WO2025158652A1 - 制御回路及び光回路制御方法 - Google Patents

制御回路及び光回路制御方法

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WO2025158652A1
WO2025158652A1 PCT/JP2024/002468 JP2024002468W WO2025158652A1 WO 2025158652 A1 WO2025158652 A1 WO 2025158652A1 JP 2024002468 W JP2024002468 W JP 2024002468W WO 2025158652 A1 WO2025158652 A1 WO 2025158652A1
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reference light
optical
bias
light
circuit
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PCT/JP2024/002468
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English (en)
French (fr)
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広人 川上
由明 曽根
悦史 山崎
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NTT Inc
NTT Inc USA
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
NTT Inc USA
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Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • 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 
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • 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 
    • G02F1/03—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  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect
    • G02F1/035—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  based on ceramics or electro-optical crystals, e.g. exhibiting Pockels effect or Kerr effect in an optical waveguide structure

Definitions

  • the present invention relates to a control circuit and an optical circuit control method.
  • Optical circuits consisting of Mach-Zehnder interferometers (MZIs) or composites of MZIs are widely used as periodic optical filters and optical modulators.
  • MZIs Mach-Zehnder interferometers
  • nested MZIs are widely used in IQ optical modulators for generating optical QAM (Quadrature Amplitude Modulation) signals.
  • FIG. 13 is a diagram showing the configuration of MZI91.
  • MZI91 is the most basic configuration of an MZI.
  • Optical input port 1 inputs CW (Continuous Wave) signal light.
  • Optical branching circuit 2 branches the signal light input to optical input port 1 into two. In many cases, this branching ratio is 1:1. However, it is not necessarily limited to this ratio.
  • the optical multiplexing circuit 6 multiplexes the light that has propagated through the first optical waveguide 3 and the light that has propagated through the second optical waveguide 4.
  • the optical multiplexing circuit 6 outputs the multiplexed light to the optical output port 7.
  • the optical path length of the second optical waveguide 4 is finely adjusted by the bias voltage Vb applied by the bias application electrode 5. This fine adjustment can be achieved by using the Pockels effect or thermal expansion of the optical waveguide caused by a heater.
  • the difference between the optical path length of the first optical waveguide 3 and the optical path length of the second optical waveguide 4 is referred to as the optical path difference ⁇ L.
  • the intensity of the output light from the optical output port 7 varies depending on the wavelength ⁇ of the signal light and the optical path difference ⁇ L.
  • the wavelength ⁇ is affected by the refractive index of the optical waveguide.
  • the optical path length is affected by the circuit configuration of the optical branching circuit 2 and the optical multiplexing circuit 6.
  • the wavelength ⁇ is not the optical wavelength in a vacuum, but the wavelength at the time of propagation inside the optical waveguide.
  • the optical path length is a value that includes optical phase fluctuations inside the optical branching circuit 2 and the optical multiplexing circuit 6. For example, if the optical phase is delayed by ⁇ /2 (unit: radian, same below) inside the optical multiplexing circuit 6 in the process of light propagating from the second optical waveguide 4 to the optical output port 7, this phase delay is considered to be an increase in the optical path length equivalent to ⁇ /4. This is because the wavelength ⁇ corresponds to an optical phase of 2 ⁇ .
  • Figure 14 shows the relationship between the optical output intensity P( ⁇ ), which is the intensity of the output light from the MZI 91 shown in Figure 13, and the optical path difference ⁇ L.
  • Figure 14(a) shows the relationship before bias drift occurs
  • Figure 14(b) shows the relationship after bias drift occurs. Bias drift will be discussed later.
  • the optical output intensity P( ⁇ ) from the MZI exhibits a sinusoidal response to the optical path difference ⁇ L.
  • the maximum output state, minimum output state, and intermediate states are often called the Peak point, Null point, and Quad point, respectively. For this reason, these notations will also be used in this application.
  • the Peak point occurs when the optical path difference ⁇ L is an even multiple (including 0) of ⁇ /2
  • the optical path difference ⁇ L can be set to 0.5 ⁇ by adjusting the bias voltage Vb applied by the bias application electrode 5.
  • this state is indicated by a circle with a downward arrow pointing to it.
  • the optical output intensity may change over time due to temperature changes outside the MZI 91 or stresses applied thereto.
  • the bias is set at the null point as shown in FIG. 14(a) and the optical path difference ⁇ L is 0.5 ⁇ , over time, the optical path difference ⁇ L may become a value different from 0.5 ⁇ , as shown in FIG. 14(b). This is called bias drift of the MZI.
  • bias drift causes deterioration of the extinction ratio.
  • a single MZI as an optical modulator by applying an external modulation signal to the MZI to modulate the optical path difference ⁇ L and modulate the output light.
  • an NRZ Non Return to Zero
  • a CS-RZ Carrier-Suppressed Return-to-Zero
  • FIG 15 shows the configuration of a typical IQ optical modulator 92.
  • the IQ optical modulator 92 is configured such that an in-phase MZI 50 is installed in the first optical waveguide 3 of the MZI 91 shown in Figure 13, and a quadrature MZI 51 is installed in the second optical waveguide 4.
  • the I-side optical branching circuit 20 branches the light transmitted through the first optical waveguide 3 into two and outputs one branched light to each of the two optical paths, and the I-side optical multiplexing circuit 21 multiplexes these two branched lights.
  • the optical path difference between the two optical paths inside the In-Phase MZI 50 is modulated in a push-pull manner by a modulation signal I applied via an I-side modulation electrode 22.
  • the In-Phase MZI 50 is biased by a bias voltage Vb_I applied via an I-side bias application electrode 23 so that it becomes a null point at the moment the modulation signal I is zero.
  • the Q-side optical branching circuit 24 branches the light transmitted through the second optical waveguide 4 into two and outputs one branched light to each of the two optical paths, and the Q-side optical multiplexing circuit 25 multiplexes these two branched lights.
  • the optical path difference between the two optical paths inside the quadrature MZI 51 is modulated in a push-pull manner by a modulation signal Q applied via a Q-side modulation electrode 26.
  • the quadrature MZI 51 is biased by a bias voltage Vb_Q applied via a Q-side bias application electrode 27 so that it becomes a null point at the moment the modulation signal Q is zero.
  • the optical multiplexing circuit 6 multiplexes the modulated light output from the In-Phase MZI 50 and the modulated light output from the Quadrature MZI 51.
  • the optical path difference between the two is adjusted by a bias voltage V b_Ph applied via a bias application electrode 5.
  • the bias voltage is set so that the optical phases of the optical fields E_I and E_Q have a mutual difference of ⁇ /4 + ⁇ ⁇ m ph .
  • m ph is an arbitrary integer.
  • the largest MZI which is the parent MZI in the nested MZI structure and is composed of the first optical waveguide 3 and the second optical waveguide 4, is biased to the Quad point by a bias voltage V b .
  • the modulated light output from the optical multiplexing circuit 6 becomes a QAM signal and is output from the optical output port 7.
  • bias drift of the three types of bias causes constellation distortion.
  • the constellation which should have a square outline, is distorted into a rectangle or diamond, degrading signal quality.
  • Asymmetric bias dithering involves superimposing a small-amplitude pilot tone, which is phase-quadrature, on each of the bias voltages V b_I and V b_Q . This makes it possible to monitor the conditions of all biases, including not only the bias voltages V b_I and V b_Q but also the bias voltage V b_Ph .
  • the monitoring results include the amount and sign of each bias drift (whether it has increased or decreased from the optimal value). By feeding back the monitoring results to each bias voltage, each bias voltage can be maintained at an optimum value.
  • the bias control of the optical modulator broadly plays two roles. One is to quickly optimize each bias during the transmitter startup sequence. The other is to monitor for bias drift during transmission service operation after the startup sequence is complete, and to perform feedback control to immediately correct any drift that occurs. The purpose of these two controls is essentially the same, but there are differences in the requirements, as described below.
  • each bias voltage will be significantly different from its optimal value.
  • transmission service has not yet begun during the startup sequence, trial and error is permitted, such as trying to significantly increase or decrease the bias voltage in order to bring each bias voltage closer to its optimal value.
  • the amplitude of the pilot tone used for dithering is increased to a certain extent.
  • a signal light having a single wavelength ⁇ is input to optical input port 1.
  • the wavelengths ⁇ 1 and ⁇ 2 are different from the wavelength ⁇ .
  • the optical output intensity shown in FIG. 14(a) is rewritten as shown in FIG. 16.
  • ⁇ 2 > ⁇ > ⁇ 1 The solid line represents the optical output intensity P( ⁇ ) of wavelength ⁇ , and the two dashed lines represent the optical output intensity P( ⁇ 1 ) of the first reference light and the optical output intensity P( ⁇ 2 ) of the second reference light, respectively.
  • the ditherless bias control technology described so far requires that the changes in the intensity of the reference light output from the MZI when bias drift occurs be learned in advance and recorded in a data table.
  • bias drift and reference light intensity depends on the signal formats of modulated signal I and modulated signal Q. Furthermore, due to the periodicity of the MZI, there are countless Null points and Quad points, and the bias drift and reference light intensity changes vary depending on which Null point or Quad point is selected in the startup sequence. This means that it is very difficult to reuse past data when creating the data table mentioned above, and that the data table must be recreated each time the transmitter is started up, especially when the signal format or wavelength is changed.
  • the present invention aims to provide a control circuit and optical circuit control method that can more easily compensate for bias drift in an optical circuit composed of a single or multiple MZIs in a ditherless manner.
  • One aspect of the present invention is a control circuit that controls at least one optical path difference between two optical paths in each of a single or multiple Mach-Zehnder interferometers included in an optical circuit, comprising: a control unit that controls the optical path difference using one or more bias voltages or bias powers; a reference light generation unit that generates reference light of N wavelengths, where N is a natural number, that are different from the wavelength of the signal light input to the optical circuit; a reference light input unit that wavelength-multiplexes the N types of reference light with the signal light and inputs the multiplexed reference light to the optical circuit; an optical power monitor unit that monitors the optical intensities of the N types of reference light after propagation through the single or multiple Mach-Zehnder interferometers included in the optical circuit, or the optical intensities of the N types of reference light and the signal light; and a monitor result of the optical intensities of the N types of reference light by the optical power monitor unit, or and a normalization unit that normalizes each of the monitor results of the optical
  • One aspect of the present invention includes a control step of controlling at least one optical path difference of two optical paths of each of a single or multiple Mach-Zehnder interferometers included in an optical circuit by one or more bias voltages or bias powers; a reference light generation step of generating reference light of N different wavelengths, where N is a natural number, that are different from the wavelength of the signal light input to the optical circuit; a reference light input step of wavelength-multiplexing the N types of reference light with the signal light and inputting the multiplexed reference light into the optical circuit; a monitor step of monitoring the optical intensities of the N types of reference light after propagation through the single or multiple Mach-Zehnder interferometers included in the optical circuit, or the optical intensities of the N types of reference light and the signal light; and a monitor step of monitoring the optical intensities of the N types of reference light by the monitor step, or the optical intensities of the N types of reference light and the and a normalization step of normalizing each of the monitor results of the optical intensity of the signal light
  • the normalization step when a reference light vector is an N-dimensional vector having as its components the monitor results of the optical intensities of the N normalized reference light beams, or an N+1-dimensional vector having as its components the monitor results of the optical intensities of the N normalized reference light beams and the optical intensities of the signal light, the normalization is performed so that the norm of the reference light vector is zero when the optical path differences of one or more Mach-Zehnder interferometers included in the optical circuit are all optimal, and the norm increases as at least one optical path difference deviates from the optimal value.
  • This is an optical circuit control method.
  • the present invention makes it possible to more easily compensate for bias drift in optical circuits composed of single or multiple MZIs in a ditherless manner.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a control circuit according to the first embodiment.
  • 5 is a flowchart showing the operation of a controller in a start-up sequence according to the first embodiment.
  • 5 is a flowchart showing an operation of a controller during execution of a transmission service according to the first embodiment.
  • 5 is a flowchart showing detailed processing of a controller according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing the intensities of the first and second reference beams according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a result of calculation processing according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing a portion of a data table according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a control circuit according to a second embodiment.
  • FIG. 10A and 10B are diagrams showing changes in the light intensity of the reference light source and the monitoring results obtained by an optical power monitor according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram plotting reference beam vectors according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an IQ optical modulator according to a variation of the first to fourth embodiments.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an IQ optical modulator according to a variation of the first to fourth embodiments.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an MZI.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the output light intensity of the MZI and the optical path difference.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an IQ optical modulator.
  • FIG. 10 is a diagram showing the output light intensity of an MZI.
  • FIG. 10 is a diagram showing the output light intensity of an MZI.
  • FIG. 10 is a diagram showing the output light intensity of an MZ
  • This embodiment relates to a control circuit and control method for an optical circuit that includes a Mach-Zehnder interferometer (MZI) as a part thereof.
  • MZI Mach-Zehnder interferometer
  • a data table of reference light intensity changes used for ditherless monitoring of bias drift in an optical circuit composed of a single or multiple MZIs is created with fewer steps.
  • this embodiment makes it possible to use simple rules to compare and reference the reference light intensity changes actually measured after the data table is created with the data table created during the startup sequence.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a control circuit according to the first embodiment.
  • the controlled object is an optical circuit 100 composed of MZIs.
  • the optical circuit 100 may be an optical filter composed of a single MZI such as the MZI 91 shown in FIG. 13, or an optical modulator composed of multiple MZIs such as the IQ optical modulator 92 shown in FIG. 15.
  • the optical circuit 100 is assumed to be the same as the IQ optical modulator 92 shown in FIG. 15.
  • a modulation signal I, a modulation signal Q, a bias voltage V b — I , a bias voltage V b — Q , and a bias voltage V b — Ph are externally applied to the optical circuit 100.
  • the optical circuit 100 has the optical input port 1 and the optical output port 7 already shown in FIG.
  • the control circuit includes a wavelength division multiplexing coupler 8, an optical tap circuit 10, an optical filter 12, a wavelength demultiplexing coupler 13, a first reference light source 35-1, a second reference light source 35-2, a controller 41, an optical power monitor 52, a first reference light power monitor 53-1, a second reference light power monitor 53-2, an A/D (Analog-to-Digital) converter 102, a first reference light A/D converter 103-1, a second reference light A/D converter 103-2, a first D/A (Digital-to-Analog) converter 104, a second D/A converter 105, and a third D/A converter 106.
  • the controller 41 includes a memory unit 42.
  • the controller 41 may include an external memory unit 42.
  • the memory unit 42 stores a database.
  • the first reference light source 35-1 outputs a first reference light having a wavelength ⁇ 1 .
  • the second reference light source 35-2 outputs a second reference light having a wavelength ⁇ 2 .
  • the wavelength multiplexing coupler 8 inputs the first reference light output by the first reference light source 35-1, the second reference light output by the second reference light source 35-2, and signal light having a wavelength ⁇ .
  • the wavelengths ⁇ , ⁇ 1 , and ⁇ 2 are different from each other.
  • the wavelength multiplexing coupler 8 wavelength-multiplexes the input first reference light, second reference light, and signal light and outputs the result.
  • the first reference light, second reference light, and signal light that have been wavelength-multiplexed by the wavelength multiplexing coupler 8 are input to the optical input port 1.
  • the optical tap circuit 10 taps the wavelength-multiplexed light output from the optical output port 7.
  • the wavelength demultiplexing coupler 13 demultiplexes the wavelength-multiplexed light tapped by the optical tap circuit 10.
  • the optical power monitor 52 monitors the optical intensity of the signal light of wavelength ⁇ demultiplexed by the wavelength demultiplexing coupler 13.
  • the first reference light power monitor 53-1 monitors the optical intensity of the first reference light of wavelength ⁇ 1 demultiplexed by the wavelength demultiplexing coupler 13.
  • the second reference light power monitor 53-2 monitors the optical intensity of the second reference light of wavelength ⁇ 2 demultiplexed by the wavelength demultiplexing coupler 13.
  • light intensity used in this embodiment refers to the value integrated over a time period sufficiently longer than the reciprocal of the bit rate or baud rate of modulated signal I and modulated signal Q. Light intensity is also referred to simply as “intensity.”
  • the other light branched by the optical tap circuit 10 is input to the optical filter 12.
  • the optical filter 12 removes each reference light from the light input from the optical tap circuit 10, and then outputs output light of wavelength ⁇ .
  • the controller 41 controls the bias voltages of the optical circuit 100.
  • the controller 41 is a digital circuit that operates according to pre-entered program code and is capable of recording created data tables.
  • the A/D converter 102 digitizes the monitoring result of the optical power monitor 52 and inputs it to the controller 41.
  • the first reference light A/D converter 103-1 digitizes the monitoring result of the first reference light power monitor 53-1 and inputs it to the controller 41.
  • the second reference light A/D converter 103-2 digitizes the monitoring result of the second reference light power monitor 53-2 and inputs it to the controller 41.
  • the controller 41 controls the bias voltage V b_I of the optical circuit 100 via the first D/A converter 104, controls the bias voltage V b_Q of the optical circuit 100 via the second D/A converter 105, and controls the bias voltage V b_Ph of the optical circuit 100 via the third D/A converter 106.
  • the number of reference beams is two, but the number of reference beams can also be N by adding the third reference beam light source 35-3, the fourth reference beam light source 35-4, ..., the Nth reference beam light source 35-N, the third reference beam power monitor 53-3, the third reference beam power monitor 53-4, ..., the Nth reference beam power monitor 53-N, and the third reference beam A/D converter 103-3, the fourth reference beam A/D converter 103-4, ..., the Nth reference beam A/D converter 103-N.
  • N is an integer greater than or equal to three.
  • the wavelengths of the reference beams must all be different. It is also desirable that approximately half of the reference beams have a longer wavelength than the signal beam, and the other half have a shorter wavelength than the signal beam.
  • the nth reference beam source 35-n When the number of reference beams is N, where n is an integer between 1 and N, the nth reference beam source 35-n outputs the nth reference beam having a wavelength ⁇ n .
  • the wavelength division multiplexing coupler 8 multiplexes the first to Nth reference beams output by the first to Nth reference beam sources 35-1 to 35-N, respectively, with the signal beam having a wavelength ⁇ , and inputs the multiplexed signal beam to the optical input port 1.
  • the optical power monitor 52 monitors the optical intensity of the signal beam having a wavelength ⁇ separated by the wavelength separation coupler 13
  • the nth reference beam power monitor 53-n monitors the optical intensity of the nth reference beam having a wavelength ⁇ n separated by the wavelength separation coupler 13.
  • the A/D converter 102 digitizes the monitoring result of the optical power monitor 52 and inputs it to the controller 41, and the nth reference beam A/D converter 103-n digitizes the monitoring result of the nth reference beam power monitor 53-n and inputs it to the controller 41.
  • the controller 41 can superimpose a pilot tone on the bias voltages Vb_I and Vb_Q to perform dithering.
  • the control circuit can also digitally multiply and smooth the digital data captured via the A/D converter 102 by the pilot tone, and synchronously detect the dither component (pilot tone) superimposed on the signal light of wavelength ⁇ . This makes it possible to control each bias to an optimal value during the startup sequence, using a method described in, for example, Non-Patent Document 1.
  • Figure 2 is a flowchart showing the operation of the controller 41 during the startup sequence
  • Figure 3 is a flowchart showing the operation of the controller 41 while a transmission service is being executed.
  • the controller 41 supplies power to peripheral devices of the optical circuit 100.
  • This may include power to the first reference light source 35-1 and A/D converter 102 shown in FIG. 1, as well as a light source for signal light not shown in FIG. 1, or a driver amplifier for amplifying the modulation signal I and modulation signal Q.
  • step S2 the controller 41 uses a pseudo-random signal to generate a dummy modulation signal I and a dummy modulation signal Q, and applies these to the optical circuit 100.
  • the format of these dummy signals is set to be the same as the format of the signals used during transmission service operation.
  • step S3 the controller 41 performs bias condition monitoring using dithering, a conventional technique described in Non-Patent Document 1, etc., to check whether the bias voltages Vb_I , Vb_Q , and Vb_Ph of the optical circuit 100 are at optimal values. If it is determined in step S4 that any of the biases is not optimal, the controller 41 proceeds to step S5. In step S5, the controller 41 performs feedback control using the monitoring results of step S3 so that the bias voltages become optimal values, and then returns to step S3. On the other hand, if it is determined in step S4 that all the biases are optimal, the controller 41 proceeds to step S6.
  • step S6 the controller 41 intentionally shifts one or more of the bias voltages Vb_I , Vb_Q , and Vb_Ph simultaneously from their optimum values.
  • the intensities of the N types of reference light beams each exhibit different changes, but the controller 41 normalizes the intensities of these reference light beams and records them in the database stored in the storage unit 42. Details of normalization will be described later.
  • M is an integer greater than or equal to 1, step S6 needs to be repeated N x M times.
  • step S7 the bias control circuit returns the bias voltages Vb_I , Vb_Q , and Vb_Ph to their optimum values.
  • the values already determined in step S4 can be used as these optimum values.
  • the controller 41 may execute the loop process from step S3 to step S5 again instead of step S7.
  • step S8 the controller 41 applies the transmission modulation signal I and the transmission modulation signal Q to the optical circuit 100 in place of the dummy modulation signal I and the dummy modulation signal Q.
  • step S9 which monitors the intensities of the N types of standardized reference light.
  • step S10 the controller 41 determines whether the intensities of the N types of normalized reference light when the bias voltages Vb_I , Vb_Q , and Vb_Ph are at their optimum values are significantly different from the intensities of the N types of normalized reference light monitored in step S9. Details of this determination will be described later. If there is a significant difference, bias drift has occurred, and the controller 41 proceeds to step S11 to correct it.
  • step S11 the controller 41 compares the normalized intensity of each reference light recorded in the database with the current normalized intensity of each reference light, and determines whether the bias has drifted positively or negatively.
  • step S12 the controller 41 feeds back the result of the determination in step S11 to the bias voltage, and then returns to step S9. Details of this determination will be described later.
  • FIG. 4 is a flowchart showing in more detail the processing of the controller 41 in step S6 of FIG. 2. To distinguish from the number of steps in FIGS. 2 and 3, the number of steps here starts from 100.
  • step S100 the bias voltages V b — I , V b — Q , and V b — Ph are set to optimal values, but in step S100, the controller 41 shifts the bias voltage V b — I by ⁇ V b — I (m), the bias voltage V b — Q by ⁇ V b — Q (m), and the bias voltage V b — Ph by ⁇ V b — Ph (m), where m is a first counter in loop 1, and loop 1 is executed while increasing m by 1 from 1 to M.
  • ⁇ V b — I (m), ⁇ V b — Q (m), and ⁇ V b — Ph (m) may be either positive or negative, including zero, but in the process until the end of loop 1, ⁇ V b — I (m), ⁇ V b — Q (m), and ⁇ V b — Ph (m) are each changed within a range of about ⁇ 0.05 V ⁇ bias , and it is desirable that the step size is about 0.01 V ⁇ bias .
  • V ⁇ bias is the half-wave voltage at the bias port of the MZI of the optical circuit 100.
  • step S101 the controller 41 records the intensity of the reference light.
  • the reference light to be measured is the intensity of the nth reference light obtained by the nth reference light power monitor 53-n, according to the value n of the second counter in loop 2.
  • nth reference value the intensity of the nth reference light obtained at this time.
  • step S101 to step S103 is performed while increasing n by 1 from 1 to N.
  • processing from step S101 to step S103 is performed for all N types of reference light.
  • FIG. 5 is a diagram showing the measured intensities of the first and second reference lights.
  • the first reference light is 1490 nm
  • the second reference light is 1625 nm.
  • the main signal is 1547 nm
  • each MZI of the IQ optical modulator 92 is at the Null and Quad points at 1547 nm.
  • the V ⁇ bias of the IQ optical modulator used in the experiment was 7 V.
  • ⁇ V b _Q (m) and ⁇ V b _Ph (m) were fixed at 0 regardless of m.
  • ⁇ V b _I (m) was swept in the range of ⁇ 0.2 V ( ⁇ 0.029 V ⁇ bias ), with a sweep step size of 0.1 V (0.014 V ⁇ bias ).
  • the horizontal axis shows the voltage change from ⁇ V b _I (1) to ⁇ V b _I (8) in volts.
  • ⁇ V b _ I (m) and ⁇ V b _ Ph (m) are fixed at 0 regardless of m, and only ⁇ V b _ Q (m) is changed.
  • the sweep range and step size of ⁇ V b _ Q (m) are the same as those of ⁇ V b _ I (m) described above.
  • the horizontal axis shows the voltage change of ⁇ V b _ Q (9) to ⁇ V b _ Q (16) in volts.
  • ⁇ V b _ I (m) and ⁇ V b _ Q (m) are fixed at 0 regardless of m, and only ⁇ V b _ Ph (m) is changed.
  • the sweep range and step size of ⁇ V b _ Ph (m) are the same as those of ⁇ V b _ I (m) described above.
  • the horizontal axis shows the voltage change from ⁇ V b _ Ph (17) to ⁇ V b _ Ph (24) in volts.
  • Figure 6 shows the results of actually performing the calculations in steps S102 and S103 on the data in Figure 5.
  • the horizontal axis is the same as in Figure 5, but the vertical axis has been changed to represent the normalized intensities of the first and second reference beams.
  • the first reference beam (1490 nm) and the second reference beam (1625 nm) pass through the origin, where both the horizontal and vertical axes are 0.
  • the actually measured data shows a slight discrepancy near the origin. This is due to bias drift that occurred during the sweep.
  • step S104 the controller 41 creates a data table in the database, in which these 3+N sets of data and the value of m are grouped together in one row.
  • step S106 in Fig. 3 ends.
  • the same processing as steps S3 to S5 in Fig. 2 may be performed from step S105 to step S107, and the optimization of the bias voltages Vb_I , Vb_Q , and Vb_Ph may be redone.
  • FIG. 7 shows a portion of an actually created data table. While FIG. 7 only shows cases where m ranges from 1 to 32, in actual operation, as mentioned above, it is desirable that M, the upper limit of m, be 1,000 or greater.
  • M the upper limit of m
  • Reference light vector An N-dimensional vector consisting of N types of parameters from the normalized first reference light intensity to the normalized Nth reference light intensity at that specific m is defined as a "reference light vector.” M types of reference light vectors are described in the data table, and reference light vectors have the following properties.
  • step S9 of Figure 3 it was stated that "the controller 41 monitors the intensities of N types of normalized reference light.”
  • the controller 41 records the intensity of the nth reference light, as in step S101 of Figure 4, divides the recorded intensity by the nth reference value, as in step S102 of Figure 4, and then subtracts 1 from the division result to obtain the normalized intensity of the nth reference light, as in step S103 of Figure 4.
  • the normalized intensities of the N types of reference light obtained in step S9 can be treated as reference light vectors, just as when creating the data table.
  • step S10 of Figure 3 it was stated that "the controller 41 determines whether the normalized intensity of each reference light is significantly different compared to when each bias was at its optimal value.” This process will be explained in more detail.
  • the controller 41 calculates the norm of the reference light vector obtained in step S9. If this norm is zero, or if it is not zero but is within the measurement error range, it is determined that each bias remains in an optimal state, and the determination in step S10 is NO. Conversely, if the norm of the reference light vector obtained in step S9 is significantly greater than the measurement error, the determination in step S10 is YES.
  • step S11 of Figure 3 it was written that "the controller 41 compares the normalized intensity of each reference light recorded in the database with the current normalized intensity of each reference light, and determines whether the bias has drifted positively or negatively.” This process will be explained in more detail below.
  • step S12 of Fig. 3 it is written that "the controller 41 performs feedback control on the bias voltage based on the result of step S11." As shown in Fig. 7, ⁇ V b_I (m min ), ⁇ V b_Q (m min ), and ⁇ V b_Ph (m min ) each contain a sign, so it is possible to determine how much each bias voltage should be increased or decreased.
  • the reference light vector obtained in step S9 changes continuously due to bias drift, whereas ⁇ V b — I (m), ⁇ V b — Q (m), and ⁇ V b — Ph (m) recorded in the data table are discrete, so it is almost impossible for the reference light vector obtained in step S9 to perfectly match the M types of reference light vectors recorded in the data table. Therefore, although ⁇ V b — I (m min ), ⁇ V b — Q (m min ), and ⁇ V b — Ph (m min ) obtained from the data table are used as estimates of the amount of drift of each bias voltage, they must be processed as they may contain errors.
  • m min 2
  • the controller 41 changes one or more bias voltages through feedback control that determines a feedback coefficient based on the norm of the reference light vector.
  • the reference light vector is a two-dimensional vector.
  • the signal light may be treated as a third reference light
  • the reference light vector may be a three-dimensional vector using the output of the optical power monitor 52.
  • the reference light vector is an (N+1)-dimensional vector.
  • Second Embodiment 1 showing the first embodiment, a wavelength demultiplexing coupler 13 is used to separate two types of reference light and signal light, and the intensities of the signal light and reference light are measured using an optical power monitor 52, a first reference light power monitor 53-1, and a second reference light power monitor 53-2. However, by turning the reference light on and off in a time-sharing manner, the wavelength demultiplexing coupler and reference light power monitor can be omitted.
  • the second embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.
  • Figure 8 shows the configuration of the control circuit of the second embodiment.
  • parts that are the same as those in the first embodiment shown in Figure 1 are given the same reference numerals, and their description will be omitted.
  • the difference between the control circuit shown in Figure 8 and the control circuit shown in Figure 1 is that the wavelength demultiplexing coupler 13 and the first and second reference light power monitors 53-1 and 53-2 are omitted.
  • the controller 41 turns on and off the first reference light source 35-1 and second reference light source 35-2.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing the change in light intensity at the time of light output from each of the first reference light source 35-1 and the second reference light source 35-2 in the second embodiment, and the monitoring results output from the optical power monitor 52.
  • the time from time t1 to time t10 shown on the time axis is much longer than the reciprocal of the bit rate or baud rate of modulated signal I and modulated signal Q, but is short enough to ignore the influence of bias drift.
  • the first reference beam source 35-1 is turned on from time t2 to time t3 and from time t4 to time t5 , but is turned off at other times by the controller 41.
  • the second reference beam source 35-2 is turned on from time t6 to time t7 and from time t8 to time t9 , but is turned off at other times by the controller 41.
  • the first reference light, second reference light, and signal light output from the optical circuit 100 are input to the optical power monitor 52.
  • Figure 9(c) shows a schematic diagram of the output of the optical power monitor 52. Because the signal light is not extinguished, the output of the optical power monitor 52 is always a non-zero value. However, the output of the optical power monitor 52 is high during periods A and C, when the first reference light is on. The output of the optical power monitor 52 is also high during periods E and G, when the second reference light is on. However, because the optical loss of the first reference light and second reference light due to the optical circuit 100 depends on the bias condition, the amount of increase during periods A and C is generally not the same as the amount of increase during periods E and D.
  • the first reference light after passing through optical circuit 100 can be obtained.
  • the second reference light after passing through optical circuit 100 can be obtained.
  • a band-pass filter or low-pass filter may be configured as a digital filter inside the controller 41, and synchronous detection may be performed digitally.
  • the intensity of the signal light at the time it passes through the optical circuit 100 can also be obtained by taking the average value of periods B, D, F, and H.
  • step S3 to S5 the controller 41 shifts the bias voltages Vb_I , Vb_Q , and Vb_Ph by ⁇ Vb_I (m), ⁇ Vb_Q (m), and ⁇ Vb_Ph (m), respectively, to create the data table shown in Fig. 7.
  • the values of ⁇ V b — I (m), ⁇ V b — Q (m), and ⁇ V b — Ph (m) generated by the controller 41 can be considered to be the difference between the current value of each bias voltage and the optimal value of each bias voltage, and therefore bias drift can be simulated.
  • bias control can be redone as shown in steps S105 to S107, but performing this operation frequently creates a new problem in that the database creation time increases.
  • the bias condition monitor can use dithering using a pilot tone, as described in non-patent document 1, etc.
  • FIG. 7 an example of an actual measurement of the data table is shown in FIG. 7 .
  • M is preferably 1,000 or more.
  • Figure 10 is an XY plot of the two-dimensional reference beam vectors listed in the data table shown in Figure 7.
  • the horizontal axis represents the normalized intensity of the first reference beam, and the vertical axis represents the normalized intensity of the second reference beam.
  • the circle symbol represents the case where only ⁇ V b_I is changed, and extends upward and left when it is increased and downward and right when it is decreased.
  • the triangle symbol represents the case where only ⁇ V b_Q is changed, and extends upward and left when it is increased and downward and right when it is decreased.
  • the square symbol represents the case where only ⁇ V b_Ph is changed, and extends downward and left when it is increased and upward and right when it is decreased.
  • the controller 41 uses this approximation to estimate the amount of bias voltage shift that was not actually measured and the reference light vector in that case, and records these in the data table, thereby expanding the data table.
  • the value obtained by linear sum is only an approximate value, it is desirable to make r1 and r2 have the same sign and limit their magnitudes to between 0 and 1 in order to suppress errors.
  • the optical circuit 100 is the same as the IQ optical modulator 92 shown in FIG. 15.
  • the optical circuit 100 is not limited to an IQ optical modulator, and may be an optical modulator composed of a single MZI.
  • the modulation signal I and the modulation signal Q are replaced with a single modulation signal.
  • the bias voltages Vb_I , Vb_Q , and Vb_Ph are replaced with a single bias voltage Vb .
  • the optical circuit 100 is not limited to an optical modulator, and may also be an optical filter consisting of a single MZI such as the MZI 91 shown in Figure 13. In this case, modulation signal I and modulation signal Q are not required, and the processing of step S2 is also unnecessary.
  • the IQ optical modulator 92 shown in Figure 15 is a type that is currently widely used as a commercially available product, but a configuration such as an IQ optical modulator 400 having multiple monitor ports as shown in Figure 11 is also theoretically possible.
  • Figure 11 is a diagram showing the configuration of the IQ optical modulator 400 having multiple monitor ports.
  • the IQ optical modulator 400 differs from the IQ optical modulator 92 in that it has an I monitor port 301, a Q monitor port 302, and a Ph monitor port 300.
  • the I monitor port 301 branches and outputs the signal multiplexed by the I-side optical multiplexing circuit 21, the Q monitor port 302 branches and outputs the signal multiplexed by the Q-side optical multiplexing circuit 25, and the Ph monitor port 300 branches and outputs the signal multiplexed by the optical multiplexing circuit 6. Since the I monitor port 301 is not affected by the bias voltages V b — Q and V b — Ph , and the Q monitor port 302 is not affected by the bias voltages V b — I and V b — Ph , it is possible to converge each bias more quickly.
  • FIG. 12 is a diagram showing the configuration of the control circuit in this case. Compared to the control circuit of the second embodiment shown in FIG. 8, the control circuit shown in FIG. 12 requires the addition of an I optical power monitor 303, a Q optical power monitor 304, an I A/D converter 305, and a Q A/D converter 306.
  • Optical power monitor 52, I optical power monitor 303, and Q optical power monitor 304 each receive the signal light, first reference light, and second reference light.
  • time sharing described in the second embodiment and in Figure 8, it is possible to monitor the intensity of the signal light, the intensity of the first reference light, and the intensity of the second reference light at each of I monitor port 301, Q monitor port 302, and Ph monitor port 300.
  • the controller 41 measures the reference light vector while shifting only the bias voltage Vb_I to create a data table dedicated to I.
  • the controller 41 also measures the reference light vector while shifting only the bias voltage Vb_Q to create a data table dedicated to Q.
  • the controller 41 measures the reference light vector while shifting only the bias voltage Vb_Ph to create a data table dedicated to Ph.
  • the controller 41 cyclically references the three types of data tables and performs feedback control so that the norm of the reference light vector approaches 0 at every monitor port output.
  • the optical path difference ⁇ L of each MZI is controlled by the bias voltage.
  • an MZI that fine-tunes ⁇ L using heater heat rather than the Pockels effect is used as the optical circuit 100, control is possible by replacing the bias voltage described in the previous embodiments with bias power.
  • the controller 41 because power is not proportional to voltage or current, when shifting the bias power, the controller 41 must determine the output of the first D/A converter 104, second D/A converter 105, and third D/A converter 106 using a conversion formula that takes heater resistance into account.
  • the controller 41 provided in the control circuit of the above-described embodiment can also be realized by a computer and a program, and the program can be recorded on a recording medium or provided via a network.
  • the above-described embodiment makes it possible to shorten the learning period required for a control circuit that can ditherlessly monitor and compensate for bias drift in an optical circuit composed of a single or multiple MZIs. It also makes it possible to more efficiently utilize the data table created during the learning period.
  • the control unit controls at least one optical path difference between two optical paths of each of a single or multiple Mach-Zehnder interferometers included in the optical circuit.
  • the control circuit includes a control unit, a reference light generation unit, a reference light input unit, an optical power monitor unit, and a normalization unit.
  • the control unit controls the optical path difference of the Mach-Zehnder interferometers included in the optical circuit using one or more bias voltages or bias powers.
  • the control unit corresponds, for example, to the controller 41 in the embodiment. If N is a natural number, the reference light generation unit generates reference light of N different wavelengths ⁇ 1 to ⁇ N that are different from the wavelength ⁇ of the signal light input to the optical circuit.
  • the reference light generation unit corresponds, for example, to the first reference light source 35-1 to the Nth reference light source 35-N in the embodiment.
  • the reference light input unit wavelength-multiplexes the N types of reference light with the signal light and inputs the result to the optical circuit.
  • the reference light input unit corresponds, for example, to the wavelength division multiplexing coupler 8 in the embodiment.
  • the optical power monitor unit monitors the optical intensities of the N types of reference light after propagation through one or more Mach-Zehnder interferometers included in the optical circuit, or the optical intensities of the N types of reference light and the signal light.
  • the optical power monitor unit corresponds, for example, to the optical power monitor 52 and the first reference light power monitor 53-1 to the Nth reference light power monitor 53-N in the embodiments.
  • the normalization unit normalizes each of the monitoring results of the optical intensities of the N types of reference light, or the monitoring results of the optical intensities of the N types of reference light and the signal light by the optical power monitor unit.
  • the normalization unit corresponds, for example, to the controller 41 in the embodiments.
  • the reference light vector is an N-dimensional vector having as its components the monitoring results of the normalized optical intensities of the N types of reference light, or an N+1-dimensional vector having as its components the monitoring results of the normalized optical intensities of the N types of reference light and the signal light.
  • the normalization unit normalizes the reference light vector so that the norm of the reference light vector is zero when all of the optical path differences of the single or multiple Mach-Zehnder interferometers included in the optical circuit are optimal, and the norm increases as at least one optical path difference deviates from the optimal value.
  • the control unit changes one or more bias voltages or bias powers so that the norm of the reference light vector approaches zero.
  • the control unit may change one or more bias voltages or bias powers using feedback control that determines a feedback coefficient based on the norm of the reference light vector.
  • control unit shifts one or more bias voltages or bias powers from their optimal values and creates a data table showing the correspondence between the amount of bias voltage or bias power shift and the reference light vector obtained by shifting the amount of bias voltage or bias power.
  • the control unit may actually measure how far one or more bias voltages or bias powers deviate from the optimal value by applying dithering to one or more bias voltages or bias powers, and record the measurement results in a data table.
  • control unit may take a linear sum of the multiple reference light vectors recorded in the created data table to estimate each component of the reference light vector corresponding to one or more bias voltage or bias power shift amounts not recorded in the data table, and add the estimated reference light vector to the data table.
  • the control unit monitors the reference light vector, and if it detects that the norm of the monitored reference light vector is significantly different from zero, it may identify a reference light vector from among the multiple reference light vectors listed in the data table that is closest to the reference light vector at the time of detection, and control the optical path difference based on one or more bias voltage shift amounts or bias power shift amounts recorded in the data table corresponding to the identified reference light vector.

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Abstract

制御部（４１）は、光回路（１００）に含まれる１以上のマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）それぞれが有する２つの光路（３、４）の光路差をバイアス電圧（Ｖｂ）により制御する。参照光生成部（３５）は、信号光（λ）の波長と異なるＮ種類の波長それぞれの参照光（λ１、λ２－λＮ）を生成する。参照光入力部（８）は、Ｎ種類の参照光（λ１、λ２－λＮ）を信号光（λ）に波長多重して光回路（１００）に入力する。光パワモニタ部（５３）は、光回路（１００）のマッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）を伝搬した後のＮ種類の参照光（λ１、λ２－λＮ）の光強度をモニタする。規格化部は、Ｎ種類の参照光（λ１、λ２－λＮ）の光強度のモニタ結果それぞれを規格化する。すなわち、規格化部は、規格化されたＮ種類のモニタ結果を成分とする参照光ベクトルのノルムが、全ての光路差が最適なときにはゼロとなり、少なくとも一つの光路差が最適値から乖離するにつれてノルムが大きくなるように規格化する。制御部（４１）は、参照光ベクトルのノルムがゼロに近づくようバイアス電圧を変更する。

Description

制御回路及び光回路制御方法
　本発明は、制御回路及び光回路制御方法に関する。
　マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）又はＭＺＩの複合からなる光回路は、周期性を有する光フィルタや光変調器として広く活用されている。特に、光ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）信号を生成するためのＩＱ光変調器には、入れ子状態に構成されたＭＺＩが広く用いられている。
　図１３は、ＭＺＩ９１の構成を示す図である。ＭＺＩ９１は、最も基本的な構成のＭＺＩである。光入力ポート１は、ＣＷ（Continuous Wave）の信号光を入力する。光分岐回路２は、光入力ポート１に入力された信号光を２分岐する。多くの場合、この分岐比は１対１である。しかしながら、必ずしもこの比率に限定されない。
　光分岐回路２が分岐した２つの光のうち一方の光は第１の光導波路３を伝搬し、もう一方の光は第２の光導波路４を伝搬する。光合波回路６は、第１の光導波路３を伝搬した光と、第２の光導波路４を伝搬した光とを合波する。光合波回路６は、合波された光を光出力ポート７へ出力する。第２の光導波路４の光路長は、バイアス印加電極５によって印加されるバイアス電圧Ｖｂにより微調整される。この微調整には、ポッケルス効果や、ヒータによる光導波路の熱膨張を用いることが出来る。
　第１の光導波路３の光路長と第２の光導波路４の光路長との差を光路差ΔＬとする。光出力ポート７から出力される出力光の光強度の大きさは、信号光の波長λと光路差ΔＬとによって変化する。ただし、波長λは、光導波路の屈折率に影響を受ける。また、光路長は光分岐回路２や光合波回路６の回路構成によって影響を受ける。
　本願では簡単のために、波長λは、真空中での光波長ではなく、光導波路の内部を伝搬している時点での波長とする。また、本願では光路長は、光分岐回路２の内部や光合波回路６の内部での光位相変動を加えた値とする。例として、第２の光導波路４から光出力ポート７に光が伝搬する過程において、光合波回路６の内部で光位相がπ／２（単位はラジアン、以下同）遅延する場合は、この位相遅延をλ／４相当の光路長の増加とみなす。なぜならば、波長λは光位相２πに相当するからである。
　図１４は、図１３に示すＭＺＩ９１の出力光の強度である光出力強度Ｐ（λ）と、光路差ΔＬとの関係を示す図である。図１４（ａ）は、バイアスドリフト発生前の関係を示し、図１４（ｂ）は、バイアスドリフト発生後の関係を示す。バイアスドリフトについては後述する。
　良く知られているように、ＭＺＩからの光出力強度Ｐ（λ）は、光路差ΔＬに対して正弦波応答を示す。最大出力の状態、最小出力の状態、それらの中間の状態を、各々Ｐｅａｋ点、Ｎｕｌｌ点、Ｑｕａｄ点と呼ぶことが多い。そのため、本願でもその表記を用いる。光路差ΔＬがλ／２の偶数倍（０倍を含む）であるときＰｅａｋ点となり、光路差ΔＬがλ／２の奇数倍であるときＮｕｌｌ点となる。ここで注意すべきことは、一般にＮｕｌｌ点、Ｑｕａｄ点、Ｐｅａｋ点は波長に依存するが、ΔＬ＝０におけるＰｅａｋ点のみは例外的に波長に依存しないという点である。
　ＭＺＩ９１を光フィルタとして活用し、波長λの光を抑圧することを考える。この場合、波長λに対するＮｕｌｌ点をどれか一つ選べばよい。例えば、バイアス印加電極５によって印加されるバイアス電圧Ｖｂを調整することにより、光路差ΔＬを０．５λとすればよい。図１４（ａ）において、この状態を下向きの矢印で指した丸で示す。
　しかしながら、バイアス電圧Ｖｂを常に一定に保っていても、ＭＺＩ９１の外部の温度変化や加えられる応力により、時間と共に光出力強度が変化することがある。例えば、図１４（ａ）に示すようにＮｕｌｌ点にバイアスを設定し、光路差ΔＬが０．５λであったにもかかわらず、時間の経過と共に、図１４（ｂ）に示すように、光路差ΔＬが０．５λとは異なる値になることがある。これをＭＺＩのバイアスドリフトと呼ぶ。図１３のようにＭＺＩを光フィルタとして用いる場合、バイアスドリフトは消光比劣化を齎す。
　単一のＭＺＩに外部から変調信号を加えて光路差ΔＬに変調を加え、出力光を変調することにより、単一のＭＺＩを光変調器として活用することも広く行われている。この時、変調信号がゼロである瞬間において出力光がＱｕａｄ点となるようバイアスしておけば、ＮＲＺ（Non Return to Zero）信号が得られる。あるいは、変調信号がゼロである瞬間において出力光がＮｕｌｌ点となるようバイアスしておけば、ＣＳ－ＲＺ（Carrier-Suppressed Return-to-Zero）信号が得られる。このような使用例においては、バイアスドリフトは光信号の波形劣化を引き起こし、信号品質を劣化させる。
　単一のＭＺＩではなく、入れ子状態の複数のＭＺＩによって構成されたＩＱ光変調器を用いて、光ＱＡＭ信号を生成することも広く行われている。図１５は、典型的なＩＱ光変調器９２の構成を示す図である。ＩＱ光変調器９２は、図１３に示すＭＺＩ９１の第１の光導波路３にＩｎ－Ｐｈａｓｅ（同相）用のＭＺＩ５０が設置され、第２の光導波路４にＱｕａｄｒａｔｕｒｅ（直角位相）用のＭＺＩ５１が設置される構成である。
　Ｉｎ－Ｐｈａｓｅ用ＭＺＩ５０の内部において、Ｉ側光分岐回路２０は、第１の光導波路３を伝送する光を２分岐して２つの光路それぞれに分岐された光を一つずつ出力し、Ｉ側光合波回路２１は、これら２分岐された光を合波する。Ｉｎ－Ｐｈａｓｅ用ＭＺＩ５０内部の２つの光路の光路差は、Ｉ側変調用電極２２を介して加えられた変調信号Ｉによってプッシュプルに変調される。ここで、Ｉｎ－Ｐｈａｓｅ用ＭＺＩ５０は、変調信号Ｉがゼロである瞬間においてＮｕｌｌ点となるよう、Ｉ側バイアス印加電極２３を介して印加されたバイアス電圧Ｖｂ＿Ｉによりバイアスされる。
　Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ用ＭＺＩ５１の内部において、Ｑ側光分岐回路２４は、第２の光導波路４を伝送する光を２分岐して２つの光路それぞれに分岐された光を一つずつ出力し、Ｑ側光合波回路２５は、これら２分岐された光を合波する。Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ用ＭＺＩ５１の内部の２つの光路の光路差は、Ｑ側変調用電極２６を介して加えられた変調信号Ｑによってプッシュプルに変調される。ここで、Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ用ＭＺＩ５１は、変調信号Ｑがゼロである瞬間においてＮｕｌｌ点となるよう、Ｑ側バイアス印加電極２７を介して印加されたバイアス電圧Ｖｂ＿Ｑによりバイアスされる。
　光合波回路６は、Ｉｎ－Ｐｈａｓｅ用ＭＺＩ５０から出力された変調光と、Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ用ＭＺＩ５１から出力された変調光とを合波する。両者の光路差はバイアス印加電極５を介して印加されたバイアス電圧Ｖｂ＿Ｐｈにより光位相差を調整される。そのバイアス電圧は、光電界Ｅ＿Ｉと光電界Ｅ＿Ｑの光位相が相互に±π／４＋π×ｍｐｈの差をもつように設定される。ここで、ｍｐｈは任意の整数である。言い換えれば、入れ子構造のＭＺＩにおける親ＭＺＩにあたる第１の光導波路３と第２の光導波路４から構成される最も大規模なＭＺＩは、バイアス電圧ＶｂによりＱｕａｄ点にバイアスされる。その結果、光合波回路６から出力される変調光はＱＡＭ信号となり、光出力ポート７から出力される。
　ＩＱ光変調器においては、３種のバイアスがバイアスドリフトすると、コンスタレーションの歪みが生じる。すなわち、輪郭が正方形であるべきコンスタレーションを長方形あるいは菱形に歪ませるため、信号品質を劣化させる。
　以上述べた理由により、ＭＺＩを用いた光回路においてはバイアスドリフトの有無をモニタリングするバイアスコンディションモニタと、バイアスドリフトが生じたと判定された場合にはそれを速やかに補正する自動バイアス制御が重要となる。特に図１５に示したような複数のＭＺＩと複数のバイアス電圧を制御する光回路においては、どのバイアスがドリフトしているのか、またドリフトを補正するためにはバイアス電圧を増加させるべきなのか減少させるべきなのかを正しく判定することが極めて重要になる。
　単一のＭＺＩからなる光変調器または光フィルタの場合、バイアスコンディションモニタおよびバイアスドリフトの補正のために、バイアス電圧Ｖｂを微小変更し、同期検波を行う技術が既に提案されている。この技術では、バイアス電圧Ｖｂに、周波数ｆの振幅の小さなパイロットトーンを重畳することによりディザリングを行い、光出力強度Ｐ（λ）の微小変化を周波数ｆで同期検波する。同期検波結果の大きさとその正負に基づいて、バイアス電圧Ｖｂを増加すべきか減少すべきか、また補正量をどの程度にすべきかの判定が可能となる。
　ＩＱ光変調器におけるバイアスコンディションモニタおよびバイアスドリフトの補正は、単一のＭＺＩからなる光変調器に比べはるかに複雑かつ困難であるが、この問題についても既に技術的な解決策が提案されている。その一つが、非対称バイアスディザリングという手法である（例えば、非特許文献１参照）。非対称バイアスディザリングは、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｉ及びバイアス電圧Ｖｂ＿Ｑの各々に、位相が直交する振幅の小さなパイロットトーンを重畳することによりディザリングを行う。これにより、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｉ、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｑのみならず、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｐｈも含めた全てのバイアスのコンディションをモニタ可能となる。モニタ結果には、各バイアスのドリフトの量と符号（最適値より増加したか減少したか）が含まれる。このモニタ結果を各バイアス電圧にフィードバックすることにより各バイアス電圧を最適に保つことが出来る。
　光変調器を送信器内に収め、商用サービスに活用する場合、光変調器のバイアス制御は大まかにいって２つの役割を担う。一つは、送信器の立ち上げシーケンスにおいて、各バイアスを速やかに最適化させることである。もう一つは立ち上げシーケンス終了後の伝送サービス運用中において、バイアスドリフトの有無をモニタし、ドリフト発生時には直ちにそれを補正するフィードバック制御を行うことである。これら２つの制御の目的は本質的には同じであるが、要求条件には下記に記す違いがある。
　立ち上げシーケンス開始直後、特に波長を新規に設定しなおした場合においては、各バイアス電圧は最適値から大きく離れている。しかしながら、立ち上げシーケンスにおいては、伝送サービスは未だ開始していないのであるから、各バイアス電圧を最適値に近づけるにあたり、試しにバイアス電圧を大きく上げてみる、あるいは下げてみるといったトライアンドエラーは許される。またディザリングに用いるパイロットトーンの振幅をある程度大きくしても問題は生じない。
　これに対して、伝送サービス運用中は、伝送信号の品質を常に最高に保つ必要がある。試しにバイアス電圧を大きく上げてみる、あるいは下げてみるといった制御は伝送信号の波形あるいはコンスタレーションを突発的に変化させるため、実施できない。また、ディザリング用のパイロットトーンも伝送信号から見れば雑音であるから、その振幅は出来るだけ小さく抑えなければならない。
　光ＱＡＭ信号の多値数が増大すると、各シンボルの稠密さが増すため、パイロットトーンが伝送信号に与えるペナルティは増加してゆく。しかしパイロットトーンの振幅を小さくしすぎると、バイアスコンディションモニタの感度が落ちるというトレードオフが生じる。
　この問題を解消するために我々は、伝送サービス運用中において、バイアスコンディションモニタとドリフト発生時のフィードバック制御の両者を可能とする、ディザレス（パイロットトーン未使用）のバイアス制御技術を提案し、報告を行った。この技術は、ＭＺＩのＮｕｌｌ点やＱｕａｄ点の波長依存性を利用したものである。その詳細は特許文献１および非特許文献２に記してあるが、本願の技術内容を説明するに必要となる点のみここで説明を行う。
　図１３に示したＭＺＩ９１では、単一の波長λをもつ信号光を光入力ポート１に入力するものとした。ここで、波長λ１を持つ第１の参照光および波長λ２を持つ第２の参照光を信号光に波長多重して、これらを光入力ポート１に入力することを考える。波長λ１及び波長λ２は、波長λとは異なる。このとき、図１４（ａ）に示した光出力強度は、図１６のように書き直される。ここで、λ２＞λ＞λ１とした。実線は波長λの光出力強度Ｐ（λ）であり、２種類の破線は各々、第１の参照光の光出力強度Ｐ（λ１）および第２の参照光の光出力強度Ｐ（λ２）を示す。
　Ｎｕｌｌ点やＱｕａｄ点には波長依存性があるため、信号光の波長λにおいてＭＺＩ９１でＮｕｌｌ点にバイアスされていたとしても、参照光の波長λにおいてはＮｕｌｌ点ではない。そのため、黒丸で示したＰ（λ）と、白丸で示したＰ（λ１）および三角で示したＰ（λ２）とは同一のパワを持たない。
　次に、バイアスドリフトが発生し、ＭＺＩ９１の光路差ΔＬが０．５λよりわずかに増加した場合を考える。図１７に示すように、白丸で示すＰ（λ１）は急増し、三角で示すＰ（λ２）は僅かに減少する。
　次に、逆方向のバイアスドリフトが発生し、ＭＺＩ９１の光路差ΔＬが０．５λよりわずかに減少した場合を考える。図１８に示すように、白丸で示すＰ（λ１）は減少し、三角で示すＰ（λ２）は急増する。
　ここで注意すべきことは、図１７および図１８において、黒丸で示したＰ（λ）はどちらも微増しており、ここからバイアスドリフトの正負を判定するのは困難であるということである。しかし参照光の導入により、この符号判定が可能となる。
　正または負のバイアスドリフトが発生した時にＭＺＩから出力される参照光の強度がどのように変化するかを立ち上げシーケンス期間中に学習しデータテーブルに記録させることができるならば、伝送サービス運用中における参照光の強度の変化をモニタしデータテーブルと比較参照することにより、バイアスドリフトの有無、またドリフト発生時におけるドリフトの方向をディザレスで（パイロットトーンなしで）推定することが可能となる。
国際公開第２０２３／１０５９３０号
Hiroto Kawakami, Takayuki Kobayashi, Mitsuteru Yoshida, Tomoyoshi Kataoka and Yutaka Miyamoto, "Auto bias control and bias hold circuit for IQmodulator in flexible optical QAM transmitter with Nyquist filtering," Optics Express, Vol.22, No,23, pp. 28163-28168, Nov. 2014. Hiroto Kawakami, Yoshiaki Kisaka and Etsushi Yamazaki, "Dither-free Auto Bias Control Technique for In-service Optical IQ modulator Using Reference Pulsed Light," Asia Pacific Conference on Communications (APCC2023) SP2 採択, Nov. 2023.
　これまでに説明したディザレスのバイアス制御技術では、バイアスドリフトが発生した時にＭＺＩから出力される参照光の強度がどのように変化するかを予め学習し、データテーブルに記録しておく必要がある。
　図１６から図１８で示した光強度の変化は、図１３に示すような単一のＭＺＩフィルタのものであり、変調信号は印加されてはおらず、制御対象となるバイアスは１種類のみであった。これに対し、図１５に示すようなＩＱ変調器では制御対象となるバイアス電圧が３種類あり、またこれらが互いに独立にバイアスドリフトを発生しうるので、予め学習しなければならない条件は極めて多い。
　また、バイアスドリフトと参照光の強度の相対関係は、変調信号Ｉおよび変調信号Ｑの信号フォーマットに依存する。更に、ＭＺＩの周期性により、Ｎｕｌｌ点やＱｕａｄ点は無数に存在するが、立ち上げシーケンスにおいてどのＮｕｌｌ点やＱｕａｄ点が選択されるかによって、バイアスドリフトと参照光の強度変化は変わる。これは、前述したデータテーブルの作成にあたっては過去データの使いまわしが非常に困難であり、送信器の立ち上げ、特に信号フォーマットあるいは波長の変更毎にデータテーブルの再作成が必要となることを意味する。
　また、伝送サービス運用中においてバイアスドリフトによる参照光の強度の変化が実測で確認できたとき、前述したデータテーブルとの比較参照を具体的にどのように行うかという問題がある。データテーブルに記録できるデータの数は有限であるのに対し、バイアスドリフトはアナログな変化であるから、実測された参照光の強度と全く同じデータがデータテーブル上に存在することはほぼあり得ない。このため、最も近いデータをデータテーブルから探し出すことになるが、「最も近い」の判定基準を明確にしておく必要がある。
　上記事情に鑑み、本発明は、単一又は複数のＭＺＩで構成された光回路におけるバイアスドリフトをディザレスでより容易に補償することができる制御回路及び光回路制御方法を提供することを目的としている。
　本発明の一態様は、光回路に含まれる単一の又は複数のマッハツェンダ干渉計それぞれが有する２つの光路の光路差のうち少なくとも１つの光路差を制御する制御回路であって、前記光路差を一つ又は複数のバイアス電圧又はバイアス電力により制御する制御部と、Ｎを自然数とすると、前記光回路に入力される信号光の波長とは異なるＮ種類の波長それぞれの参照光を生成する参照光生成部と、前記Ｎ種類の参照光を前記信号光に波長多重して前記光回路に入力する参照光入力部と、前記光回路が有する前記単一の又は複数のマッハツェンダ干渉計を伝搬した後の前記Ｎ種類の参照光の光強度、あるいは、前記Ｎ種類の参照光の光強度及び前記信号光の光強度をモニタする光パワモニタ部と、前記光パワモニタ部による前記Ｎ種類の参照光の光強度のモニタ結果、あるいは、前記Ｎ種類の参照光の光強度及び前記信号光の光強度のモニタ結果のそれぞれを規格化する規格化部とを備え、前記規格化部は、規格化された前記Ｎ種類の参照光の光強度の前記モニタ結果を成分として有するＮ次元ベクトル、又は、規格化された前記Ｎ種類の参照光の光強度及び前記信号光の光強度の前記モニタ結果を成分として有するＮ＋１次元ベクトルを参照光ベクトルとしたとき、前記光回路に含まれる単一の又は複数の前記マッハツェンダ干渉計の光路差が全て最適であるときには前記参照光ベクトルのノルムがゼロとなり、少なくとも一つの光路差が最適値から乖離するにつれてノルムが大きくなるように規格化を行い、前記制御部は、前記参照光ベクトルのノルムがゼロに近づくよう一つ又は複数の前記バイアス電圧または前記バイアス電力を変更する。
　本発明の一態様は、光回路に含まれる単一の又は複数のマッハツェンダ干渉計それぞれが有する２つの光路の光路差のうち少なくとも１つの光路差を一つ又は複数のバイアス電圧又はバイアス電力により制御する制御ステップと、Ｎを自然数とすると、前記光回路に入力される信号光の波長とは異なるＮ種類の波長それぞれの参照光を生成する参照光生成ステップと、前記Ｎ種類の参照光を前記信号光に波長多重して前記光回路に入力する参照光入力ステップと、前記光回路が有する前記単一の又は複数のマッハツェンダ干渉計を伝搬した後の前記Ｎ種類の参照光の光強度、あるいは、前記Ｎ種類の参照光の光強度及び前記信号光の光強度をモニタするモニタステップと、前記モニタステップによる前記Ｎ種類の参照光の光強度のモニタ結果、あるいは、前記Ｎ種類の参照光の光強度及び前記信号光の光強度のモニタ結果のそれぞれを規格化する規格化ステップとを有し、前記規格化ステップにおいては、規格化された前記Ｎ種類の参照光の光強度の前記モニタ結果を成分として有するＮ次元ベクトル、又は、規格化された前記Ｎ種類の参照光の光強度及び前記信号光の光強度の前記モニタ結果を成分として有するＮ＋１次元ベクトルを参照光ベクトルとしたとき、前記光回路に含まれる単一の又は複数の前記マッハツェンダ干渉計の光路差が全て最適であるときには前記参照光ベクトルのノルムがゼロとなり、少なくとも一つの光路差が最適値から乖離するにつれてノルムが大きくなるように規格化を行い、前記制御ステップにおいては、前記参照光ベクトルのノルムがゼロに近づくよう一つ又は複数の前記バイアス電圧または前記バイアス電力を変更する、光回路制御方法である。
　本発明により、単一又は複数のＭＺＩで構成された光回路におけるバイアスドリフトをディザレスでより容易に補償することが可能となる。
第１の実施形態による制御回路の構成を示す図である。 第１の実施形態による立ち上げシーケンスにおけるコントローラの動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態による伝送サービス実行中におけるコントローラの動作を示すフローチャートである。 第１の実施形態によるコントローラの詳細な処理を示すフローチャートである。 第１の実施形態による第１および第２の参照光の強度を示す図である。 第１の実施形態による演算処理の結果を示す図である。 第１の実施形態によるデータテーブルの一部を示す図である。 第２の実施形態による制御回路の構成を示す図である。 第２の実施形態による参照光光源の光強度の変化と光パワモニタによるモニタ結果を示す図である。 第４の実施形態による参照光ベクトルをプロットした図である。 第１から第４の実施形態のバリエーションによるＩＱ光変調器の構成を示す図である。 第１から第４の実施形態のバリエーションによるＩＱ光変調器の構成を示す図である。 ＭＺＩの構成を示す図である。 ＭＺＩの出力光強度と光路差との関係を示す図である。 ＩＱ光変調器の構成を示す図である。 ＭＺＩの出力光強度を示す図である。 ＭＺＩの出力光強度を示す図である。 ＭＺＩの出力光強度を示す図である。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。本実施形態は、マッハツェンダ干渉計（ＭＺＩ）を一部に含む光回路の制御回路及び制御方法に関する。本実施形態では、単一又は複数のＭＺＩで構成された光回路におけるバイアスドリフトをディザレスでモニタリングするために用いる参照光の強度変化のデータテーブルを、より少ない手順で作成する。また、本実施形態では、データテーブル作成後に実測された参照光の強度変化と立ち上げシーケンス中に作成したデータテーブルとの比較参照を単純なルールで可能とする。
＜第１の実施形態＞
　図１は、第１の実施形態による制御回路の構成を示す図である。図１では、本実施形態と関係する機能ブロックのみを抽出して示してある。図１には、制御回路の制御対象も示している。制御対象は、ＭＺＩで構成された光回路１００である。ここで光回路１００は、図１３に示したＭＺＩ９１のような単一のＭＺＩからなる光フィルタでもよいし、図１５に示したＩＱ光変調器９２のような複数のＭＺＩからなる光変調器でもよい。以下の説明では、一例として、光回路１００は、図１５に示したＩＱ光変調器９２と同一であるものとする。
　光回路１００には、変調信号Ｉ、変調信号Ｑ、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｉ、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｑ、及び、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｐｈが外部から与えられる。光回路１００は、図１５に既に示した光入力ポート１と光出力ポート７とを有する。
　制御回路は、波長多重カプラ８、光タップ回路１０、光フィルタ１２、波長分離カプラ１３、第１の参照光光源３５－１、第２の参照光光源３５－２、コントローラ４１、光パワモニタ５２、第１の参照光パワモニタ５３－１、第２の参照光パワモニタ５３－２、Ａ／Ｄ（Analog-to-Digital）コンバータ１０２、第１の参照光用Ａ／Ｄコンバータ１０３－１、第２の参照光用Ａ／Ｄコンバータ１０３－２、第１のＤ／Ａ（digital-to-Analog）コンバータ１０４、第２のＤ／Ａコンバータ１０５、及び、第３のＤ／Ａコンバータ１０６を有する。コントローラ４１は、記憶部４２を有する。コントローラ４１は、外部に記憶部４２を有してもよい。記憶部４２は、データベースを記憶する。
　第１の参照光光源３５－１は、波長λ１をもつ第１の参照光を出力する。第２の参照光光源３５－２は、波長λ２をもつ第２の参照光を出力する。波長多重カプラ８は、第１の参照光光源３５－１が出力した第１の参照光と、第２の参照光光源３５－２が出力した第２の参照光と、波長λをもつ信号光とを入力する。波長λ、波長λ１、及び、波長λ２はそれぞれ異なる。波長多重カプラ８は、入力した第１の参照光と、第２の参照光と、信号光とを波長多重して出力する。光入力ポート１には、波長多重カプラ８によって波長多重された、第１の参照光と、第２の参照光と、信号光とが入力される。
　光タップ回路１０は、光出力ポート７から出力される波長多重光をタップする。波長分離カプラ１３は、光タップ回路１０がタップした波長多重光を波長分離する。光パワモニタ５２は、波長分離カプラ１３が分離した波長λの信号光の光強度をモニタする。第１の参照光パワモニタ５３－１は、波長分離カプラ１３が分離した波長λ１の第１の参照光の光強度をモニタする。第２の参照光パワモニタ５３－２は、波長分離カプラ１３が分離した波長λ２の第２の参照光の光強度をモニタする。
　なお、本実施形態において用いる光強度という語は、変調信号Ｉおよび変調信号Ｑのビットレートないしボーレートの逆数よりも十分長い時間で積分された値を指すものとする。また、光強度を単に「強度」とも記載する。
　光タップ回路１０によって分岐された他の光は、光フィルタ１２に入力される。光フィルタ１２は、光タップ回路１０から入力された光から各参照光を除去した後に、波長λの出力光を出力する。
　コントローラ４１は、光回路１００のバイアス電圧群を制御する。コントローラ４１は、予め入力されたプログラムコードに従って動作し、また作成したデータテーブルを記録することが可能な、ディジタル回路である。
　Ａ／Ｄコンバータ１０２は、光パワモニタ５２のモニタ結果をディジタル化し、コントローラ４１に入力する。第１の参照光用Ａ／Ｄコンバータ１０３－１は、第１の参照光パワモニタ５３－１のモニタ結果をディジタル化し、コントローラ４１に入力する。第２の参照光用Ａ／Ｄコンバータ１０３－２は、第２の参照光パワモニタ５３－２のモニタ結果をディジタル化し、コントローラ４１に入力する。
　コントローラ４１は、第１のＤ／Ａコンバータ１０４を介して光回路１００のバイアス電圧Ｖｂ＿Ｉを制御し、第２のＤ／Ａコンバータ１０５を介して光回路１００のバイアス電圧Ｖｂ＿Ｑを制御し、第３のＤ／Ａコンバータ１０６を介して光回路１００のバイアス電圧Ｖｂ＿Ｐｈを制御する。
　図１では、参照光の数を２としているが、第３の参照光光源３５－３、第４の参照光光源３５－４、…、第Ｎの参照光光源３５－Ｎと、第３の参照光パワモニタ５３－３、第３の参照光パワモニタ５３－４、…、第Ｎの参照光パワモニタ５３－Ｎと、第３の参照光用Ａ／Ｄコンバータ１０３－３、第４の参照光用Ａ／Ｄコンバータ１０３－４、…、第Ｎの参照光用Ａ／Ｄコンバータ１０３－Ｎとを加えて、参照光の数をＮとすることも出来る。ここで、Ｎは３以上の整数である。ただし、参照光の波長は全て異なっている必要がある。また、参照光の約半分は信号光よりも長波長、他の半分は信号光よりも短波長であることが望ましい。
　参照光の数がＮの場合、ｎを１以上Ｎ以下の整数とすると、第ｎの参照光光源３５－ｎは、波長λｎをもつ第ｎの参照光を出力する。波長多重カプラ８は、第１の参照光光源３５－１～第Ｎの参照光光源３５－Ｎのそれぞれが出力した第１の参照光～第Ｎの参照光と、波長λをもつ信号光とを多重して光入力ポート１に入力する。また、光パワモニタ５２は、波長分離カプラ１３が分離した波長λの信号光の光強度をモニタし、第ｎの参照光パワモニタ５３－ｎは、波長分離カプラ１３が分離した波長λｎの第ｎの参照光の光強度をモニタする。Ａ／Ｄコンバータ１０２は、光パワモニタ５２のモニタ結果をディジタル化してコントローラ４１に入力し、第ｎの参照光用Ａ／Ｄコンバータ１０３－ｎは、第ｎの参照光パワモニタ５３－ｎのモニタ結果をディジタル化し、コントローラ４１に入力する。
　立ち上げシーケンスの期間中、必要であればコントローラ４１は、バイアス電圧Ｖｂ＿ＩおよびＶｂ＿Ｑにパイロットトーンを重畳させ、ディザリングを実行させることも出来る。また、制御回路は、Ａ／Ｄコンバータ１０２を介して取り込んだディジタルデータと前述のパイロットトーンとの掛け算および平滑化をディジタル処理で行い、波長λの信号光に重畳したディザ成分（パイロットトーン）を同期検波することも出来る。これにより非特許文献１等に記載の方法を用いて、立ち上げシーケンス期間中に各バイアスを最適値に制御することが可能となる。
　先述の通り、伝送サービス開始前の立ち上げシーケンスの期間中であれば、ディザリングによる伝送信号へのペナルティの問題は存在しないため、パイロットトーンの振幅を大きくとって光パワモニタ５２の出力のＳＮ（Signal-to-Noise）比を高くすることも可能である。
　図２は、立ち上げシーケンスにおけるコントローラ４１の動作を示すフローチャートであり、図３は、伝送サービス実行中におけるコントローラ４１の動作を示すフローチャートである。
　図２に示すように、立ち上げシーケンス開始後、ステップＳ１において、コントローラ４１は、光回路１００の周辺装置への電力を供給する。これは、図１に記載された第１の参照光光源３５－１やＡ／Ｄコンバータ１０２などのほか、図１には記載されていない信号光用の光源、あるいは変調信号Ｉおよび変調信号Ｑを増幅するための駆動アンプなどへの電力も含んでもよい。
　ステップＳ２において、コントローラ４１は、疑似ランダム信号を用いて、ダミーの変調信号Ｉおよびダミーの変調信号Ｑを生成し、これらを光回路１００に加える。これらのダミー信号のフォーマットは、伝送サービス運用期間中に用いる信号のフォーマットと同一にしておく。
　ステップＳ３において、コントローラ４１は、非特許文献１等に記載された、ディザリングを用いた従来技術のバイアスコンディションモニタを行い、光回路１００のバイアス電圧Ｖｂ＿Ｉ、Ｖｂ＿Ｑ、Ｖｂ＿Ｐｈが最適値にあるのか否かを調べる。ステップＳ４において、いずれかのバイアスが最適ではないと判断された場合、コントローラ４１は、ステップＳ５に進む。ステップＳ５において、コントローラ４１は、ステップＳ３のモニタ結果を用いてバイアス電圧が最適値になるようフィードバック制御を行い、再びステップＳ３に戻る。一方、ステップＳ４において、全てのバイアスが最適であると判断された場合、コントローラ４１は、ステップＳ６に進む。
　ステップＳ６において、コントローラ４１は、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｉ、Ｖｂ＿Ｑ、Ｖｂ＿Ｐｈのいずれか一つの値あるいは複数の値を同時に、最適値から意図的にシフトさせる。このとき、図１６から図１８に示したように、Ｎ種類の参照光の強度はそれぞれ異なる変化を示すが、コントローラ４１は、これらの参照光の強度を規格化した上で、記憶部４２が記憶するデータベースに記録する。規格化の詳細については後述する。Ｍを１以上の整数とするとき、ステップＳ６は、Ｎ×Ｍ回繰り返される必要がある。
　ステップＳ６におけるデータベースの作成が終了したのち、ステップＳ７において、バイアス制御回路は、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｉ、Ｖｂ＿Ｑ、Ｖｂ＿Ｐｈを最適値に戻す。これらの最適値として、ステップＳ４において既に求められた値を使うことができる。しかし、ステップＳ６におけるデータベースの作成時間が長く、その間にバイアスドリフトの発生が懸念される場合は、コントローラ４１は、ステップＳ７に代えてステップＳ３からステップＳ５のループ処理を再度実行してもよい。
　データベースの作成が終了し、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｉ、Ｖｂ＿Ｑ、Ｖｂ＿Ｐｈを最適値に戻した段階で立ち上げシーケンスは終了し、伝送サービスが開始される。
　図３に示すように、伝送サービス開始後、ステップＳ８において、コントローラ４１は、ダミーの変調信号Ｉおよびダミーの変調信号Ｑに代えて、伝送用の変調信号Ｉおよび伝送用の変調信号Ｑを光回路１００に加える。
　以降、コントローラ４１は、規格化されたＮ種類の参照光の強度をモニタするステップＳ９の処理を、定期的に行う。
　ステップＳ１０において、コントローラ４１は、各バイアス電圧Ｖｂ＿Ｉ、Ｖｂ＿Ｑ、Ｖｂ＿Ｐｈが最適値であった場合における規格化されたＮ種類の参照光の強度と、ステップＳ９においてモニタされた、規格化されたＮ種類の参照光の強度とが有意に異なるか否かを判定する。この判定の詳細についても後述する。有意に異なる場合はバイアスドリフトが発生しているのであるから、その補正のためにコントローラ４１は、ステップＳ１１に進む。
　ステップＳ１１において、コントローラ４１は、データベースに記録された各参照光の規格化された強度と、現在の各参照光の規格化された強度とを比較し、どのバイアスが正負どちらにドリフトしたかを判定する。ステップＳ１２において、コントローラ４１は、ステップＳ１１における判定結果をバイアス電圧にフィードバックした後、ステップＳ９に戻る。この判定の詳細についても後述する。
　図４は、図２のステップＳ６におけるコントローラ４１の処理をより詳細に示したフローチャートである。図２及び図３におけるステップ数と区別するために、ここでは１００からステップ数をカウントする。
　ステップＳ１００の実行直前、図２のステップＳ４において、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｉ、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｑ、及び、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｐｈは、最適値に設定されているが、コントローラ４１はステップＳ１００において、バイアス電圧Ｖｂ＿ＩをΔＶｂ＿Ｉ（ｍ）だけ、バイアス電圧Ｖｂ＿ＱをΔＶｂ＿Ｑ（ｍ）だけ、バイアス電圧Ｖｂ＿ＰｈをΔＶｂ＿Ｐｈ（ｍ）だけシフトさせる。ここで、ｍはループ１内の第１のカウンタであり、ループ１はｍ＝１からＭまで１ずつ増加させながら実行される。
　ΔＶｂ＿Ｉ（ｍ）、ΔＶｂ＿Ｑ（ｍ）、ΔＶｂ＿Ｐｈ（ｍ）はゼロを含む正負いずれであっても良いが、ループ１が終了するまでの過程でΔＶｂ＿Ｉ（ｍ）、ΔＶｂ＿Ｑ（ｍ）、ΔＶｂ＿Ｐｈ（ｍ）は各々±０．０５Ｖπｂｉａｓ程度の範囲内で変更され、その刻み幅は０．０１Ｖπｂｉａｓ程度であることが望ましい。ここで、Ｖπｂｉａｓは、光回路１００がもつＭＺＩのバイアスポートにおける半波長電圧である。
　変更範囲と刻み幅が上記の推奨値であるとき、ΔＶｂ＿Ｉ（ｍ）が取る値の数はゼロを含めて、０．０５×２／０．０１＋１＝１１となる。ΔＶｂ＿Ｑ（ｍ）、ΔＶｂ＿Ｐｈ（ｍ）についても同様であるから、取り得る各バイアスの組み合わせの総数は、１１＾３＝１３３１である。よって、Ｍ＝１３３１となる。
　ループ１の最初、ｍ＝１においては、ΔＶｂ＿Ｉ（１）＝ΔＶｂ＿Ｑ（１）＝ΔＶｂ＿Ｐｈ(１）＝０としておく。ループの途中でのバイアスドリフトの有無を確認するため、１以外のｍにおいてもΔＶｂ＿Ｉ（ｍ）＝ΔＶｂ＿Ｑ（ｍ）＝ΔＶｂ＿Ｐｈ（ｍ）＝０を再確認することが望ましい。この場合、Ｍは１３３１以上の値をとる。
　ステップＳ１０１において、コントローラ４１は、参照光の強度を記録する。測定対象の参照光は、ループ２内の第２のカウンタの値ｎに応じて、第ｎの参照光パワモニタ５３－ｎによって得られた第ｎの参照光の強度とする。ここで、ｍが１であり、全バイアス電圧が最適値にあるならば、この時得られた第ｎの参照光の強度を「第ｎの基準値」と定義する。
　ステップＳ１０２において、コントローラ４１は、ステップＳ１０１で得られた参照光の強度を、第ｎの基準値で割る。仮に、ステップＳ１０２実行時にｍ＝１であるならば、得られた答えはｎに依らず１となる。
　ステップＳ１０３において、コントローラ４１は、ステップＳ１０２で得られた計算結果から１を減算する。仮にステップＳ１０３実行時にｍ＝１であるならば、得られた答えはｎに依らず０となる。
　以上のステップＳ１０１からステップＳ１０３までのループ２の処理を、ｎ＝１からＮまで１ずつ増加させながら行う。これにより、ステップＳ１０１からステップＳ１０３の処理が、Ｎ種の参照光の全てについて行われる。
　ここで図４の説明を一度離れ、ステップＳ１０１からステップＳ１０３に至る処理を、実際の実験で得られたデータに基づいて説明する。
　図５は、実測された第１の参照光および第２の参照光の強度を示す図である。第１の参照光は１４９０ｎｍであり、第２の参照光は１６２５ｎｍである。主信号は１５４７ｎｍであり、各バイアス電圧が最適（ΔＶｂ＿Ｉ（１）＝ΔＶｂ＿Ｑ（１）＝ΔＶｂ＿Ｐｈ（１）＝０）なとき、ＩＱ光変調器９２の各ＭＺＩは１５４７ｎｍにおいてＮｕｌｌおよびＱｕａｄ点にある。実験に用いたＩＱ光変調器のＶπｂｉａｓは７Ｖであった。
　図５（ａ）は、ｍ＝１からｍ＝８に至る測定結果を示す。ΔＶｂ＿Ｑ（ｍ）とΔＶｂ＿Ｐｈ（ｍ）は、ｍによらず０に固定とした。また、ΔＶｂ＿Ｉ（ｍ）は、±０．２Ｖ（±０．０２９Ｖπｂｉａｓ）の範囲で掃引し、掃引の刻み幅は０．１Ｖ（０．０１４Ｖπｂｉａｓ）とした。横軸は、ΔＶｂ＿Ｉ（１）～ΔＶｂ＿Ｉ（８）の電圧変化をボルト単位で示している。
　図５（ｂ）は、ｍ＝９からｍ＝１６に至る測定結果を示す。ΔＶｂ＿Ｉ（ｍ）とΔＶｂ＿Ｐｈ（ｍ）は、ｍによらず０に固定とし、ΔＶｂ＿Ｑ（ｍ）のみを変更している。ΔＶｂ＿Ｑ（ｍ）の掃引範囲と刻み幅は、先述のΔＶｂ＿Ｉ（ｍ）のそれと同じである。横軸は、ΔＶｂ＿Ｑ（９）～ΔＶｂ＿Ｑ（１６）の電圧変化をボルト単位で示している。
　図５（ｃ）は、ｍ＝１７からｍ＝２４に至る測定結果を示す。ΔＶｂ＿Ｉ（ｍ）とΔＶｂ＿Ｑ（ｍ）は、ｍによらず０に固定とし、ΔＶｂ＿Ｐｈ（ｍ）のみを変更している。ΔＶｂ＿Ｐｈ（ｍ）の掃引範囲と刻み幅は、先述のΔＶｂ＿Ｉ（ｍ）のそれと同じである。横軸はΔＶｂ＿Ｐｈ（１７）～ΔＶｂ＿Ｐｈ（２４）の電圧変化をボルト単位で示している。
　ｍが１、８、９、１６、１７、２４の時には再現性の確認もあって、全てΔＶｂ＿Ｉ（１）＝ΔＶｂ＿Ｑ（１）＝ΔＶｂ＿Ｐｈ(１）＝０としているが、これらの測定値から第１の基準値および第２の基準値が得られる。図５（ａ）から図５（ｃ）に下向きの矢印で示した値が第１の基準値、上向きの印で示した値が第２の基準値である。
　図６は、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３の演算処理を、実際に図５のデータに対して行った結果を示す図である。横軸は図５と同一であるが、縦軸は規格化された第１および第２の参照光の強度に変更してある。定義から、第１の参照光（１４９０ｎｍ）および第２の参照光（１６２５ｎｍ）は、横軸および縦軸が共に０となる原点を通過する。ただし、実測されたデータでは原点付近で僅かに食い違っている。これは、掃引の途中でバイアスドリフトが生じたことによる。
　ここで、再び図４の説明に戻る。二重のループの内側であるループ２を抜けたとき、ある特定のｍに対して、ΔＶｂ＿Ｉ（ｍ）、ΔＶｂ＿Ｑ（ｍ）、ΔＶｂ＿Ｐｈ（ｍ）の３種のシフト量と、第１から第Ｎまでの規格化された参照光の強度からなる、３＋Ｎ個のデータの組が得られる。ステップＳ１０４において、コントローラ４１はこれら３＋Ｎ個のデータとｍの値を１行にまとめたデータテーブルをデータベース上に作成する。
　データテーブルの行数がＭに達し、外側のループであるループ１を抜けた段階で、図４に示したフロー、すなわち、図３におけるステップＳ１０６が終了する。しかしながら、終了に至るまでの時間が有る程度長くなる場合には、処理を行う過程で発生するバイアスドリフトにより、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｉ、Ｖｂ＿Ｑ、Ｖｂ＿Ｐｈの最適値が僅かに変化してしまう可能性がある。これを補償するため、ステップＳ１０４の後、ステップＳ１０５からステップＳ１０７にかけて、図２のステップＳ３からステップＳ５と同様の処理を行い、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｉ、Ｖｂ＿Ｑ、Ｖｂ＿Ｐｈの最適化をやり直すようにしてもよい。
　図７は、実際に作成されたデータテーブルの一部を示す図である。図７では、ｍが１から３２までの場合しか示していないが、実運用上では前述の通り、ｍの上限であるＭは１０００以上あることが望ましい。ｍ＝１、ｍ＝８、ｍ＝１６、ｍ＝２４、ｍ＝３２では全てΔＶｂ＿Ｉ（ｍ）＝ΔＶｂ＿Ｑ（ｍ）＝ΔＶｂ＿Ｐｈ（ｍ）＝０であるが、規格化された参照光の強度が僅かずつ狂っている。これはバイアスの変更の過程でバイアスドリフトが生じ、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｉ、Ｖｂ＿Ｑ、Ｖｂ＿Ｐｈの最適値が僅かに変化した結果である。このずれを補償するためにステップＳ１０５からステップＳ１０７の処理を行い、ｍ＝９、ｍ＝１７、ｍ＝２５でＶｂ＿Ｉ（ｍ）、Ｖｂ＿Ｑ（ｍ）、Ｖｂ＿Ｐｈ（ｍ）の最適化をやり直している。
　図７に示したデータテーブルの特定のｍに注目する。特定のｍにおける規格化された第１の参照光の強度から規格化された第Ｎの参照光の強度までのＮ種のパラメータからなるＮ次元ベクトルを、「参照光ベクトル」という名で定義する。データテーブルにはＭ種類の参照光ベクトルが記述されるが、参照光ベクトルには以下に示す性質がある。
（性質１）参照光ベクトルのノルムは、各バイアスの誤差が大きい時に増加し、各バイアスが全て最適値である場合にはゼロとなる。
（性質２）参照光ベクトルの各成分は、波長分離カプラ１３の損失の波長依存性や、第ｎの参照光パワモニタ５３－ｎの光／電気変換効率の波長依存性に依存しない。
　これらの性質を利用して、伝送サービス期間中のバイアスドリフトをディザリングなしで補償することが可能となる。これを、図３に示す伝送サービス期間中の処理に立ち戻ってより詳細に説明する。
　図３のステップＳ９において、「コントローラ４１は、規格化されたＮ種類の参照光の強度をモニタする」旨を書いた。この処理をより詳細に説明すると、コントローラ４１は、伝送サービス期間中のある時刻において、図４のステップＳ１０１と同様に、第ｎの参照光の強度を記録し、図４のステップＳ１０２と同様に、記録された強度を第ｎの基準値で割り、図４のステップＳ１０３と同様に、割った結果から１を引いて規格化された第ｎの参照光の強度を得るという処理を、ｎ＝１からＮまで繰り返す。第ｎの基準値は図２のステップＳ６で既に作成されているデータテーブルから、ｍ＝１の場合の値を参照することで得られる。
　ステップＳ９で得られた規格化されたＮ種の参照光の強度は、データテーブル作成時と同様に参照光ベクトルとして扱うことができる。すなわち、ここで得られる参照光ベクトルは、ｎ＝１～Ｎまでの規格化された第ｎの参照光の強度を並べたベクトルである。
　図３のステップＳ１０において、「コントローラ４１は、各バイアスが最適値であった時点と比較して、各参照光の規格化された強度は有意に異なるか？」を判定する旨を書いた。この処理をより詳細に説明する。まず、コントローラ４１は、ステップＳ９で得られた参照光ベクトルのノルムを計算する。このノルムがゼロである、あるいはゼロではないが測定誤差範囲内の値であるならば、各バイアスが最適な状態に留まっていると判断され、ステップＳ１０の判断はＮＯとなる。逆に、ステップＳ９で得られた参照光ベクトルのノルムが測定誤差より有意に大きいならば、ステップＳ１０の判断はＹＥＳとなる。
　図３のステップＳ１１において、「コントローラ４１は、データベースに記録された各参照光の規格化された強度と、現在の各参照光の規格化された強度とを比較し、どのバイアスが正負どちらにドリフトしたかを判定する」旨を書いた。この処理をより詳細に説明する。
　コントローラ４１は、ステップＳ９で得られた参照光ベクトルと、データテーブルのｍ行目に記載された参照光ベクトルとの引き算を行う。次に、コントローラ４１は、引き算の結果得られた新たなベクトルのノルムを計算する。コントローラ４１は、この計算処理をｍ＝１からｍ＝Ｍまで繰り返し、ノルムが最も小さくなるｍであるｍｍｉｎがどれであるかを調べる。コントローラ４１は、データテーブルの行に記録されているΔＶｂ＿Ｉ（ｍｍｉｎ）、ΔＶｂ＿Ｑ（ｍｍｉｎ）、ΔＶｂ＿Ｐｈ（ｍｍｉｎ）が、各バイアス電圧のドリフト量であると判定する。
　図３のステップＳ１２において、「コントローラ４１は、ステップＳ１１の結果を基にバイアス電圧へのフィードバック制御を行う」旨を書いた。図７に示すとおりΔＶｂ＿Ｉ（ｍｍｉｎ）、ΔＶｂ＿Ｑ（ｍｍｉｎ）、ΔＶｂ＿Ｐｈ（ｍｍｉｎ）には符号が含まれているから、各バイアス電圧をどれだけ増加あるいは減少させるべきであるかを判断することができる。
　ここで注意すべき点として、伝送サービス期間中、ステップＳ９で得られた参照光ベクトルはバイアスドリフトにより連続的に変化するのに対し、データテーブルに記録されるΔＶｂ＿Ｉ（ｍ）、ΔＶｂ＿Ｑ（ｍ）、ΔＶｂ＿Ｐｈ（ｍ）は離散的であるから、ステップＳ９で得られた参照光ベクトルとデータテーブルに記載されたＭ種の参照光ベクトルとが完全に一致することはほぼあり得ない。従ってデータテーブルから得たΔＶｂ＿Ｉ（ｍｍｉｎ）、ΔＶｂ＿Ｑ（ｍｍｉｎ）、ΔＶｂ＿Ｐｈ（ｍｍｉｎ）は各バイアス電圧のドリフト量の推定値として用いられるが、誤差をはらみうるものとして処理が必要になる。
　具体例として、ステップＳ９で得られた参照光ベクトルの２つの成分、すなわち規格化された第１の参照光の強度と規格化された第２の参照光の強度とが各々－０．０３４、００３０であったとする。この場合、ｍｍｉｎは２となる。
　図７によれば、ΔＶｂ＿Ｉ（ｍｍｉｎ）＝０．１、ΔＶｂ＿Ｑ（ｍｍｉｎ）＝ΔＶｂ＿Ｐｈ（ｍｍｉｎ）＝０であるから、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｉを減少させる必要がある。しかしながら、フィードバックの量を－０．１Ｖとするのではなく、例えば８０％に抑えて－０．０８Ｖとし、ハンチングを防止するといった運用が望ましい。
　上記のように、コントローラ４１は、参照光ベクトルのノルムに基づいて帰還係数を定めるフィードバック制御により、一つ又は複数のバイアス電圧を変更する。
＜第１の実施形態のバリエーション＞
　第１の実施形態を示す図１では、参照光は２種類、信号光を１つとし、参照光ベクトルを２次元のベクトルとした。ここで、信号光を第３の参照光として扱い、光パワモニタ５２の出力を用いて参照光ベクトルを３次元のベクトルとしてもよい。参照光がＮ種類の場合、参照光ベクトルはＮ＋１次元のベクトルである。
　あるいは、参照光を１つのみとして、参照光ベクトルを１次元のベクトル、すなわち、符号のついた単一の変数とすることもある程度は可能である。しかしながら、図１６から図１８に示すようにＭＺＩには周期性があるため、単一の参照光であると、異なるバイアスドリフトで同一の光出力強度が得られるということがありえる。誤判定を防ぐためには、信号光とは異なる波長の参照光を２つ以上用いることが望ましい。
＜第２の実施形態＞
　第１の実施形態を示す図１では、波長分離カプラ１３を用いて２種類の参照光と信号光を分離し、光パワモニタ５２、第１の参照光パワモニタ５３－１、第２の参照光パワモニタ５３－２を用いて信号光と参照光の強度を測定した。だが、参照光をタイムシェアリングでオン・オフさせることにより、波長分離カプラと参照光パワモニタを省くことも出来る。第２の実施形態を、第１の実施形態との差分を中心に説明する。
　図８は、第２の実施形態の制御回路の構成を示す。図８において、図１に示す第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。図８に示す制御回路と、図１に示す制御回路との差分は、波長分離カプラ１３と、第１の参照光パワモニタ５３－１及び第２の参照光パワモニタ５３－２とが省かれたことにある。そして、もう一つの差分は、第２の実施形態では、第１の参照光光源３５－１及び第２の参照光光源３５－２のオン・オフを、コントローラ４１が実行していることである。
　図９は、第２の実施形態における第１の参照光光源３５－１と第２の参照光光源３５－２とのそれぞれの光源出力時点での光強度の変化と、光パワモニタ５２から出力されるモニタ結果を模式的に示す図である。ここで、時間軸上に記された時刻ｔ１から時刻ｔ１０に至る時間は、変調信号Ｉおよび変調信号Ｑのビットレートないしボーレートの逆数よりもはるかに長いが、しかしバイアスドリフトの影響が無視できる程度には短いものとする。
　図９（ａ）に示すように、第１の参照光光源３５－１は、時刻ｔ２から時刻ｔ３と、時刻ｔ４から時刻ｔ５とにおいてオンとなるが、他の時刻ではコントローラ４１によってオフにされる。一方、図９（ｂ）に示すように、第２の参照光光源３５－２は、時刻ｔ６から時刻ｔ７と、時刻ｔ８から時刻ｔ９とにおいてオンとなるが、他の時刻ではコントローラ４１によってオフにされる。
　光回路１００から出力された第１の参照光と第２の参照光および信号光とは光パワモニタ５２に入力される。図９（ｃ）は、光パワモニタ５２の出力を模式的に示す。信号光は消光されないので、光パワモニタ５２の出力は常にノンゼロの値となる。しかし、第１の参照光がオンの期間である期間Ａ及び期間Ｃにおいて光パワモニタ５２の出力は高くなる。また、第２の参照光がオンの期間である期間Ｅ及び期間Ｇにおいても光パワモニタ５２の出力は高くなる。ただし、光回路１００による第１の参照光と第２の参照光の光損失はバイアスコンディションに依存するので、期間Ａと期間Ｃにおける増加量と、期間Ｅと期間Ｄにおける増加量とは一般に同じではない。
　期間Ａと期間Ｃにおける光パワモニタ出力の平均値Ｐ（Ａ，Ｃ）と、期間Ｂと期間Ｄにおける光パワモニタ出力の平均値Ｐ（Ｂ，Ｄ）を求め、Ｐ（Ａ，Ｃ）×（＋１）＋Ｐ（Ｂ，Ｄ）×（－１）なる演算を行えば、光回路１００を通過後の第１の参照光を求めることができる。同様に、Ｐ（Ｅ，Ｇ）×（＋１）＋Ｐ（Ｆ，Ｈ）×（－１）なる演算を行えば、光回路１００を通過後の第２の参照光を求めることができる。
　ここで、時刻ｔｉと時刻ｔｉ＋１との時間差が常に一定であるならば、上記の演算処理は同期検波と同等である。従って、バンドパスフィルタやローパスフィルタをディジタルフィルタとしてコントローラ４１の内部に構成し、同期検波をディジタル的に行う構成としてもよい。
　なお、期間Ｂ、期間Ｄ、期間Ｆ、期間Ｈの平均値をとることにより光回路１００を通過した時点での信号光の強度を得ることも出来る。
＜第３の実施形態＞
　第１および第２の実施形態では、図７に示すデータテーブルを作成する前に、まず非特許文献１等に記載のディザリングを用いたバイアス制御を用いて、全てのバイアスを最適化した（ステップＳ３～ステップＳ５）。その後にコントローラ４１は、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｉ、Ｖｂ＿Ｑ、Ｖｂ＿ＰｈをそれぞれΔＶｂ＿Ｉ（ｍ）、ΔＶｂ＿Ｑ（ｍ）、ΔＶｂ＿Ｐｈ（ｍ）だけシフトさせて、図７のデータテーブルを作成している。
　ここで、データテーブル作成期間中に温度変化その他の理由で自然に生じるバイアスドリフトが無視できるとするならば、コントローラ４１によって生じたΔＶｂ＿Ｉ（ｍ）、ΔＶｂ＿Ｑ（ｍ）、ΔＶｂ＿Ｐｈ（ｍ）の値は、各バイアス電圧の現在の値と各バイアス電圧の最適値との差分であると見なせるため、バイアスドリフトを模擬することが出来る。
　ところが、コントローラ４１によって強制的に生じたシフトに加えて、温度変化その他の理由で自然に生じるバイアスドリフトも同時に発生し、その影響が無視できない大きさであるならば、図７のデータテーブルの左側に示すバイアスのシフト量と、図７のデータテーブルの右側に示す規格化された参照光の強度との対応が不正確になる。実際、先述したように、ｍ＝１、ｍ＝８、ｍ＝１６、ｍ＝２４、ｍ＝３２では僅かではあるが誤差が生じている。
　この問題を解消するためには、ステップＳ１０５からステップＳ１０７に示すようにバイアス制御をやり直しても良いが、しかし頻繁にこの作業を行うとデータベースの作成時間が伸びてしまうという新たな問題が生じる。
　これらの問題を解消するためには、データテーブルを作成する過程で、逐一バイアスコンディションモニタを行い、シフトさせたバイアス電圧が最適なバイアス電圧からどれだけ乖離しているかを実測し、図７のデータテーブルの左側に記入すればよい。
　データベースの作成は立ち上げシーケンス内で行うため、バイアスコンディションモニタは非特許文献１などに記載された、パイロットトーンを用いたディザリングを用いることが出来る。
＜第４の実施形態＞
　第１、第２および第３の実施形態の説明において、データテーブルの実測例を図７に示した。しかしこれは説明のために一部のみ示した物であり、実際に作成しなければならないデータテーブルはより大規模であり、先述したようにＭは１，０００以上あることが望ましい。図７に示すテーブルのｍ＝２５～３２では、ΔＶｂ＿Ｉ（ｍ）とΔＶｂ＿Ｑ（ｍ）とを同時に、等しい符号で掃引しているが、各バイアス電圧は個別にランダムな方向にシフトするため、ΔＶｂ＿Ｉ（ｍ）とΔＶｂ＿Ｑ（ｍ）とが逆方向にドリフトするケースや、ΔＶｂ＿Ｉ（ｍ）のドリフトの絶対値がΔＶｂ＿Ｑ（ｍ）のドリフトの絶対値よりも大きいケースなど、種々様々な状況を想定しなければならない。このため、データテーブルの作成は長い時間を要する。第４の実施形態では、データテーブルの作成の時間を節約可能な実施形態について説明する。
　図１０は、図７に示すデータテーブルに記載された２次元の参照光ベクトルをＸ－Ｙプロットした図である。横軸が規格化された第１の参照光の強度、縦軸が規格化された第２の参照光の強度である。
　丸のシンボルはΔＶｂ＿Ｉのみを変更した場合であり、増加させた場合は左上方向に伸び、減少させた場合は右下方向に伸びる。三角のシンボルはΔＶｂ＿Ｑのみを変更した場合であり、増加させた場合は左上方向に伸び、減少させた場合は右下方向に伸びる。正方形のシンボルはΔＶｂ＿Ｐｈのみを変更した場合であり、増加させた場合は左下方向に伸び、減少させた場合は右上方向に伸びる。
　図中、Ａと記した点はデータテーブルでのｍ＝７であり、ΔＶｂ＿Ｉ（７）＝－０．１、ΔＶｂ＿Ｑ（７）＝ΔＶｂ＿Ｐｈ(７）＝０である。Ｂと記した点は、データテーブルでのｍ＝１５であり、ΔＶｂ＿Ｑ（１５）＝－０．１、ΔＶｂ＿Ｉ（１５）＝ΔＶｂ＿Ｐｈ(１５）＝０である。Ｃと記した点はデータテーブルでのｍ＝３１であり、ΔＶｂ＿Ｉ（３１）＝ΔＶｂ＿Ｑ（３１）＝－０．１、ΔＶｂ＿Ｐｈ（３１）＝０である。
　図１０で注目すべきことは、原点からＣに至る参照光ベクトルが、原点からＡに至る参照光ベクトルと原点からＢに至る参照光ベクトルとのベクトル和にほぼ等しい、ということである。ここから以下の予測が成り立つ。
　ｍ１とｍ２を１以上Ｍ以下の整数とし、ｒ１とｒ２を０ではない整数としたとき、３種のバイアスのシフト量がそれぞれ、
ｒ１×ΔＶｂ＿Ｉ（ｍ１）＋ｒ２×ΔＶｂ＿Ｉ(ｍ２）、
ｒ１×ΔＶｂ＿Ｑ（ｍ１）＋ｒ２×ΔＶｂ＿Ｑ(ｍ２）、
ｒ１×ΔＶｂ＿Ｐｈ（ｍ１）＋ｒ２×ΔＶｂ＿Ｐｈ(ｍ２）
であるならば、その状態における参照光ベクトルは、以下の式で近似できる。
ｒ１×｛ｍ１における参照光ベクトル｝＋ｒ２×｛ｍ１における参照光ベクトル｝
　ｍ１＝７（Ａ点）、ｍ２＝１５（Ｂ点）、ｒ１＝ｒ２＝１の条件で、ｍ＝３１（Ｃ点）を推定できるかを、図７に示される数値を用いて検算する。
　規格化された第１の参照光の強度はＡ（ｍ＝７）では０．０５５、Ｂ（ｍ＝１５）では０．０３３、両者の和は０．０８８であるのに対し、Ｃ（ｍ＝３１）では０．０７７となる。
　規格化された第２の参照光の強度はＡ（ｍ＝７）では－０．０２８、Ｂ（ｍ＝１５）では－０．０４４、両者の和は－０．０７２であるのに対し、Ｃ（ｍ＝３１）では－０．０７４となる。これらから、実用に足る程度には良い近似値が得られることが分かる。
　コントローラ４１は、この近似を用いて、実際には測定しなかったバイアス電圧のシフト量とその場合における参照光ベクトルを推定し、それらをデータテーブルに記録することによって、データテーブルを拡充させることが可能となる。ただし、線形和で得られる値は近似値に過ぎないため、誤差を抑えるためにｒ１とｒ２は同符号とし、かつその大きさは０から１に留めておくことが望ましい。
＜第１から第４の実施形態のバリエーション＞
　これまで説明した実施形態では、光回路１００を、図１５に示したＩＱ光変調器９２と同一であるものとした。しかし、光回路１００は、ＩＱ光変調器に限らず、単一のＭＺＩで構成される光変調器としてもよい。この場合、変調信号Ｉおよび変調信号Ｑは、単一の変調信号に置き換わる。また、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｉ、Ｖｂ＿Ｑ、Ｖｂ＿Ｐｈは単一のバイアス電圧Ｖｂに置き換わる。
　光回路１００は、光変調器に限らず、図１３に示したＭＺＩ９１のような単一のＭＺＩからなる光フィルタなどあってもよい。その場合は変調信号Ｉ及び変調信号Ｑは不要であり、ステップＳ２の処理も不要となる。
　図１５に示したＩＱ光変調器９２は現状の市販品として広く使われているタイプであるが、図１１に示すような、複数のモニタポートをもつＩＱ光変調器４００のような構成も理論上は可能である。図１１は、複数のモニタポートをもつＩＱ光変調器４００の構成を示す図である。ＩＱ光変調器４００は、Ｉ用モニタポート３０１、Ｑ用モニタポート３０２、Ｐｈ用モニタポート３００を有する点でＩＱ光変調器９２と異なっている。Ｉ用モニタポート３０１は、Ｉ側光合波回路２１が合波した信号を分岐して出力し、Ｑ用モニタポート３０２は、Ｑ側光合波回路２５が合波した信号を分岐して出力し、Ｐｈ用モニタポート３００は、光合波回路６が合波した信号を分岐して出力する。Ｉ用モニタポート３０１はバイアス電圧Ｖｂ＿Ｑ、Ｖｂ＿Ｐｈの影響を受けず、Ｑ用モニタポート３０２はバイアス電圧Ｖｂ＿Ｉ、Ｖｂ＿Ｐｈの影響を受けないため、各バイアスをより速やかに収束させることが可能となる。
　本実施形態は、図１１に示すような複数のモニタポートをもつＩＱ光変調器４００にも適用可能である。図１２は、この場合の制御回路の構成を示す図である。図８に示した第２の実施形態の制御回路と比較すると、図１２に示す制御回路には、Ｉ用の光パワモニタ３０３及びＱ用の光パワモニタ３０４と、Ｉ用のＡ／Ｄコンバータ３０５及びＱ用のＡ／Ｄコンバータ３０６とを新たに追加する必要がある。
　光パワモニタ５２、Ｉ用の光パワモニタ３０３およびＱ用の光パワモニタ３０４は各々、信号光、第１の参照光および第２の参照光を全て受光する。ここで、第２の実施形態および図８で説明したタイムシェアリングを用いることにより、Ｉ用モニタポート３０１、Ｑ用モニタポート３０２、Ｐｈ用モニタポート３００の各々における信号光の強度、第１の参照光の強度および第２の参照光の強度をモニタすることが出来る。
　ここで、コントローラ４１は、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｉのみをシフトさせつつ参照光ベクトルを測定してＩ専用のデータテーブルを作成する。また、コントローラ４１は、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｑのみをシフトさせつつ参照光ベクトルを測定してＱ専用のデータテーブルを作成する。またさらに、コントローラ４１は、バイアス電圧Ｖｂ＿Ｐｈのみをシフトさせつつ参照光ベクトルを測定してＰｈ専用のデータテーブルを作成する。
　伝送サービス期間中は、コントローラ４１は、３種類のデータテーブルをサイクリックに参照し、参照光ベクトルのノルムがどのモニタポート出力においても０に近づくようフィードバック制御を行う。
　これまで説明した実施形態では、各ＭＺＩの光路差ΔＬは、バイアス電圧によって制御されるものとした。しかし、ポッケルス効果ではなくヒータの熱でΔＬを微調するタイプのＭＺＩを光回路１００として用いるのであれば、これまでの実施例に記載したバイアス電圧をバイアス電力に読み替えることで制御が可能となる。ただし、電力は電圧あるいは電流に比例しないため、バイアス電力をシフトさせるにあたっては、コントローラ４１はヒータ抵抗を考慮した換算式を用いて第１のＤ／Ａコンバータ１０４、第２のＤ／Ａコンバータ１０５、第３のＤ／Ａコンバータ１０６の出力を決める必要がある。
　なお、上述した実施形態の制御回路が備えるコントローラ４１は、コンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
　上述した実施形態によれば、単一又は複数のＭＺＩで構成された光回路におけるバイアスドリフトをディザレスでモニタリングおよび補償可能とする制御回路に要求される学習期間を短縮することができる。また、学習期間中に作成されたデータテーブルを、より効率的に活用することが可能となる。
　以上説明した実施形態によれば、制御部は、光回路に含まれる単一の又は複数のマッハツェンダ干渉計それぞれが有する２つの光路の光路差のうち少なくとも１つの光路差を制御する。制御回路は、制御部と、参照光生成部と、参照光入力部と、光パワモニタ部と、規格化部とを有する。制御部は、光回路が有するマッハツェンダ干渉計の光路差を一つ又は複数のバイアス電圧又はバイアス電力により制御する。制御部は、例えば、実施形態のコントローラ４１に対応する。Ｎを自然数とすると、参照光生成部は、光回路に入力される信号光の波長λとは異なるＮ種類の波長λ１～λＮそれぞれの参照光を生成する。参照光生成部は、例えば、実施形態の第１の参照光光源３５－１～第Ｎの参照光光源３５－Ｎに対応する。参照光入力部は、Ｎ種類の参照光を信号光に波長多重して光回路に入力する。参照光入力部は、例えば、実施形態の波長多重カプラ８に対応する。光パワモニタ部は、光回路が有する単一の又は複数のマッハツェンダ干渉計を伝搬した後のＮ種類の参照光の光強度、あるいは、Ｎ種類の参照光の光強度及び信号光の光強度をモニタする。光パワモニタ部は、例えば、実施形態の光パワモニタ５２、第１の参照光パワモニタ５３－１～第Ｎの参照光パワモニタ５３－Ｎに対応する。規格化部は、光パワモニタ部によるＮ種類の参照光の光強度のモニタ結果、あるいは、Ｎ種類の参照光の光強度及び信号光の光強度のモニタ結果のそれぞれを規格化する。規格化部は、例えば、実施形態のコントローラ４１に対応する。規格化されたＮ種類の参照光の光強度のモニタ結果を成分として有するＮ次元ベクトル、又は、規格化されたＮ種類の参照光の光強度及び信号光の光強度のモニタ結果を成分として有するＮ＋１次元ベクトルを参照光ベクトルとする。規格化部は、光回路に含まれる単一の又は複数のマッハツェンダ干渉計の光路差が全て最適であるときには、参照光ベクトルのノルムがゼロとなり、少なくとも一つの光路差が最適値から乖離するにつれてノルムが大きくなるように規格化を行う。制御部は、参照光ベクトルのノルムがゼロに近づくよう一つ又は複数のバイアス電圧またはバイアス電力を変更する。
　制御部は、参照光ベクトルのノルムに基づいて帰還係数を定めるフィードバック制御により一つ又は複数のバイアス電圧またはバイアス電力を変更してもよい。
　光回路の立ち上げシーケンス期間内において、制御部が、一つ又は複数のバイアス電圧またはバイアス電力を最適値からシフトさせ、バイアス電圧のシフト量またはバイアス電力のシフト量と、そのシフト量のシフトを行って得られた参照光ベクトルとの対応関係を示すデータテーブルを作成する学習期間を有してもよい。
　制御部は、一つ又は複数のバイアス電圧またはバイアス電力が最適値からどれだけ離れているかを、一つ又は複数のバイアス電圧またはバイアス電力にディザリングを加えることによって実測し、その測定結果をデータテーブルに記録してもよい。
　制御部は、データテーブルの作成後、作成されたデータテーブルに記録された複数の参照光ベクトルの線形和をとることにより、データテーブルには記録されていなかった一つ又は複数のバイアス電圧またはバイアス電力のシフト量に対応する参照光ベクトルの各成分を推定し、推定された参照光ベクトルをデータテーブルに追加してもよい。
　制御部は、光回路の立ち上げシーケンス終了後、参照光ベクトルをモニタし、モニタした参照光ベクトルのノルムが有意にゼロと異なることを検出した場合は、データテーブルにリストされた複数の参照光ベクトルのうち検出時の参照光ベクトルに近い参照光ベクトルを特定し、特定された参照光ベクトルに対応してデータテーブルに記録されている一つ又は複数のバイアス電圧のシフト量またはバイアス電力のシフト量に基づいて光路差を制御してもよい。
　以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
１　光入力ポート
２　光分岐回路
３　第１の光導波路
４　第２の光導波路
５　バイアス印加電極
６　光合波回路
７　光出力ポート
８　波長多重カプラ
１０　光タップ回路
１２　光フィルタ
１３　波長分離カプラ
２０　Ｉ側光分岐回路
２１　Ｉ側光合波回路
２２　Ｉ側変調用電極
２３　Ｉ側バイアス印加電極
２４　Ｑ側光分岐回路
２５　Ｑ側光合波回路
２６　Ｑ側変調用電極
２７　Ｑ側バイアス印加電極
３５－１　第１の参照光光源
３５－２　第２の参照光光源
４１　コントローラ
４２　記憶部
５０　Ｉｎ－Ｐｈａｓｅ用ＭＺＩ
５１　Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ用ＭＺＩ
５２　光パワモニタ
５３－１　第１の参照光パワモニタ
５３－２　第２の参照光パワモニタ
９１　ＭＺＩ
９２　ＩＱ光変調器
１００　光回路
１０２　Ａ／Ｄコンバータ
１０３－１　第１の参照光用Ａ／Ｄコンバータ
１０３－２　第２の参照光用Ａ／Ｄコンバータ
１０４　第１のＤ／Ａコンバータ
１０５　第２のＤ／Ａコンバータ
１０６　第３のＤ／Ａコンバータ

Claims (7)

  1. 　光回路に含まれる単一の又は複数のマッハツェンダ干渉計それぞれが有する２つの光路の光路差のうち少なくとも１つの光路差を制御する制御回路であって、
    　前記光路差を一つ又は複数のバイアス電圧又はバイアス電力により制御する制御部と、
    　Ｎを自然数とすると、前記光回路に入力される信号光の波長とは異なるＮ種類の波長それぞれの参照光を生成する参照光生成部と、
    　前記Ｎ種類の参照光を前記信号光に波長多重して前記光回路に入力する参照光入力部と、
    　前記光回路が有する前記単一の又は複数のマッハツェンダ干渉計を伝搬した後の前記Ｎ種類の参照光の光強度、あるいは、前記Ｎ種類の参照光の光強度及び前記信号光の光強度をモニタする光パワモニタ部と、
    　前記光パワモニタ部による前記Ｎ種類の参照光の光強度のモニタ結果、あるいは、前記Ｎ種類の参照光の光強度及び前記信号光の光強度のモニタ結果のそれぞれを規格化する規格化部とを備え、
    　前記規格化部は、規格化された前記Ｎ種類の参照光の光強度の前記モニタ結果を成分として有するＮ次元ベクトル、又は、規格化された前記Ｎ種類の参照光の光強度及び前記信号光の光強度の前記モニタ結果を成分として有するＮ＋１次元ベクトルを参照光ベクトルとしたとき、前記光回路に含まれる単一の又は複数の前記マッハツェンダ干渉計の光路差が全て最適であるときには前記参照光ベクトルのノルムがゼロとなり、少なくとも一つの光路差が最適値から乖離するにつれてノルムが大きくなるように規格化を行い、
    　前記制御部は、前記参照光ベクトルのノルムがゼロに近づくよう一つ又は複数の前記バイアス電圧または前記バイアス電力を変更する、
    　制御回路。
  2. 　前記制御部は、前記参照光ベクトルのノルムに基づいて帰還係数を定めるフィードバック制御により前記一つ又は複数のバイアス電圧又はバイアス電力を定める、
    　請求項１に記載の制御回路。
  3. 　前記光回路の立ち上げシーケンス期間内において、前記制御部は、前記一つ又は複数のバイアス電圧またはバイアス電力を最適値からシフトさせ、前記バイアス電圧のシフト量または前記バイアス電力のシフト量と、前記シフト量のシフトを行って得られた前記参照光ベクトルとの対応関係を示すデータテーブルを作成する、
    　請求項１に記載の制御回路。
  4. 　前記制御部は、前記一つ又は複数のバイアス電圧またはバイアス電力が最適値からどれだけ離れているかを、前記一つ又は複数のバイアス電圧またはバイアス電力にディザリングを加えることによって測定し、測定した結果を前記データテーブルに記録する、
    　請求項３に記載の制御回路。
  5. 　前記制御部は、前記データテーブルの作成後、前記データテーブルに記録された複数の前記参照光ベクトルの線形和をとることにより、前記データテーブルには記録されていなかった一つ又は複数のバイアス電圧またはバイアス電力のシフト量に対応する参照光ベクトルの各成分を推定し、推定された前記参照光ベクトルを前記データテーブルに追加する、
    　請求項３に記載の制御回路。
  6. 　前記制御部は、前記光回路の立ち上げシーケンス終了後、参照光ベクトルをモニタし、モニタした前記参照光ベクトルのノルムが有意にゼロと異なることを検出した場合は、前記データテーブルにリストされた複数の参照光ベクトルのうち検出時の前記参照光ベクトルに近い参照光ベクトルを特定し、特定された前記参照光ベクトルに対応して前記データテーブルに記録されている一つ又は複数の前記バイアス電圧のシフト量または前記バイアス電力のシフト量に基づいて前記光路差を制御する、
    　請求項３に記載の制御回路。
  7. 　光回路に含まれる単一の又は複数のマッハツェンダ干渉計それぞれが有する２つの光路の光路差のうち少なくとも１つの光路差を一つ又は複数のバイアス電圧又はバイアス電力により制御する制御ステップと、
    　Ｎを自然数とすると、前記光回路に入力される信号光の波長とは異なるＮ種類の波長それぞれの参照光を生成する参照光生成ステップと、
    　前記Ｎ種類の参照光を前記信号光に波長多重して前記光回路に入力する参照光入力ステップと、
    　前記光回路が有する前記単一の又は複数のマッハツェンダ干渉計を伝搬した後の前記Ｎ種類の参照光の光強度、あるいは、前記Ｎ種類の参照光の光強度及び前記信号光の光強度をモニタするモニタステップと、
    　前記モニタステップによる前記Ｎ種類の参照光の光強度のモニタ結果、あるいは、前記Ｎ種類の参照光の光強度及び前記信号光の光強度のモニタ結果のそれぞれを規格化する規格化ステップとを有し、
    　前記規格化ステップにおいては、規格化された前記Ｎ種類の参照光の光強度の前記モニタ結果を成分として有するＮ次元ベクトル、又は、規格化された前記Ｎ種類の参照光の光強度及び前記信号光の光強度の前記モニタ結果を成分として有するＮ＋１次元ベクトルを参照光ベクトルとしたとき、前記光回路に含まれる単一の又は複数の前記マッハツェンダ干渉計の光路差が全て最適であるときには前記参照光ベクトルのノルムがゼロとなり、少なくとも一つの光路差が最適値から乖離するにつれてノルムが大きくなるように規格化を行い、
    　前記制御ステップにおいては、前記参照光ベクトルのノルムがゼロに近づくよう一つ又は複数の前記バイアス電圧または前記バイアス電力を変更する、
    　光回路制御方法。
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