JP6988076B2 - 光変調装置および光変調器の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光変調装置および光変調器の制御方法に関し、特に、マッハツェンダー干渉計を備えた光変調装置および光変調器の制御方法に関する。

高速光通信分野においては現在、主としてニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）などの誘電体材料による電気光学効果を利用した光変調器（ＬＮ光変調器）が使用されている。光変調器のさらなる小型化を図るため、半導体の電界吸収効果を用いた半導体光変調器が普及し始めている。このような半導体光変調器の一例が特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載された関連する半導体光変調器は、電気信号を光信号に変換するマッハツェンダー型の光変調器であって、メインマッハツェンダ干渉計、測定部、および制御部を備える。

メインマッハツェンダ干渉計は、主入力光路から一端で分岐し、他端で結合して主出力光路に接続される第１アーム及び第２アームを含む。第１電極及び第２電極はそれぞれ、印加される電圧に応じて、対応する第１アーム又は第２アームを伝搬する光の位相を変化させ、その光のパワーを減衰させる。

制御部は、第１アーム及び第２アームの各々を伝搬する光のパワーが等しくなるように、測定部により測定された光のパワーに基づいて第１電極及び第２電極の一方へ印加する電圧を制御する。また、制御部は、第１電極及び第２電極の他方へ印加する電圧を電気信号に応じて制御する。

このような構成としたことにより、関連する半導体光変調器によれば、第１光路及び第２光路の各々を伝搬する光のパワーが等しくなるので、主出力光路を伝搬する光信号の消光比を向上させることができるとしている。

特開２０１３−１６７７０３号公報

コヒーレント光通信に用いられるマッハツェンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ：ＭＺ）型光変調器は、駆動条件（ロス条件、干渉条件）を定める直流（ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ：ＤＣ）バイアスを印加するＤＣ電極と、主信号を印加するＲＦ（Ｒａｄｉｏ−Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電極を備える。ＭＺ型光変調器においては、一対の光導波路にＤＣ電圧または電流を印加することによって導波路を伝播する光の位相を変化させる。また、一対の分岐光同士の干渉状態を変化させることにより、出力光のパワーや位相を変化させることができる。

また、特許文献１に記載されたような半導体を用いた光変調器は、光導波路に電圧を印加することによって導波路の損失（ロス）が変化するため、伝播する光は位相だけではなく振幅も変化する。

同相成分Ｉ（Ｉｎ−ｐｈａｓｅ）および直交位相成分Ｑ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ）に対応した２個のＭＺ干渉計を含むデュアルパラレルＭＺ型光変調器では、各ＭＺ干渉計のＤＣ電圧の設定について、変調動作に対応した３個の調整パラメータがある。すなわち、（Ａ）各ＭＺ干渉計の消光比、（Ｂ）ＩＱ間のパワーバランス、そして（Ｃ）ＩＱ間の位相差である。また、ＭＺ型光変調器の信号特性を最適にするための駆動条件は、（ａ）消光比が高いこと、（ｂ）Ｉ成分とＱ成分のパワーが等しいこと、および（ｃ）ＩＱ間の位相差が９０度であること、である。

図５に、デュアルパラレル型のＭＺ型光変調器３００の構成を示す。ＭＺ型光変調器３００は、Ｉ成分に対応したＭＺ干渉計（ＭＺ＿Ｉ）、Ｑ成分に対応したＭＺ干渉計（ＭＺ＿Ｑ）、およびＩＱ間の位相差を調整するＭＺ干渉計（ＭＺ＿Ｍ）を備えている。

ここで、ＭＺ型光変調器３００が、電圧印加によって導波路のロスが変化しない、例えばＬＮ光変調器である場合、ＭＺ＿ＩおよびＭＺ＿ＱのＤＣ電極（ＩＰ１、ＩＰ２、ＱＰ１、ＱＰ２）は、上述した駆動条件のうち「（ａ）消光比が高いこと」を実現するために用いられる。また、ＭＺ＿ＭのＤＣ電極（ＭＰ１、ＭＰ２）は、上述した駆動条件のうち「（ｃ）ＩＱ間の位相差が９０度であること」を実現するために用いられる。

一方、ＭＺ型光変調器３００が、電圧によって導波路のロスが変化する、例えば半導体光変調器である場合、ＭＺ＿ＭのＤＣ電極（ＭＰ１、ＭＰ２）は、駆動条件（ｃ）に加えて駆動条件（ｂ）「Ｉ成分とＱ成分のパワーが等しいこと」を実現するためにも用いられる。

図５に示すように、ＭＺ型光変調器３００においては、ＭＺ＿Ｉの出力光およびＭＺ＿Ｑの出力光がＭＺ＿Ｍの入力光となる。そのため、ＭＺ＿Ｉ（ＭＺ＿Ｑ）の印加電圧の変化によりＭＺ＿Ｉ（ＭＺ＿Ｑ）の出力光の位相、または位相とパワーが変化すると、ＭＺ＿ＭにおけるＭＺ＿Ｉの出力光とＭＺ＿Ｑの出力光の干渉状態が変化する。すなわち、上述した調整パラメータが変化することになる。

このように、ＭＺ型光変調器において、一つのパラメータを調整する目的で一のＭＺ干渉計の印加電圧を変更すると、上述した３つのパラメータ（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に影響を及ぼすことになる。そのため、ＭＺ型光変調器の制御が複雑になるという課題がある。

以下に、上述した課題について、さらに詳細に説明する。

まず、導波路に対する電圧印加によって伝播光の位相および振幅が変化するＭＺ干渉計の動作について説明する。図６に、ＭＺ干渉計４００の構成を模式的に示す。

同図に示すように、入力光は二つに分岐され一対の導波路をそれぞれ伝播する。そして、各導波路に印加された電圧に応じて、伝播する光の位相および振幅が変化する。すなわち、分岐光Ｘ１および分岐光Ｘ２は、電圧Ｖ_１および電圧Ｖ_２がそれぞれ印加された導波路を伝播することによって、位相θおよび振幅Ａが変化する。分岐光Ｘ１および分岐光Ｘ２の複素振幅Ａ１およびＡ２は、それぞれ以下のように表される。
Ａ１＝Ａ_１（Ｖ_１）＊ｅｘｐ［ｉθ_１（Ｖ_１）］ （１）
Ａ２＝Ａ_２（Ｖ_２）＊ｅｘｐ［ｉθ_２（Ｖ_２）］ （２）
分岐光Ｘ１および分岐光Ｘ２はＭＺ干渉計の出力側で再度合波し、出力光Ｘ３として出力される。出力光Ｘ３の複素振幅Ａ３は下記の式（３）で表される。
Ａ３＝Ａ_ｏｕｔ＊ｅｘｐ［ｉθ_ｏｕｔ］ （３）
ここで、Ａ_ｏｕｔおよびθ_ｏｕｔは、以下のように表される。
Ａ_ｏｕｔ＝√（Ａ_１ ^２＋Ａ_２ ^２＋Ａ_１＊Ａ_２ｃｏｓ（θ_１−θ_２）
ｔａｎθ_ｏｕｔ＝（Ａ_１ｓｉｎθ_１＋Ａ_２ｓｉｎθ_２）／（Ａ_１ｃｏｓθ_１＋Ａ_２ｃｏｓθ_２）
なお、Ａ_１＝Ａ_２の場合は以下のようになる。
ｔａｎθ_ｏｕｔ＝（２ｓｉｎ（（θ_１＋θ_２）／２）＊ｃｏｓ（（θ_１−θ_２）／２））／（２ｃｏｓ（（θ_１＋θ_２）／２）＊ｃｏｓ（（θ_１−θ_２）／２））
さらに、ｃｏｓ（（θ_１−θ_２）／２）≠０の場合は以下の式で表される。
ｔａｎθ_ｏｕｔ＝ｓｉｎ（（θ_１＋θ_２）／２）／ｃｏｓ（（θ_１＋θ_２）／２）＝ｔａｎ（（θ_１＋θ_２）／２）
上記の式で表されるように、出力光Ｘ３の複素振幅Ａ３は分岐光Ｘ１および分岐光Ｘ２の位相θ_１、θ_２および振幅Ａ_１、Ａ_２に依存する。

図５に示したＭＺ型光変調器３００において、ＭＺ＿Ｉ（ＭＺ＿Ｑ）の印加電圧を変化させると、各ＭＺ干渉計の消光比（調整パラメータ（Ａ））が変化する。上述したように、ＭＺ＿Ｉの出力光およびＭＺ＿Ｑの出力光が、ＭＺ＿Ｍの分岐した入力光になっているので、ＭＺ＿Ｉ（ＭＺ＿Ｑ）の出力光すなわちＭＺ＿Ｍへの入力光の位相およびパワーも変化する。したがって、ＭＺ＿Ｍの印加電圧を変化させていない場合においても、ＩＱ間のパワーバランス（調整パラメータ（Ｂ））やＩＱ間の位相差（調整パラメータ（Ｃ））が変化することになる。

一方、ＭＺ＿ＭのＤＣ電極（ＭＰ１、ＭＰ２）の印加電圧を変化させた場合、ＭＺ＿Ｉ（ＭＺ＿Ｑ）から入射される分岐光のパワーが変化する。その結果、ＭＺ＿Ｍの出力光におけるＩＱ間のパワーバランス（調整パラメータ（Ｂ））が変化するだけでなく、ＩＱ間の位相差（調整パラメータ（Ｃ））も変化する。

上述したように、半導体光変調器のような、電圧印加によって伝播光の位相や振幅が変化するＭＺ干渉計型光変調器においては、１個のＭＺ干渉計の印加電圧を変化させるだけで、３個の調整パラメータが変化する場合がある。したがって、３個の調整パラメータを同時に最適化するために、すべてのＭＺ干渉計における干渉状態を考慮した複雑な制御が必要となる。ここで、３個の調整パラメータは、上述した（Ａ）各ＭＺ干渉計の消光比、（Ｂ）ＩＱ間のパワーバランス、および（Ｃ）ＩＱ間の位相差である。

図７に、ＭＺ型光変調器を備えた関連する光変調装置５００の構成を示す。関連する光変調装置５００は、ＭＺ型光変調器５１０、光モニタ部５２０、制御部５３０、電圧印加部５４０、信号入力部５５０、およびレーザー光源５６０を有する。ここで、ＭＺ型光変調器５１０は、ＭＺ干渉計５１１、ＤＣ電極５１２、およびＲＦ電極５１３を備え、電圧印加で伝播光の位相や振幅が変化する。

次に、関連する光変調装置５００の動作について説明する。

レーザー光源５６０から、ＭＺ型光変調器５１０に入力光５１が入射する。電圧印加部５４０はＭＺ型光変調器５１０が備えるＤＣ電極５１２にＤＣ電圧を印加し、信号入力部５５０は入力信号５２をＲＦ電極５１３に与える。これにより、ＭＺ型光変調器５１０は入力光５１を変調し、出力光５３を出力する。また、出力光５３の一部を分岐光５４として出力する。光モニタ部５２０は分岐光５４をモニタする。制御部５３０は光モニタ部５２０からのモニタ情報に基いて、必要に応じて電圧印加部５４０を制御する。

ＭＺ型光変調器５１０の構成は、図５に示したＭＺ型光変調器３００の構成と同様である。ＭＺ干渉計５１１を構成するＭＺ＿Ｍにおいて、ＭＺ＿ＩとＭＺ＿Ｑの出力光が干渉する。ＭＺ型光変調器５１０が良好な信号特性を備えた出力光５３を出力するためには、上述した３個の駆動条件を満たす必要がある。すなわち、（ａ）ＭＺ＿Ｉの出力光およびＭＺ＿Ｑの出力光の消光比が高いこと、（ｂ）Ｉ成分とＱ成分のパワーが等しいこと、および（ｃ）ＩＱ間の位相差が９０度であること、が必要である。

これらの駆動条件、すなわち、消光比、ＩＱ間のパワーバランス、およびＩＱ間の位相差を最適化するために、３個のＭＺ干渉計ＭＺ＿Ｉ、ＭＺ＿Ｑ、およびＭＺ＿Ｍに印加する電圧の組み合わせを、光モニタ部５２０からのモニタ情報に基いて決定する。

ここで、ＩＱ間のパワーが等しく、ＩＱ間の位相差が９０度に設定されている状態で、Ｉ成分に対応したＭＺ干渉計（ＭＺ＿Ｉ）の消光比を調整するための動作について説明する。上述したように、ＭＺ＿ＩのＤＣ電極（ＩＰ１、ＩＰ２）に印加する電圧を変化させると、ＭＺ＿Ｉの出力光の消光比を調整することができる。このとき同時に、ＭＺ＿Ｉの出力光のパワーおよび位相が変化する（式（３）参照）。そうすると、ＭＺ＿ＭにおけるＩＱ間のパワーバランスが変化し、上述した３個の調整パラメータのうち（Ｃ）Ｉ出力光とＱ出力光の位相差が９０度ではなくなる。

すなわち、一のＭＺ干渉計の印加電圧を変化させると、他のＭＺ干渉計にまでその変化が波及し、上述した３個の調整パラメータ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）が変化することになる。したがって、３個の調整パラメータ（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を最適化するために、３個のＭＺ干渉計を同時に制御する必要がある。

このように、複数のマッハツェンダー干渉計を備えた光変調器の信号特性を最適化するために、複雑な制御が必要になる、という問題があった。

本発明の目的は、上述した課題である、複数のマッハツェンダー干渉計を備えた光変調器の信号特性を最適化するために、複雑な制御が必要になる、という課題を解決する光変調装置および光変調器の制御方法を提供することにある。

本発明の光変調装置は、一対の導波路を含む複数のマッハツェンダー干渉手段を備えた光変調器と、導波路に印加されるバイアス電気信号と導波路の光学特性との関係を示す導波路特性情報を記憶する記憶手段と、複数のマッハツェンダー干渉手段のうちの一のマッハツェンダー干渉手段に含まれる導波路に印加されるバイアス電気信号の変化に応じて、他のマッハツェンダー干渉手段に含まれる導波路に印加する補正電気信号を、導波路特性情報に基いて算出する演算手段と、補正電気信号を、他のマッハツェンダー干渉手段に含まれる導波路に印加する信号印加手段、とを有する。

本発明の光変調器の制御方法は、一対の導波路を含む複数のマッハツェンダー干渉計を備えた光変調器の制御方法であって、導波路に印加されるバイアス電気信号と導波路の光学特性との関係を示す導波路特性情報を取得し、複数のマッハツェンダー干渉計のうちの一のマッハツェンダー干渉計に含まれる導波路に印加されるバイアス電気信号の変化に応じて、他のマッハツェンダー干渉計に含まれる導波路に印加する補正電気信号を、導波路特性情報に基いて算出し、補正電気信号を、他のマッハツェンダー干渉計に含まれる導波路に印加する。

本発明の光変調装置および光変調器の制御方法によれば、複数のマッハツェンダー干渉計を備えた光変調器の信号特性を、簡便な制御により最適化することができる。

本発明の第１の実施形態に係る光変調装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る光変調装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る光変調装置が備えるＭＺ型光変調器における、印加電圧に対する導波路を伝播する導波光の位相変化を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光変調装置が備えるＭＺ型光変調器における、印加電圧に対する導波路の過剰損失を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る光変調装置の動作を説明するための数値例を示す図である。 デュアルパラレル型のＭＺ型光変調器の構成を示すブロック図である。 ＭＺ干渉計の構成を模式的に示す概略図である。 ＭＺ型光変調器を備えた関連する光変調装置の構成を示すブロック図である。

以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

〔第１の実施形態〕
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光変調装置１００の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る光変調装置１００は、光変調器１１０、記憶部（記憶手段）１２０、演算部（演算手段）１３０、および信号印加部（信号印加手段）１４０を有する。

光変調器１１０は、一対の導波路を含む複数のマッハツェンダー干渉計（マッハツェンダー干渉手段）を備える。記憶部１２０は、この導波路に印加されるバイアス電気信号と導波路の光学特性との関係を示す導波路特性情報を記憶する。

演算部１３０は、複数のマッハツェンダー干渉計のうちの一のマッハツェンダー干渉計に含まれる導波路に印加されるバイアス電気信号の変化に応じて、他のマッハツェンダー干渉計に含まれる導波路に印加する補正電気信号を、導波路特性情報に基いて算出する。そして、信号印加部１４０は、この補正電気信号を、他のマッハツェンダー干渉計に含まれる導波路に印加する。

このような構成としたことにより、本実施形態の光変調装置１００によれば、一のマッハツェンダー干渉計に含まれる導波路に印加されるバイアス電気信号の変化に応じて、他のマッハツェンダー干渉計に含まれる導波路に補正電気信号が印加される。そのため、光変調器１１０の信号特性を最適化するために、一のマッハツェンダー干渉計の調整パラメータを変更した場合であっても、他のマッハツェンダー干渉計の調整パラメータを一定に保つことができる。そのため、光変調器１１０の各調整パラメータを独立に制御することが可能になる。すなわち、本実施形態の光変調装置１００によれば、複数のマッハツェンダー干渉計を備えた光変調器の信号特性を、簡便な制御により最適化することができる。

次に、本実施形態による光変調装置１００の動作について説明する。

光変調器１１０の変調動作を最適化するための調整パラメータのうち、調整対象とするパラメータが選択されると、制御対象となるマッハツェンダー（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ：ＭＺ）干渉計に対するバイアス電気信号（印加電圧）が変更される。このとき、演算部１３０は、このバイアス電気信号の変化による導波路の光学特性の変化量を、導波路特性情報に基いて算出する。ここで光学特性は、導波路を伝播する導波光の位相および損失とすることができる。

演算部１３０は続いて、導波路の光学特性の変化量による一のマッハツェンダー干渉計（マッハツェンダー干渉手段）の出力光の特性変化量を算出する。そして、この特性変化量を相殺するように、補正電気信号を導波路特性情報に基いて決定する。

すなわち、演算部１３０は、導波路の損失（ロス）と印加電圧の関係および位相変化と印加電圧との関係（導波路特性情報）と、ＭＺ型干渉計の理論式（式（３）参照）を用いて、各パラメータ変化を計算する。そして、調整対象となるパラメータ以外のパラメータの変化を補正するように、各ＭＺ干渉計に印加する補正電気信号（補正電圧）を逆算する。この計算結果に基いてバイアス電圧印加を行うことにより、調整対象となるパラメータ以外のパラメータを一定に保つことができる。

このように、本実施形態の光変調装置１００によれば、光変調器１１０の調整パラメータを独立に調整することが可能になるので、簡便な制御により光変調器１１０の最適制御を行うことができる。特に、半導体光変調器のような、電圧印加によって伝播光の位相だけでなく振幅も変化するＭＺ干渉計型光変調器であっても、簡便な制御によって最適動作を実現することが可能になる。

次に、本実施形態による光変調器の制御方法について説明する。本実施形態による光変調器の制御方法は、一対の導波路を含む複数のマッハツェンダー干渉計を備えた光変調器の制御方法である。

本実施形態の光変調器の制御方法においては、まず、導波路に印加されるバイアス電気信号と導波路の光学特性との関係を示す導波路特性情報を取得する。そして、複数のマッハツェンダー干渉計のうちの一のマッハツェンダー干渉計に含まれる導波路に印加されるバイアス電気信号の変化に応じて、他のマッハツェンダー干渉計に含まれる導波路に印加する補正電気信号を、導波路特性情報に基いて算出する。この補正電気信号を、他のマッハツェンダー干渉計に含まれる導波路に印加する。

ここで、上述の光学特性は、導波路を伝播する導波光の位相および損失とすることができる。

また、補正電気信号の算出は、以下の工程を含む構成とすることができる。すなわち、補正電気信号の算出においては、まず、バイアス電気信号の変化による導波路の光学特性の変化量を、導波路特性情報に基いて算出する。続いて、導波路の光学特性の変化量による一のマッハツェンダー干渉計の出力光の特性変化量を算出する。そして、この特性変化量を相殺するように、補正電気信号を導波路特性情報に基いて決定する。

以上説明したように、本実施形態の光変調装置１００および光変調器の制御方法によれば、複数のマッハツェンダー干渉計を備えた光変調器の信号特性を、簡便な制御により最適化することができる。

〔第２の実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る光変調装置２００の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る光変調装置２００は、ＭＺ型光変調器（光変調器）２１０、データ保存部（記憶手段）２２０、データ演算部（演算手段）２３０、および信号印加部（信号印加手段）２４０を有する。

ＭＺ型光変調器２１０は、一対の導波路を含む複数のマッハツェンダー干渉計（マッハツェンダー干渉手段）からなるＭＺ干渉計２１１を備える。データ保存部２２０は、この導波路に印加されるバイアス電気信号と導波路の光学特性との関係を示す導波路特性情報を記憶する。

データ演算部２３０は、複数のマッハツェンダー干渉計のうちの一のマッハツェンダー干渉計に含まれる導波路に印加されるバイアス電気信号の変化に応じて、他のマッハツェンダー干渉計に含まれる導波路に印加する補正電気信号を、導波路特性情報に基いて算出する。そして、信号印加部２４０は、この補正電気信号を、他のマッハツェンダー干渉計に含まれる導波路に印加する。

ここまでの構成は、第１の実施形態による光変調装置１００の構成と同様である。本実施形態に係る光変調装置２００は、さらにレーザー光源２５０と光モニタ部（モニタ手段）２６０を有する。レーザー光源２５０は、ＭＺ型光変調器２１０に入力するレーザー搬送波を送出する。光モニタ部２６０は、ＭＺ型光変調器２１０の出力光の一部をモニタしてモニタ信号を出力する。

ここで、データ演算部２３０は、このモニタ信号に基いて導波路特性情報を生成し、生成した導波路特性情報をデータ保存部２２０に記憶する。

また、信号印加部２４０は、電圧印加部（直流電気信号印加手段）２４２、信号入力部（データ信号入力手段）２４３、および制御部（制御手段）２４１を備えた構成とした。ここで、電圧印加部２４２は、バイアス電気信号および補正電気信号を含む直流電気信号を導波路に印加する。信号入力部２４３は、導波路にデータ電気信号を印加する。そして、制御部２４１は、一のマッハツェンダー干渉計に含まれる導波路にバイアス電気信号を印加し、他のマッハツェンダー干渉計に含まれる導波路に補正電気信号を印加するように、電圧印加部２４２を制御する。

上述したように、ＭＺ型光変調器２１０は、複数のマッハツェンダー干渉計からなるＭＺ干渉計２１１を備える。ＭＺ干渉計２１１は、第１のマッハツェンダー干渉計（第１のマッハツェンダー干渉手段）、第２のマッハツェンダー干渉計（第２のマッハツェンダー干渉手段）、および第３のマッハツェンダー干渉計（第３のマッハツェンダー干渉手段）を含む構成とすることができる。

ここで、第１のマッハツェンダー干渉計は、第１の導波路と第２の導波路を備える。第２のマッハツェンダー干渉計は、第３の導波路と第４の導波路を備える。そして、第３のマッハツェンダー干渉計は、第１のマッハツェンダー干渉計が出力する第１の干渉光を導波する第５の導波路と、第２のマッハツェンダー干渉計が出力する第２の干渉光を導波する第６の導波路とを備える。このとき、データ保存部２２０は、第１の導波路、第２の導波路、第３の導波路、第４の導波路、第５の導波路、および第６の導波路に対する導波路特性情報をそれぞれ記憶する。

また、ＭＺ型光変調器（光変調器）２１０は、ＤＣ電極（直流電極）２１２と、ＲＦ電極（高周波電極）２１３を備える。

具体的には、第１のマッハツェンダー干渉計に関して、第１の導波路にデータ電気信号を印加するための第１の高周波電極と、第１の導波路に直流電気信号を印加するための第１の直流電極を備える。さらに、第２の導波路にデータ電気信号を印加するための第２の高周波電極と、第２の導波路に直流電気信号を印加するための第２の直流電極を備える。

第２のマッハツェンダー干渉計に関して、第３の導波路にデータ電気信号を印加するための第３の高周波電極と、第３の導波路に直流電気信号を印加するための第３の直流電極を備える。さらに、第４の導波路にデータ電気信号を印加するための第４の高周波電極と、第４の導波路に直流電気信号を印加するための第４の直流電極を備える。

また、第３のマッハツェンダー干渉計に関して、第５の導波路に直流電気信号を印加するための第５の直流電極と、第６の導波路に直流電気信号を印加するための第６の直流電極を備える。

次に、本実施形態に係る光変調装置２００の動作について説明する。

レーザー光源２５０からＭＺ型光変調器２１０に入力光２１が入射する。電圧印加部２４２はＤＣ電極２１２に直流電圧を印加する。そして、ＭＺ型光変調器２１０は、信号入力部２４３からＲＦ電極２１３に与えられる入力信号２２によって入力光２１を変調し、出力光２３を出力する。また、光モニタ部２６０は、出力光の一部を分岐した分岐光２４をモニタする。

以下の説明では、ＭＺ型光変調器２１０は、図５に示したデュアルパラレル型のＭＺ型光変調器３００と同様の構成である場合について説明する。すなわち、ＭＺ型光変調器２１０は、第１のマッハツェンダー干渉計としてＩ成分（同相成分）に対応したＭＺ干渉計（ＭＺ＿Ｉ）を、第２のマッハツェンダー干渉計としてＱ成分（直交位相成分）に対応したＭＺ干渉計（ＭＺ＿Ｑ）を備える。ＭＺ型光変調器２１０は、さらに、第３のマッハツェンダー干渉計としてＩＱ間の位相差を調整するＭＺ干渉計（ＭＺ＿Ｍ）を備えている。

この場合、図７に示した関連する光変調装置５００では、上述した３個の調整パラメータを同時に最適化するように、制御部５３０が電圧印加部５４０を制御する必要があった。ここで３個の調整パラメータは、（Ａ）各ＭＺ干渉計の消光比、（Ｂ）ＩＱ間のパワーバランス、そして（Ｃ）ＩＱ間の位相差、である。

それに対して、本実施形態の光変調装置２００は、調整対象として選択したパラメータだけを変化させ、その他のパラメータは変化しないように補正を行う機能を有する。

具体的には、まず、起動時にあらかじめ、ＭＺ型光変調器２１０が備えるＭＺ干渉計２１１を構成する各導波路について、位相対電圧特性およびロス対電圧特性の測定データをキャリブレーションデータ（導波路特性情報）２５としてデータ保存部２２０に保存する。すなわち、制御部２４１が起動時に電圧印加部２４２を制御してＤＣ電極２１２に印加する電圧を変化させ、光モニタ部２６０から取得したモニタ信号の干渉特性から、各導波路の位相変化対印加電圧の関係およびロス対印加電圧の関係を演算により求める。そして、演算結果からキャリブレーションデータ（導波路特性情報）２５を生成し、このキャリブレーションデータ２５をデータ保存部２２０に保存する構成とすることができる。

図３Ａおよび図３Ｂに、キャリブレーションデータの例を示す。図３Ａは、印加電圧に対する導波路を伝播する導波光の位相変化を示し、図３Ｂは、印加電圧に対する導波路の過剰損失（ロス）を示す。

デュアルパラレル型のＭＺ型光変調器２１０の場合、データ保存部２２０は、各ＭＺ干渉計（ＭＺ＿Ｉ、ＭＺ＿Ｑ、ＭＺ＿Ｍ）の一対の導波路それぞれについて、伝播する光の位相と印加電圧の特性およびロスと印加電圧の特性をキャリブレーションデータ２５として保持する。したがって、この場合、データ保存部２２０は、位相とロスの２種類について６個の導波路に対するデータ、すなわち合計１２個のデータを保存する。

ＭＺ型光変調器２１０の３個の調整パラメータのうち、調整対象とするパラメータを選択する。調整パラメータのうち、（Ａ）消光比を調整する場合は、ＭＺ＿ＩまたはＭＺ＿Ｑを制御対象のＭＺ干渉計とする。（Ｂ）ＩＱ間パワーバランスを調整する場合、および（Ｃ）ＩＱ間の位相差を調整する場合には、ＭＺ＿Ｍを制御対象のＭＺ干渉計とする。

ここで、調整パラメータ（Ａ）を調整する場合、調整パラメータ（Ｂ）および（Ｃ）を一定に保つようにＭＺ＿Ｍの印加電圧を補正する。調整パラメータ（Ｂ）を調整する場合は、ＭＺ＿Ｍだけを制御することになるため、これにより調整パラメータ（Ａ）が影響を受けることはない。よって、調整パラメータ（Ｃ）を一定にするようにＭＺ＿Ｍの印加電圧を補正する。また、調整パラメータ（Ｃ）を調整する場合、ＭＺ＿Ｍだけを制御するので、これにより調整パラメータ（Ａ）が影響を受けることはない。よって、調整パラメータ（Ｂ）を一定にするようにＭＺ＿Ｍの印加電圧を補正する。

制御対象のＭＺ干渉計の電極に印加する電圧を変化させる際に、制御部２４１は電圧印加部２４２から現在の印加電圧に関する印加電圧情報２６と、データ保存部２２０が保存しているキャリブレーションデータ２５を取得し、データ演算部２３０に送付する。

データ演算部２３０は、制御対象のＭＺ干渉計が備える各導波路の、印加電圧が変化する前後における伝播光の位相変化量およびロス変化量を算出する。そして、データ演算部２３０は、ＭＺ干渉計の理論式（式（３）参照）から、制御対象であるＭＺ干渉計の出力光について印加電圧が変化する前後における位相変化量および振幅変化量を計算する。

データ演算部２３０は、さらに、制御対象であるＭＺ干渉計の印加電圧が変化したことによって変動したＭＺ＿Ｍへの入射光や出力光の位相変化量および振幅変化量を計算する。そして、データ演算部２３０は、調整対象以外の調整パラメータを一定にするように、キャリブレーションデータ２５から補正電圧量を逆算する。データ演算部２３０は、逆算することにより得られた補正電圧のデータを制御部２４１に送付する。制御部２４１は、電圧印加部２４２に補正電圧を印加するように指示し、電圧印加部２４２は補正電圧をＭＺ＿Ｍに印加する。

このように、本実施形態による光変調装置２００は、調整対象のパラメータを変化させることによりＭＺ型光変調器２１０の駆動条件を制御する際に、調整対象以外のパラメータを一定に保つことができる。すなわち、光変調装置２００においては、制御対象であるＭＺ干渉計の印加電圧を変化させると、調整対象以外のパラメータを一定にするように調整対象以外のＭＺ干渉計（例えばＭＺ＿Ｍ）の補正電圧量をキャリブレーションデータから計算し自動的に補正する。そのため、対象とする調整パラメータのみを変化させることによってＭＺ型光変調器２１０の最適な制御が可能となる。

次に、本実施形態に係る光変調装置２００の動作について、さらに詳細に説明する。以下の説明では、ＭＺ型光変調器２１０が、電圧印加によって伝播光の位相だけでなく振幅も変化する半導体光変調器である場合について説明する。半導体変調器においては、位相対電圧特性や、ロス対電圧特性が線形でない（図３Ａ、図３Ｂ参照）。そのため、ＤＣ電圧を変化させて制御を行う場合、位相やロスの変化量は、変化させる前の印加電圧にも依存する。

以下では、調整パラメータのうち（Ａ）消光比を調整する場合について、図４に示した数値例を用いて具体的に説明する。

電圧印加部２４２は、制御部２４１の命令に従って図３Ａおよび３Ｂに示したような特性を有する導波路（ＭＺ＿Ｉ側）のＤＣ電極（ＩＰ１、ＩＰ２）に印加する電圧を変化させる。例えば、ＩＰ１、ＩＰ２をそれぞれ４［Ｖ］から６．１［Ｖ］に変化させた場合、この導波路を伝播する光の位相は＋０．６９［ｒａｄ］だけ変化し、ロスは＋０．５〔ｄＢ〕だけ増加する。したがって、ＭＺ＿Ｉの出力光は位相（Ｉ位相）が＋０．６９［ｒａｄ］だけ変化し、出力光のパワー（Ｉ−Ｐｏｗｅｒ）においてロスが０．５〔ｄＢｍ〕だけ増加する。一方、印加電圧が変化していないＭＺ＿Ｑの出力光の特性は、ＭＺ＿ＩのＤＣ電極（ＩＰ１、ＩＰ２）に印加する電圧が変更した前後で変化しない。

データ演算部２３０は、電圧印加部２４２から制御部２４１を介して印加電圧情報２６を取得し、データ保存部２２０から保存しているキャリブレーションデータ２５を取得する。そして、印加電圧情報２６とキャリブレーションデータ２５から、ＤＣ電極（ＩＰ１、ＩＰ２）を備えた導波路を伝播する光の位相変化および振幅変化を算出する。そして、データ演算部２３０は、ＭＺ干渉計の理論式（式（３）参照）からＭＺ＿Ｉの出力光の位相変化および振幅変化を計算する。

ここで上述したように、調整パラメータ（Ａ）を調整する場合、ＭＺ＿Ｉを制御対象のＭＺ干渉計とすると、ＭＺ＿ＭのＩ側導波路に入射する光の位相および振幅が変化する。そのため、他の調整パラメータ（Ｂ）、（Ｃ）も変化する。そこで、調整パラメータ（Ｂ）、（Ｃ）を変化前後で一定に保つために、下記の式（４）および（５）を同時に満たすように、キャリブレーションデータから補正電圧を逆算して算出する。そして、この補正電圧をＭＺ＿ＭのＤＣ電極（ＭＰ１、ＭＰ２）に印加する。

−（ＭＰ１補正電圧によるＩ側導波路の位相変化）＋ＭＰ２補正電圧によるＱ側導波路の位相変化 ＝ パラメータ（Ａ）調整時に変化したＭＺ＿Ｉ出力光の位相変化 （４）
−（ＭＰ１補正電圧によるＩ側導波路のロス変化）＋ＭＰ２補正電圧によるＱ側導波路のロス変化 = パラメータ（Ａ）調整時に変化したＭＺ＿Ｉ出力光のロス変化 （５）
図４の「初期状態」欄に例示したように、ＩＱ間パワーバランス（ＩＱＰｏｗｅｒ差）およびＩＱ位相差が最適化されている場合において、ＭＺ＿Ｉの消光比を調整する場合について、具体的に説明する。ＭＺ＿ＩのＤＣ電極（ＩＰ１、ＩＰ２）に印加されている電圧が、消光比を調整するために４Ｖから６．１Ｖに変更されたとする。このとき、ＭＺ＿Ｉ出力光のパワー（Ｉ−Ｐｏｗｅｒ）および位相（Ｉ位相）が変化するため、ＩＱ間パワーバランス（ＩＱＰｏｗｅｒ差）およびＩＱ位相差は最適状態ではなくなる。

しかしながら、本実施形態の光変調装置２００によれば、ＭＺ＿ＭのＤＣ電極（ＭＰ１、ＭＰ２）の印加電圧（６．５Ｖ、２．２Ｖ）が補正電圧（５Ｖ、２．９Ｖ）に自動的に変更される。これにより、ＩＱ間パワーバランス（ＩＱＰｏｗｅｒ差）およびＩＱ位相差の変化分を相殺することができる。

図４に例示した数値を用いると、上記式（４）は下記式（４’）のように表すことができる。
＋０．５７［ｒａｄ］（ＭＰ１：６．５Ｖ→５Ｖ）＋０．１３［ｒａｄ］（ＭＰ２：２．２Ｖ→２．９Ｖ）≒０．６９［ｒａｄ］（ＩＰ１、ＩＰ２：４Ｖ→６．１Ｖ） （４’）
また、上記式（５）は下記式（５’）のように表すことができる。
＋０．５［ｄＢ］（ＭＰ１：６．５Ｖ→５Ｖ）＋０［ｄＢ］（ＭＰ２：２．２Ｖ→２．９Ｖ）＝０．５［ｄＢ］（ＩＰ１、ＩＰ２：４Ｖ→６．１Ｖ） （５’）
データ演算部２３０は、算出したＭＺ＿ＭのＤＣ電極（ＭＰ１、ＭＰ２）に印加する補正電圧のデータを制御部２４１に送出する。制御部２４１は、この補正電圧をＤＣ電極（ＭＰ１、ＭＰ２）に印加するように電圧印加部２４２を制御する。

これらの動作により、制御対象としたＭＺ干渉計（ＭＺ＿Ｉ）だけを考慮して、調整パラメータ（Ａ）を調整することができる。

その他の調整パラメータを調整する場合についても、データ演算部２３０が同様の計算を行い、補正電圧が自動的に印加される。そのため、制御対象とした調整パラメータの調整だけを考慮して、ＭＺ型光変調器２１０の制御を行うことができる。

上述したように、本実施形態の光変調装置２００によれば、信号特性に直接影響する各制御パラメータを独立に最適化することができるため、制御が簡便になる。具体的には例えば、光変調装置２００を搭載した製品（変調器アセンブリ）の出荷試験時において、光変調器の干渉状態を決定する電圧駆動条件を変化させて測定を行う場合に、条件設定が簡便になる。このように、本実施形態の光変調装置２００によれば、複数のマッハツェンダー干渉計を備えた光変調器の信号特性を、簡便な制御により最適化することができる。

なお、ＭＺ型光変調器２１０として、偏波多重ＩＱ（Ｄｕａｌ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｉｎ−ｐｈａｓｅ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−ｐｈａｓｅ：ＤＰ−ＩＱ）光変調器を用いた場合は、偏波間のパワーのインバランスの補正も容易になる。また、光変調器の自動電圧制御ループを実装した光変調装置にも本実施形態を適用することが可能であり、この場合、自動電圧制御を簡便にすることができる。

上記説明では、ＭＺ＿ＩのＤＣ電極（ＩＰ１、ＩＰ２）に印加する電圧の変化によりＭＺ＿Ｉの出力光の位相が変化した場合、ＭＺ＿ＭのＤＣ電極（ＭＰ１、ＭＰ２）に印加する電圧を調整してＭＺ型光変調器２１０の出力光のＩＱ間位相差を補正することとした。しかし、これに限らず、Ｑ成分に対応したＭＺ干渉計（ＭＺ＿Ｑ）のＤＣ電極（ＱＰ１、ＱＰ２）に印加する電圧を変化させることにより、ＭＺ＿Ｑの出力光の位相を変化させる構成としてもよい。

また、ＭＺ＿ＩのＤＣ電極（ＩＰ１、ＩＰ２）に印加する電圧の変化によりＭＺ＿Ｉの出力光の振幅が変化した場合、ＭＺ＿ＭのＤＣ電極（ＭＰ１、ＭＰ２）に印加する電圧を調整してＭＺ型光変調器２１０の出力光のＩＱパワーバランスを補正することとした。しかし、これに限らず、ＭＺ＿ＱのＤＣ電極（ＱＰ１、ＱＰ２）に印加する電圧を変化させることにより、ＭＺ＿Ｑの出力光の振幅を変化させる構成としてもよい。

本実施形態では、ＭＺ型光変調器２１０が半導体光変調器である場合について説明した。しかし、これに限らず、ＭＺ型光変調器２１０が、導波路への電圧印加によって導波路の位相のみが変化する光変調器、例えばＬＮ光変調器である場合であっても、本実施形態を適用することができる。この場合、ＩＱ間のパワーバランス（調整パラメータ（Ｂ））はＤＣ電極の印加電圧の変化により変動することはないため、調整パラメータ（Ｂ）に関する制御は必要ない。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１００、２００ 光変調装置
１１０ 光変調器
１２０ 記憶部
１３０ 演算部
１４０、２４０ 信号印加部
２１０、３００、５１０ ＭＺ型光変調器
２１１ ＭＺ干渉計
２１２、５１２ ＤＣ電極
２１３、５１３ ＲＦ電極
２２０ データ保存部
２３０ データ演算部
２４１ 制御部
２４２ 電圧印加部
２４３ 信号入力部
２５０ レーザー光源
２６０ 光モニタ部
４００、５１１ ＭＺ干渉計
５００ 関連する光変調装置
５２０ 光モニタ部
５３０ 制御部
５４０ 電圧印加部
５５０ 信号入力部
５６０ レーザー光源

Claims (10)

1. 一対の導波路を含む複数のマッハツェンダー干渉手段を備えた光変調器と、
   前記導波路に印加されるバイアス電気信号と前記導波路の光学特性との関係を示す導波路特性情報を記憶する記憶手段と、
   前記複数のマッハツェンダー干渉手段のうちの一のマッハツェンダー干渉手段に含まれる前記導波路に印加される前記バイアス電気信号の変化に応じて、他のマッハツェンダー干渉手段に含まれる前記導波路に印加する補正電気信号を、前記導波路特性情報に基いて算出する演算手段と、
   前記補正電気信号および前記バイアス電気信号を含む直流電気信号を、前記他のマッハツェンダー干渉手段に含まれる前記導波路に印加する信号印加手段、とを有し、
   前記複数のマッハツェンダー干渉手段は、
   第１の導波路と第２の導波路を備えた第１のマッハツェンダー干渉手段と、
   第３の導波路と第４の導波路を備えた第２のマッハツェンダー干渉手段と、
   前記第１のマッハツェンダー干渉手段が出力する第１の干渉光を導波する第５の導波路と前記第２のマッハツェンダー干渉手段が出力する第２の干渉光を導波する第６の導波路とを備えた第３のマッハツェンダー干渉手段を含み、
   前記一のマッハツェンダー干渉手段は、前記第１のマッハツェンダー干渉手段および前記第２のマッハツェンダー干渉手段のいずれか一方であり、
   前記他のマッハツェンダー干渉手段は、前記第３のマッハツェンダー干渉手段である
   光変調装置。
2. 前記演算手段は、
   前記バイアス電気信号の変化による前記導波路の光学特性の変化量を、前記導波路特性情報に基いて算出し、
   前記導波路の光学特性の変化量による前記一のマッハツェンダー干渉手段の出力光の特性変化量を算出し、
   前記特性変化量を相殺するように、前記補正電気信号を前記導波路特性情報に基いて決定する
   請求項１に記載した光変調装置。
3. 前記光変調器に入力するレーザー搬送波を送出するレーザー光源と、
   前記光変調器の出力光の一部をモニタしてモニタ信号を出力するモニタ手段、とをさらに有し、
   前記信号印加手段は、
   前記直流電気信号を前記導波路に印加する直流電気信号印加手段と、
   前記導波路にデータ電気信号を印加するデータ信号入力手段と、
   前記一のマッハツェンダー干渉手段に含まれる前記導波路に前記バイアス電気信号を印加し、前記他のマッハツェンダー干渉手段に含まれる前記導波路に前記補正電気信号を印加するように、前記直流電気信号印加手段を制御する制御手段、とを備え、
   前記演算手段は、前記モニタ信号に基いて前記導波路特性情報を生成し、生成した前記導波路特性情報を前記記憶手段に記憶する
   請求項１または２に記載した光変調装置。
4. 前記記憶手段は、前記第１の導波路、前記第２の導波路、前記第３の導波路、前記第４の導波路、前記第５の導波路、および前記第６の導波路に対する前記導波路特性情報をそれぞれ記憶する
   請求項３に記載した光変調装置。
5. 前記第１のマッハツェンダー干渉手段は、前記第１の導波路に前記データ電気信号を印加するための第１の高周波電極と、前記第１の導波路に前記直流電気信号を印加するための第１の直流電極と、前記第２の導波路に前記データ電気信号を印加するための第２の高周波電極と、前記第２の導波路に前記直流電気信号を印加するための第２の直流電極、とを備え、
   前記第２のマッハツェンダー干渉手段は、前記第３の導波路に前記データ電気信号を印加するための第３の高周波電極と、前記第３の導波路に前記直流電気信号を印加するための第３の直流電極と、前記第４の導波路に前記データ電気信号を印加するための第４の高周波電極と、前記第４の導波路に前記直流電気信号を印加するための第４の直流電極、とを備え、
   前記第３のマッハツェンダー干渉手段は、前記第５の導波路に前記直流電気信号を印加するための第５の直流電極と、前記第６の導波路に前記直流電気信号を印加するための第６の直流電極、とを備える
   請求項４に記載した光変調装置。
6. 前記光学特性は、前記導波路を伝播する導波光の位相および損失である
   請求項１から５のいずれか一項に記載した光変調装置。
7. 一対の導波路を含む複数のマッハツェンダー干渉計を備えた光変調器の制御方法であって、
   前記複数のマッハツェンダー干渉計は、
   第１の導波路と第２の導波路を備えた第１のマッハツェンダー干渉計と、
   第３の導波路と第４の導波路を備えた第２のマッハツェンダー干渉計と、
   前記第１のマッハツェンダー干渉計が出力する第１の干渉光を導波する第５の導波路と前記第２のマッハツェンダー干渉計が出力する第２の干渉光を導波する第６の導波路とを備えた第３のマッハツェンダー干渉計を含み、
   前記導波路に印加されるバイアス電気信号と前記導波路の光学特性との関係を示す導波路特性情報を取得し、
   前記複数のマッハツェンダー干渉計のうちの一のマッハツェンダー干渉計に含まれる前記導波路に印加される前記バイアス電気信号の変化に応じて、他のマッハツェンダー干渉計に含まれる前記導波路に印加する補正電気信号を、前記導波路特性情報に基いて算出し、
   前記補正電気信号および前記バイアス電気信号を含む直流電気信号を、前記他のマッハツェンダー干渉計に含まれる前記導波路に印加し、
   前記一のマッハツェンダー干渉計は、前記第１のマッハツェンダー干渉計および前記第２のマッハツェンダー干渉計のいずれか一方であり、
   前記他のマッハツェンダー干渉計は、前記第３のマッハツェンダー干渉計である
   光変調器の制御方法。
   
8. 前記補正電気信号の算出は、
   前記バイアス電気信号の変化による前記導波路の光学特性の変化量を、前記導波路特性情報に基いて算出し、
   前記導波路の光学特性の変化量による前記一のマッハツェンダー干渉計の出力光の特性変化量を算出し、
   前記特性変化量を相殺するように、前記補正電気信号を前記導波路特性情報に基いて決定すること、を含む
   請求項７に記載した光変調器の制御方法。
9. 前記導波路特性情報の取得は、前記光変調器の出力光の一部をモニタすることによって前記導波路特性情報を生成することを含む
   請求項７または８に記載した光変調器の制御方法。
10. 前記光学特性は、前記導波路を伝播する導波光の位相および損失である
    請求項７から９のいずれか一項に記載した光変調器の制御方法。

Images