幅の少なくとも一方を制御する。制御部１１４は、Ｉチャネル成分の位相及び振幅の少なくとも一方を制御することで、Ｉチャネル成分の位相とＱチャネル成分の位相との位相差θを９０度に調整する。これにより、合成成分Ｃの（（｜ｉ１｜－｜ｉ２｜）×（｜ｑ１｜－｜ｑ２｜）×ｃｏｓ（θ））の値はゼロとなり、位相ノイズを低減することができる。
　その結果、位相ノイズを低減することが可能な光変調器、方法及びプログラムを提供することができる。
　次に、実施の形態に係る光変調器の効果を説明する。
　図４は、実施の形態に係る光変調器の検出部の出力値を例示するグラフ図である。
　図４の横軸は合成部１１３に印加された制御電圧を示し、縦軸は合成検出部１１５とＩ検出部１１６とＱ検出部１１７の出力値を示す。
　図４に示すＧｈ１は、Ｉチャネル成分とＱチャネル成分とを加算した加算成分Ｓを示し、Ｇｈ２は、合成部１１３の出力である合成成分Ｃを示す。図４に示すＧｈ３は、Ｉチャネル成分を示し、Ｇｈ４は、Ｑチャネル成分を示す。
　図４に示すように、加算成分Ｓと合成成分Ｃとが等しくなる交点Ｐ１と交点Ｐ２と交点Ｐ３においては、Ｉチャネル成分の位相とＱチャネル成分の位相との位相差θが９０度となる。位相差θが９０度となることにより、位相ノイズが低減する。
　尚、実施の形態においては、光変調器１１としてＱＰＭＺ(Quadrature phase Mach-zoender)光変調器を例に挙げて説明したがこれには限定されない。光変調器１１と同様な構成を有する光変調器をさらに１つ追加することで、ＤＰ－ＱＰＭＺ(Dual Polarization - Quadrature phase Mach-zoender)光変調器にも適用することができる。
　また、実施の形態に係る光変調器１１は、位相ノイズを低減するためのパイロット信号を印加する必要が無い。このため、光変調器１１は、パイロット信号に起因する位相ノイズが無いので、パイロット信号を印加する光変調器よりも、位相ノイズを低減することができる。
　また、光変調器１１は、パイロット信号を印加する光変調器と比べて位相ノイズが低く、ＳＮ比が高い。このため、光変調器１１は、パイロット信号を印加する光変調器よりも、光信号を多値化することができる。
　また、光変調器１１は、パイロット信号を印加するための回路等を実装する必要が無い。このため、光変調器１１は、パイロット信号を印加する光変調器よりも、光変調器を小型化することができる。
　また、光変調器１１は、パイロット信号を印加するための機能等を、例えば、制御部１１４に実装する必要が無い。このため、光変調器１１は、パイロット信号を印加する光変調器よりも、制御部１１４の構成を簡単にすることができる。
　また、光変調器１１は、変換回路を簡単なアンプ回路で実現するので、ＳＮ比を上げるための規模の大きな回路が必要無い。
　ここで、実施の形態に係る光変調器１１の特徴を記載する。
　デジタルコヒーレント光通信に使用する光変調器１１は、Ｉチャネル成分を検出するＩ検出部１１６とＱチャネル成分を検出するＱ検出部１１７とを備える。光変調器１１は、検出したＩチャネル成分とＱチャネル成分とに基づいて、合成部１１３を制御し、Ｉチャネル成分とＱチャネル成分との間の位相を制御する。
　［比較例］
　図５は、実施の形態の比較例に係る光変調器を例示するブロック図である。
　図５に示すように、比較例に係る光変調器５１は、実施の形態に係る光変調器１１と比べて、Ｉ検出部１１６とＱ検出部１１７とを有していない点が異なる。また、比較例に係る光変調器５１は、実施の形態に係る光変調器１１と比べて、制御部５１４から合成部５１３にパイロット信号が入力されている点が異なる。
　比較例に係る光変調器５１は、合成部５１３にパイロット信号が入力されており、パイロット信号の分だけ位相ノイズが増加するので、位相ノイズを低減することが難しい。
　尚、上記の実施の形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、各構成要素の処理を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
　上記の実施の形態において、プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実態のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ(Erasable PROM)）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ(Random Access Memory)を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
　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。
　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、２０１８年３月２８日に出願された日本出願特願２０１８－０６１０２６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。
　１１、５１…光変調器
　１１１、５１１…Ｉ生成部
　１１２、５１２…Ｑ生成部
　１１３、５１３…合成部
　１１４、５１４…制御部
　１１５、５１５…合成検出部
　１１６…Ｉ検出部
　１１７…Ｑ検出部
　１１５１、１１６１、１１７１、５１５１…フォトダイオード
　１１５２、１１６２、１１７２、５１５２…変換回路
　Ａｍ…振幅差分
　Ａｍｔ…所定振幅差分
　Ｃ…合成成分
　Ｓ…加算成分
　Ｍ…差分
　Ｍｔ…所定差分
　Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４…光出力
　Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３…交点
　θ…位相差

Claims (10)

  1. 　光信号を直交変調するためのＩチャネル成分を生成するＩ生成手段と、
    　前記光信号を前記直交変調するためのＱチャネル成分を生成するＱ生成手段と、
    　前記Ｉチャネル成分と前記Ｑチャネル成分とを合成する合成手段と、
    　前記Ｉチャネル成分と前記Ｑチャネル成分とを加算した加算成分と、前記合成した後の合成成分と、の差分が所定差分以下となるように前記Ｉチャネル成分の位相及び振幅の少なくとも一方を制御する制御手段と、
    　を備える光変調器。
  2. 　前記制御手段は、前記Ｑチャネル成分の位相及び振幅の少なくとも一方を制御する、
    　請求項１に記載の光変調器。
  3. 　前記制御手段は、前記Ｉチャネル成分の位相と前記Ｑチャネル成分の位相との位相差が９０度となるように制御する、
    　請求項１又は２に記載の光変調器。
  4. 　前記制御手段は、前記Ｉチャネル成分の振幅と前記Ｑチャネル成分の振幅との振幅差分が所定振幅差分以下となるように制御する、
    　請求項２又は３に記載の光変調器。
  5. 　前記Ｉ生成手段は、前記光信号を電気信号に変換して前記Ｉチャネル成分を生成し、
    　前記Ｑ生成手段は、前記光信号を電気信号に変換して前記Ｑチャネル成分を生成する、
    　請求項１乃至４のいずれか１つに記載の光変調器。
  6. 　前記合成手段は、前記合成成分を前記電気信号から光出力信号に変換して出力する、
    　請求項５に記載の光変調器。
  7. 　前記合成成分から分岐された前記合成成分の一部を検出する合成検出手段と、
    　前記Ｉチャネル成分から分岐された前記Ｉチャネル成分の一部を検出するＩ検出手段と、
    　前記Ｑチャネル成分から分岐された前記Ｑチャネル成分の一部を検出するＱ検出手段と、
    　をさらに備えた、
    　請求項１乃至６のいずれか１つに記載の光変調器。
  8. 　前記合成検出手段は、前記合成成分の前記一部を電流に変換するフォトダイオードと、前記変換された電流を電圧に変換する変換回路と、を有する、
    　請求項７に記載の光変調器。
  9. 　光信号を直交変調するためのＩチャネル成分を生成し、
    　前記光信号を前記直交変調するためのＱチャネル成分を生成し、
    　前記Ｉチャネル成分と前記Ｑチャネル成分とを合成し、
    　前記Ｉチャネル成分と前記Ｑチャネル成分とを加算した加算成分と、前記合成した後の合成成分と、の差分が所定差分以下となるように前記Ｉチャネル成分の位相及び振幅の少なくとも一方を制御する、
    　方法。
  10. 　光信号を直交変調するためのＩチャネル成分を生成し、
    　前記光信号を前記直交変調するためのＱチャネル成分を生成し、
    　前記Ｉチャネル成分と前記Ｑチャネル成分とを合成し、
    　前記Ｉチャネル成分と前記Ｑチャネル成分とを加算した加算成分と、前記合成した後の合成成分と、の差分が所定差分以下となるように前記Ｉチャネル成分の位相及び振幅の少なくとも一方を制御する、
    　ことをコンピュータに実行させるプログラムが格納される非一時的なコンピュータ可読媒体。
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