JP4884750B2 - 光変調器およびそのバイアス制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光変調器および光変調器に付与する直流バイアスを自動的かつ安定的に制御するためのバイアス制御方法に関するものである。

近時の急増する情報通信需要の増大に応ずるため、高速伝送および高密度伝送が可能な光変調器の実用化が求められているが、その候補の一つとして、位相変調をベースとしたＤＱＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調方式に基づく変調技術を開示した文献が存在する（例えば、特許文献１）。この特許文献１に示される光変調器では、２つのマッハツェンダー（以下「ＭＺ」と表記）型光変調器（以下「ＭＺ型光変調器」という）から出力される位相変調光信号を合波することによって、ＤＱＰＳＫ光変調信号を生成するようにしている。

また、複数の変調器を用いて構成された光送信器において、バイアス制御もしくは光位相制御に関する技術を開示した、例えば、下記特許文献２〜６などが存在する。これらの文献のうち、特許文献２〜５には、複数の光変調器から出力される光パルス信号を一つの光ファイバに多重化する際の各光パルス信号間における位相調整手法が開示されている。具体的には、光位相調整部にそれぞれ低周波ディザ信号を重畳し、多重化後の光信号成分の中で、低周波ディザ信号成分に関連する成分を用いて光位相調整部を制御するようにしている。

また、特許文献６では、メインのＭＺ型光変調器の両アームにサブの光変調器として複数のＭＺ型光変調器が内包された光変調器におけるバイアス制御方法が開示されている。この光変調器では、第１のＭＺ型光変調部、第２のＭＺ型光変調部および光位相調整部の各構成部にそれぞれ異なる周波数の低周波ディザ信号が重畳され、それぞれに対応する低周波ディザ信号成分が含まれる光信号の変化に基づいて各部のバイアス調整が行われる。なお、この光変調器は、元来、ＳＳＢ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｉｄｅ Ｂａｎｄ）変調信号を生成する変調器として構成されたものではあるが、ＤＱＰＳＫ変調信号を行う際の変調器として使用することも可能である。

ところで、例えば特許文献１に示された光変調器のように、ＤＱＰＳＫ変調信号を２つの位相変調光信号の合波によって生成する場合、それぞれの位相変調光信号間の光位相差をπ／２に調整する必要があるが、その際、光位相を調整する調整ポイントのずれが光信号品質劣化に対して非常に敏感であることが知られている（例えば、非特許文献１）。このため、２つの位相変調光信号間における光位相を精度よく、自動的かつ安定的に調整する調整手法を確立し、実現することがＤＱＰＳＫ光変調方式の実用化には不可欠となる。

特開２００４−５１６７４３号公報 特開２００３−１９８５０７号公報 特開平１０−２００５１２号公報 特開平０９−２６１２０７号公報 特開平０８−２５１１１３号公報 特開２００４−３１８０５２号公報 Ｋ．Ｉｓｈｉｄａ，ｅｔ．ａｌ．，"Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ＳＳＢ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ−ｂａｓｅｄ ２０Ｇｂ／ｓ ＲＺ−ＤＱＰＳＫ Ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ，"ＯＥＣＣ ２００４ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ，１６Ｃ２−２，ｐｐ．８１２−８１３，Ｊｕｌｙ ２００４．

前述したように、ＤＱＰＳＫ変調信号を２つの位相変調光信号の合波によって生成する場合には、それぞれの位相変調光信号間の光位相差をπ／２に精度よく調整する技術が不可欠であるが、上記従来技術のように、光位相制御を行うための機能部である光位相調整部に低周波ディザ信号を重畳してしまうと、低周波ディザ信号自体による信号品質劣化が無視できなくなるといった問題点が生じ得る。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光位相調整部へのディザ重畳を行うことなく光位相制御を自動的かつ安定的に制御することができる光変調器およびそのバイアス制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる光変調器は、複数の光変調部と、該複数の光変調部の入力側または出力側に接続される光位相調整部と、該複数の光変調部の各出力を合波し、あるいは該光変調部の１以上の出力と該光位相調整部の１以上の出力とを合波する光合波手段と、を備えた光変調器において、前記複数の光変調部に印加される変調信号または直流バイアスに所定の周波数を有する低周波信号を重畳する低周波信号重畳手段と、前記複数の光変調部の個々に対応する低周波信号重畳手段が出力する低周波信号間の和周波数成分および／または差周波数成分を生成する和／差周波数成分生成手段と、前記光合波手段の合波出力から前記和周波数成分および／または差周波数成分における光量変化を検出する光量変化検出手段と、前光量変化検出手段の出力に基づいて前記光位相調整部の直流バイアスを制御する直流バイアス制御手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明にかかる光変調器によれば、光変調部に印加される変調信号または直流バイアスに重畳されて入力される低周波ディザ信号間の和周波数成分および差周波数成分を生成し、光出力に含まれる和／差周波数成分の光量変化に基づいて光位相調整部の直流バイアスを制御するようにしているので、光位相調整部へのディザ重畳を行うことなく光位相制御を自動的かつ安定的に制御することができるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる光変調器および光変調器のバイアス制御方法を実現する実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
まず、実施の形態１にかかる光変調器の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる光変調器の構成を示す図である。同図に示す光変調器では、例えば電気光学効果を有するニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂO₃）の基板上に、例えばＴｉ拡散法などの手法を用いて形成されたＭＺ型導波路５が構成されている。このＭＺ型導波路５は、ＭＺ型構造の光導波路として、図示するような上側導波路６ａおよび下側導波路６ｂからなる一対の導波路を備えている。また、上側導波路６ａ上には、ＭＺ型導波路５と同様なＭＺ型構造を有するＭＺ型光変調部１３ａ（第１のＭＺ型光変調部）が形成され、下側導波路６ｂ上には、ＭＺ型構造のＭＺ型光変調部１３ｂ（第２のＭＺ型光変調部）と、光位相調整部１５とが形成されている。なお、同図において、光位相調整部１５は、ＭＺ型光変調部１３ｂの後段部に形成されているが、その前段部に形成されていてもよく、また、下側導波路６ｂ上ではなく、上側導波路６ａ上に形成されていてもよい。

ＭＺ型導波路５の入力側には、キャリア光信号を分波してＭＺ型光変調部１３ａ，１３ｂに出力する光分波手段１９ａが具備され、ＭＺ型導波路５の出力側にはＭＺ型光変調部１３ａと光位相調整部１５の各出力を合波する光合波手段２０が具備される。

また、ＭＺ型光変調部１３ａ，１３ｂのそれぞれに変調信号や直流バイアスを印加するための構成として、高周波変調信号駆動手段１０ａ，１０ｂ、直流バイアス制御手段１１ａ，１１ｂ、低周波発振器１４ａ，１４ｂ、加算手段１２ａ，１２ｂが具備される。さらに、光位相調整部１５にて光位相を調整するための構成として、光分波手段１９ａ、光電気変換手段１７、ミキシング手段１６、同期検波手段１８および直流バイアス制御手段１１ｃが具備される。なお、光分波手段１９ａ、光電気変換手段１７および同期検波手段１８の各構成部は、光合波手段２０の合波出力の出力（光量）変化を検出する光量変化検出手段を具現し、ミキシング手段１６、同期検波手段１８の各構成部は、低周波発振器１４ａ，１４ｂが出力する低周波信号間の和周波数成分および／または差周波数成分を生成する和／差周波数成分生成手段を具現する。

つぎに、図１のように構成される実施の形態１にかかる光変調器および光変調器のバイアス制御方法の動作について説明する。

図１において、光分波手段１９ａには、例えばＣＷ（連続）光が入力され、入力されたＣＷ光が光分波手段１９ａで分波され、それぞれＭＺ型光変調部１３ａ、ＭＺ型光変調部１３ｂに入力される。ここで、例えば、ＤＱＰＳＫ変調などを行う場合には、光分波手段１９ａにおける分岐比は概略１：１となっていることが好ましい。

また、ＭＺ型光変調部１３ａには、データ変調用の高周波変調信号が高周波変調信号駆動手段１０ａから供給されるとともに、直流バイアス制御手段１１ａからＭＺ型光変調部１３ａの動作点を決定する直流バイアスが供給される。なお、ＭＺ型光変調部１３ａに対するバイアス制御は、一般的な公知技術を適用することができる。例えば、図１に示すように、直流バイアスに低周波ディザ信号を重畳し、この重畳信号に対する応答を検出する検出手段（図示省略）が、ＭＺ型光変調部１３ａに対する最適な直流バイアスを制御するような構成を採用すればよい。

なお、ＭＺ型光変調部１３ｂに関する動作もＭＺ型光変調部１３ａと同様であるが、ＭＺ型光変調部１３ａに入力する低周波ディザ信号の周波数ｆ１と、ＭＺ型光変調部１３ｂに入力する低周波ディザ信号の周波数ｆ２とが、異なる周波数であることが好ましい。

動作説明に戻り、ＭＺ型光変調部１３ｂから出力された光信号は、光位相調整部１５にて所定の光位相差が付与され、この光位相調整部１５の出力信号とＭＺ型光変調部１３ａの出力信号とが、光合波手段２０にて概略１：１のパワー比で合波されて出力される。ここで、例えば、ＤＱＰＳＫ変調を行う場合には、ＭＺ型光変調部１３ａおよびＭＺ型光変調部１３ｂに付与される直流バイアスは、それぞれｎｕｌｌ点（高周波変調信号が入力されない場合にあっては消光する状態）に設定され、光位相調整部１５では、ＭＺ型光変調部１３ａを通じて光合波手段２０に入力される光信号とＭＺ型光変調部１３ｂを通じて光合波手段２０に入力される光信号との間の位相差がほぼπ／２となるようなバイアス点に設定される。

一方、光合波手段２０から出力された光信号の一部は、光分波手段１９ｂにて分岐され、光電気変換手段１７に入力される。光電気変換手段１７は、例えば２乗検波によって低周波ディザ信号の周波数を含む電気信号を生成して同期検波手段１８に出力する。同期検波手段１８は、光電気変換手段１７の２乗検波出力のうち、ｆ１−ｆ２およびｆ１＋ｆ２の各周波数成分における出力変化（光量変化）を基準信号との位相比較によって検出する。直流バイアス制御手段１１ｃは、同期検波手段１８から出力される周波数ｆ１−ｆ２および周波数ｆ１＋ｆ２における同期検波出力の変化に基づいて光位相調整部１５に出力する直流バイアスを制御する。

なお、同期検波手段１８に入力される位相比較のための基準信号は、低周波発振器１４ａ，１４ｂの各ディザ信号出力をミキシング手段１６に入力し、その出力成分のうちのｆ１−ｆ２もしくはｆ１＋ｆ２の必要となる成分のみをフィルタリングすることで得ることができる。また、直流バイアス制御手段１１ｃが直流バイアスを制御する際の制御の向きおよびその制御量は、同期検波手段１８において、光電気変換手段１７の出力光信号の中から所望の周波数成分をフィルタリングにて抽出し、この抽出信号と上述の基準信号との位相比較によって決定することができる。

つぎに、光位相調整部１５に対する直流バイアスの制御に必要な周波数成分（ｆ１−ｆ２成分およびｆ１＋ｆ２成分）について、定量的な考察を加える。いま、図１の構成において、ＭＺ型光変調部１３ａ，１３ｂの直流バイアス設定ポイントをそれぞれφ１，φ２とし、光位相調整部１５での設定位相差をφ３とすると、光電気変換手段１７の出力信号のうち、ｆ１−ｆ２成分およびｆ１＋ｆ２成分はそれぞれ次式のように表記できる。

（ｆ１−ｆ２成分）
ｋ１・[−ｃｏｓ(φ３)・[ｓｉｎ(φ１)・ｓｉｎ(φ２)＋(ｃｏｓ(φ１)＋１)・(ｃｏｓ(φ２)＋１)]＋ｓｉｎ(φ３)・[ｓｉｎ(φ１)・(ｃｏｓ(φ２)＋１)−ｓｉｎ(φ２)・(ｃｏｓ(φ１)＋１)]] ・・・（１）

（ｆ１＋ｆ２成分）
ｋ２・[ｃｏｓ(φ３)・[ｓｉｎ(φ１)・ｓｉｎ(φ２)＋(ｃｏｓ(φ１)＋１)・(ｃｏｓ(φ２)＋１)]−ｓｉｎ(φ３)・[ｓｉｎ(φ１)・(ｃｏｓ(φ２)＋１)−ｓｉｎ(φ２)・(ｃｏｓ(φ１)＋１)]] ・・・（２）

上記（１），（２）式におけるｋ１，ｋ２はそれぞれ定数である。また、ＤＱＰＳＫ変調の場合は、上式にてφ１＝φ２＝０であり、上式は、それぞれ余弦関数（ｃｏｓ）のみの式で表される。ここで、図２は、φ１＝φ２＝０のときの、光位相調整部バイアスと和／差周波数成分との関係を示す図である。なお、ここでいう「光位相調整部バイアス」とは、光位相調整部１５が自身への入力光信号に位相差φ３を付与するときの直流バイアス値を「π」で規格化したものである。

図２から明らかなように、光位相調整部１５にて付与される位相差が「π／２」の点で各周波数成分はゼロとなり、この「π／２」の点からのずれが生じると符号を持った誤差信号が発生することがわかる。その結果、これらの誤差信号に基づいて低周波ディザ信号の和周波成分および／または差周波成分をゼロとなるように制御することで、例えばＤＱＰＳＫ光変調に対して光位相調整部１５が付与する位相差をπ／２に設定することができる。なお、和周波数成分と差周波数成分との対称性を利用して、和周波数成分および／または差周波数成分の強度が概略等しくなるように前記光位相調整部の直流バイアスを制御してもよい。

なお、低周波発振器１４ａ，１４ｂから出力される各低周波ディザ信号成分ならびにそれらの和周波成分および差周波成分は、高周波変調信号の帯域外に存在することが好ましく、特に、低周波数側に位置していればさらに好ましい。加えて、各低周波ディザ信号成分ならびにそれらの和周波成分および差周波成分は、相互の干渉が生じないように、互いに逓倍の関係とならないような周波数に設定されていることが好ましい。

また、図１では、ＭＺ型光変調部１３ａ，１３ｂに印加する低周波ディザ信号を直流バイアスに重畳する構成を示しているが、これらの低周波ディザ信号を高周波変調信号に重畳しても同様の効果が得られることはいうまでもない。

加えて、上述の説明においては、ＤＱＰＳＫ変調を例にとり、各ＭＺ型光変調部１３ａ，１３ｂに付与する直流バイアスに低周波ディザ信号を重畳する場合を好適な一例として示したが、ＤＱＰＳＫ変調方式に限定されるものではなく、また、他の変調方式への適用を制限するものではない。なお、ＭＺ型光変調部１３ａ，１３ｂの直流バイアス制御においては、複数の従来例で示されているように、所望の箇所に印加した低周波ディザ信号に対して、該ディザ信号の基本波成分を検出して直流バイアスの制御に付してもよいし、また、その高調波成分を検出して直流バイアスの制御を行ってもよい。

また、各ＭＺ型光変調部１３ａ，１３ｂの直流バイアス設定ポイントにかかるバイアス調整を光位相調整部１５の設定に依存することなく、独立かつ安定的に行うためには、図３に示すようにＭＺ型光変調部１３ａ，１３ｂの出力にそれぞれ光電気変換手段１７ａ，１７ｂを設け、これらの光電気変換手段１７ａ，１７ｂの各出力に基づいて、図示を省略した直流バイアス制御回路が、対応するＭＺ型光変調部の直流バイアスを制御するようにすればよい。

さらに、図１において、各ＭＺ型光変調部１３ａ，１３ｂ、高周波変調信号駆動手段１０ａ，１０ｂ、光位相調整部１５、光合波手段２０および光分波手段１９ａ，１９ｂが理想的でない場合や、温度、湿度などの環境条件の変化や、光パワー変動などに伴って最適動作点がドリフトする場合などにあっては、光位相調整部１５の最適設定ポイントが低周波ディザ信号の和／差周波成分が所定の値になる場所（例えば、π／２の設定の場合には、和／差周波成分がゼロ）からシフトした場合に備えて、同期検波手段１８に動作点シフト機能を持たせるようにしてもよい。この動作点シフト機能を具現する手段として、例えば、基準信号を出力するミキシング手段１６の出力の一部と、光電気変換手段１７の出力をフィルタリングして得られる和／差周波成分とを加減算すればよい。このようにすれば、光電気変換手段１７から得られる和／差周波成分の振幅／位相が変化し、結果として、位相比較結果をシフトさせることになるので、実質的に光位相調整部１５における直流バイアス設定ポイントをシフトさせることができる。

さらに加えて、上記の構成による光位相調整部１５に対する直流バイアスの制御は、光位相調整部１５への低周波ディザ信号の有無に依存することなく動作するため、当然さらに異なる周波数の低周波ディザ信号を光位相調整部へ印加することを妨げるものではない。したがって、光位相調整部１５へさらに重複しない周波数の低周波ディザ信号を重畳し、本低周波ディザ信号に関連する光信号成分（ディザの基本波成分や第２高調波成分）をあわせて使用することができるので、光位相調整部１５の制御精度の向上や、光位相調整部１５に対するバイアス制御用バックアップ回路としての活用など、光変調器を制御する制御回路の性能および信頼性を向上させることができる。

また、光位相調整部１５に印加する低周波ディザ信号は、他で使用される周波数とは重複しないように選択することが一般的であり、当該選択された周波数（番号）をチャネル識別番号として使用することができ、この場合には、波長多重時などに、多重化された信号の中から、所定チャネルの信号を抽出することも可能である。

なお、上記説明の全体を通じて、光変調部がＭＺ型の光変調器で構成されている場合を一例として説明したが、ＭＺ型に限定されるものではなく、位相変調信号を出力可能な光変調器に広くて適用することができる。また、上記説明の全体を通じて、ＤＱＰＳＫ変調を一例とした光位相調整部における位相調整処理について説明したが、本手法は、ＤＱＰＳＫ変調方式以外の、例えば８ＰＳＫ変調やＤ８ＰＳＫ変調あるいはＱＡＭ変調等の多値位相変調方式に適用することもできる。

以上説明したように、この実施の形態によれば、光変調部に印加される変調信号または直流バイアスに重畳されて入力される低周波ディザ信号間の和周波数成分および差周波数成分を生成し、光出力に含まれる和／差周波数成分の光量変化に基づいて光位相調整部の直流バイアスを制御するようにしているので、光位相調整部へのディザ重畳を行うことなく光位相制御を自動的かつ安定的に制御することができる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２にかかる光変調器の構成を示す図である。同図に示す光変調器は、和／差周波数成分生成手段を具現するミキシング手段１６、同期検波手段１８の構成に代えて、光電気変換手段１７の出力をフィルタリングする電気フィルタ手段２２と、光位相調整部１５の直流バイアスを制御するために直流バイアス制御手段１１ｃに出力する制御信号を生成するプロセッサ２１と、を備えるように構成される。なお、実施の形態１の構成と同一あるいは同等である構成部には同一符号を付してその説明を省略するとともに、ここでは、実施の形態１と異なる処理についてのみ説明する。

つぎに、図４のように構成される実施の形態２にかかる光変調器および光変調器のバイアス制御方法の動作について説明する。

上述のように、図４に示す光変調器では、直流バイアス制御手段１１ｃの制御が、プロセッサ２１の出力に基づいて行われる。すなわち、光電気変換手段１７の出力信号から電気フィルタ手段２２にて、ＭＺ型光変調部１３ａ，１３ｂに印加されている低周波ディザ信号の和周波成分および／または差周波成分を抽出し、その強度情報に基づいてＭＺ型光変調部１３ａ，１３ｂの直流バイアスを制御する構成となっている。

なお、図４に示す構成においても、光電気変換手段１７の出力に含まれる和／差周波数成分は、図２と同様に付与される。ここで、図５は、図２に示した和／差周波数成分の強度（絶対値）を示す図である。いま、図５に示すようなキャリア対雑音比に優れた信号強度が得られる場合であれば、和周波数成分または差周波数成分のいずれかの情報を用いて、例えば山登り法による最小値探索（例えば当該成分の強度が０となる地点を探索）などを用いたバイアス制御を行うことが可能であり、この種の最小値探索をマイクロコンピュータなどの汎用プロセッサを用いて実現することができる。

また、プロセッサを用いたバイアス制御とすることで、上述したような動作点シフト機能などの付加的機能を具現する構成部を具備する必要がなく、コストの削減や回路規模の削減を実現することができる。

なお、図４では光位相調整部１５がＭＺ型光変調部１３ａ，１３ｂの後段に接続された構成としているが、実施の形態１と同様に、ＭＺ型光変調部１３ａ，１３ｂの前段に接続された場合においても、同様の動作をすることはいうまでもない。

また、図４では、ＭＺ型光変調部１３ａ，１３ｂに印加する低周波ディザ信号を直流バイアスに重畳する構成を示しているが、これらの低周波ディザ信号を高周波変調信号に重畳しても同様の効果が得られることはいうまでもない。

また、実施の形態１と同様に、光位相調整部への低周波ディザ信号の重畳を制限するものではなく、付加的に低周波ディザ信号を光位相調整部へ重畳し、関連するディザ周波数成分を制御に使用することで、光位相調整部の制御精度向上、制御回路の信頼性向上の効果がある点は同様である。加えて、追加した低周波ディザ信号をチャネル識別用途などの他の目的に使用してもよいことは言うまでもない。

加えて、上述の説明においては、ＤＱＰＳＫ変調や、ＭＺ型の光変調器を想定しているが、実施の形態１の場合と同様に、ＤＱＰＳＫ変調方式や、ＭＺ型の光変調器のみに限定されるものではない。

さらに加えて、ＭＺ型光変調部１３ａ，１３ｂのバイアス調整を光位相調整部１５の設定に依存することなく、独立かつ安定的に行うための構成として、図３に示すようにＭＺ型光変調部１３ａ，１３ｂの出力に個別の光電気変換手段１７ａ，１７ｂを設け、それらの光電気変換手段１７ａ，１７ｂの各出力に基づいて、対応するＭＺ型光変調部の直流バイアスを制御するようにしてもよいことはいうまでもない。

以上説明したように、この実施の形態によれば、光変調部に印加される変調信号または直流バイアスに重畳されて入力される低周波ディザ信号間の和周波数成分および差周波数成分を生成する生成手段として汎用的なプロセッサを具備するようにしているので、光位相制御を自動的かつ安定的に行う機能部のコストおよび規模を削減することができる。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３にかかる光変調器の構成を示す図である。同図に示す光変調器は、図１および図４の構成から、光変調器の後段（光合波手段２０の出力側）にＭＺ型光変調部１３ｄを追加するように構成しており、この構成に付随して、ＭＺ型光変調部１３ａ，１３ｂと同様に、ＭＺ型光変調部１３ｄに変調信号や直流バイアスを印加するための高周波変調信号駆動手段１０ｄ、直流バイアス制御手段１１ｄ低周波発振器１４ｄおよび加算手段１２ｄの各構成部が具備される。なお、その他前述の図１、図４と同一または同等の構成部には、同一符号を付して示しているが、光位相調整部１５のバイアスを制御するための各構成部については図示を省略している。

つぎに、図６のように構成される実施の形態３にかかる光変調器および光変調器のバイアス制御方法の動作について説明する。

図６において、高周波変調信号駆動手段１０ｄからの出力信号としてクロック信号を供給した場合には、ＭＺ型光変調部１３ｄにて光出力信号のパルス化を行うことが可能であり、位相変調をベースとした光変調方式において、光ファイバでの非線形光学効果に対する耐力向上を図ることができる。

なお、後段の低周波発振器１４ｄからＭＺ型光変調部１３ｄに出力される低周波ディザ信号の周波数は、前段の低周波発振器１４ａ，１４ｂで使用される各低周波ディザ信号成分ならびにそれらの和周波成分および差周波成分との間で、相互の干渉が生じないように、互いに逓倍の関係とならないような周波数に設定されていることが好ましい。また、そのような関係にある低速ディザ周波数を設定することで、各ＭＺ型光変調部の動作安定化をそれぞれ独立に実施することができる。

また、実施の形態１，２と同様に、光位相調整部への低周波ディザ信号の重畳を制限するものではなく、付加的に低周波ディザ信号を光位相調整部へ重畳し、関連するディザ周波数成分を制御に使用することで、光位相調整部の制御精度向上、制御回路の信頼性向上の効果がある点は同様である。加えて、追加した低周波ディザ信号をチャネル識別用途などの他の目的に使用してもよいことは言うまでもない。

以上説明したように、この実施の形態によれば、光変調器の後段に光変調部を備えるように構成しているので、光出力信号のパルス化が可能となり、光ファイバでの非線形光学効果に対する耐力を有する光信号を生成することができる。

以上のように、本発明にかかる光変調器および光変調器のバイアス制御方法は、位相変調光信号間における光位相を精度よく、自動的かつ安定的に制御することができる光変調器およびその制御手法として有用である。

本発明の実施の形態１にかかる光変調器の構成を示す図である。 ＭＺ型光変調部の各直流バイアス設定ポイントがゼロ（φ１＝φ２＝０）のときの光位相調整部バイアスと和／差周波数成分との関係を示す図である。 各ＭＺ型光変調部における直流バイアス設定ポインのバイアス調整を光位相調整部の設定に依存することなく独立かつ安定的に行うための構成例を示す図である。 本発明の実施の形態２にかかる光変調器の構成を示す図である。 図２に示した和／差周波数成分の強度（絶対値）を示す図である。 本発明の実施の形態３にかかる光変調器の構成を示す図である。

符号の説明

５ ＭＺ型導波路
６ａ 上側導波路
６ｂ 下側導波路
１０ａ，１０ｂ，１０ｄ 高周波変調信号駆動手段
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 直流バイアス制御手段
１２ａ，１２ｂ，１２ｄ 加算手段
１３ａ，１３ｂ，１３ｄ ＭＺ型光変調部
１４ａ，１４ｂ，１４ｄ 低周波発振器
１５ 光位相調整部
１６ ミキシング手段
１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 光電気変換手段
１８ 同期検波手段
１９ａ，１９ｂ 光分波手段
２０ 光合波手段
２１ プロセッサ
２２ 電気フィルタ手段

Claims (18)

1. キャリア光を２つに分波する分波手段と、該分波手段による各分波光が入力され、所定の変調を行う第１、第２の光変調部と、該第２の光変調部の入力側または出力側に接続される光位相調整部と、該第１および第２の光変調部の各出力を合波し、あるいは該第１の光変調部の出力と該光位相調整部の出力とを合波する光合波手段と、を備えた光変調器において、
   前記第１の光変調部に印加される変調信号または直流バイアスに所定の周波数を有する第１の低周波信号を重畳する第１の低周波信号重畳手段と、
   前記第２の光変調部に印加される変調信号または直流バイアスに前記第１の低周波信号とは周波数の異なる第２の低周波信号を重畳する第２の低周波信号重畳手段と、
   前記第１の低周波信号と前記第２の低周波信号との間の和周波数成分および／または差周波数成分を生成する和／差周波数成分生成手段と、
   前記光合波手段の合波出力から前記和周波数成分および／または差周波数成分における光量変化を検出する光量変化検出手段と、
   前記光量変化検出手段の出力に基づいて前記光位相調整部の直流バイアスを制御する直流バイアス制御手段と、
   を備えたことを特徴とする光変調器。
2. 前記第１および第２の光変調部が、マッハツェンダー型光変調器で構成されることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
3. 前記光位相調整部に対する直流バイアスの制御は、前記和／差周波数成分生成手段から出力される信号の和周波数成分および差周波数成分の基本波または高調波に基づいて行われることを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
4. 前記第１および第２の光変調部および前記光合波手段の各出力を個々にモニタするモニタ手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光変調器。
5. 前記直流バイアス制御手段は、前記和周波数成分および／または差周波数成分の強度が最小もしくは概略ゼロとなるように、あるいは該和周波数成分と該差周波数成分の強度が概略等しくなるように、前記光位相調整部の直流バイアスを制御することを特徴とする請求項３または４に記載の光変調器。
6. 前記和／差周波数成分生成手段は、自身が生成した和／差周波信号に基づいて前記光合波手段の出力を同期検波する同期検波手段を具備することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光変調器。
7. 前記同期検波手段は、前記光位相調整部における直流バイアス設定ポイントをシフトさせる動作点シフト手段を具備することを特徴とする請求項６に記載の光変調器。
8. 前記低周波信号、前記和周波信号および前記差周波信号の各周波数成分は、前記変調信号が占有する主帯域外に存在し、かつ、相互に逓倍の関係とならないように設定されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の光変調器。
9. 前記光変調器の出力光信号が、多値位相変調信号であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の光変調器。
10. 前記光合波手段の出力側に光パルス信号を生成するための光変調部を備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の光変調器。
11. 前記光位相調整部の直流バイアスを制御する前記直流バイアス制御手段に前記低周波信号、前記和周波信号および前記差周波信号とは異なり且つ逓倍関係にない周波数成分を有する低周波信号を重畳する低周波信号重畳手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の光変調器。
12. 前記光位相調整部の前記直流バイアス制御手段に入力される低周波信号を波長多重化信号のチャネル識別に利用することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一つに記載の光変調器。
13. 前記光位相調整部の前記直流バイアス制御手段に入力される低周波信号に関連する光信号成分として、該低周波信号の基本波成分または高調波成分に基づいて直流バイアス制御が行われることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一つに記載の光変調器。
14. キャリア光を２つに分波する分波手段と、該分波手段による各分波光が入力され、所定の変調を行う第１、第２の光変調部と、該第２の光変調部の入力側または出力側に接続される光位相調整部と、該第１および第２の光変調部の各出力を合波し、あるいは該第１の光変調部の出力と該光位相調整部の出力とを合波する光合波手段と、を備えた光変調器のバイアス制御方法において、
    所定の変調信号と所定の直流バイアスとが印加される前記第１の光変調部に所定の周波数を有する第１の低周波信号を重畳し、
    所定の変調信号と所定の直流バイアスとが印加される前記第２の光変調部に前記第１の低周波信号とは周波数の異なる第２の低周波信号を重畳し、
    前記第１の低周波信号と前記第２の低周波信号との間の和周波数成分および／または差周波数成分を生成し、
    前記光合波手段の合波出力に基づいて検出した前記和周波数成分および／または差周波数成分における光量変化に応じて前記光位相調整部の直流バイアスを制御することを特徴とする光変調器のバイアス制御方法。
15. 前記光位相調整部に対する直流バイアスの制御は、前記和周波数成分および前記差周波数成分の基本波または高調波に基づいて行われることを特徴とする請求項１４に記載の光変調器のバイアス制御方法。
16. 前記光位相調整部に対する直流バイアスの制御は、前記和周波数成分および／または差周波数成分の強度が最小もしくは概略ゼロとなるように、あるいは該和周波数成分と該差周波数成分の強度が概略等しくなるように行われることを特徴とする請求項１４または１５に記載の光変調器のバイアス制御方法。
17. 前記低周波信号、前記和周波信号および前記差周波信号の各周波数成分は、前記変調信号が占有する主帯域外に存在し、かつ、相互に逓倍の関係とならないように設定されていることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか一つに記載の光変調器のバイアス制御方法。
18. 前記光変調器の出力光信号が、多値位相変調信号であることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれか一つに記載の光変調器のバイアス制御方法。

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