JP6191449B2 - 光送信機、及び、光変調器の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、光送信機、及び、光変調器の制御装置に関する。

光送信機の従来技術として下記の特許文献１に記載された技術が知られている。特許文献１には、ＣＳ−ＲＺ変調方式や、光デュオバイナリ変調方式、ＤＰＳＫ変調方式、ＤＱＰＳＫ変調方式では、ＬＮ変調器の駆動電圧対光強度特性の山、谷、山を用いる２×Ｖπの振幅をもった電気信号で変調を行なうことが記載されている。なお、ＬＮはリチウムナイオベートの略称である。Ｖπは、ＬＮ変調器の位相をπだけ変化させることのできる電圧を表し、「半波長電圧」と称される。

ここで、特許文献１の記載によると、ＬＮ変調器のバイアス電圧を制御するには、駆動信号振幅に周波数ｆ０の信号を重畳し、ＬＮ変調器の出力光信号の振幅の変動（揺れ）を検出する。

例えば、バイアス電圧が最適値である場合には、ＬＮ変調器の出力光信号にｆ０成分は発生しないが、バイアス電圧が最適値からずれている場合には、出力光信号にｆ０成分が発生する。

バイアス電圧の最適値からのずれ（以下「バイアスずれ」と称することがある。）の方向は、バイアス電圧の最適値からのずれ方向によってｆ０成分の位相が反転することを利用することによって検出可能である。したがって、ｆ０成分が発生しないようにバイアス電圧を調整することで、バイアス電圧を最適値に制御できる。

なお、変調器の駆動信号に低周波の信号を重畳してバイアスずれを検出する技術については、下記の特許文献２及び３にも記載されている。

特開２００８−９２１７２号公報 特開２０１３−１１０６２０号公報 特開２０１３−８８７０２号公報

近年、光通信においてはデジタル信号処理技術が導入され伝送特性の向上が図られている。光送信機においては、光送信波形にデジタル信号処理を行なう技術が注目されている。例えば、光ファイバで発生する波長分散の影響を見越して予め逆特性の分散を付加した波形を送信する分散予等化等の技術が知られている。

送信信号波形を変化させると、駆動信号の平均的な振幅（以下「平均駆動振幅」と称することがある。）に対してピーク駆動振幅が大きくなる場合がある。この場合に、ピーク駆動振幅においても光変換を可能にするには、平均駆動振幅を２×Ｖπよりも小さくするとよい。しかしながら、平均駆動振幅を２×Ｖπよりも小さくすると、適切なバイアス制御が不可能となる振幅が存在するため、バイアス制御が不可能になる場合がある。そのような特定の振幅の存在については、例えば特許文献２及び３にも記載されている。

光送信機の一様態は、光源からの光を駆動信号により変調して出力する光変調器と、前記光変調器の出力光強度の平均値と交流成分とを検出するモニタ部と、前記駆動信号のバイアス電圧を前記平均値に基づいて制御する第１のバイアス制御と、前記駆動信号のバイアス電圧を前記交流成分に基づいて制御する第２のバイアス制御と、のいずれかを前記駆動信号の振幅に応じて選択する制御部と、を備える。

光変調器の駆動信号の振幅に依存しないバイアス制御が可能になる。

一実施形態に係る光送受信機の構成例を示すブロック図である。 図１に例示する光送信部に着目した光送受信機の構成例を示すブロック図である。 図２に例示する光変調器の駆動信号と動作点との関係の一例を示す図である。 図２に例示する光変調器の駆動信号と動作点との関係の一例を示す図である。 図２に例示する光変調器の駆動信号にｆ０成分を重畳し、かつ、平均駆動振幅を２Ｖπよりも小さくした場合の、光変調器の出力光強度変化の一例を示す図である。 図２に例示する光変調器の駆動振幅をパラメータとして、バイアス電圧と光変調器の出力光強度との関係を計算により求めた図である。 図２に例示する光変調器の駆動振幅を２×Ｖπとした時の駆動信号と光変調器の動作点との関係の一例を示す図であり、（Ａ）はバイアス電圧が最適値にある場合を示す図、（Ｂ）はバイアス電圧が最適値からずれている場合を示す図である。 図２に例示する光変調器の駆動振幅をＶπとした時の駆動信号と光変調器の動作点との関係の一例を示す図であり、（Ａ）はバイアス電圧が最適値にある場合を示す図、（Ｂ）はバイアス電圧が最適値からずれている場合を示す図である。 光変調器の時間に対する出力光強度の変動を例示する図であり、（Ａ）は、駆動振幅がＶπでバイアス電圧が最適値の場合を示す図、（Ｂ）は、駆動振幅がＶπでバイアス電圧が最適値からずれている場合を示す図である。 図２に例示する光変調器の駆動振幅をパラメータとし、光強度交流成分の変化と駆動振幅との関係を計算により求めた図である。 図２に例示する光変調器の駆動振幅をパラメータとし、光強度交流成分の変化と駆動振幅との関係を計算により求めた図である。 （Ａ）は、平均光強度モニタ値についての駆動振幅に対する変化量の関係の一例を示す図であり、（Ｂ）は、光強度交流成分モニタ値についての駆動振幅に対する変化量の関係の一例を示す図である。 図２に例示するバイアス制御部によるバイアス制御の一例を説明するフローチャートである。 第１実施例に係る光送信機の構成例を示すブロック図である。 図１４に例示するバイアス制御部によるバイアス制御の一例を説明するフローチャートである。 第２実施例に係る光送信機の構成例を示すブロック図である。 図１６に例示するバイアス制御部によるバイアス制御の一例を説明するフローチャートである。 図１６に例示するバイアス制御部によるバイアス制御の一例を説明するフローチャートである。 第３実施例に係る光送信機の構成例を示すブロック図である。 図１９に例示する光変調器の駆動振幅に周波数ｆ０の低周波信号を重畳したときの、光変調器の出力光強度の変化の様子を例示する図であって、初期のバイアス電圧が光変調器の駆動電圧対出力光強度特性の谷付近にある場合を例示する図である。 図１９に例示する光変調器の駆動振幅に周波数ｆ０の低周波信号を重畳したときの、光変調器の出力光強度の変化の様子を例示する図であって、初期のバイアス電圧が光変調器の駆動電圧対出力光強度特性の山付近にある場合を例示する図である。 図１９に例示する光変調器のバイアス電圧と出力光強度との関係を例示する図である。 図１９に例示する光変調器のバイアス電圧と出力光強度との関係を例示する図である。 図１９に例示する光変調器のバイアス電圧と出力光強度との関係を例示する図である。 図１９に例示するバイアス制御部によるバイアス制御の一例を説明するフローチャートである。 第４実施例に係る光送信機の構成例を示すブロック図である。 図２６に例示する光変調器の駆動信号のアイパターンを例示する図であり、（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ、ロールオフ率αがα＝０、α＝０．５、α＝１のときのアイパターンを例示する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。なお、以下の実施形態で用いる図面において、同一符号を付した部分は、特に断らない限り、同一若しくは同様の部分を表す。

（一実施形態）
図１は、一実施形態に係る光送受信機の構成例を示すブロック図である。図１に示す光送受信機１は、例示的に、局発用光源２、受信フロントエンド３、信号処理回路４、接続コネクタ５、送信用光源６、変調器ドライバ７、光変調器８、制御部９、及び、電源部１０を備える。

局発用光源２は、受信フロントエンド３での受信信号光に混合されて光検波を行なうための局発光を発生する。局発用光源２には、例示的に、レーザダイオード（ＬＤ）を用いることができる。

受信フロントエンド３は、光ファイバ等を用いた光伝送路から受信した信号光と局発用光源２からの局発光とを混合して光検波を行ない、光検波により得られた光を光電変換することにより、受信信号光を電気信号に変換する。受信フロントエンド３には、例示的に、偏波ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、光（９０°）ハイブリッド、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光器、トランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）、ＡＤ変換器（ＡＤＣ）等が含まれてよい。

信号処理回路４は、例示的に、受信フロントエンド３から入力される電気信号について受信に適したデジタル信号処理（受信処理）を行なう。受信処理には、偏波分離、波長分散、偏波モード分散補償、復調処理、誤り訂正復号処理等が含まれてよい。また、信号処理回路４は、例示的に、送信に適したデジタル信号処理（送信処理）を行なう。送信処理には、例示的に、送信フレームに応じた電気信号の多重化、分散予等化や後述のナイキストフィルタリング等が含まれてよい。なお、信号処理回路４は、ＬＳＩやＤＳＰ等の演算能力を備えたプロセッサを用いて実現してよい。

接続コネクタ５は、例示的に、光送受信機１の外部機器との間で電気信号を送受信するインタフェースを提供する。

送信用光源（以下、単に「光源」と称することがある。）６は、送信用の光を発生する。送信用光源６には、レーザダイオード等の半導体レーザを用いてよい。

変調器ドライバ７は、信号処理回路４から与えられる駆動制御信号に応じた光変調器８の駆動信号を生成する。

光変調器８は、光源６から入力される光を変調器ドライバ７から与えられる駆動信号によって変調する。伝送速度が１０Ｇｂｐｓ以上の高速伝送用の光送受信機１においては、光変調器８には、例示的に、マッハツェンダ（ＭＺ）光変調器を適用してよい。

光変調方式には、例示的に、光変調器８の駆動信号（駆動電圧）対光強度特性の山、谷、山を用いる２×Ｖπの振幅をもつ駆動信号によって光源６からの連続光を変調する方式を適用可能である。そのような光変調方式の一例としては、ＣＳ−ＲＺ変調方式や、光デュオバイナリ変調方式、差動位相偏移変調（ＤＰＳＫ）方式、４位相偏移変調（ＱＰＳＫ）方式、差動４位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ）方式等が挙げられる。

制御部９は、光送受信機１の動作を制御する。当該制御には、受信フロントエンド３、変調器ドライバ７、及び、光変調器８等の動作状態を制御することが含まれてよい。

電源部１０は、光送受信機１の動作に適した電圧を発生して電源供給が必要な各部に供給する。

なお、図１において、点線枠１１で示した、変調器ドライバ７、光変調器８及び制御部９を含むブロックは、光送信部の一例を成す。光送信部１１は、光送信機１１と称してもよい。

次に、図２に、光送信部１１に着目した光送受信機１の構成例を示す。図２に示す光送信部１１は、光変調器８の一例としてのＭＺ光変調器と、モニタ部９Ａと、制御部９Ｂと、を備える。モニタ部９Ａには、例示的に、後述する光検出部８７と、平均光強度モニタ９１と、光強度交流成分モニタ９２と、が含まれてよい。

ＭＺ光変調器８は、例示的に、分岐点ａで分岐され、且つ、合流点ｂで合流する２つの光導波路８１及び８２と、各光導波路８１及び８２のそれぞれに設けられた、駆動電極８３及び８４並びにバイアス制御電極８５及び８６と、光検出部８７と、を備える。

分岐点ａには、例えば光スプリッタが備えられる。また、合流点ｂには、例えば光コンバイナが備えられる。

駆動電極８３及び８４のそれぞれには、変調器ドライバ７から駆動信号が与えられる。駆動信号は、例示的に、信号処理回路４で生成された送信データ信号に応じて変調器ドライバ７によって生成される電圧信号である。２つの駆動信号の一方は他方に対して極性が反転した信号である。

このような駆動信号を駆動電極８３及び８４を与えることによって、各光導波路８１及び８２を伝搬する光の位相が制御される。したがって、２つの光導波路８１及び８２を伝搬する光の合流点ｂでの光干渉状態が制御され、当該光干渉状態に応じて光位相が変化する変調光が得られる。

バイアス制御電極８５及び８６のそれぞれには、バイアス制御部９３からＭＺ光変調器８のバイアス電圧（別言すると、動作点）を制御するための制御電圧が与えられる。駆動電極８３及び８４に与えられる駆動信号に対してＭＺ光変調器８の動作点を適切な状態に設定することで、送信信号光の品質を向上できる。

例えば、送信データ信号の振幅中心が、ＭＺ光変調器８の駆動電圧対光強度特性の、光強度が最小となる位置になるようにＭＺ光変調器８のバイアス電圧を制御するとよい。バイアス電圧の制御は、バイアス制御部９３によって行なわれる。バイアス制御部９３によるバイアス電圧制御例については後述する。

光検出部８７は、ＭＺ光変調器８の出力光の一部を検出光（あるいはモニタ光）として受光し、その受光パワーに応じた電気信号（以下「モニタ信号」あるいは「検出信号」と称することがある。）を生成する。光検出部８７には、例示的に、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子や、当該受光素子から出力される受光パワーに応じた電流を電圧に変換する増幅器（例えば、ＴＩＡ等）が含まれてよい。

なお、ＭＺ光変調器８の出力光の一部を分岐して光検出部８７に入力する構造は特に問わない。例示的に、光カプラ等の光分岐部を用いてＭＺ光変調器８の出力光の一部を分岐して光検出部８７に入力するようにしてよい。モニタ信号は、例示的に、平均光強度モニタ９１及び光強度交流成分モニタ９２に入力される。

平均光強度モニタ９１は、光検出部８７から入力されるモニタ信号（例えば、電圧）の平均値（別言すると、ＭＺ光変調器８の出力光強度の平均値）を検出する。平均光強度モニタ９１には、例示的に、電気アンプを用いてよい。平均光強度モニタ９１は、第１のモニタの一例であり、電圧をモニタするから「電圧モニタ」と称してもよい。

光強度交流成分モニタ９２は、光検出部８７から入力されるモニタ信号に含まれる交流成分を検出する。例示的に、光強度交流成分モニタ９２は、交流成分の二乗平均値（別言すると、電力）を検出する。光強度交流成分モニタ９２は、第２のモニタの一例であり、電力をモニタするから「電力モニタ」と称してもよい。

光強度交流成分モニタ９２には、非限定的な一例として、ＲＭＳ−ＤＣコンバータを用いてよい。ＲＭＳは、交流実効値（root mean square value）の略称であり、ＤＣは直流電圧を意味する。したがって、ＲＭＳ−ＤＣコンバータは、光検出部８７から入力されるモニタ信号に含まれる交流成分電力を直流電圧に変換する。ＲＭＳ−ＤＣコンバータの一例としては、アナログデバイセズ社やリニアテクノロジー社等から市販されているものが挙げられる。

モニタ部９Ａは、光検出部８７及び各モニタ９１及び９２を備えることで、ＭＺ光変調器８の出力光である変調光の強度の平均値と交流成分とを検出（モニタ）することが可能である。モニタ部９Ａをこのように構成することで、ＭＺ光変調器８の出力光である変調光の強度の平均値と交流成分とを確実に検出することが可能である。

バイアス制御部９３は、駆動振幅に応じて、各モニタ９１及び９２のモニタ（検出）結果の一方を選択的に用いて、バイアス制御電極８５及び８６に与えるバイアス電圧を制御し、バイアス電圧をＭＺ光変調器８の動作点が最適点となるように最適化する。

なお、制御部９Ｂに含まれるバイアス制御部９３（あるいは、図１６、図１９、図２６にて後述するバイアス制御部９３Ａ又は９３Ｂ）は、モニタ部９Ａとともに、光変調器８の（バイアスを制御する）制御装置の一例を成す。モニタ部９Ａ及び制御部９Ｂは、図２に例示した制御部９に含まれると捉えてよい。

ここで、平均光強度モニタ９１でのモニタ結果に基づくバイアス電圧制御の一例について、図３及び図４を参照して説明する。

ＭＺ光変調器８の駆動信号に、低周波発振器等を用いて微小振幅の低周波信号を重畳したとする。低周波信号は、駆動信号の周波数よりも十分に低い周波数の信号であり、例示的に、駆動信号の周波数がギガヘルツ（ＧＨｚ）オーダであるのに対し、低周波信号の周波数はキロヘルツ（ｋＨｚ）オーダである。以下、低周波信号の周波数成分をｆ０成分と表す。

駆動信号に低周波信号を重畳すると、ＭＺ光変調器８から出力される変調光信号には、ｆ０成分が含まれる。このｆ０成分がゼロに近づくようにＭＺ光変調器８のバイアス電圧をフィードバック制御することで、ＭＺ光変調器８の動作点を最適化することができる。

図３及び図４はＭＺ光変調器８に与えられる駆動信号とＭＺ光変調器８の動作点との関係の一例を示す図であり、ＭＺ光変調器８の出力においてｆ０成分がどのように観測されるかを説明する図である。ただし、駆動信号の振幅（以下「駆動振幅」と称することがある。）は、半波長電圧Ｖπの２倍（２×Ｖπ）としている。

半波長電圧Ｖπは、ＭＺ光変調器８の位相をπだけ変化させることのできる電圧幅に相当する。別言すると、半波長電圧Ｖπは、ＭＺ光変調器８の駆動振幅（駆動電圧）対光出力特性における光出力が最大から最小になるまでの電圧幅に相当する。駆動電圧を２×Ｖπに設定すると、ＭＺ光変調器８の出力光強度を最大にすることが可能である。

図３には、バイアス電圧（動作点）が最適値からずれている場合を例示し、図４には、バイアス電圧（動作点）が最適値になっている場合を例示している。図３及び図４に例示するように、駆動信号にｆ０成分が重畳されると、駆動振幅の低電圧側の包絡線ＥＮＶ１及び高電圧側の包絡線ＥＮＶ２のそれぞれが周波数ｆ０で変動する。

そして、図３に例示するように、バイアス電圧（動作点）が最適値からΔＶだけずれている場合、駆動振幅の包絡線ＥＮＶ１及びＥＮＶ２の周期的な振幅変化に応じてＭＺ光変調器８の出力光強度が変化（増減）する。

例えば、図３において、包絡線ＥＮＶ１及びＥＮＶ２の振幅が山となる時刻ｔＡでのＭＺ光変調器８の出力光強度がＰＡであるとすると、その後に包絡線ＥＮＶ１及びＥＮＶ２の振幅が谷となる時刻ｔＢでのＭＺ光変調器８の出力光強度はＰＢに増加する。以降、包絡線ＥＮＶ１及びＥＮＶ２の振幅変化に応じて、ＭＺ光変調器８の出力光強度はＰＡ及びＰＢとの間を増減する。したがって、時間に対するＭＺ光変調器８の出力光強度の変化は図３の右端に例示するようになり、ＭＺ光変調器８の出力光にｆ０成分が現れる。

これに対し、バイアス電圧（動作点）が最適値になっている場合には、図４に例示するように、ＭＺ光変調器８の出力光には、ｆ０成分は現れず、ｆ０成分の２倍の成分である２×ｆ０成分が現れる。すなわち、図３の場合と同じ時刻ｔＡと時刻ｔＢとの間に着目すると、包絡線ＥＮＶ１及びＥＮＶ２の振幅が山から谷に変化する際に、ＭＺ光変調器８の出力光強度は最大値を２回とるように変動する。したがって、時間に対するＭＺ光変調器８の出力光強度の変化は図４の右端に例示するようになり、ＭＺ光変調器８の出力光に２×ｆ０成分が現れる。

このように、ＭＺ光変調器８の出力光に現れるｆ０成分はバイアス電圧の最適値からのずれ（以下「バイアスずれ」と称することがある。）の量に応じて変化する。そのため、ｆ０成分が最小になるようにバイアス電圧を制御すると、バイアス電圧を最適値へ制御することが可能となる。

次に、ＭＺ光変調器８の駆動信号の平均的な振幅（平均駆動振幅）を２×Ｖπよりも小さくした場合に、バイアス電圧を最適値へ制御することが困難になる現象について、図５及び図６を参照して説明する。

図５は、ＭＺ光変調器８の駆動信号にｆ０成分を重畳し、かつ、平均駆動振幅を２Ｖπよりも小さくした場合（例えば、Ｖπ程度にした場合）の、ＭＺ光変調器８の出力光強度変化の一例を示す図である。

図５に例示するように、時刻ｔＡでは、高電圧側の包絡線ＥＮＶ２に対し出力光強度が増加し、低電圧側の包絡線ＥＮＶ１に対し出力光強度が減少する。その後の時刻ｔＢでは、高電圧側の包絡線ＥＮＶ２に対し出力光強度が減少し、低電圧側の包絡線ＥＮＶ１に対し出力光強度が増加する。

つまり、いずれの場合も、ＭＺ光変調器８の出力光強度の変化が相殺されるように作用する。そのため、平均駆動振幅が２×Ｖπよりも小さい場合は、駆動信号に対するｆ０成分の重畳により得られる出力光強度の変化は、平均駆動振幅が２×Ｖπの場合よりも小さくなる。別言すると、出力光強度変化の検出感度が低下する。なお、以下「平均駆動振幅」を単に「駆動振幅」と称する。

図６は、駆動振幅をパラメータとして、バイアス電圧とＭＺ光変調器８の出力光強度との関係を計算により求めた図である。図６において、グラフ（特性）Ａ〜Ｅは、それぞれ、駆動振幅を２×Ｖπ、１．４３×Ｖπ、１×Ｖπ、０．５７×Ｖπ、０×Ｖπに設定した場合の、バイアス電圧とＭＺ光変調器８の出力光強度との関係を例示している。ただし、バイアス電圧（Ｖ）はＶπで正規化されている。

駆動振幅を２×Ｖπに設定した場合（例えば、図３及び図４に例示した場合）の特性Ａに着目すると、バイアス電圧Ｖを０から増加させるにつれてＭＺ光変調器８の出力光強度も増加し、Ｖ＝Ｖπにおいて最大値となる。更にバイアス電圧Ｖを増加させると、ＭＺ光変調器８の出力光強度は減少してゆく。

駆動信号に微小振幅の低周波信号を重畳することは、バイアス電圧に微小振幅の低周波成分を重畳することと等価であり、変曲点であるＶπでは出力光強度変化が最小になる。そのため、図３及び図４により説明したように、駆動信号に対するｆ０成分の重畳による出力光強度変化を観測することで、バイアス制御が可能となる。

これに対し、駆動振幅Ｖを２×Ｖπよりも小さいＶπへ低下させてゆくと、図５により説明したように、駆動信号に対するｆ０成分の重畳により得られる出力光強度の変化が低下する（特性Ｂ及びＣ参照）。駆動振幅Ｖ＝Ｖπの場合には、特性Ｃに例示するように、ＭＺ光変調器８の出力光に現れるｆ０成分の変化が小さくなる現象が顕著に生じる。

なお、駆動振幅ＶをＶπよりも更に小さくしてゆくと、出力光強度は低下するものの、特性Ｄ及びＥに例示するように、駆動信号に対するｆ０成分の重畳により得られる出力光強度の変化は、Ｖ＝Ｖπの場合よりも再び大きくなる。つまり、出力光強度変化の検出感度が向上する。

問題となるのは駆動振幅Ｖ＝Ｖπの場合であり、バイアス電圧の変動に対するＭＺ光変調器８の出力光強度に変化が発生しないか、あるいは、微小なため、図２に例示した平均光強度モニタ９１においてバイアス電圧制御の基となるモニタ結果が実質的に得られない。その結果、バイアス制御部９３は、バイアス電圧制御が困難になるか実質的に不能になる。

そこで、本実施形態では、バイアス制御部９３において光強度交流成分モニタ９２でのモニタ結果を補完的に用いることで、駆動振幅Ｖが２×Ｖπよりも小さい場合であっても、バイアス電圧制御を適切に行なえるようにする。

図７〜図１０を用いて両モニタ９１及び９２の動作を説明する。
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、それぞれ、ＭＺ光変調器８の駆動振幅を２×Ｖπとした時の駆動信号とＭＺ光変調器８の動作点との関係の一例を示す図である。図７（Ａ）は、バイアス電圧が最適値にある場合、図７（Ｂ）は、バイアス電圧が最適値からずれている場合をそれぞれ例示している。なお、説明を容易にするために、駆動信号は「１０１０・・・」の交番信号とし、モニタ可能な帯域は、十分広帯域であると仮定する。

図７（Ａ）に例示するように、バイアス電圧が最適値にある場合、駆動振幅２×Ｖπの中心に対して高電圧側と低電圧側とでＭＺ光変調器８の出力光強度は同じ変動を示す。一方、図７（Ｂ）に例示するように、バイアス電圧が最適値からずれた場合でも、駆動振幅２×Ｖπの中心に対して高電圧側と低電圧側とでＭＺ光変調器８の出力光強度は同じ変動を示す。

したがって、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に例示するように、バイアス電圧が最適値にある場合とバイアス電圧が最適値からずれた場合とで、ＭＺ光変調器８から出力される光の平均的な強度に変わりない。つまり、ＭＺ光変調器８から時間軸において平均的に出力される光強度は一定である。

これに対し、駆動振幅を例えばＶπ（＜２×Ｖπ）とした場合、図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に例示するように、バイアス電圧が最適値にある場合とバイアス電圧が最適値からずれた場合とで、ＭＺ光変調器８から出力される光の強度には時間的に変動が生じる。

例えば図８（Ａ）に例示するように、バイアス電圧が最適値にある場合、駆動振幅Ｖπの中心に対して高電圧側と低電圧側とでＭＺ光変調器８の出力光強度は同じ変動を示すから、ＭＺ光変調器８から時間軸において平均的に出力される光強度は一定である。

一方、図８（Ｂ）に例示するように、バイアス電圧が最適値からずれた場合、駆動振幅Ｖπの中心に対して高電圧側と低電圧側とでＭＺ光変調器８の出力光強度は異なる変動を示すから、ＭＺ光変調器８の出力光強度は、時間軸において変動する。

しかしながら、図８（Ｂ）に例示する場合でも、出力光強度の変動は上下に同量であるため、平均的な出力光強度は、図８（Ａ）に例示する場合と変わらない。したがって、平均光強度モニタ９１の検出結果には、バイアス電圧がどのような状態にあっても変化が生じない。このことは、図６に例示した結果（特性Ｃ）と一致する。

一方、図８（Ａ）に例示する場合、ＭＺ光変調器８の出力光を電気信号に変換した信号は直流となるが、図８（Ｂ）に例示する場合、ＭＺ光変調器８の出力光を電気信号に変換した信号には、出力光強度の変動に応じた交流成分が現れる。

したがって、光強度交流成分モニタ９２を用いて当該交流成分を検出することで、バイアスずれ（バイアス電圧が最適値からどの程度外れているか）を検出することが可能となる。なお、説明を簡単にするために、駆動信号は、「１０１０・・・」の交番信号とし、モニタ可能な帯域は、十分広帯域であると仮定したが、実際には駆動信号は単純な繰り返し信号ではなく、モニタ可能な帯域にも制限がある。

実際の駆動信号に対応したＭＺ光変調器８の出力光は例えば図９（Ａ）及び図９（Ｂ）に例示するようになる。なお、図９（Ａ）は、例えば図８（Ａ）の場合（駆動振幅がＶπでバイアス電圧が最適値の場合）のＭＺ光変調器８の時間に対する出力光強度の変動を例示している。これに対し、図９（Ｂ）は、例えば図８（Ｂ）の場合（駆動振幅がＶπでバイアス電圧が最適値からずれている場合）のＭＺ光変調器８の時間に対する出力光強度の変動を例示している。

図９（Ｂ）に例示するように、実際の駆動信号には同符号が連続する部分が含まれるため、低周波成分が発生するようになり、そのため、モニタ可能な帯域に制限があっても交流成分を確実に検出することが可能となる。

図１０及び図１１に、駆動振幅をパラメータとし、光強度交流成分の変化と駆動振幅のとの関係を計算により求めた図を例示する。図１０には、駆動振幅ＶがＶ＝２×Ｖπ、１．４３×Ｖπ、及び、１×Ｖπの時それぞれの関係（特性Ａ〜Ｃ）を例示している。図１１には、駆動振幅ＶがＶ＝１×Ｖπ、０．５７×Ｖπ、及び、０×Ｖπの時それぞれの関係（特性Ｃ〜Ｅ）を例示している。

図１０に例示するように、光強度交流成分は駆動振幅Ｖ＝２×Ｖπから減少するにつれて増加し、駆動振幅Ｖ＝Ｖπにおいて最大となる。また、図１１に例示するように、駆動振幅Ｖ＝Ｖπから更に小さくなると光強度交流成分は減少するようになる。この挙動は図６に例示した平均光強度モニタの挙動と逆である。

図１２（Ａ）に、平均光強度モニタ値についての駆動振幅に対する変化量の関係の一例を示し、図１２（Ｂ）に、光強度交流成分モニタ値についての駆動振幅に対する変化量の関係の一例を示す。

図１２（Ａ）に例示するように、駆動振幅がＶπの時に変化量（別言すると、検出感度）が最小となり（図６の特性Ｃ参照）、平均光強度モニタ９１では光強度変化を検出することが困難であるか実質的に不可能となる。これに対し、図１２（Ｂ）に例示するように、光強度交流成分の変化量は、逆に、駆動振幅がＶπの時に最大となる。

以上から、駆動振幅がＶπの場合、平均光強度モニタ９１に代えて光強度交流成分モニタ９２によって光強度交流成分を検出することで、バイアスずれに応じた光強度交流成分の変化が検出可能になり、バイアス電圧の制御が可能になる。

別言すると、駆動振幅に対して平均光強度と光強度交流成分とでモニタ感度が相補的に増減するため、平均光強度モニタ９１と光強度交流成分モニタ９２とを相互補完的に用いる。これにより、駆動振幅の状態に依存せずに、バイアスずれを検出することが可能になり、駆動振幅の状態に依存しないバイアス制御が可能となる。

次に、図１３に例示するフローチャートを参照して、図２に例示したバイアス制御部９３による制御について説明する。

バイアス制御部９３は、駆動振幅の値に応じてバイアス制御に平均光強度モニタ９１の検出結果を用いるか、光強度交流成分モニタの検出結果を用いるかを切り替える。ここで、駆動振幅Ｖｄに対して、２つの電圧閾値（以下、単に「閾値」と称する。）Ｖｄ１及びＶｄ２を設定する。ただし、Ｖｄ１＞Ｖπ＞Ｖｄ２である。

非限定的な一例として、Ｖｄ１＝１．５×Ｖπ、Ｖｄ２＝０．５×Ｖπである。この場合、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）において、閾値Ｖｄ１及びＶｄ２は、Ｖπで正規化された横軸の１．５及び０．５に対応する値になる。閾値Ｖｄ１及びＶｄ２は、例示的に、制御部９Ｂに備えられたメモリ等の記憶部（図示省略）に記憶される。

バイアス制御部９３は、駆動振幅Ｖｄが、Ｖｄ≧Ｖｄ１であるか、Ｖｄ１＞ＶｄかつＶｄ≧Ｖｄ２であるか、Ｖｄ＜Ｖｄ２であるかをそれぞれ監視（判定）する（処理Ｐ１１〜Ｐ１３）。

駆動振幅ＶｄがＶｄ≧Ｖｄ１である場合（処理Ｐ１１でＹｅｓの場合）、バイアス制御部９３は、平均光強度モニタ９１の検出結果を用いてバイアス制御を行なう。平均光強度モニタ９１の検出結果に基づくバイアス制御は、第１のバイアス制御の一例である。例えば、バイアス制御部９３は、平均光強度モニタ９１の検出結果（別言すると、ＭＺ光変調器８の平均出力光強度）が最大となるように、バイアス制御電極８５及び８６（図２参照）に与えるバイアス電圧を制御する（処理Ｐ１４）。

駆動振幅ＶｄがＶπをまたぐ状態の場合、すなわち、Ｖｄ１＞Ｖｄであり、かつ、Ｖｄ≧Ｖｄ２の場合（処理Ｐ１１でＮｏかつ処理Ｐ１２でＹｅｓの場合）、バイアス制御部９３は、光強度交流成分モニタ９２の検出結果を用いてバイアス制御を行なう。光強度交流成分モニタ９２の検出結果に基づくバイアス制御は、第２のバイアス制御の一例である。例えば、バイアス制御部９３は、光強度交流成分が最小となるように、バイアス制御電極８５及び８６に与えるバイアス電圧を制御する（処理Ｐ１５）。

駆動振幅ＶｄがＶｄ２＞Ｖｄの場合（処理Ｐ１１及びＰ１２でＮｏかつ処理Ｐ１３でＹｅｓの場合）、バイアス制御部９３は、平均光強度モニタ９１の検出結果を用いてバイアス制御を行なう。ここで、図６及び図１２（Ａ）から分かるように、駆動振幅の変化に対する変化の傾斜がＶπを境に反転するため、駆動振幅ＶｄがＶｄ２＞Ｖｄの場合、Ｖｄ≧Ｖｄ１の場合に対してバイアス制御の方向を反転する。例えば、バイアス制御部９３は、平均光強度モニタ９１の検出結果が最小となるように、バイアス制御電極８５及び８６に与えるバイアス電圧を制御する（処理Ｐ１６）。

なお、処理Ｐ１３でＮｏの場合、すなわち、駆動振幅Ｖｄが上述した３つの条件のいずれも満たさない場合、バイアス制御部９３は、バイアス制御は行なわずに３つの条件の監視を継続する。ただし、この場合には、エラー情報をバイアス制御部９３から外部機器等へ通知する等のエラー処理を実施しても構わない。

上述した動作例から分かるように、制御部９Ｂは、駆動振幅に応じて、平均光強度モニタ９１の検出結果に基づく第１のバイアス制御と、光強度交流成分モニタ９２の検出結果に基づく第２のバイアス制御と、のいずれかを選択する機能を具備している。「選択」は、「切り替え」と称してもよい。

このように、平均光強度モニタ９１と光強度交流成分モニタ９２とを相互補完的に用いることで、駆動振幅に依存せずに、バイアスずれを検出することが可能になり、駆動振幅に依存しないバイアス制御が可能となる。

したがって、例えば、信号処理した送信信号波形に応じてＭＺ光変調器８の駆動振幅が２×Ｖπよりも小さくなる場合でも、ＭＺ光変調器８のバイアス電圧を最適化することができる。その結果、ＭＺ光変調器８の出力光強度が最大になるように調整可能になり、また、光送信機１１の性能（例えば、送信信号光の品質）を向上することが可能となる。

（第１実施例）
図１４は、第１実施例に係る光送信機１１の構成例を示すブロック図である。図１４に示す光送信機１１は、例示的に、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）用の光送信機である。そのため、光送信機１１は、例示的に、ＭＺ光変調器８として、Ｉアーム及びＱアームをそれぞれ成す光導波路８０Ａ及び８０Ｂを含むＬＮ変調器（以下「ＱＰＳＫ変調器」とも称する。）を備える。なお、図１４において、既述の符号と同一符号を付した部分は、特に断らない限り、既述の部分と同一若しくは同様の部分を表す。

図１４に例示するＱＰＳＫ変調器８において、Ａ点はＩアーム８０Ａ及びＱアーム８０Ｂの分岐点を示し、Ｂ点はＩアーム８０Ａ及びＱアーム８０Ｂの合流点を示す。分岐点Ａには、例えば光スプリッタが備えられる。また、合流点Ｂには、例えば光コンバイナが備えられる。

Ｉアーム８０Ａ及びＱアーム８０Ｂのそれぞれには、光源６から出力された送信光（連続光）が分岐点Ａで２分岐されて導入され、Ｉアーム８０Ａ及びＱアーム８０Ｂをそれぞれ伝搬した送信光は、合流点Ｂで合流して出力される。

Ｉアーム８０Ａ及びＱアーム８０Ｂのそれぞれには、図２に例示したように、分岐点ａで分岐され、且つ、合流点ｂで合流する２つの光導波路８１及び８２が設けられる。分岐点ａには、例えば光スプリッタが備えられる。また、合流点ｂには、例えば光コンバイナが備えられる。なお、各光導波路８１及び８２のそれぞれには、図２に例示した駆動電極８３及び８４とバイアス制御電極８５及び８６とが設けられるが、図１４では図示を省略している。

Ｉアーム８０Ａを伝搬する連続光は、Ｉデータ信号を基に変調器ドライバ７Ａによって生成された駆動信号が駆動電極８３及び８４に与えられることによって、Ｉデータ信号に応じて変調される。このように、Ｉアーム８０Ａにおいて、Ｉデータ信号で連続光が変調されることによって、Ｉアーム変調信号光が生成される。

同様に、Ｑアーム８０Ｂを伝搬する連続光は、Ｑデータ信号を基に変調器ドライバ７Ｂによって生成された駆動信号が駆動電極８３及び８４に与えられることによって、Ｑデータ信号に応じて変調される。このように、Ｑアーム８０Ｂにおいて、Ｑデータ信号で連続光が変調されることによって、Ｑアーム変調信号光が生成される。

別言すると、Ｉアーム８０Ａを成す光導波路８１及び８２は、Ｉアーム変調信号光を生成する第１の変調器の一例であり、Ｑアーム８０Ｂを成す光導波路８１及び８２は、Ｑアーム変調信号光を生成する第２の変調器の一例である。以下、便宜的に、Ｉアーム８０Ａを第１の変調器８０Ａと表記し、Ｑアーム８０Ｂを第２の変調器８０Ｂと表記することがある。

なお、Ｉデータ信号及びＱデータ信号は、それぞれ、送信データ信号の複素平面（ＩＱ平面）における同相成分（Ｉ）及び直交成分（Ｑ）に対応し、例示的に、信号処理回路４において生成される。

また、Ｉアーム８０Ａ及びＱアーム８０Ｂの一方（図１４の例ではＱアーム８０Ｂ）には、例示的に、合流点ｂの後段に位相シフタ８８が備えられる。位相シフタ８８は、Ｉアーム８０Ａ及びＱアーム８０Ｂを伝搬する光、すなわちＩアーム変調信号光及びＱアーム変調信号光に対してπ／２の位相差を与える。位相シフタ８８が与える位相差は、例示的に、バイアス制御部９３によって制御（調整）可能である。

π／２の位相差をもつＩアーム変調信号光及びＱアーム変調信号光は、合流点Ｂ（光コンバイナ）にて合成される。これにより、ＱＰＳＫ変調光信号が生成される。

上述したようなＱＰＳＫ変調器８においては、バイアス制御部９３によるバイアス制御の対象に、Ｉアーム８０Ａ及びＱアーム８０Ｂのそれぞれに設けられたバイアス制御電極８５及び８６と、位相シフタ８８と、が含まれる。

第１実施例のバイアス制御部９３は、図１５に例示するように、時分割で順番に、第１の変調器８０Ａのバイアス制御（処理Ｐ２１）と、第２の変調器８０Ｂのバイアス制御（処理Ｐ２２）と、位相シフタ８８のバイアス制御（処理Ｐ２３）と、を繰り返し実施してよい。なお、処理Ｐ２１〜Ｐ２３の順序は不問である。

処理Ｐ２１及びＰ２２のバイアス制御では、それぞれ、図１３に例示した処理Ｐ１１〜Ｐ１６が実施される。すなわち、バイアス制御部９３は、Ｉアーム８０Ａ及びＱアーム８０Ｂのそれぞれについて、駆動振幅Ｖｄが、Ｖｄ≧Ｖｄ１であるか、Ｖｄ１＞ＶｄかつＶｄ≧Ｖｄ２であるか、Ｖｄ＜Ｖｄ２であるかを判定する（処理Ｐ１１〜Ｐ１３）。そして、バイアス制御部９３は、その判定結果に応じて平均光強度モニタ９１及び光強度交流成分モニタ９２の検出結果を選択的に用いて図１３に例示したバイアス制御を実施する（処理Ｐ１４〜Ｐ１６）。

処理Ｐ２３の位相シフタ８８のバイアス制御では、Ｉアーム変調信号光及びＱアーム変調信号光の光強度が等しくなるように制御すればよいので、光強度交流成分モニタ９２の検出結果用いて制御を行なえばよい。例えば、バイアス制御部９３は、光強度交流成分モニタ９２の検出結果が最小になるよう位相シフタ８８のバイアスを制御する。

なお、上述した例では、第１及び第２の変調器８０Ａ及び８０Ｂに対するバイアス制御を時分割に実施しているが、並列に実施しても構わない。並列制御は、例示的に、光検出部８７と各モニタ９１及び９２とをＩアーム変調信号光及びＱアーム変調信号光のそれぞれについて備えれば実現可能である。この点は、以下の第２〜第４実施例についても同様である。

（第２実施例）
図１６は、第２実施例に係る光送信機１１の構成例を示すブロック図である。図１６に例示する光送信機１１は、第１実施例と同様に、ＱＰＳＫ用の光送信機であり、図１４に例示した光検出部８７の一例としてフォトダイオード（ＰＤ）を備える。

ＰＤ８７は、ＱＰＳＫ変調器８の出力光の一部を分岐した光を受光し、受光パワーに応じた電気信号（例えば、電流）を出力する。なお、ＱＰＳＫ変調器８の出力光の一部を分岐するには、分岐カプラ等の光分岐部を用いればよい。光分岐部は、図１６において図示を省略している。

また、図１６に例示する光送信機１１は、モニタ部９Ａの一例として、図１４に例示した構成に比して、Ｉ／Ｖ変換部９４、ｆ０発生部９５、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）９６Ａ及び９６Ｂ、並びに、同期検波部９７を追加的に備える点が異なる。また、図１６に例示する光送信機１１は、図１４に例示した構成に比して、制御部９Ｂの一例としてバイアス制御部９３に代えてバイアス制御部９３Ａを備える点が異なる。

モニタ部９Ａにおいて、Ｉ／Ｖ変換部９４は、ＰＤ８７から出力される電流を電圧に変換する。Ｉ／Ｖ変換部９４には、例示的に、ＴＩＡを用いることができる。変換により得られた電圧は、平均光強度モニタ９１及び光強度交流成分モニタ９２のそれぞれに入力される。

ｆ０発生部９５は、周波数ｆ０の低周波信号を発生する低周波信号源の一例であり、当該低周波信号は、バイアス制御部９３Ａ及び同期検波部９７に入力される。バイアス制御部９３Ａに入力された低周波信号は、ＱＰＳＫ変調器８の駆動信号に重畳される。したがって、ｆ０発生部９５及びバイアス制御部９３Ａは、低周波重畳部の一例を成すと捉えてよい。同期検波部９７に入力された低周波信号は、各モニタ９１及び９２の検出結果の同期検波に用いられる。

ＢＰＦ９６Ａは、平均光強度モニタ９１の出力からｆ０成分以外の信号成分を除去し、ｆ０成分を同期検波部９７へ通過する。

ＢＰＦ９６Ｂは、光強度交流成分モニタ９２の出力からｆ０成分以外の信号成分を除去し、ｆ０成分を同期検波部９７へ通過する。

同期検波部９７は、ｆ０発生部９５から入力される低周波信号とＢＰＦ９６Ａ及び９６Ｂから入力されるｆ０成分とを同期検波する。なお、平均光強度モニタ９１は、検出した光強度の平均値を出力するが、ｆ０成分が重畳した信号には応答できる程度の応答速度を有する。そのため、同期検波部９７において同期検波が可能となる。一方、光強度交流成分モニタ９２は、ｆ０成分重畳時はバイアスずれにより引き起こされる交流成分がｆ０成分に応じた周期で変化する。そのため、同期検波部９７において同期検波が可能となる。

なお、ＰＤ８７、Ｉ／Ｖ変換部９４、ｆ０発生部９５、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）９６Ａ及び９６Ｂ、並びに、同期検波部９７は、光変調器８の出力光強度の平均値と交流成分とを検出（モニタ）するモニタ部の一例を成す。モニタ部は、モニタ系と称してもよい。

バイアス制御部９３Ａは、同期検波部９７による同期検波によって抽出された、各モニタ９１及び９２の検出結果を示すｆ０成分のいずれかを選択的に用いて、ＱＰＳＫ変調器８の各アーム８０Ａ及び８０Ｂと位相シフタ８８とに対してバイアス制御を行なう。

第２実施例のバイアス制御部９３Ａは、図１７に例示するように、時分割で順番に、Ｉアーム８０Ａのバイアス制御（処理Ｐ３１）と、Ｑアーム８０Ｂのバイアス制御（処理Ｐ３２）と、位相シフタ８８のバイアス制御（処理Ｐ３３）と、を繰り返し実施してよい。なお、処理Ｐ３１〜Ｐ３３の順序は不問である。

処理Ｐ３１及びＰ３２のバイアス制御では、それぞれ、図１８に例示する処理Ｐ４１〜Ｐ４６が実施される。すなわち、バイアス制御部９３Ａは、Ｉアーム８０Ａ及びＱアーム８０Ｂのそれぞれについて、駆動振幅Ｖｄが、Ｖｄ≧Ｖｄ１であるか、Ｖｄ１＞ＶｄかつＶｄ≧Ｖｄ２であるか、Ｖｄ＜Ｖｄ２であるかを判定する（処理Ｐ４１〜Ｐ４３）。

駆動振幅ＶｄがＶｄ≧Ｖｄ１である場合（処理Ｐ４１でＹｅｓの場合）、バイアス制御部９３Ａは、平均光強度モニタ９１の検出結果を同期検波部９７で同期検波した結果を用いてバイアス制御を行なう。例えば、バイアス制御部９３Ａは、検波結果が最大となるように、バイアス制御電極８５及び８６（図２参照）に与えるバイアス電圧を制御する（処理Ｐ４４）。

駆動振幅ＶｄがＶπをまたぐ状態の場合、すなわち、Ｖｄ１＞Ｖｄであり、かつ、Ｖｄ≧Ｖｄ２の場合（処理Ｐ４１でＮｏかつ処理Ｐ４２でＹｅｓの場合）、バイアス制御部９３Ａは、光強度交流成分モニタ９２の検出結果を同期検波部９７で同期検波した結果を用いてバイアス制御を行なう。例えば、バイアス制御部９３Ａは、検波結果が最小となるように、バイアス制御電極８５及び８６に与えるバイアス電圧を制御する（処理Ｐ４５）。

駆動振幅ＶｄがＶｄ２＞Ｖｄの場合（処理Ｐ４１及びＰ４２でＮｏかつ処理Ｐ４３でＹｅｓの場合）、バイアス制御部９３Ａは、平均光強度モニタ９１の検出結果を同期検波部９７で同期検波した結果を用いてバイアス制御を行なう。

ここで、第１実施例と同様、図６及び図１２（Ａ）から分かるように、駆動振幅の変化に対する変化の傾斜がＶπを境に反転するため、駆動振幅ＶｄがＶｄ２＞Ｖｄの場合、Ｖｄ≧Ｖｄ１の場合に対してバイアス制御の方向を反転する。例えば、バイアス制御部９３Ａは、平均光強度モニタ９１の検出結果を同期検波した結果が最小となるように、バイアス制御電極８５及び８６に与えるバイアス電圧を制御する（処理Ｐ４６）。

なお、処理Ｐ４３でＮｏの場合、すなわち、駆動振幅Ｖｄが上述した３つの条件のいずれも満たさない場合、バイアス制御部９３Ａは、バイアス制御は行なわずに３つの条件の監視を継続する。ただし、この場合には、エラー情報をバイアス制御部９３Ａから外部機器等へ通知する等のエラー処理を実施しても構わない。

図１７に例示する処理Ｐ３３（位相シフタ８８のバイアス制御）では、Ｉアーム変調信号光及びＱアーム変調信号光の光強度が等しくなるように制御すればよいので、光強度交流成分モニタ９２の検出結果を同期検波した結果を用いて制御を行なえばよい。例えば、バイアス制御部９３Ａは、光強度交流成分モニタ９２の検出結果を同期検波部９７で同期検波した結果が最小になるよう位相シフタ８８のバイアスを制御する。

以上のように、第２実施例によれば、ＱＰＳＫ変調器８に対して、既述の一実施形態及び第１実施例と同様の処理を適用可能なので、ＱＰＳＫ変調器８のバイアス制御を駆動振幅に依存しないで最適化することができる。

また、第２実施例によれば、各モニタ９１及び９２の検出結果をＢＰＦ９６Ａ及び９６によりフィルタリングして同期検波部９７で同期検波するので、ｆ０成分の検出精度を向上可能である。したがって、バイアス制御の精度を向上することが可能である。

（第３実施例）
ＭＺ光変調器８の初期（制御実施前）のバイアス状態は不定である。そのため、図１０及び図１１において、出力光強度の交流成分が最小になるように制御する際、初期のバイアス電圧Ｖｄが０．５×Ｖπ＜Ｖｄ＜１．５×Ｖπの場合はバイアス電圧ＶｄがＶπとなるように制御される。

しかし、初期のバイアス電圧ＶｄがＶｄ≦０．５×Ｖπの場合はバイアス電圧Ｖｄが０×Ｖπに、初期のバイアス電圧ＶｄがＶｄ≧１．５×Ｖπの場合はバイアス電圧が２×Ｖπになるようにそれぞれ制御されるおそれがある。

バイアス制御の収束点であるバイアス電圧目標値はＶπであり、０×Ｖπおよび２×Ｖπにバイアス電圧Ｖｄが収束する動作は回避したい。その対策を講じたのが、第３実施例である。

図１９は、第３実施例に係る光送信機１１の構成例を示すブロック図である。図１９に例示する光送信機１１は、第１及び第２実施例と同様に、ＱＰＳＫ用の光送信機であり、図１６に例示した構成に比して、制御部９Ｂにおいて、バイアス制御部９３Ｂと、振幅制御部９８と、を備える点が異なる。

バイアス制御部９３Ｂは、既述のバイアス制御部９３及び９３Ａと同様の機能を具備するほか、振幅制御部９８と連携して後述する逆相判定処理を実施する。

振幅制御部９８は、バイアス制御部９３Ｂからの制御に応じ、ｆ０発生部９５で生成した低周波信号に応じて変調器ドライバ７Ａ及び７Ｂの出力を制御する。これにより、ＱＰＳＫ変調器８のＩアーム８０Ａ及びＱアーム８０Ｂに与えられる駆動信号にｆ０成分が重畳される。

その動作を図２０〜図２４を用いて説明する。初期のバイアス電圧の状態が不定であるため、一例として、図２０に、初期のバイアス電圧がＭＺ光変調器８の駆動電圧対出力光強度特性の谷付近にある場合を例示する。また、図２１に、初期のバイアス電圧がＭＺ光変調器８の駆動電圧対出力光強度特性の山付近にある場合を例示する。図２０及び図２１は、いずれも駆動振幅に周波数ｆ０の低周波信号を重畳したときの、ＭＺ光変調器８の出力光強度の変化の様子を例示している。

図２０の場合、ＭＺ光変調器８の出力光強度信号には駆動信号に低周波信号を重畳したことに伴ってｆ０成分が観測される。時刻ｔＡに示すように駆動振幅が増加する場合は出力光強度も増加し、その後の時刻ｔＢに示すように駆動振幅が減少する場合には出力光強度も減少する。別言すると、駆動信号に重畳した低周波信号と、検出される出力光信号の強度変化と、は同相の関係となる。

これに対し、図２１の場合は、時刻ｔＡに示すように駆動振幅が増加する場合は出力光強度が減少し、その後の時刻ｔＢに示すように駆動振幅が減少する場合には出力光強度が増加する。別言すると、駆動信号に重畳した低周波信号と、検出される出力光信号の強度変化と、は逆相の関係となる。

以上の関係を計算により示したものが図２２〜図２４である。図２２に例示するグラフ（特性）Ａ〜Ｃは、それぞれ、バイアス電圧を０×Ｖπ、０．２７×Ｖπ、０．５×Ｖπに設定した場合の、バイアス電圧とＭＺ光変調器８の出力光強度との関係を例示している。

図２３に例示するグラフ（特性）Ｃ〜Ｇは、それぞれ、バイアス電圧を０．５×Ｖπ、０．６４×Ｖπ、１×Ｖπ、１．２７×Ｖπ、１．５×Ｖπに設定した場合の、バイアス電圧とＭＺ光変調器８の出力光強度との関係を例示している。

図２４に例示するグラフ（特性）Ｇ〜Ｉは、それぞれ、バイアス電圧を１．５×Ｖπ、１．７３×Ｖπ、２×Ｖπに設定した場合の、バイアス電圧とＭＺ光変調器８の出力光強度との関係を例示している。ただし、図２２〜図２４において、バイアス電圧（Ｖ）はＶπで正規化されている。

図２２及び図２４に例示するように、バイアス電圧が０×Ｖπ〜０．５×Ｖπ（グラフＡ〜Ｃ）の場合、及び、バイアス電圧が１．５×Ｖπ〜２×Ｖπ（グラフＧ〜Ｉ）の場合は、いずれも駆動振幅が増加すると出力光強度は減少する。

これに対し、図２３に例示するように、バイアス電圧が０.５×Ｖπから１．５×Ｖπ（グラフＣ〜Ｇ）の場合は、駆動振幅が増加すると出力光強度も増加する。別言すると、駆動振幅に低周波信号を重畳して同期検波すると、図２２及び図２４の場合は逆相となり、図２３の場合は同相となる。

このような関係を用いることで、バイアス電圧が０×Ｖπ及び２×Ｖπに収束する動作を回避することができる。例えば、バイアス制御部９３Ｂは、図２２及び図２４の場合（逆相の場合）には、バイアス電圧に所定の電圧（例えば、Ｖπ）を加算することで、バイアス電圧の制御開始点をずらしてバイアス電圧が０×Ｖπ及び２×Ｖπに収束することを回避する。

図２５に、第３実施例のバイアス制御部９３Ｂによるバイアス制御のフローチャートの一例を示す。図２５において点線枠で示す処理Ｐ５５が上述した逆相判定処理を示す。なお、図２５に例示する処理Ｐ５１〜Ｐ５７は、ＱＰＳＫ変調器８のＩアーム（第１の変調器）８０Ａ及びＱアーム（第２の変調器）８０Ｂのそれぞれについて実施される。実施順序は不問である。

図２５に例示するように、バイアス制御部９３Ｂは、第１の変調器８０Ａ及び第２の変調器８０Ｂのそれぞれについて、駆動振幅Ｖｄが、Ｖｄ≧Ｖｄ１であるか、Ｖｄ１＞ＶｄかつＶｄ≧Ｖｄ２であるか、Ｖｄ＜Ｖｄ２であるかを判定する（処理Ｐ５１〜Ｐ５３）。

駆動振幅ＶｄがＶｄ≧Ｖｄ１である場合（処理Ｐ５１でＹｅｓの場合）、バイアス制御部９３Ｂは、バイアス電圧に低周波信号ｆ０を重畳し、平均光強度モニタ９１の検出結果を同期検波部９７で同期検波した結果を用いてバイアス制御を行なう。例えば、バイアス制御部９３Ｂは、検波結果が最大となるように、バイアス制御電極８５及び８６（図２参照）に与えるバイアス電圧を制御する（処理Ｐ５４）。

駆動振幅ＶｄがＶｄ２＞Ｖｄの場合（処理Ｐ５１及びＰ５２でＮｏかつ処理Ｐ５３でＹｅｓの場合）も、バイアス制御部９３Ｂは、バイアス電圧に低周波信号ｆ０を重畳し、平均光強度モニタ９１の検出結果を同期検波した結果を用いてバイアス制御を行なう。

ここで、第１及び第２実施例と同様、図６及び図１２（Ａ）から分かるように、駆動振幅の変化に対する変化の傾斜がＶπを境に反転するため、駆動振幅ＶｄがＶｄ２＞Ｖｄの場合、Ｖｄ≧Ｖｄ１の場合に対してバイアス制御の方向を反転する。例えば、バイアス制御部９３Ｂは、平均光強度モニタ９１の検出結果を同期検波した結果が最小となるように、バイアス制御電極８５及び８６に与えるバイアス電圧を制御する（処理Ｐ５７）。

一方、駆動振幅ＶｄがＶπをまたぐ状態の場合、すなわち、Ｖｄ１＞Ｖｄであり、かつ、Ｖｄ≧Ｖｄ２の場合（処理Ｐ５１でＮｏかつ処理Ｐ５２でＹｅｓの場合）、バイアス制御部９３Ｂは、逆相判定処理（処理Ｐ５５）を実施する。逆相判定処理Ｐ５５は、例示的に、光強度交流成分モニタ９２の検出結果に基づくバイアス制御を実施する前に実行され、以下の処理Ｐ５５１〜Ｐ５５３を含む。

例えば、バイアス制御部９３Ｂは、振幅制御部９８によって駆動信号に低周波信号ｆ０を重畳させ、平均光強度モニタ９１の検出結果を同期検波部９７で同期検波した結果が同相を示すか否かを判定する（処理Ｐ５５１及びＰ５５２）。

判定の結果、検波結果が同相を示す場合（処理Ｐ５５２でＹｅｓの場合）、バイアス制御部９３Ｂは、光強度交流成分モニタ９２の検出結果を同期検波部９７で同期検波した結果を用いてバイアス制御を行なう（処理Ｐ５６）。例えば、バイアス制御部９３Ｂは、検波結果が最小となるように、バイアス制御電極８５及び８６に与えるバイアス電圧を制御する。

一方、同期検波結果が逆相を示す場合（処理Ｐ５５２でＮｏの場合）、バイアス制御部９３Ｂは、バイアス電圧に所定の電圧値（例えば、Ｖπ）を加算する（処理Ｐ５５３）。これにより、バイアス電圧の制御開始点が０×Ｖπや２×Ｖπに誤収束しないようにシフトされる。

バイアス電圧の制御開始点をシフトした後は、バイアス制御部９３Ｂは、光強度交流成分モニタ９２の検出結果を同期検波部９７で同期検波した結果を用いてバイアス制御を行なう（処理Ｐ５６）。例えば、バイアス制御部９３Ｂは、検波結果が最小となるように、バイアス制御電極８５及び８６に与えるバイアス電圧を制御する。

なお、処理Ｐ５３でＮｏの場合、すなわち、駆動振幅Ｖｄが上述した３つの条件のいずれも満たさない場合、バイアス制御部９３Ｂは、バイアス制御は行なわずに３つの条件の監視を継続する。ただし、この場合には、エラー情報をバイアス制御部９３Ｂから外部機器等へ通知する等のエラー処理を実施しても構わない。

以上のように、第３実施例によれば、既述の一実施形態、第１及び第２実施例と同様の効果が得られるほか、バイアス電圧の制御開始点が０×Ｖπや２×Ｖπに誤収束することを回避することが可能となる。すなわち、駆動信号に低周波信号ｆ０を重畳し、ｆ０成分の同期検波の結果が逆相を示す場合、バイアス電圧に所定電圧を加算してバイアス電圧の制御開始点をずらすので、バイアス電圧の制御開始点が意図しない電圧に誤収束することを回避することが可能となる。

（第４実施例）
図２６は、第４実施例に係る光送信機１１の構成例を示すブロック図である。図２６に示す光送信機１１は、第１〜第３実施例と同様に、ＱＰＳＫ用の光送信機であり、第３実施例（図１９）に例示した構成に、図１に例示した信号処理回路４を含めて記載した構成に相当する。

信号処理回路４は、電気信号である送信データ信号をデジタル信号処理する。デジタル信号処理には、ナイキストフィルタリングが含まれてよい。ナイキストフィルタリングでは、送信データ信号に対して下記の数式１に例示する伝達関数Ｈ（ｆ）をもつフィルタリングを実施する。なお、数式１において、ｆは周波数、αはロールオフ率と呼ばれ０から１までの値をとる。ｆｎは、フィルタ帯域に対応するパラメータである。

送信データ信号にナイキストフィルタリングを施すことによって、周波数領域において信号スペクトル形状を狭めて波長多重（ＷＤＭ）光伝送における周波数利用効率を向上することが可能となる。

この場合、ナイキストフィルタの形状を決定するロールオフ率を大きくするほど光スペクトル形状を狭めることができるが、その場合、送信信号波形形状も変化する。駆動信号のアイパターンの一例を図２７（Ａ）〜図２７（Ｃ）に示す。図２７（Ａ）〜図２７（Ｃ）は、それぞれ、ロールオフ率αがα＝０、α＝０．５、α＝１のときのアイパターンを例示している。

図２７（Ａ）〜図２７（Ｃ）から分かるように、ロールオフ率αを大きくするほど、平均駆動振幅に対してピーク駆動振幅が大きくなる。この場合にピーク部分まで光変換して送信を可能にするには、平均駆動信号の振幅を２×Ｖπよりも下げることになる。

図２７（Ａ）〜図２７（Ｃ）から分かるように、ローフオフ率αにより平均駆動振幅の値が決まるため、その値をＶｄとすれば、バイアス制御部９３Ｂは、例えば図２５に例示したフローチャートに従ったバイアス制御が可能になる。

したがって、第４実施例によれば、既述の一実施形態及び第１〜第３実施例と同様の効果が得られるほか、信号処理回路４でデジタル信号処理された送信信号波形に対しても適切なバイアス制御が可能となる。

なお、ナイキストフィルタリングは、既述の一実施形態、第１実施例及び第２実施例に適用してもよい。その場合、図１３、図１５、及び、図１７（図１８）に例示したフローチャートのうち対応するフローチャートに従ってバイアス制御を実施すればよい。

１ 光送受信機
２ 局発用光源
３ 受信フロントエンド
４ 信号処理回路
５ 接続コネクタ
６ 送信用光源
７ 変調器ドライバ
８ 光変調器
８０Ａ 光導波路（Ｉアーム）
８０Ｂ 光導波路（Ｑアーム）
８１，８２ 光導波路
８３，８４ 駆動電極
８５，８６ バイアス制御電極
８７ 光検出部（ＰＤ）
８８ 位相シフタ
９，９Ｂ 制御部
９Ａ モニタ部
９１ 平均光強度モニタ（第１のモニタ）
９２ 光強度交流成分モニタ（第２のモニタ）
９３，９３Ａ，９３Ｂ バイアス制御部
９４ Ｉ／Ｖ変換部
９５ ｆ０発生部
９６Ａ，９６Ｂ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
９７ 同期検波部
９８ 振幅制御部
１０ 電源部
１１ 光送信部（光送信機）

Claims (10)

1. 光源からの光を駆動信号により変調して出力する光変調器と、
   前記光変調器の出力光強度の平均値と交流成分とを検出するモニタ部と、
   前記駆動信号のバイアス電圧を前記平均値に基づいて制御する第１のバイアス制御と、前記駆動信号のバイアス電圧を前記交流成分に基づいて制御する第２のバイアス制御と、のいずれかを前記駆動信号の振幅に応じて選択する制御部と、
   を備えた、光送信機。
2. 前記モニタ部は、
   前記光変調器の出力光を受光し、その受光強度に応じた電気信号を出力する光検出部と、
   前記光検出部からの前記電気信号に基づいて前記平均値を検出する第１のモニタと、
   前記光検出部からの前記電気信号に基づいて前記交流成分を検出する第２のモニタと、を備えた、請求項１に記載の光送信機。
3. 前記制御部は、
   前記駆動信号の振幅Ｖｄが、前記変調器の半波長電圧Ｖπよりも大きな第１の電圧閾値Ｖｄ１以上であるか、あるいは、前記半波長電圧よりも小さな第２の電圧閾値Ｖｄ２未満である場合に、前記第１のバイアス制御を選択し、
   前記振幅Ｖｄが、Ｖｄ１＞Ｖｄ≧Ｖｄ２を満たす場合に、前記第２のバイアス制御を選択する、請求項１又は２に記載の光送信機。
4. 前記第１のバイアス制御は、
   前記振幅ＶｄがＶｄ≧Ｖｄ１を満たす場合に、前記平均値が最大となるように前記駆動信号のバイアスを制御する処理と、
   前記振幅ＶｄがＶｄ＜Ｖｄ２を満たす場合に、前記平均値が最小となるように前記駆動信号のバイアスを制御する処理と、を含む請求項３に記載の光送信機。
5. 前記第２のバイアス制御は、前記交流成分が最小となるように前記駆動信号のバイアスを制御する処理を含む、請求項３又は４に記載の光送信機。
6. 前記制御部は、
   前記バイアス電圧に前記駆動信号の周波数よりも低い周波数をもつ低周波信号を重畳する低周波重畳部を備え、
   前記モニタ部は、
   前記光変調器の出力光に含まれる前記低周波数信号の成分を前記低周波信号に基づく同期検波により検出する同期検波部を備え、
   前記同期検波により得られた前記低周波数信号の成分から前記平均値及び前記交流成分を検出する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光送信機。
7. 前記制御部は、
   前記駆動信号の振幅に前記駆動信号の周波数よりも低い周波数をもつ低周波信号を重畳する振幅制御部を備え、
   前記モニタ部は、
   前記光変調器の出力光に含まれる前記低周波信号の成分を前記低周波信号に基づく同期検波により検出する同期検波部を備え、
   前記制御部は、
   前記同期検波部の同期検波結果が、前記低周波信号と前記光変調器の出力光の強度変化との逆相関係を示す場合に、前記第２のバイアス制御における前記バイアス電圧に所定の電圧値を加算する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光送信機。
8. 前記駆動信号は、送信データ信号をデジタル信号処理することにより生成され、前記駆動信号の振幅は、前記デジタル信号処理された前記送信データ信号の信号波形に応じた可変振幅である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光送信機。
9. 前記光変調器は、
   前記光源からの光を２分岐して得られる各分岐光の一方の光を、送信データ信号の同相成分に対応して生成される駆動信号によって変調する第１の変調器と、
   前記各分岐光の他方の光を、前記送信データ信号の直交成分に対応して生成される駆動信号によって変調する第２の変調器と、を備え、
   前記制御部は、
   前記第１及び第２の変調器のそれぞれに対して前記第１及び第２のバイアス制御の選択を行なう、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光送信機。
10. 光源からの光を駆動信号により変調して出力する光変調器の制御装置であって、
    前記光変調器の出力光強度の平均値と交流成分とを検出するモニタ部と、
    前記駆動信号の振幅に応じて、前記駆動信号のバイアス電圧を前記平均値に基づいて制御する第１のバイアス制御と、前記駆動信号のバイアス電圧を前記交流成分に基づいて制御する第２のバイアス制御と、のいずれかを選択する制御部と、
    を備えた、光変調器の制御装置。

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