JP6486178B2 - マッハツェンダ型光変調器の駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、光通信に用いるマッハツェンダ型光変調器を安定して駆動制御できる駆動制御装置に関するものである。

光通信システムの一つの変調方式として、レーザーダイオードを駆動電流で変調して電気信号に比例した光の強度信号を得る直接変調方式が用いられてきた。この直接変調方式は、装置構成が非常に簡単であるという長所を有している。

しかし、伝送速度が数Ｇｂｉｔ／ｓを超える超高速・広帯域光通信システムにおいては、直接変調時に光の波長が変化する波長変動（チャーピング）現象が伝送容量を制限する要因となっていた。このため、直接変調方式は、比較的低速な光通信システムに用いられている。

一方、超高速伝送用の光変調方式では、変調時のチャーピングを抑圧するため、半導体レーザを連続的に発光させて、この光を外部変調器でオン／オフする外部変調器方式が使用されている。外部変調器として最も一般的なものがマッハツェンダ型光変調器である。

従来のＮＲＺ（Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）変調符号では、周期Ｔでレベルが変化する駆動信号のハイレベルおよびローレベルを光出力特性の発光の頂点Ａおよび消光の頂点Ｂにそれぞれ合わせることによって、光出力のオン／オフ変調を行っている。

なお、以下の説明では、周期的に変化する光出力特性の発光／消光の各頂点Ａ、Ｂに対応したバイアス電圧の差をＶπで表記することにする。これによれば上記のＮＲＺ変調方式における最適な駆動信号の振幅はＶπとなる。

上記のようなマッハツェンダ型光変調器については、チャーピングが少ないという利点があるが、温度変化または経時変化等により駆動信号に対する光出力特性が時間的にドリフトして、光出力のオン／オフレベルに符号間干渉が生じてしまうという問題があった。このような問題を解決してマッハツェンダ型光変調器の動作点を安定に制御するためには、駆動電圧に対する光出力特性において、曲線の変動に応じて、駆動信号によるバイアス電圧を変化させる動作点の制御が必要である。

従来のＮＲＺ符号などを用いた変調方式におけるバイアスの安定化制御では、例えば特許文献１等において、駆動信号に低周波信号を重畳して動作点の変動量および変動方向を検出し、フィードバックによりバイアス電圧を制御して、動作点を正常に保つ補償技術が提案されている。これらの制御においては、最適なバイアス点は光出力がオンとなる電圧と、光出力がオフとなる電圧のほぼ中間点となる。

上記のような背景のもと、ＤＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）または、ＣＳＲＺ（Ｃａｒｒｉｅｒ−Ｓｕｐｐｒｅｓｓｅｄ Ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）などといった、最適な駆動振幅が２Ｖπの変調方式においても、バイアス安定化制御が必要となっている。例えば特許文献２等において、バイアス電圧に低周波信号を重畳して動作点の変動量および変動方向を検出し、フィードバックによりバイアス電圧を制御して、動作点を正常に保つ補償技術が提案されている。

理想的なマッハツェンダ型光変調器の場合、ＤＰＳＫまたはＣＳＲＺにおいては、最適なバイアス点は光出力がオフとなる電圧（以下、ＮＵＬＬ点と呼ぶ）が最適なバイアス点であり、上記に記載のバイアス制御においてもＮＵＬＬ点になるような制御が実施される。

なお、特許文献２には、駆動信号の振幅が２Ｖπの８０％以上（Ｖπの１．６倍）の場合に適用可能であることが記載されている。駆動信号の振幅を２Ｖπよりも低減した場合、振幅が小さくなるに従い平均強度の振幅が小さくなり、駆動信号の振幅が２Ｖπの７０％程度でその位相が反転する。駆動信号の振幅が２Ｖπの４０％などになると逆に最適バイアス電圧で平均光強度が最小となる。このため特許文献２においては、駆動信号の振幅が小となる場合には、最小化制御を適用する例が記載されている。

また、駆動振幅の大きさに依存せずにバイアス制御を行う例として、特許文献３において、バイアス電圧と駆動振幅の両方に低周波信号を重畳して動作点の変動量および変動方向を検出する技術が提案されている。

特開平３−２５１８１５号公報 特開２００３−２８３４３２号公報 特開２０１３−８８７０２号公報

特許文献２に開示された技術を用いることにより、ＤＰＳＫまたはＣＳＲＺなどのＮＵＬＬ点が最適バイアスとなる変調方式においても、駆動信号の振幅が２Ｖπにほぼ等しい場合には最大化制御、駆動信号の振幅が小さくなった場合には最小化制御を実施することでバイアスの安定化制御が可能となる。

しかし、特許文献２におけるバイアス安定化制御においては、駆動信号の振幅によって上記制御が適用できない領域が存在するという問題がある。これは、駆動信号の振幅が２Ｖπの７０％程度になると、マッハツェンダ型光変調器での変調度が５０％になるため、バイアスに重畳した低周波信号が検出できなくなるためである。

ここで示す変調度とは、マッハツェンダ型光変調器の伝搬損失をゼロとした場合において、光入力強度に対する光出力強度の割合を示したものである。つまり変調度５０％とは、駆動信号による変調によって、光強度が半分になることを示している。

ＤＰＳＫまたはＣＳＲＺなどの信号、つまり２値の電気信号を使用する変調方式においては、駆動信号の振幅は、最も伝送特性が優れる２Ｖπの１００％近傍で使用することが一般的であり、このとき変調度は８０％以上になるため、これまで大きな問題になっていなかった。

しかし今日、従来の２値の電気信号ではなく、ＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）と呼ばれる複数の電気信号レベルを有する信号を用いることで、光ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）を行う技術が提案されている。

ＰＡＭ信号を用いてマッハツェンダ型光変調器を変調する場合、変調度が５０％になるケースがあるため、特許文献２に記載のバイアス安定化制御が適用できない可能性がある。

そこで、本発明は、変調度が５０％の場合にもバイアスの安定化制御を行うことができるマッハツェンダ型光変調器の駆動制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係るマッハツェンダ型光変調器の駆動制御装置は、駆動信号に対する光出力特性が周期的に変化するマッハツェンダ型光変調器の駆動制御装置であって、前記マッハツェンダ型光変調器から出力される光信号を電気信号に変換するフォトダイオードと、前記電気信号のピーク値を検出し当該ピーク値を示す出力信号を出力するパルスピーク検波部と、前記電気信号の平均値を検出し当該平均値を示す出力信号を出力する光平均強度検出部と、前記パルスピーク検波部の前記出力信号と前記光平均強度検出部の前記出力信号のいずれか一方を選択する選択部と、ディザ信号を生成するディザ信号生成部と、前記ディザ信号と前記選択部が選択した出力信号を掛け合わせ同期検波する同期検波部と、前記同期検波部での同期検波の結果に基づいて、前記マッハツェンダ型光変調器の変調に係るバイアスを制御するバイアス制御部とを備えるものである。

本発明によれば、同期検波部は、ディザ信号とパルスピーク検波部の出力信号を掛け合わせ同期検波し、バイアス制御部は、同期検波部での同期検波の結果に基づいて、マッハツェンダ型光変調器の変調に係るバイアスを制御するため、変調度が５０％の場合にも、マッハツェンダ型光変調器の変調に係るバイアスをＮＵＬＬ点に制御し、安定的にマッハツェンダ型光変調器を動作させることができる。

実施の形態１に係る駆動制御装置のブロック図である。 実施の形態１に係る駆動制御装置の動作原理を説明する図である。 実施の形態１に係る駆動制御装置の動作原理を説明する図である。 実施の形態１に係る駆動制御装置の動作原理を説明する図である。 実施の形態１に係る駆動制御装置の動作原理を説明するグラフである。 実施の形態１に係る駆動制御装置の動作原理を説明するグラフである。 実施の形態２に係る駆動制御装置のブロック図である。 実施の形態１に係る駆動制御装置の動作原理を説明するグラフである。 実施の形態１に係る駆動制御装置の動作原理を説明するグラフである。 実施の形態２に係る駆動制御装置の動作原理を説明するグラフである。 実施の形態２の変形例に係る駆動制御装置のブロック図である。 実施の形態３に係る駆動制御装置のブロック図である。 実施の形態３に係る駆動制御装置の動作原理を説明する図である。 実施の形態３に係る駆動制御装置の動作原理を説明する図である。 実施の形態３の変形例に係る駆動制御装置のブロック図である。 前提技術においてマッハツェンダ型光変調器の駆動信号に対する光出力特性の一例を示す図である。

＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態１について、図面を用いて以下に説明する。図１は、実施の形態１に係る駆動制御装置のブロック図である。

図１に示すように、駆動制御装置は、駆動信号に対する光出力特性が周期的に変化するマッハツェンダ型光変調器（以下、ＭＺ変調器と呼ぶ）１を駆動制御する装置である。駆動制御装置は、分波器２と、高速ＰＤ３（フォトダイオード）と、パルスピーク検波部４と、ディザ信号生成部５と、同期検波部６と、バイアス設定部７（バイアス制御部）と、増幅器８と、加算器９とを備えている。

分波器２は、ＭＺ変調器１から出力される光信号を分波する。高速ＰＤ３は、分波器２で分波された光信号を電気信号に変換する。パルスピーク検波部４は、高速ＰＤ３で変換された電気信号のピーク値を検出し、当該ピーク値を示す出力信号を出力する。ディザ信号生成部５は、ディザ信号（低周波信号）を生成する。

同期検波部６は、ディザ信号とパルスピーク検波部４の出力信号とを掛け合わせ同期検波する。バイアス設定部７は、同期検波部６での同期検波の結果に基づいて、ＭＺ変調器１の変調に係るバイアス（バイアス電圧）を制御する。増幅器８は、外部から入力されたデータ信号を増幅することでＭＺ変調器１を駆動する駆動信号を生成する。加算器９は、バイアス設定部７から出力されたバイアスにディザ信号を重畳する。

次に、実施の形態１に係る駆動制御装置の動作を説明する。ＭＺ変調器１に光が入射されるとともに、増幅器８から駆動信号が入力される。分波器２は、ＭＺ変調器１から出力される光信号を分波し、高速ＰＤ３は、分波器２で分波された光信号を電気信号に変換しパルスピーク検波部４に入力する。

パルスピーク検波部４は、光信号のパルスの高さ、すなわち光信号を変換した電気信号のピーク値を検出するものであり、市販されているショットキー・ダイオードを内蔵した専用ＩＣなどで実現できる。なお、光信号のパルスピークを検出するため、光信号と同等以上の周波数帯域が必要である。例えば、光信号がハイレベルとローレベルを交番で繰り返すクロック信号であれば、光信号以上の周波数帯域を有する必要がある。また、光信号がハイレベルとローレベルをランダムに繰り返すデータ信号であれば、光信号の最も速い周波数成分の１／１０程度以上の周波数帯域を有することが望ましい。しかしこの場合、必要となる周波数帯域はデータ信号のランダム性に依存するため、必ずしも１／１０程度以上の周波数帯域が必要となる訳ではない。

パルスピーク検波部４の出力信号は同期検波部６に入力される。同期検波部６には、ディザ信号生成部５で生成されたディザ信号がさらに入力され、同期検波部６は、パルスピーク検波部４の出力信号とディザ信号を用いて同期検波を実施する。

同期検波部６での同期検波の結果に基づいて、目標値との誤差信号が出力され、バイアス設定部７へ入力される。バイアス設定部７は、誤差信号に基づいて、ＭＺ変調器１に印加するバイアスを出力する。

さらに、加算器９は、バイアス設定部７から出力されたバイアスに、ディザ信号生成部５から出力されたディザ信号を加算する。ディザ信号が加算されたバイアスは、ＭＺ変調器１のバイアス電圧として入力される。

上記の制御を行うことにより、ＭＺ変調器１での変調度が５０％である場合であっても、バイアス電圧を最適な値に制御することができる。

ここで、前提技術に係る駆動制御装置によって駆動されるＭＺ変調器の駆動信号に対する光出力特性について説明する。図１６は、前提技術においてＭＺ変調器の駆動信号に対する光出力特性の一例を示す図である。図１６に示すように、従来のＮＲＺ変調符号では、周期Ｔでレベルが変化する駆動信号のハイレベルおよびローレベルを光出力特性の発光の頂点Ａおよび消光の頂点Ｂにそれぞれ合わせることによって、光出力のオン／オフ変調を行っている。

ＭＺ変調器については、チャーピングが少ないという利点があるが、温度変化または経時変化等により駆動信号に対する光出力特性が時間的にドリフトして、光出力のオン／オフレベルに符号間干渉が生じてしまうという問題があった。このような問題を解決してＭＺ変調器の動作点を安定に制御するためには、駆動電圧に対する光出力特性において、曲線の変動に応じて、駆動信号によるバイアス電圧を変化させる動作点の制御が必要である。

次に、具体的に実施の形態１に係る駆動制御装置の制御に関して、図２から図４を用いて説明する。図２から図４は、実施の形態１に係る駆動制御装置の動作原理を説明する図である。より具体的には、図２から図４は、ＭＺ変調器１の消光カーブに対する、駆動信号と光出力との関係を示した図であり、駆動信号がＭＺ変調器１のＶπに相当する振幅の場合の図である。なお、図２から図４においては、駆動信号がローレベル時の消光カーブ上の点を白い丸、駆動信号がハイレベル時の消光カーブ上の点を黒い丸で示している。

図２は、バイアス点が消光カーブのＮＵＬＬ点の場合の例を示した図である。ＤＰＳＫまたはＣＳＲＺなどの変調方式の場合は、このバイアス点が最適バイアスとなる。駆動振幅がＶπであるため、駆動信号がローレベルの場合は、消光カーブのＰＥＡＫ点とＮＵＬＬ点の中間値となり、駆動信号がハイレベルの場合も、消光カーブのＰＥＡＫ点とＮＵＬＬ点の中間値となる。このため、出力光のピークレベルとしては、消光カーブのＰＥＡＫ点とＮＵＬＬ点の中間のレベルとなる。

図３は、バイアス点が消光カーブのＰＥＡＫ点とＮＵＬＬ点の中間値の場合の例を示した図である。駆動振幅がＶπであるため、駆動信号がローレベルの場合は、消光カーブのＮＵＬＬ点となり、駆動信号がハイレベルの場合は、消光カーブのＰＥＡＫ点となる。このため、出力光のピークレベルとしては、消光カーブのＰＥＡＫ点のレベルとなる。

図４は、バイアス点が消光カーブのＰＥＡＫ点の場合の例を示した図である。デューティ比３３％のＲＺ変調などの変調方式の場合は、このバイアス点が最適バイアスとなる。駆動振幅がＶπであるため、駆動信号がローレベルの場合は、消光カーブのＰＥＡＫ点とＮＵＬＬ点の中間値となり、駆動信号がハイレベルの場合も、消光カーブのＰＥＡＫ点とＮＵＬＬ点の中間値となる。このため、出力光のピークレベルとしては、消光カーブのＰＥＡＫ点とＮＵＬＬ点の中間のレベルとなる。

上記で示したように、バイアス点によって、出力光のピークレベルが異なる。図５は、実施の形態１に係る駆動制御装置の動作原理を説明するグラフであり、バイアス点（ＮＵＬＬ点からのずれ）に対するパルスピーク検波部４の出力（出力光のピークレベル）を示したグラフである。バイアス点がＮＵＬＬ点からずれていない場合は低い値となり、０．５×Ｖπずれている場合（図３に相当）は高い値となり、１×Ｖπずれている場合（図４に相当）は低い値となる。消光カーブは周期性があるため、パルスピーク検波部４の出力も周期性を有することになる。

本実施の形態においては、ディザ信号生成部５で生成したディザ信号がバイアスに加算される。つまり、バイアス点が低周波で変動している事になる。そのため、以後の説明においては、例えば図２の状態は、「バイアス点がＮＵＬＬ点」という表記ではなく、「バイアス点の中心がＮＵＬＬ点」と表記する。ここで、ディザ信号の周波数をｆ［Ｈｚ］とする。

バイアス点の中心がＮＵＬＬ点の場合、つまり図２の状態の場合、ディザ信号によってパルスピークレベルも変動し、その周波数は２ｆ［Ｈｚ］となる。これは図５からも理解できる。バイアス点の中心がＮＵＬＬ点の場合、パルスピークレベルは極小値であり、そのため、ディザ信号１周期に対して、パルスピークレベルは２周期の変動となるためである。このとき、同期検波部６においては、パルスピーク検波部４から出力される２ｆ［Ｈｚ］の出力信号と、ディザ信号生成部５からのｆ［Ｈｚ］を用いて同期検波するため、同期検波部の出力はゼロとなる。

バイアス点の中心がＮＵＬＬ点から０．５×Ｖπずれている場合、つまり図３の状態の場合、ディザ信号によってパルスピークレベルも変動し、その周波数は２ｆ［Ｈｚ］となる。しかしながら、バイアス点の中心がＮＵＬＬ点の場合の場合とは位相が１８０度ずれた周波数２ｆ［Ｈｚ］の出力信号である。これは図５からも理解できる。バイアス点の中心がＮＵＬＬ点から０．５×Ｖπずれている場合、パルスピークレベルは極大値であり、ディザ信号１周期に対して、パルスピークレベルは２周期の変動となるが、極小値の場合はディザ信号のレベルが高くなったらパルスピークレベルは大きくなるのに対し、極大値の場合は、ディザ信号のレベルが高くなったらパルスピークレベルは小さくなるためである。このとき、同期検波部６は、パルスピーク検波部４から出力される２ｆ［Ｈｚ］の出力信号と、ディザ信号生成部５からのｆ［Ｈｚ］を用いて同期検波するため、同期検波部６の出力はゼロとなる。

さらに、バイアス点の中心がＮＵＬＬ点から０．２５×Ｖπずれている場合、ディザ信号によってパルスピークレベルも変動し、その周波数はｆ［Ｈｚ］となる。これは図５からも理解できる。バイアス点の中心がＮＵＬＬ点から０．２５×Ｖπずれている場合、パルスピークレベルは極小値と極大値の中間値となり、そのため、ディザ信号１周期に対する変動がそのまま、パルスピークレベルの変動となるためである。このとき、同期検波部６は、パルスピーク検波部４から出力されるｆ［Ｈｚ］の出力信号と、ディザ信号生成部５からのｆ［Ｈｚ］を用いて同期検波するため、同期検波部６の出力は正の値となる。

さらに、バイアス点の中心がＮＵＬＬ点から０．７５×Ｖπずれている場合、ディザ信号によってパルスピークレベルも変動し、その周波数はｆ［Ｈｚ］となる。しかしながら、バイアス点の中心がＮＵＬＬ点から０．２５×Ｖπずれている場合とは位相が１８０度ずれた周波数ｆ［Ｈｚ］の出力信号である。これは図５からも理解できる。バイアス点の中心がＮＵＬＬ点から０．２５×Ｖπずれている場合、パルスピークレベルは極小値と極大値の中間値であるが傾きは正である。一方、バイアス点の中心がＮＵＬＬ点から０．７５×Ｖπずれている場合は、パルスピークレベルは極小値と極大値の中間値であるが傾きは負である。このとき、同期検波部６は、パルスピーク検波部４から出力されるｆ［Ｈｚ］の出力信号と、ディザ信号生成部５からのｆ［Ｈｚ］を用いて同期検波するが、位相が１８０度ずれているため、同期検波部６の出力は負の値となる。

上記で示したように、バイアス点の中心によって、同期検波部６の出力値が異なる。図６は、実施の形態１に係る駆動制御装置の動作原理を説明するグラフであり、より具体的には、バイアス点の中心（ＮＵＬＬ点からのずれ）に対する同期検波部６の出力値を示したグラフである。バイアス点の中心がＮＵＬＬ点の場合、同期検波部６の出力がゼロとなり、０．２５×Ｖπずれている場合が極大値となる。また０．５×Ｖπずれている場合は傾きが負のゼロとなり、０．７５×Ｖπずれている場合が極小値となる。

バイアス設定部７は、同期検波部６からの出力が予め決めた値になるようにバイアスを制御する。ＤＰＳＫまたはＣＳＲＺなどのＮＵＬＬ点が最適バイアスとなる変調方式に対しては、図６において、正の傾きのゼロになるようにバイアスを制御する。つまり、ｎを整数とすると、バイアス点の中心を、ＮＵＬＬ点からｎ×Ｖπずれた点に制御することが可能となる。

以上のように、実施の形態１に係る駆動制御装置では、同期検波部６は、ディザ信号とパルスピーク検波部４の出力信号を掛け合わせ同期検波し、バイアス設定部７は、同期検波部６での同期検波の結果に基づいて、ＭＺ変調器１の変調に係るバイアスを制御する。パルスピーク検波部４によって電気信号の１シンボル単位でのピーク値を検出することができるため、変調度が５０％の場合にも、バイアスがずれていたときにディザ信号を検出することができる。これにより、ＭＺ変調器１の変調に係るバイアスをＮＵＬＬ点に制御し、安定的にＭＺ変調器１を動作させることができる。

＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２に係る駆動制御装置について説明する。図７は、実施の形態２に係る駆動制御装置のブロック図である。なお、実施の形態２において、実施の形態１で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

図７に示すように、実施の形態２に係る駆動制御装置は、実施の形態１に係る駆動制御装置に対して、光平均強度検出部１０と選択部１１とをさらに備えている。他の構成は、図１と同様のため説明は繰り返さない。

実施の形態１においては、ＭＺ変調器１での変調度が５０％の場合にも最適なバイアス点に制御することが可能となった。しかしながら、実施の形態１に係る駆動制御装置では、変調度が０％および１００％の場合は制御ができなくなってしまう。図８と図９に、変調度を０％、２５％、５０％、７５％、１００％とした時の同期検波部６の出力を示す。図８と図９は、実施の形態１に係る駆動制御装置の動作原理を説明するグラフである。

変調度が５０％の場合は、バイアス点の中心が変動するに応じて同期検波部６の出力も変動し、最大値は１、最小値は−１となっていることが分かる。

変調度が２５％、７５％の場合も、バイアス点の中心が変動するに応じて同期検波部６の出力も変動するが、最大値は０．５、最小値は−０．５となっており、変調度が５０％の場合よりも変化量は小さい。

変調度が０％、１００％の場合は、バイアス点の中心が変動しても同期検波部６の出力は変動しない。バイアス設定部７は同期検波部６の出力がゼロになるようにバイアスを制御する。このため、どんなバイアス点であってもバイアス設定部７はその点が最適点だと誤認し、最適なバイアス点に制御する事ができない。

そこで、本実施の形態に係る駆動制御装置は、実施の形態１で説明した制御方法と、従来の制御方法とを切り替える機能を備えている。

図７に示すように、光平均強度検出部１０は、高速ＰＤ３の出力である電気信号の平均値を検出し、当該平均値を示す出力信号を出力する。上記のように、平均値を用いた従来の制御方法では変調度が５０％の場合は最適なバイアス点に制御できない。このことは、図２から図４からでも理解できる。図２においては、駆動信号の全てのパルスが同じ光出力レベルとなるため、パルスピークレベルと光平均強度は等しくなる。

一方、図３においては、駆動信号の半分は光出力がゼロであり、もう半分は消光カーブのＰＥＡＫ点の光出力レベルになる。そのため、光平均強度はその中間値となり、図２に示す光平均強度と同じとなる。図４においては図２の場合と同様である。そのため、光平均強度を用いると、変調度が５０％の場合は最適なバイアス点に制御できない。

しかしながら、例えば変調度が１００％の場合は光平均強度を用いても最適バイアスに制御することが可能となる。図１０は、実施の形態２に係る駆動制御装置の動作原理を説明するグラフであり、変調度を０％、２５％、５０％、７５％、または１００％とした場合の光平均強度検出部１０を用いたときの同期検波部６の出力を示す。

図１０に示すように、変調度が０％、または１００％の場合は、バイアス点の中心が変動するに応じて同期検波部６の出力も変動し、最大値は１、最小値は−１となっていることが分かる。変調度が２５％、または７５％の場合も、バイアス点の中心が変動するに応じて同期検波部６の出力も変動するが、最大値は０．５、最小値は−０．５となっており、変調度が０％、または１００％の場合よりも変化量は小さい。上記のように、変調度が５０％の場合は、バイアス点の中心が変動しても同期検波部６の出力は変動しない。

選択部１１には、パルスピーク検波部４と光平均強度検出部１０が接続されており、選択部１１は、変調度に応じていずれか一方を選択する機能を有する。変調度が２５％から７５％の場合はパルスピーク検波部４を選択し、０％から２５％の場合および７５％から１００％の場合は光平均強度検出部１０を選択したときに最も感度が良くなる。しかし、最適バイアスへの制御が可能かどうかは、実際の制御回路の雑音などにも影響されるため、上記変調度での切り替えは必須ではない。

ここで、変調度は、ＭＺ変調器１の伝搬損失をゼロとした場合における、光入力強度に対する光出力強度の割合を示したものである。変調度をモニタする手段としては、ＭＺ変調器１への入射光レベル、すなわち光源の出力レベルと、ＭＺ変調器１の伝搬損失が予め分かっていれば、光平均強度検出部１０で検出された光平均強度を用いて算出することができる。

以上のように、実施の形態２に係る駆動制御装置では、同期検波部６は、ディザ信号とパルスピーク検波部４の出力信号を掛け合わせ同期検波し、バイアス設定部７は、同期検波部６での同期検波の結果に基づいて、ＭＺ変調器１の変調に係るバイアスを制御する。パルスピーク検波部４によって電気信号の１シンボル単位でのピーク値を検出することができるため、変調度が５０％の場合にも、バイアスがずれていたときにディザ信号を検出することができる。これにより、ＭＺ変調器１の変調に係るバイアスをＮＵＬＬ点に制御し、安定的にＭＺ変調器１を動作させることができる。

さらに、実施の形態２に係る駆動制御装置では、光平均強度検出部１０は電気信号の平均値を検出し当該平均値を示す出力信号を出力し、選択部１１はパルスピーク検波部４の出力信号と光平均強度検出部１０の出力信号のいずれか一方を選択するため、パルスピーク検波部４の出力信号と光平均強度検出部１０の出力信号とを切り替えることで、変調度がいくつであっても、ディザ信号を検出することができ、ＭＺ変調器１の変調に係るバイアスをＮＵＬＬ点に制御し、安定的にＭＺ変調器１を動作させることができる。

なお、選択部１１による出力信号の選択方法として、駆動信号の振幅から変調度を算出してもよい。図１１に示すように、実施の形態２の変形例に係る駆動制御装置は、駆動信号の振幅を検出する振幅検出部１２をさらに備えている。ＭＺ変調器１のＶπが予め分かっている場合、増幅器８から出力された駆動信号の振幅から変調度を算出することが可能であることから、選択部１１は、振幅検出部１２で検出された駆動信号の振幅に基づいて変調度を算出し、パルスピーク検波部４と光平均強度検出部１０のいずれかを選択する。図１１は、実施の形態２の変形例に係る駆動制御装置のブロック図である。

以上のように、実施の形態２の変形例に係る駆動制御装置は、駆動信号の振幅を検出する振幅検出部１２をさらに備え、選択部１１は、駆動信号の振幅に基づいて出力信号を選択する。したがって、駆動制御装置は、駆動信号の振幅がどのような大きさであっても、ディザ信号を検出することができ、ＭＺ変調器１の変調に係るバイアスをＮＵＬＬ点に制御し、安定的にＭＺ変調器１を動作させることができる。

＜実施の形態３＞
次に、実施の形態３に係る駆動制御装置について説明する。図１２は、実施の形態３に係る駆動制御装置のブロック図である。なお、実施の形態３において、実施の形態１，２で説明したものと同一の構成要素については同一符号を付して説明は省略する。

図１２に示すように、実施の形態３に係る駆動制御装置は、実施の形態１に係る駆動制御装置に対して、駆動信号の振幅を変化させるように設定する振幅設定部１３と、バイアス設定部７におけるバイアス制御の初期値を変更可能な初期値制御部１４とをさらに備えている。他の構成は、図１と同様のため説明は繰り返さない。

実施の形態１に係る駆動制御装置によって、ＭＺ変調器１での変調度が５０％の場合において、最適なバイアス点に制御することが可能となった。しかしながら、実施の形態１に係る駆動制御装置では、バイアス点の中心がＮＵＬＬ点の場合と、バイアス点の中心がＮＵＬＬ点からＶπずれた場合との区別がつかないことから、どちらのバイアス点にも収束する可能性がある。このことは図６からも理解することができ、バイアス点の中心がＮＵＬＬ点の場合、バイアス点の中心がＮＵＬＬ点からＶπずれた場合、同期検波部６の出力は両者とも正の傾きのゼロ点になるため、バイアス制御はどちらの点にも収束する可能性がある。

そこで、本実施の形態に係る駆動制御装置では、バイアス設定部７は、最適バイアスに設定した後、それがＮＵＬＬ点なのか、ＮＵＬＬ点からＶπずれた点（＝ＰＥＡＫ点）なのかを判断し、意図しないバイアス点の場合、バイアス初期値を変更してバイアス制御を再実行する機能を有する。

次に、実施の形態３に係る駆動制御装置の動作を説明する。バイアス設定部７は、実施の形態１で説明した制御方法によって、バイアス制御を実施する。バイアス設定部７は、最適バイアスに収束したと判断した場合、振幅設定部１３は、増幅器８の増幅度を調整し、駆動振幅を大きくする。

図１３は、実施の形態３に係る駆動制御装置の動作原理を説明する図であり、バイアス点の中心がＮＵＬＬ点に収束した後に、駆動振幅を大きくした時の図である。駆動信号を大きくすると、駆動信号のハイレベルはさらに大きく、ローレベルもさらに小さくなる。消光カーブにおいては、ハイレベルはさらに大きく、ローレベルもさらに大きくなる。そのため、パルスピークレベルは大きくなる。

図１４は、実施の形態３に係る駆動制御装置の動作原理を説明する図であり、バイアス点の中心がＮＵＬＬ点からＶπずれた点、すなわちＰＥＡＫに収束した後に、駆動振幅を大きくした時の図である。駆動信号を大きくすると、駆動信号のハイレベルはさらに大きく、ローレベルもさらに小さくなる。消光カーブにおいては、ハイレベルはさらに小さく、ローレベルもさらに小さくなる。そのため、パルスピークレベルは小さくなる。

つまり、バイアス設定部７は最適バイアスに制御した後、振幅設定部１３は駆動振幅を大きくし、そのときパルスピークレベルが大きくなればＮＵＬＬ点に制御されており、パルスピークレベルが小さくなればＰＥＡＫ点に制御されていることが分かる。例えば、ＮＵＬＬ点に制御したい場合は、バイアス制御の初期値を変更して制御を実行し直せば、次の制御ではＮＵＬＬ点に収束させることができる。

上記の制御においては、パルスピークレベルの大小以外でも判断できる。つまり、実施の形態２に示した光平均強度検出部１０で検出した光平均強度でも判断可能である。図１３と図１４からも明らかであるが、パルスピークレベルが大きくなれば、光平均強度は大きくなるし、パルスピークレベルが小さくなれば、光平均強度は小さくなる。

また、上記では振幅設定部１３が増幅器８の出力振幅を大きくしたが、逆に小さくしても良い。この場合は、パルスピークレベルが小さくなればＮＵＬＬ点に制御されており、パルスピークレベルが大きくなればＰＥＡＫ点に制御されていることが分かる。

実施の形態３に係る駆動制御装置では、ｎ×Ｖπおきのバイアス点に収束する。そのため、意図しないバイアス点に収束していた場合は初期値制御部１４が初期値を変更してバイアス設定部７が制御を再実行するが、その変更量はｍを奇数とすると、ｍ×Ｖπが最も好ましく、１／２×ｍ×Ｖπから３／２×ｍ×Ｖπの範囲である必要がある。

以上のように、実施の形態３に係る駆動制御装置は、駆動信号の振幅を変化させる振幅設定部１３と、バイアス設定部７におけるバイアス制御の初期値を変更可能な初期値制御部１４とをさらに備え、バイアス設定部７は、振幅設定部１３が駆動信号の振幅を変化させた後の同期検波部６での同期検波の結果に基づいて、初期値制御部１４に初期値を変更させた後、バイアス制御を再実行する。

したがって、バイアス設定部７は、バイアス制御完了後に駆動信号の振幅を増加させて出力強度が減少した場合、または、駆動信号の振幅を減少させて出力強度が増加した場合、バイアス制御の初期値を変更して制御をやり直すため、バイアス点の中心がＮＵＬＬ点からずれた場合にも、ＭＺ変調器１の変調に係るバイアスをＮＵＬＬ点に制御することができる。

初期値は、ＭＺ変調器の光出力特性における発光および消光の各頂点に対応するバイアスの差の奇数倍の値である。したがって、バイアス制御完了後に駆動信号の振幅を増加させて出力強度が減少した場合、または、駆動信号の振幅を減少させて出力強度が増加した場合、Ｖπだけバイアス制御の初期値を変更して制御をやり直すため、バイアス点の中心がＮＵＬＬ点からＶπずれた場合にも、ＭＺ変調器１の変調に係るバイアスをＮＵＬＬ点に制御することができる。

なお、バイアス設定部７は、ＭＺ変調器１と対向に接続される受信機が受信できない場合、初期値制御部１４に初期値を変更させた後、バイアス制御を再実行してもよい。図１５は、実施の形態３の変形例に係る駆動制御装置のブロック図である。

実施の形態３の変形例に係る駆動制御装置は、実施の形態１に係る駆動制御装置に対して、ＭＺ変調器１と対向に接続される受信機の受信特性を有線で観測する観測部１５と、バイアス設定部７におけるバイアス制御の初期値を変更可能な初期値制御部１４とをさらに備えている。ここで、受信機とはＭＺ変調器１から出力される光信号を受信する装置である。バイアス設定部７は、観測部１５で観測された受信特性に基づいて、受信機が光信号を受信できないと判断した場合、初期値制御部１４に初期値を変更させた後、バイアス制御を再実行する。したがって、受信機が受信できない場合に、ＭＺ変調器１の変調に係るバイアスをＮＵＬＬ点に制御することができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ マッハツェンダ型光変調器、３ 高速ＰＤ、４ パルスピーク検波部、５ ディザ信号生成部、６ 同期検波部、７ バイアス設定部、１０ 光平均強度検出部、１１ 選択部、１２ 振幅検出部、１３ 振幅設定部、１４ 初期値制御部、１５ 観測部。

Claims (5)

1. 駆動信号に対する光出力特性が周期的に変化するマッハツェンダ型光変調器の駆動制御装置であって、
   前記マッハツェンダ型光変調器から出力される光信号を電気信号に変換するフォトダイオードと、
   前記電気信号のピーク値を検出し当該ピーク値を示す出力信号を出力するパルスピーク検波部と、
   前記電気信号の平均値を検出し当該平均値を示す出力信号を出力する光平均強度検出部と、
   前記パルスピーク検波部の前記出力信号と前記光平均強度検出部の前記出力信号のいずれか一方を選択する選択部と、
   ディザ信号を生成するディザ信号生成部と、
   前記ディザ信号と前記選択部が選択した出力信号を掛け合わせ同期検波する同期検波部と、
   前記同期検波部での同期検波の結果に基づいて、前記マッハツェンダ型光変調器の変調に係るバイアスを制御するバイアス制御部と、
   を備える、マッハツェンダ型光変調器の駆動制御装置。
2. 前記駆動信号の振幅を検出する振幅検出部をさらに備え、
   前記選択部は、前記駆動信号の振幅に基づいて前記出力信号を選択する、請求項１記載のマッハツェンダ型光変調器の駆動制御装置。
3. 前記駆動信号の振幅を変化させる振幅設定部と、
   前記バイアス制御部におけるバイアス制御の初期値を変更可能な初期値制御部と、
   をさらに備え、
   前記バイアス制御部は、前記振幅設定部が前記駆動信号の振幅を変化させた後の前記同期検波部での同期検波の結果に基づいて、前記初期値制御部に前記初期値を変更させた後、バイアス制御を再実行する、請求項１または請求項２記載のマッハツェンダ型光変調器の駆動制御装置。
4. 前記マッハツェンダ型光変調器と対向に接続される受信機の受信特性を観測する観測部と、
   前記バイアス制御部におけるバイアス制御の初期値を変更可能な初期値制御部と、
   をさらに備え、
   前記バイアス制御部は、前記受信機が受信できない場合、前記初期値制御部に前記初期値を変更させた後、バイアス制御を再実行する、請求項１または請求項２記載のマッハツェンダ型光変調器の駆動制御装置。
5. 前記初期値は、前記マッハツェンダ型光変調器の光出力特性における発光および消光の各頂点に対応するバイアスの差の奇数倍の値である、請求項３または請求項４記載のマッハツェンダ型光変調器の駆動制御装置。

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