WO2020149307A1

WO2020149307A1 - 光送信器及び光送信器の制御方法

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Publication number: WO2020149307A1
Application number: PCT/JP2020/001090
Authority: WO
Inventors: 祥吾山中; 那須　悠介; 広人川上
Original assignee: 日本電信電話株式会社
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2020-01-15
Publication date: 2020-07-23
Also published as: US11646800B2; US20220116116A1; JP2020115602A; JP7295377B2

Abstract

送信光遮断状態において送信光の出力光強度を予め決められた値未満まで減衰させる光送信器を提供する。光源から搬送光を分岐した第１の一対の経路のそれぞれに親マッハツェンダ変調器と、親マッハツェンダ変調器の各々が有する第１の位相変調部を含む子マッハツェンダ変調器と、第２の位相変調部とを有する直交変調器と、直交変調器からの出力光の反転出力光が入力される受光素子と、を備えた光送信器であって、送信光信号を遮断する際は、直交変調器に印加する送信電気信号の電圧振幅を半波長電圧より小さくなるよう調整し、第１の位相変調部に多くとも２つの擾乱信号を印加し、受光素子が出力する擾乱信号のｎ倍の周波数成分を検出し、ｎ倍の周波数成分が最小となるように第１の位相変調部に印加するバイアス電圧を制御する。

Description

光送信器及び光送信器の制御方法

　本発明は、光送信器及び光送信器の制御方法に関し、より詳細には、送信光遮断状態において送信光の出力光強度を予め決められた値未満まで減衰させる光送信器及び光送信器の制御方法に関する。

　デジタル信号処理とコヒーレント検波を組み合わせたデジタルコヒーレント技術に基づいた光送受信器の開発が進んでいる。デジタルコヒーレント技術に基づいた光送信器は搬送光を出力する光源と、搬送光を変調するための直交変調器、直交変調器を駆動する送信電気回路、直交変調器を適切なバイアス状態で動作させるための制御回路等から構成される。

　搬送光を変調する際には、直交変調器を構成する子変調器と親変調器が最適なバイアス条件となるようなバイアス電圧を制御回路から与えることが必要である。直交変調器は最適なバイアス条件が時間とともに変化することが知られている。また、直交変調器は周囲の温度変化によって直交変調器の温度が変化することでも最適なバイアス条件が変化する。そのため、制御回路によって、直交変調器の最適バイアス条件の変化を検知して自動的にバイアス条件を最適に保つ自動バイアス制御が行われる（例えば、以下特許文献1）。

　通常運用状態（搬送光を変調する状態）の際、送信電気回路は外部からの入力電気信号に応じた送信電気信号で直交変調器を駆動する。制御回路は直交変調器を構成する子変調器の上経路を通る光と子変調器の下経路を通る光との位相差が１８０度、直交変調器を構成する親変調器の上経路を通る光と親変調器の下経路を通る光との位相差が９０度となるようなバイアス電圧を与える。

　光送信器は標準機能として、外部のホスト回路からの制御信号に応じて、光送信器の出力光強度を予め決められた値未満まで減衰させる（送信光遮断）機能を有することが求められる。この送信光遮断状態は、例えば下記特許文献２が示すように、送信電気回路は送信電気信号を停止するとともに、制御回路は直交変調器を構成する子変調器の上経路を通る光と子変調器の下経路を通る光との位相差を零度、直交変調器を構成する親変調器の上経路を通る光と親変調器の下経路を通る光との位相差が１８０度となるようなバイアス電圧を与え、親変調器の上経路を通る光と親変調器の下経路を通る光とが打ち消し合うことで実現することができる。

特許第５２６１７７９号公報特開２０１６－１４９６８５号公報

　光送信器は送信光遮断状態から通常運用状態へ短時間で状態遷移することが求められる。しかしながら、特許文献２のように送信光遮断状態に子変調器と親変調器に印加されるバイアス電圧と、通常運用状態に子変調器と親変調に印加されるバイアス電圧とが異なる場合、送信光遮断状態から通常運用状態へ短時間で状態遷移することができないという課題が生じる。特に、送信光遮断状態において直交変調器の温度が変化した場合、直交変調器の最適バイアス条件が大きく変化するため、前回の通常運用状態に直交変調器に与えていたバイアス電圧と同じ値の電圧を印加しても直交変調器が最適バイアス条件とはならない。そのため、温度変化によって変化した最適バイアス条件を求める必要があり、送信光遮断状態から通常運用状態へ短時間で状態遷移することができないという問題があった。

　本発明は上記の課題を鑑みてなされたものであり、送信光遮断状態において送信光の出力光強度を予め決められた値未満まで減衰させるとともに、送信光遮断状態から通常運用状態へ短時間で状態遷移することを可能とする光送信器および光送信器の制御方法を提供することを目的としている。

　このような目的を達成するために、本発明の第１の態様は、光送信器である。一実施形態の光送信器は、搬送光を出力する光源と、搬送光を送信電気信号により光変調する直交変調器であり、搬送光を分岐した第１の一対の経路のそれぞれに親マッハツェンダ変調器を備え、親マッハツェンダ変調器の各々が、第１の一対の経路の１つを分岐した第２の二対の経路のそれぞれに、第１の位相変調部を有し第２の二対の経路の出力を合波する子マッハツェンダ変調器、および第２の位相変調部を有し、第１の一対の経路の出力を合波する、直交変調器と、直交変調器からの出力光の反転出力光が入力される受光素子と、直交変調器に外部からの入力電気信号に応じた送信電気信号を印加する送信電気回路と、直交変調器にバイアス電圧を印加する制御回路と、を備える。送信光信号を遮断する際は、送信電気回路は、送信電気信号の電圧振幅を半波長電圧より小さくなるよう調整し、または送信電気信号を停止し、制御回路は、第１の位相変調部に多くとも２つの擾乱信号を印加し、受光素子が出力する擾乱信号のｎ倍の周波数（ｎは１以上の整数）成分を検出し、ｎ倍の周波数成分が最小となるように第１の位相変調部に印加するバイアス電圧を制御することを特徴とする。

　本発明の第２の態様は、光送信器の制御方法である。一実施形態の制御方法は、搬送光を出力する光源と、搬送光を送信電気信号により光変調する直交変調器であり、搬送光を分岐した第１の一対の経路のそれぞれに親マッハツェンダ変調器を備え、親マッハツェンダ変調器の各々が、第１の一対の経路の１つを分岐した第２の二対の経路のそれぞれに、第１の位相変調部を有し第２の二対の経路の出力を合波する子マッハツェンダ変調器、および第２の位相変調部を有し、第１の一対の経路の出力を合波する、直交変調器と、直交変調器からの出力光の反転出力光が入力される受光素子と、直交変調器に外部からの入力電気信号に応じた送信電気信号を印加する送信電気回路と、直交変調器にバイアス電圧を印加する制御回路と、を備えた光送信器の制御方法であって、送信光信号を遮断する際に、送信電気回路が、送信電気信号の電圧振幅を半波長電圧より小さくなるよう調整する、または送信電気信号を停止するステップと、制御回路が、第１の位相変調部に多くとも２つの擾乱信号を印加するステップと、制御回路が、受光素子が出力する擾乱信号のｎ倍の周波数（ｎは１以上の整数）成分を検出するステップと、制御回路が、ｎ倍の周波数成分が最小となるように第１の位相変調部に印加するバイアス電圧を制御するステップとを含むことを特徴とする。

　以上説明したように、本発明によれば、送信光遮断状態において送信光の出力光強度を予め決められた値未満まで減衰させるとともに、送信光遮断状態から通常運用状態へ短時間で状態遷移することを可能とする光送信器および光送信器の制御方法を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る光送信器の基本構成図である。本発明の実施の形態に係る光送信器の偏波多重直交変調器の第１の構成例を示す図である。ＢＰＳＫ変調における子変調器の変調損失の駆動振幅依存性を示す図である。本発明の実施の形態に係る光送信器の偏波多重直交変調器の第２の構成例を示す図である。本発明の実施の形態に係る光送信器の偏波多重直交変調器の第３の構成例を示す図である。

　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳細に説明する。同一または類似の符号は、同一または類似の要素を示し、繰り返しの説明を省略する。

　　図１は、本発明の実施の形態に係る光送信器の基本構成図である。光送信器１００は、搬送光を出力する光源１０２と、外部から入力電気信号を送信電気信号へ変換する送信電気回路１０１と、送信電気信号を直交した二つの偏波を多重化した光信号へ変換し、送信光信号として出力する偏波多重直交変調器１０３とを備える。また、光送信器１００は、外部ホスト回路との制御信号のやり取りや、光送信器１００を構成する光電気回路の動作状態を監視・制御する制御回路（不図示）を含んでいる。

　図２は、図１の偏波多重直交変調器１０３の第一の例を示す詳細構成図である。偏波多重直交変調器は、光源１０２からの搬送光を各偏波用に分岐する光分岐部２０１と、各偏波用に分岐された搬送光をそれぞれ変調する第１の直交変調器２１０と第２の直交変調器２２０と、第１および第２の直交変調器２１０、２２０の出力光の反転出力光の光強度をそれぞれ検出するための受光素子２１４、２２４と、第１の直交変調器２１０と第２の直交変調器２２０からの出力光を直交合波し、偏波多重の送信光信号として出力する光合波部２０２とを備える。例えば、第１および第２の直交変調器２１０、２２０の各々は、光分岐部２０１により分岐された搬送光を入力とするマッハツェンダ変調器であり、入力側の分岐部で搬送光を２つの経路に分岐し、出力側の結合部で２つの経路をそれぞれ導波した搬送光を結合する構成とすることできる。分岐部および結合部は、方向性結合器や多モード干渉回路（Multi Mode Interference：ＭＭＩ）等で構成することができ、一般的には、２入力２出力の構成である。直交変調器の入力側（マッハツェンダ変調器の分岐部の２入力）をポート１および２とし、出力側（マッハツェンダ変調器の結合部の２出力）をポート３および４とする。ポート１を直交変調器の入力ポート、ポート３（バーポート）を直交変調器の出力ポートとすると、ポート４（クロスポート）には、ポート３から出力される搬送光の反転光（位相が、ポート３から出力される搬送光の位相から１８０度反転している光）が出力される。このようにして、受光素子２１４、２２４には、直交変調器２１０、２２０の出力光の反転出力光をそれぞれ入力することができる。偏波多重直交変調器１０３の出力光の強度を検出するために、出力光の一部を分岐して検出する場合、光送信器１００からの出力光の強度を低下する。そこで、本実施形態では光送信器１００からの出力光の強度が下がるのを防ぐために、直交変調器２１０，２２０の出力側の結合部から出力される反転出力光の強度を検出している。

　図２の直交変調器２１０、２２０はそれぞれ、各偏波用に入力される搬送光をさらに二つの経路に分岐し、上経路を通る光と下経路を通る光との位相差に応じて光を干渉させるマッハツェンダ変調器（子変調器）２１１，２１２，２２１，２２２と、子変調器がそれぞれ上経路と下経路に備わったマッハツェンダ変調器（親変調器）２１３，２２３とが入れ子となって構成されている。親と子で計６個の各マッハツェンダ変調器の上経路と下経路は、それぞれ送信電気回路１０１からの送信電気信号に応じて光の位相を変化させる計８個の位相変調部２１１ａ、２１１ｂ、２１２ａ、２１２ｂ、２２１ａ、２２１ｂ、２２２ａ、２２２ｂと制御回路（不図示）からのバイアス電圧に応じて光の位相を変化させる計１２個の位相変調部２１１ｃ、２１１ｄ、２１２ｃ、２１２ｄ、２１３ａ、２１３ｂ、２２１ｃ、２２１ｄ、２２２ｃ、２２２ｄ、２２３ａ、２２３ｂを有している。

　制御回路（不図示）が出力するバイアス電圧と、図１に示す送信電気回路１０１が出力する送信電気信号の電圧によって、各親変調器および子変調器は上経路を通る光と下経路を通る光との間に位相差を発生させる。その位相差に応じて各変調器の出力部で光を干渉させることで、送信電気信号で搬送光を変調し、各偏波の変調光へと変換する。

　通常運用状態において、制御回路が第１の直交変調器２１０の子変調器２１１、２１２および親変調器２１３の位相変調部２１１ｃ、２１１ｄ、２１２ｃ、２１２ｄ、２１３ａ、２１３ｂに最適なバイアス電圧を与える自動バイアス制御方法について説明する。なお、以下では第１の直交変調器２１０の子変調器２１１、２１２と親変調器２１３に関する自動バイアス制御方法のみを説明しているが、第２の直交変調器２２０の子変調器２２１、２２２と親変調器２２３の位相変調部２２１ｃ、２２１ｄ、２２２ｃ、２２２ｄ、２２３ａ、２２３ｂについても同様である。

　まず、子変調器２１１の位相変調部２１１ｃ、２１１ｄに最適なバイアス電圧を与える制御方法について説明する。制御回路（不図示）は子変調器２１１の位相変調部２１１ｃ、２１１ｄに印加するバイアス電圧に低周波の差動の擾乱信号を重畳する。ここで擾乱信号は単相信号として位相変調部２１１ｃと２１１ｄのうち片方のみに与えてもよいし、プッシュプル信号として２１１ｃと２１１ｄの両方に与えてもよい。すると、子変調器２１１の出力光は擾乱信号に応じて変動し、制御回路は第１の受光素子２１４で検出される光強度に表れる擾乱信号と同じ周波数の成分を検出する。そして、制御回路は検出した擾乱信号と同じ周波数の成分が最小となるように、子変調器２１１の位相変調部２１１ｃと２１１ｄに対してバイアス電圧をフィードバック制御しながら印加する。擾乱信号と同じ周波数の成分が最小となるとき、位相変調部２１１ｃと２１１ｄで与えられる子変調器２１１の上経路を通る光と下経路を通る光の位相差は１８０度となり（Ｎｕｌｌ点）、送信電気回路はＮｕｌｌ点を中心に位相変調部２１１ａ、２１１ｂを駆動することで変調光を生成する。例えば、送信電気信号が２値のＮＲＺ（Non Return to Zero）信号の場合、子変調器２１１の出力光はＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）変調光となる。このように位相変調部２１１ｃと２１１ｄで与えられる子変調器２１１の上経路を通る光と下経路を通る光の位相差が１８０度となるバイアス電圧が通常運用状態での子変調器の最適バイアス条件である。子変調器２１２の位相変調部２１２ｃと２１２ｄに最適なバイアス電圧を与える制御方法も上記と同様である。

　次に、親変調器２１３の位相変調部２１３ａ、２１３ｂに最適なバイアス電圧を与える制御方法について説明する。制御回路（不図示）は子変調器２１１の位相変調部の位相変調部２１１ｃ、２１１ｄに印加するバイアス電圧に低周波の擾乱信号を重畳する。ここで擾乱信号は単相信号として位相変調部２１１ｃと２１１ｄのうち片方のみに与えてもよいし、プッシュプル信号として２１１ｃと２１１ｄの両方に与えてもよい。同時に制御回路は子変調器２１２の位相変調部２１２ｃ、２１２ｄに印加するバイアス電圧に低周波の擾乱信号を重畳する。ここで擾乱信号は単相信号として位相変調部２１２ｃと２１２ｄのうち片方のみに与えてもよいし、プッシュプル信号として２１２ｃと２１２ｄの両方に与えてもよい。この時、上記二つの擾乱信号の相対位相が９０度となるようにする。すると、親変調器２１３の出力光は擾乱信号に応じて変動し、制御回路は受光素子２１４で検出される光強度に表れる擾乱信号の周波数の２倍の成分を検出する。そして、制御回路は検出した擾乱信号の周波数の２倍の成分が最小となるように、親変調器の位相変調部２１３ａ、２１３ｂに対してバイアス電圧をフィードバック制御しながら印加する。擾乱信号の周波数の２倍の成分が最小となるとき親変調器２１３の上経路を通る光と下経路を通る光の位相差は９０度となり（Ｑｕａｄ点）、子変調器２１１の出力光と子変調器２１２の出力光とは直交する。例えば、送信電気信号が２値のＮＲＺ信号の場合、子変調器２１１と子変調器２１２の出力光はともにＢＰＳＫ変調光となり、親変調器２１３の出力光はそれらが直交したＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）変調光となる。このように位相変調部２１３ａと２１３ｂで与えられる親変調器２１３の上経路を通る光と下経路を通る光の位相差が９０度となるバイアス電圧が通常運用状態での親変調器の最適バイアス条件である。

　通常運用状態において子変調器２１１の制御、子変調器２１２の制御、親変調器２１３の制御は時間軸に沿って順次行われる。

　次に、送信光遮断状態において、光送信器１００の出力光強度を予め決められた値未満まで減衰さえるための制御方法について説明する。なお、以下では第１の直交変調器２１０に関する送信光遮断制御方法のみを説明しているが、第２の直交変調器２２０についても同様である。

　送信光遮断状態において、送信電気回路１０１はその出力振幅を十分低い値に設定する。併せて、制御回路（不図示）は（通常運用状態と同様に、）子変調器２１１の位相変調部２１１ｃ、２１１ｄに印加するバイアス電圧に低周波の差動の擾乱信号を重畳する。ここで擾乱信号は単相信号として位相変調部２１１ｃと２１１ｄのうち片方のみに与えてもよいし、プッシュプル信号として２１１ｃと２１１ｄの両方に与えてもよい。すると、子変調器２１１の出力光は擾乱信号に応じて変動し、制御回路は第１の受光素子２１４で検出される光強度に表れる擾乱信号と同じ周波数の成分を検出する。そして、制御回路は検出した擾乱信号と同じ周波数の成分が最小となるように、子変調器２１１の位相変調部２１１ｃと２１１ｄに対してバイアス電圧をフィードバック制御しながら印加する。擾乱信号と同じ周波数の成分が最小となるとき、位相変調部２１１ｃと２１１ｄで与えられる子変調器２１１の上経路を通る光と下経路を通る光の位相差は１８０度となり、送信電気回路１０１はＮｕｌｌ点を中心に位相変調部２１１ａ、２１１ｂを低振幅の送信電気信号で駆動することで微弱な変調光を生成する。ここで「微弱な」と表現したのは、送信電気回路１０１の出力振幅が低いため子変調器２１１の変調損失が増加し、変調光の光強度が減衰するためである。図３は、ＢＰＳＫ変調における子変調器の変調損失の駆動振幅（半波長電圧で規格化）依存性を示す図である。図３からわかるように、駆動振幅が低い領域では子変調器での変調損失が急激に増加し、子変調器を光減衰器として機能させることができる。微弱な変調光を受光素子２１４で検出しフィードバック制御することで（すなわち、送信光信号を遮断する際は、送信電気回路１０１が、送信電気信号の電圧振幅を半波長電圧より小さくなるよう調整することで）、送信光遮断状態において温度が変化した場合でも子変調器２１１のバイアス条件をＮｕｌｌ点に保つことができる。子変調器２１２についても上記と同様である。

　さらに、制御回路は（通常運用状態と同様に、）子変調器２１１の位相変調部の位相変調部２１１ｃ、２１１ｄに印加するバイアス電圧に低周波の擾乱信号を重畳する。ここで擾乱信号は単相信号として位相変調部２１１ｃと２１１ｄのうち片方のみに与えてもよいし、プッシュプル信号として２１１ｃと２１１ｄの両方に与えてもよい。同時に制御回路は子変調器２１２の位相変調部２１２ｃ、２１２ｄに印加するバイアス電圧に低周波の擾乱信号を重畳する。ここで擾乱信号は単相信号として位相変調部２１２ｃと２１２ｄのうち片方のみに与えてもよいし、プッシュプル信号として２１２ｃと２１２ｄの両方に与えてもよい。この時、上記二つの擾乱信号の相対位相が９０度となるようにする。すると、親変調器２１３の出力光は擾乱信号に応じて変動し、制御回路は受光素子２１４で検出される光強度に表れる擾乱信号の周波数の２倍の成分を検出する。そして、制御回路は検出した擾乱信号の周波数の２倍の成分が最小となるように、親変調器２１３の位相変調部２１３ａ、２１３ｂに対してバイアス電圧をフィードバック制御しながら印加する。擾乱信号の周波数の２倍の成分が最小となるとき親変調器２１３の上経路を通る光と下経路を通る光の位相差は９０度となり、子変調器２１１の微弱な出力光と子変調器２１２の微弱な出力光とは直交する。そして親変調器２１３の微弱な出力光を受光素子２１４で検出しフィードバック制御することで、送信光遮断状態において温度が変化した場合でも親変調器２１３のバイアス条件をＱｕａｄ点に保つことができる。

　送信光遮断状態において子変調器２１１の制御、子変調器２１２の制御、親変調器２１３の制御は時間軸に沿って順次行われる。

　このように、送信光遮断状態において子変調器を光減衰器として機能させることで、光送信器の出力強度を予め決められた値未満とし、送信光遮断状態を実現することができる。また、送信光遮断状態から通常運用状態に状態遷移する際は、送信電気回路１０１の低い出力振幅設定を通常運用状態の高い振幅設定に戻すだけのため、短時間で送信光遮断状態から通常運用状態に状態遷移することができる。

　図４は、図１の偏波多重直交変調器１０３の第二の例を示す詳細構成図である。偏波多重直交変調器は、光源１０２からの搬送光を各偏波用に分岐する光分岐部２０１と、各偏波用に分岐された搬送光をそれぞれ変調する第１の直交変調器２１０と第２の直交変調器２２０と、第１および第２の直交変調器２１０、２２０の出力光の反転出力光の光強度をそれぞれ検出するための受光素子２１４、２２４と、第１の直交変調器２１０と第２の直交変調器２２０からの出力光の強度それぞれを調整する光減衰器２１５、２２５と、光減衰器２１５、２２５の出力光の反転出力光の光強度をそれぞれ検出するための受光素子２１６、２２６と、第１の直交変調器２１０と第２の直交変調器２２０からの出力光を直交合波し、偏波多重の送信光信号として出力する光合波部２０２とを備える。光減衰器２１５、２２５と受光素子２１６、２２６が追加されたことが、図２を参照して説明した偏波多重直交変調器１０３の第一の例の構成と異なる。

　偏波多重直交変調器１０３の第１の例で上述したように、光減衰器２１５、２１６は、子変調器２１１、２１２、２２１、２２２と同様のマッハツェンダ変調器の構成とし、制御回路（不図示）がこれを光減衰器として機能させるように構成する。

　第二の例の偏波多重直交変調器１０３の通常運用状態と送信光遮断状態について説明する。なお、以下では第１の直交変調器２１０の経路について説明しているが、第２の直交変調器２２０の経路についても同様である。

　通常運用状態において、制御回路（不図示）は第一の例と同様の制御方法で直交変調器２１０に最適なバイアス電圧を与える。さらに制御回路は、受光素子２１６で光減衰器２１５の反転出力の光強度を検出する。光減衰器２１５の反転出力の光強度が最小となる時、光減衰器２１５の出力の光強度は最大となるため、制御回路は受光素子２１６で検出される光強度が最小となる電圧を光減衰器２１５に印加する。

　送信光遮断状態において、送信電気回路１０１はその出力振幅を十分低い値に設定する。併せて、制御回路（不図示）は第一の例と同様の制御方法で子変調器２１１、２１２、２２１、２２２のバイアス条件をＮｕｌｌ点に保ち、親変調器２１３、２２３のバイアス条件をＱｕａｄ点に保つ。さらに制御回路は、受光素子２１６で光減衰器２１５の反転出力の光強度を検出する。光減衰器２１５の反転出力の光強度が最大となる時、光減衰器２１５の出力の光強度は最小となるため、制御回路は受光素子２１６で検出される光強度が最大となる電圧を光減衰器２１５に印加する。

　また、上記の送信光遮断状態において、子変調器２１１、２１２、２２１、２２２のバイアス条件をＮｕｌｌ点に保ち、親変調器２１３、２２３のバイアス条件をＱｕａｄ点に保つために、制御回路は受光素子２１４で擾乱信号とその２倍の周波数の成分を検出する代わりに、受光素子２１６で擾乱信号とその２倍の周波数の成分を検出してもよい。

　このように、送信光遮断状態において子変調器を光減衰器として機能させ、さらに光減衰器２１５で親変調器２１０からの微弱な出力光を減衰させることで、光送信器１００の出力強度を予め決められた値未満とし、送信光遮断状態を実現することができる。また、送信光遮断状態から通常運用状態に状態遷移する際は、送信電気回路１０１の低い出力振幅設定を通常運用状態の高い振幅設定に戻し、制御回路は受光素子２１６で検出される光強度が最小となる電圧を光減衰器２１５に印加するだけのため、短時間で送信光遮断状態から通常運用状態に状態遷移することができる。

　図５は、図１の偏波多重直交変調器１０３の第三の例を示す詳細構成図である。偏波多重直交変調器は、光源１０２からの搬送光を各偏波用に分岐する光分岐部２０１と、各偏波用に分岐された搬送光をそれぞれ変調する第１の直交変調器２１０と第２の直交変調器２２０と、第１および第２の直交変調器２１０、２２０の出力光の反転出力光の光強度をそれぞれ検出するための受光素子２１４、２２４と、第１の直交変調器２１０と第２の直交変調器２２０からの出力光の強度それぞれを調整する光減衰器２１５、２２５と、光減衰器２１５、２２５の出力光の反転出力光の光強度をそれぞれ検出するための受光素子２１６、２２６と、光減衰器２１５、２２５の出力光を数パーセント分岐し、分岐された出力光の光強度をそれぞれ検出するための受光素子２１７、２２７と、第１の直交変調器と第２の直交変調器からの出力光を直交合波し、偏波多重の送信光信号として出力する光合波部２０２とを備える。受光素子２１７、２２７が追加されたことが図４を参照して説明した偏波多重直交変調器１０３の第二の例の構成と異なる。

　第三の例の偏波多重直交変調器１０３の通常運用状態と送信光遮断状態について説明する。なお、以下では第１の直交変調器２１０の経路について説明しているが、第２の直交変調器２２０の経路についても同様である。

　通常運用状態において、制御回路（不図示）は第一の例と同様の制御方法で直交変調器２１０に最適なバイアス電圧を与える。また、直交変調器２１０に最適なバイアス電圧を与えるために、制御回路は受光素子２１４で擾乱信号とその２倍の周波数の成分を検出する代わりに、受光素子２１７で擾乱信号とその２倍の周波数の成分を検出してもよい。さらに制御回路は、受光素子２１７で光減衰器２１５の出力光を数パーセント分岐した光強度を検出し、光送信器１００の出力光強度が所望の値となる電圧を光減衰器２１５に印加する。

　送信光遮断状態において、送信電気回路１０１はその出力振幅を十分低い値に設定する。併せて、制御回路は第一の例と同様の制御方法で子変調器２１１、２１２、２２１、２２２のバイアス条件をＮｕｌｌ点に保ち、親変調器２１３、２２３のバイアス条件をＱｕａｄ点に保つ。さらに制御回路は、受光素子２１６で光減衰器２１５の反転出力の光強度を検出する。光減衰器２１５の反転出力の光強度が最大となる時、光減衰器２１５の出力の光強度は最小となるため、制御回路は受光素子２１６で検出される光強度が最大となる電圧を光減衰器２１５に印加する。

　また、上記の送信光遮断状態において、子変調器２１１、２１２、２２１、２２２のバイアス条件をＮｕｌｌ点に保ち、親変調器２１３、２２３のバイアス条件をＱｕａｄ点に保つために、制御回路は受光素子２１４で擾乱信号とその２倍の周波数の成分を検出する代わりに、受光素子２１６で擾乱信号とその２倍の周波数の成分を検出してもよい。この場合、受光素子２１４は通常運用状態でも光送信光遮断状態でも用いないため削除してもよい（具備しなくてもよい）。

　このように、送信光遮断状態において子変調器を光減衰器として機能させ、さらに光減衰器で親変調器からの微弱な出力光を光減衰器で減衰させることで、光送信器の出力強度を予め決められた値未満とし、送信光遮断状態を実現することができる。また、送信光遮断状態から通常運用状態に状態遷移する際は、送信電気回路の低い出力振幅設定を通常運用状態の高い振幅設定に戻し、制御回路は受光素子２１７で検出される光強度が所望の値となる電圧を光減衰器２１５に印加するだけのため、短時間で送信光遮断状態から通常運用状態に状態遷移することができる。

　これまで説明してきた偏波多重直交変調器１０３の第一、第二、第三の例の送信光遮断状態では送信電気回路１０１はその出力振幅を十分低い値に設定していたが、その出力振幅を零と設定し、送信電気信号を停止してもよい。送信電気信号を停止した状態でも、実際の子変調器の上経路と下経路への光の分岐比は正確に５０：５０ではないため、上経路を通る光と下経路を通る光との位相差を１８０度としても完全に光を消光できない。この完全に消光できない光を受光素子で検出することで、第一の例と同様の制御方法で子変調器バイアス条件をＮｕｌｌ点に保ち、親変調器のバイアス条件をＱｕａｄ点に保つことができる。

　また、これまで説明してきた偏波多重直交変調器１０３の第一、第二、第三の例の送信光遮断状態では子変調器のバイアス条件をＮｕｌｌ点に保つために、制御回路は子変調器の位相変調部に印加するバイアス電圧に低周波の擾乱信号を重畳し、受光素子で検出される光強度に表れる擾乱信号と同じ周波数の成分を検出していたが、擾乱信号を重畳せず受光素子で検出される光強度が最小となるように子変調器の位相変調部にバイアス電圧を印加してもよい。送信電気回路の出力振幅が十分低い場合、子変調器のバイアス条件がＮｕｌｌ点のとき光強度は最小となるため、受光素子２１４、２１６、または２１７で検出される光強度を最小とすることで、子変調器バイアス条件をＮｕｌｌ点に保つことができる。

　１００　光送信器
　１０１　送信電気回路
　１０２　光源
　１０３　偏波多重直交変調器
　２０１　光分岐部
　２０２　光合波部
　２１０、２２０　直交変調器
　２１４、２１６、２１７、２２４、２２６、２２７　受光素子
　２１１，２１２，２２１，２２２　マッハツェンダ変調器（子変調器）
　２１３，２２３　マッハツェンダ変調器（親変調器）
　２１１ａ、２１１ｂ、２１２ａ、２１２ｂ、２２１ａ、２２１ｂ、２２２ａ、２２２ｂ　位相変調部
　２１１ｃ、２１１ｄ、２１２ｃ、２１２ｄ、２１３ａ、２１３ｂ、２２１ｃ、２２１ｄ、２２２ｃ、２２２ｄ、２２３ａ、２２３ｂ　位相変調部
　２１５、２２５　光減衰器

Claims

　搬送光を出力する光源と、
　前記搬送光を送信電気信号により光変調する直交変調器であり、前記搬送光を分岐した第１の一対の経路のそれぞれに親マッハツェンダ変調器を備え、前記親マッハツェンダ変調器の各々が、前記第１の一対の経路の１つを分岐した第２の二対の経路のそれぞれに、第１の位相変調部を有し前記第２の二対の経路の出力を合波する子マッハツェンダ変調器、および第２の位相変調部を有し、前記第１の一対の経路の出力を合波する、前記直交変調器と、
　前記直交変調器からの出力光の反転出力光が入力される受光素子と、
　前記直交変調器に外部からの入力電気信号に応じた前記送信電気信号を印加する送信電気回路と、
　前記直交変調器にバイアス電圧を印加する制御回路と、
を備えた光送信器であって、
　送信光信号を遮断する際は、前記送信電気回路は、前記送信電気信号の電圧振幅を半波長電圧より小さくなるよう調整し、または前記送信電気信号を停止し、
　前記制御回路は、前記第１の位相変調部に多くとも２つの擾乱信号を印加し、前記受光素子が出力する前記擾乱信号のｎ倍の周波数（ｎは１以上の整数）成分を検出し、前記ｎ倍の周波数成分が最小となるように前記第１の位相変調部に印加する前記バイアス電圧を制御する、光送信器。
　搬送光を出力する光源と、
　前記搬送光を送信電気信号により光変調する直交変調器であり、前記搬送光を分岐した第１の一対の経路のそれぞれに親マッハツェンダ変調器を備え、前記親マッハツェンダ変調器の各々が、前記第１の一対の経路の１つを分岐した第２の二対の経路のそれぞれに第１の位相変調部を有し、前記第２の二対の経路の出力を合波する子マッハツェンダ変調器、および第２の位相変調部を有し、前記第１の一対の経路の出力を合波する、前記直交変調器と、
　前記直交変調器からの出力光の反転出力光が入力される第１の受光素子と、
　前記直交変調器からの出力光の強度を調整する光減衰器と、
　前記光減衰器からの出力光の反転出力光が入力される第２の受光素子と、
　前記直交変調器に外部からの入力電気信号に応じた前記送信電気信号を印加する送信電気回路と、
　前記直交変調器にバイアス電圧を印加する制御回路と、
を備えた光送信器であって、
　送信光信号を遮断する際は、前記送信電気回路は、前記送信電気信号の電圧振幅を半波長電圧より小さくなるよう調整し、または前記送信電気信号を停止し、
　前記制御回路は前記第２の受光素子が出力する前記光減衰器の反転出力に応じて変化する電気信号を検出し、前記電気信号が最大となるように前記光減衰器を制御し、
　前記制御回路は前記第１の位相変調部に多くとも２つの擾乱信号を印加し、前記第１の受光素子または前記第２の受光素子が出力する前記擾乱信号のｎ倍の周波数（ｎは１以上の整数）成分を検出し、前記ｎ倍の周波数成分が最小となるように前記第１の位相変調部に印加する前記バイアス電圧を制御する、光送信器。
　搬送光を出力する光源と、
　前記搬送光を送信電気信号により光変調する直交変調器であり、前記搬送光を分岐した第１の一対の経路のそれぞれに親マッハツェンダ変調器を備え、前記親マッハツェンダ変調器の各々が、前記第１の一対の経路の１つを分岐した第２の二対の経路のそれぞれに第１の位相変調部を有し、前記第２の二対の経路の出力をそれぞれ合波する子マッハツェンダ変調器、および第２の位相変調部を有し、前記第１の一対の経路の出力を合波する、前記直交変調器と、
　前記直交変調器からの出力光の反転出力光が入力される第１の受光素子と、
　前記直交変調器からの出力光の強度を調整する光減衰器と、
　前記光減衰器からの出力光の反転出力光が入力される第２の受光素子と、
　前記光減衰器からの出力光の一部を入力される第３の受光素子と、
　前記直交変調器に外部からの入力電気信号に応じた前記送信電気信号を印加する送信電気回路と、
　前記直交変調器にバイアス電圧を印加する制御回路と、
を備えた光送信器であって、
　送信光信号を遮断する際は、前記送信電気回路は前記送信電気信号の電圧振幅を半波長電圧より小さくなるよう調整し、または前記送信電気信号を停止し、
　前記制御回路は前記第２の受光素子が出力する前記光減衰器の反転出力に応じて変化する電気信号を検出し、前記電気信号が最大となるように前記光減衰器を制御し、
　前記制御回路は前記第１の位相変調部に多くとも２つの擾乱信号を印加し、前記第１の受光素子または前記第２の受光素子が出力する前記擾乱信号のｎ倍の周波数（ｎは１以上の整数）成分を検出し、前記ｎ倍の周波数成分が最小となるように前記第１の位相変調部に印加する前記バイアス電圧を制御し、
　通常運用状態において、前記制御回路は前記第３の受光素子が出力する前記光減衰器からの出力光の一部の強度に応じて変化する電気信号を検出し、前記光送信器の出力が所望の値となる電圧を前記光減衰器に印加する、光送信器。
　前記擾乱信号が２つであり、かつ前記２つの擾乱信号が前記第１の位相変調部に各々印加される場合は、前記２つの擾乱信号の相対位相差が９０度である請求項１ないし３のいずれか一項に記載の光送信器。
　搬送光を出力する光源と、前記搬送光を送信電気信号により光変調する直交変調器であり、前記搬送光を分岐した第１の一対の経路のそれぞれに親マッハツェンダ変調器を備え、前記親マッハツェンダ変調器の各々が、前記第１の一対の経路の１つを分岐した第２の二対の経路のそれぞれに、第１の位相変調部を有し前記第２の二対の経路の出力を合波する子マッハツェンダ変調器、および第２の位相変調部を有し、前記第１の一対の経路の出力を合波する、前記直交変調器と、前記直交変調器からの出力光の反転出力光が入力される受光素子と、前記直交変調器に外部からの入力電気信号に応じた前記送信電気信号を印加する送信電気回路と、前記直交変調器にバイアス電圧を印加する制御回路と、を備えた光送信器の制御方法であって、
　送信光信号を遮断する際に、前記送信電気回路が、前記送信電気信号の電圧振幅を半波長電圧より小さくなるよう調整する、または前記送信電気信号を停止するステップと、
　前記制御回路が、前記第１の位相変調部に多くとも２つの擾乱信号を印加するステップと、
　前記制御回路が、前記受光素子が出力する前記擾乱信号のｎ倍の周波数（ｎは１以上の整数）成分を検出するステップと、
　前記制御回路が、前記ｎ倍の周波数成分が最小となるように前記第１の位相変調部に印加する前記バイアス電圧を制御するステップと、
を含む、制御方法。
　搬送光を出力する光源と、前記搬送光を送信電気信号により光変調する直交変調器であり、前記搬送光を分岐した第１の一対の経路のそれぞれに親マッハツェンダ変調器を備え、前記親マッハツェンダ変調器の各々が、前記第１の一対の経路の１つを分岐した第２の二対の経路のそれぞれに第１の位相変調部を有し、前記第２の二対の経路の出力を合波する子マッハツェンダ変調器、および第２の位相変調部を有し、前記第１の一対の経路の出力を合波する、前記直交変調器と、前記直交変調器からの出力光の反転出力光が入力される第１の受光素子と、前記直交変調器からの出力光の強度を調整する光減衰器と、前記光減衰器からの出力光の反転出力光が入力される第２の受光素子と、前記直交変調器に外部からの入力電気信号に応じた前記送信電気信号を印加する送信電気回路と、前記直交変調器にバイアス電圧を印加する制御回路と、を備えた光送信器の制御方法であって、
　送信光信号を遮断する際に、前記送信電気回路が、前記送信電気信号の電圧振幅を半波長電圧より小さくなるよう調整する、または前記送信電気信号を停止するステップと、
　前記制御回路が、前記第２の受光素子が出力する前記光減衰器の反転出力に応じて変化する電気信号を検出するステップと、
　前記制御回路が，前記電気信号が最大となるように前記光減衰器を制御するステップと、
　前記制御回路が、前記第１の位相変調部に多くとも２つの擾乱信号を印加するステップと、
　前記制御回路が、前記第１の受光素子または前記第２の受光素子が出力する前記擾乱信号のｎ倍の周波数（ｎは１以上の整数）成分を検出するステップと、
　前記制御回路が、前記ｎ倍の周波数成分が最小となるように前記第１の位相変調部に印加する前記バイアス電圧を制御するステップと、
を含む、制御方法。
　搬送光を出力する光源と、前記搬送光を送信電気信号により光変調する直交変調器であり、前記搬送光を分岐した第１の一対の経路のそれぞれに親マッハツェンダ変調器を備え、前記親マッハツェンダ変調器の各々が、前記第１の一対の経路の１つを分岐した第２の二対の経路のそれぞれに第１の位相変調部を有し、前記第２の二対の経路の出力をそれぞれ合波する子マッハツェンダ変調器、および第２の位相変調部を有し、前記第１の一対の経路の出力を合波する、前記直交変調器と、前記直交変調器からの出力光の反転出力光が入力される第１の受光素子と、前記直交変調器からの出力光の強度を調整する光減衰器と、前記光減衰器からの出力光の反転出力光が入力される第２の受光素子と、前記光減衰器からの出力光の一部を入力される第３の受光素子と、前記直交変調器に外部からの入力電気信号に応じた前記送信電気信号を印加する送信電気回路と、前記直交変調器にバイアス電圧を印加する制御回路と、備えた光送信器の制御方法であって、
　送信光信号を遮断する際に、前記送信電気回路が、前記送信電気信号の電圧振幅を半波長電圧より小さくなるよう調整する、または前記送信電気信号を停止するステップと、
　前記制御回路が、前記第２の受光素子が出力する前記光減衰器の反転出力に応じて変化する電気信号を検出するステップと、
　前記制御回路が、前記電気信号が最大となるように前記光減衰器を制御するステップと、
　前記制御回路が、前記第１の位相変調部に多くとも２つの擾乱信号を印加するステップと、
　前記制御回路が、前記第１の受光素子または前記第２の受光素子が出力する前記擾乱信号のｎ倍の周波数（ｎは１以上の整数）成分を検出するステップと、
　前記制御回路が、前記ｎ倍の周波数成分が最小となるように前記第１の位相変調部に印加する前記バイアス電圧を制御するステップと、
　通常運用状態において、前記制御回路が、前記第３の受光素子が出力する前記光減衰器からの出力光の一部の強度に応じて変化する電気信号を検出するステップと、
　前記制御回路が、前記光送信器の出力が所望の値となる電圧を前記光減衰器に印加するステップと、
を含む、制御方法。
　前記擾乱信号が２つであり、かつ前記２つの擾乱信号が前記第１の位相変調部に各々印加される場合は、前記２つの擾乱信号の相対位相差が９０度である請求項５ないし７のいずれか一項に記載の制御方法。