光変調器およびそれを用いた光送信装置
【課題】位相変調部および強度変調部における各損失および該各損失のばらつきを確実に補償できる小型かつ低コストの光変調器およびそれを用いた光送信装置を提供する。
【解決手段】本光変調器２は、入出力ポート２ＩＮ，２ＯＵＴの間の光路上にＤＱＰＳＫ変調部２１、導波路型の光増幅部２４およびＲＺ変調部２２を縦続接続し、出力ポート２ＯＵＴから出力されるＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光のパワーを光検出器２２４でモニタして、該モニタパワーが目標レベルで一定になるように、出力制御部２５が光増幅部２４をフィードバック制御する。
【解決手段】本光変調器２は、入出力ポート２ＩＮ，２ＯＵＴの間の光路上にＤＱＰＳＫ変調部２１、導波路型の光増幅部２４およびＲＺ変調部２２を縦続接続し、出力ポート２ＯＵＴから出力されるＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光のパワーを光検出器２２４でモニタして、該モニタパワーが目標レベルで一定になるように、出力制御部２５が光増幅部２４をフィードバック制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に利用される位相変調と強度変調を組み合わせた光変調方式を採用した光変調器およびそれを用いた光送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、伝送トラフィックの増加に伴い、例えば４０ギガビット毎秒（Ｇｂｉｔ／ｓ）等の超高速な光信号を伝送可能にする次世代の光伝送システムを導入する要求が高まっている。しかも、この次世代の光伝送システムに対しては、従来の１０Ｇｂｉｔ／ｓ等の光伝送システムと同等の伝送距離や周波数利用効率が求められている。
【０００３】
上記のような要求を実現するための一手段として、従来の光伝送システムで適用されてきたＮＲＺ（Non Return to Zero）変調方式に比べて、光信号対雑音比（Optical Signal-to-Noise Ratio：ＯＳＮＲ）耐力および非線形性耐力に優れた、ＲＺ−ＤＰＳＫ（Return to Zero Differential Phase Shift Keying）やＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ（Carrier-Suppressed Return to Zero Differential Phase Shift Keying）などの位相変調と強度変調を組み合わせた光変調方式の研究開発が活発になっている。これらの光変調方式の中でも、狭スペクトルという特長、すなわち、高い周波数利用効率を持ったＲＺ−ＤＱＰＳＫ（Return to Zero Differential Quadrature Phase-Shift Keying）変調方式は、次世代の光伝送システムにおける光変調方式の有力な候補の一つとして期待されている。
【０００４】
図５は、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式を採用した従来の光送信装置の構成例を示す図である。この従来の光送信装置は、信号光源１、光変調器２、変調駆動部３およびポストアンプとしてのエルビウム添加光ファイバ増幅器（Erbium Doped Fiber Amplifier：ＥＤＦＡ）４を備える。また、光変調器２は、入力ポート２ＩＮと出力ポート２ＯＵＴの間の光路上に縦続接続されたＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２を有する。
【０００５】
上記光変調器２では、変調駆動部３のＣＤＲ／ＭＵＸ回路３１において、外部より入力される複数の信号を合波することで、送信光のビットレートに対して１／２のビットレートを持つ２組の相補のデータ信号ＤＡＴＡ１，／ＤＡＴＡ１，ＤＡＴＡ２，／ＤＡＴＡ２（例えば、４０Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光を送信する場合、２０Ｇｂｉｔ／ｓのデータ信号およびその反転信号）と、該データ信号に同期した相補のクロック信号ＣＬＫ，／ＣＬＫとが生成される。ＣＤＲ／ＭＵＸ３１で生成されたデータ信号ＤＡＴＡ１，／ＤＡＴＡ１，ＤＡＴＡ２，／ＤＡＴＡ２およびクロック信号ＣＬＫ，／ＣＬＫは、ドライバアンプ３２Ａ，３２Ｂおよびドライバアンプ３３によってそれぞれ増幅され、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２を駆動する。
【０００６】
ＤＱＰＳＫ変調部２１では、各ドライバアンプ３２Ａ，３２Ｂから出力されるデータ信号ＤＡＴＡ１，／ＤＡＴＡ１，ＤＡＴＡ２，／ＤＡＴＡ２に従って、信号光源１から出力され光変調器２の入力ポート２ＩＮに与えられる連続光が位相変調されることにより、ＤＱＰＳＫ変調光が生成される。一方、ＲＺ変調部２２では、ドライバアンプ３３から出力されるクロック信号ＣＬＫ，／ＣＬＫに従って、ＤＱＰＳＫ変調部２１から出力されるＤＱＰＳＫ変調光が強度変調されることにより、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調が生成される。このＲＺ変調部２２は、いわゆるパルスカーバー（pulse carver）として動作する。
【０００７】
上記のＤＱＰＳＫ変調部２１は、電気光学効果を有する基板に形成されたマッハツェンダ（Mach-Zehnder：ＭＺ）型光導波路２１１と、該ＭＺ型光導波路２１１の一対の分岐アーム上にさらに設けられた２つのＭＺ型光導波路２１２Ａ，２１２Ｂと、を備えている。ここでは、ＭＺ型光導波路２１１を「親マッハツェンダ」と呼び、ＭＺ型光導波路２１２Ａ，２１２Ｂを「子マッハツェンダ」と呼ぶことにする。信号光源１からＤＱＰＳＫ変調部２１に入力された連続光は、親マッハツェンダ２１１によって２つに分岐されて、各分岐アーム上の子マッハツェンダ２１２Ａ，２１２Ｂにそれぞれ入力される。
【０００８】
子マッハツェンダ２１２Ａ，２１２Ｂでは、各々の分岐アームに沿って配置された電極２１３Ａ，２１３Ｂにドライバアンプ３２Ａ，３２Ｂからの駆動信号（データ信号ＤＡＴＡ１，／ＤＡＴＡ１，ＤＡＴＡ２，／ＤＡＴＡ２）が印加され、該駆動信号により生じる電界によって各々の分岐アームの屈折率が変化することで、導波光が送信データに従って位相変調される。２つの子マッハツェンダ２１２Ａ，２１２Ｂのうちの一方（ここでは、子マッハツェンダ２１２Ｂ）から出力される位相変調光は、位相シフト部２１４に与えられて、位相がπ／２シフトされる。そして、該位相シフト部２１４から出力される位相変調光と他方の子マッハツェンダ２１２Ａから出力される位相変調光とが、親マッハツェンダ２１１によって合波される。このとき、親マッハツェンダ２１１の一方のアーム側の光は位相が０とπの間で変調され、他方のアーム側の光は位相がπ／２と３π／２の間で変調されており、それらが合波されることで４値の位相変調光、すなわち、ＤＱＰＳＫ変調光が生成される。このＤＱＰＳＫ変調光は、ＲＺ変調部２２に出力されると共に、その一部が分岐カプラ２１５で分岐され光検出器（ＰＤ）２１６に与えられて、ＤＱＰＳＫ変調光の出力状態がモニタされる。このモニタ結果は、各電極２１３Ａ，２１３Ｂや位相シフト部２１４のバイアス制御などに利用される。
【０００９】
ＲＺ変調部２２は、電気光学効果を有する基板に形成されたＭＺ型光導波路２２１および該ＭＺ型光導波路２２１の分岐アームに沿って配置された電極２２２を備えている。このＲＺ変調部２２では、ドライバアンプ３３からの駆動信号（クロック信号ＣＬＫ，／ＣＬＫ）が電極２２２に印加され、該駆動信号により生じる電界によって各々の分岐アームの屈折率が変化することにより、ＤＱＰＳＫ変調部２１からのＤＱＰＳＫ変調光がクロックに従って強度変調（パルスカーバー）されることにより、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光が生成される。このＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光は、ポストアンプとしてのＥＤＦＡ４に出力されると共に、その一部が分岐カプラ２２３で分岐され光検出器（ＰＤ）２２４に与えられて、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光の出力状態がモニタされる。このモニタ結果は、各電極２２２のバイアス制御などに利用される。ＥＤＦＡ４では、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光が所要の送信光パワーに応じて増幅され、該増幅されたＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光が光送信装置の出力光として外部の光ファイバ伝送路等に送信される。
【００１０】
ところで、上記のような従来の光送信装置に用いられるＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式の光変調器２は、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２として、それぞれ別個の光変調器を利用するのが一般的であった。各々の光変調器としては、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３：ＬＮ）からなる結晶基板を用いたＬＮ変調器などが使用され、２台のＬＮ変調器の間は光ファイバを用いてスプライス接続されていた。しかし、２台の光変調器を個別に用いると、光変調器全体のサイズが大きくなることが一つの欠点となり、これに対処した従来技術として、ＤＱＰＳＫ変調部とＲＺ変調部を共通の基板上に集積して一体化し、光変調器全体のサイズを小さくする構成が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】M. Sugiyama et al., "Low-drive-voltage and compact RZ-DQPSK LiNbO3 Modulator", ECOC2007, paper 10.3.4.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上記のような従来の光送信装置については、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式の光変調器における損失が大きく、かつ、その損失がばらつくことが要因となって生じる次のような課題がある。すなわち、上記の図５に示したようにＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式の光変調器２は、ＤＱＰＳＫ変調部２１とＲＺ変調部２２とが縦続接続された構成であり、各々の変調部において損失が発生し、光変調器全体では例えば１０ｄＢ以上のような比較的大きな損失となる。光送信装置から光ファイバ伝送路等に送信されるＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光のパワー（送信光パワー）は、雑音等の影響により伝送特性が劣化しないように、所要のレベル以上とすることが必要である。このため、上記のように光変調器２における損失が大きくなると、それを補償するための手段が別途必要になる。図５の構成例では、光変調器２の出力に接続されたＥＤＦＡ４により、光変調器２の損失補償を含めた送信光パワーの調整が行われる。このような光変調器の損失補償手段は、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２を集積して一体化するか否かに関わらず必要であり、光送信装置全体の小型化を図る上での制約になると共に、装置コストを上昇させる要因にもなるという課題がある。
【００１２】
また、光変調器２における損失は、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の各損失に関する、個体ばらつき、温度依存性、波長依存性、経時変動および変調損ばらつきなどが要因となって、例えば±５ｄＢ以上のばらつきが発生する可能性がある。さらに、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の間を光ファイバによりスプライス接続する場合には、スプライスの状態も損失ばらつきの要因となる。光変調器２の損失ばらつきが増加すれば、光変調器２から出力されるＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光のパワー変動が大きくなる。該パワー変動は、信号光源１の出力パワーのばらつきによって更に増大する可能性もある。光変調器２から出力されるＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光の変動が大きくなると、後段に配置される光増幅器の入力パワーのダイナミックレンジが拡大するため、当該光増幅器の高性能化が必要になるという課題がある。また、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の各損失のばらつきにより、各々の光検出器２１６および２２４におけるモニタ値にもばらつきが生じる。このため、該モニタ値を基に各変調部のバイアス制御を行う回路（図示せず）の高性能化も必要になってくる。
【００１３】
なお、上記のような課題は、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式の光変調器を使用して光送信装置を構成する場合だけでなく、ＤＱＰＳＫ以外の公知の位相変調方式に対応した位相変調部と、ＲＺ以外の公知の強度変調方式に対応した強度変調部とを組み合わせた光変調器を使用して光送信装置を構成にも共通するものである。
【００１４】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、位相変調部および強度変調部における各損失および該各損失のばらつきを確実に補償できる小型かつ低コストの光変調器およびそれを用いた光送信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するため本光変調器の一態様は、入力ポートおよび出力ポートの間の光路上に縦続接続された位相変調部および強度変調部を有し、前記入力ポートに入力される光を前記位相変調部および前記強度変調部で変調して前記出力ポートから出力する光変調器において、前記入力ポートおよび前記出力ポートの間の光路上に設けた導波路型の光増幅部と、前記出力ポートから出力される変調光のパワーをモニタする出力モニタ部と、前記出力モニタ部でモニタされる変調光の出力パワーが予め定めた目標レベルで一定になるように、前記光増幅部をフィードバック制御する出力制御部と、を備えている。
【発明の効果】
【００１６】
上記のような態様の光変調器では、入出力ポートの間の光路上に設けた導波路型の光増幅部が、出力モニタ部のモニタ結果に応じて出力制御部によりフィードバック制御されることにより、位相変調部および強度変調部で大きな損失が発生し、かつ、該損失が各々の変調部の個体ばらつき等の要因によりばらつくような場合でも、当該損失が光変調器の内部で自動的に補償されるようになる。よって、所望のパワーの変調光を安定して出力できる小型で低コストの光変調器を実現することが可能になる。このような光変調器を用いて光送信装置を構成すれば、装置全体の小型化および装置コストの削減が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明による光送信装置の第１実施形態の構成を示す図である。
図１において、第１実施形態の光送信装置は、例えば、信号光源１、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式の光変調器２および変調駆動部３を備える。この光変調器２は、前述の図５に示した従来の構成と同様な、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２を備えており、加えて、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の間に配置された導波路型の光増幅部２４と、ＲＺ変調部２２から出力されるＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光のパワー（送信光パワー）が所要のレベルで一定となるように光増幅部２４を制御する出力制御部２５とを追設している。以下では、本実施形態で追設した光増幅部２４および出力制御部２５の構成について詳しく説明し、前述した従来の構成と共通する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１８】
光増幅部２４は、例えば、ＤＱＰＳＫ変調部２１の信号出力端とＲＺ変調部２２の信号入力端との間を接続する光導波路２４１を有する。該光導波路２４１上には、長手方向の一部の区間にエルビウムイオン（Ｅｒ３＋）を添加したエルビウム添加導波路（Erbium Doped Waveguide：ＥＤＷ）２４２が光増幅媒体として形成されている。該ＥＤＷ２４２には、励起光源２４３から出力される励起光がＷＤＭカプラ２４４を介して後方より与えられる。励起光源２４３は、ＥＤＷ２４２内のエルビウムイオンを励起可能な波長を有する励起光を発生し、該励起光のパワーが出力制御部２５からの制御信号に従って制御される。また、ＥＤＷ２４２の前後に位置する光導波路２４１上には、信号光と逆方向に伝搬する光の通過を阻止する光アイソレータ２４５，２４６が配置されている。
【００１９】
上記の光増幅部２４は、導波路型の構造を有しているので、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２との一体化を容易に実現することができる。特に、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２に用いられる基板と同じ材料の基板を光増幅部２４にも適用することで、共通の基板上にＤＱＰＳＫ変調部２１、ＲＺ変調部２２および光増幅部２４を集積することが可能になる。例えば、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２がＬＮ基板を用いて構成されている場合には、光増幅部２４としてＬＮ基板上にＥＤＷを形成した構成を適用すればよい。このようなＬＮ基板を用いたＥＤＷＡ（Erbium Doped Waveguide Amplifier）に関しては、例えば、文献：R. Brinkmann et al., "Erbium-Doped Single- and Double-Pass Ti:LiNb03 Waveguide Amplifiers", IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 30, NO. 10, OCTOBER 1994.などに開示されており、当該技術を光増幅部２４に応用することが可能である。このように、ＤＱＰＳＫ変調部２１、ＲＺ変調部２２および光増幅部２４を共通の基板上に集積して一体化することにより、各部の境界での損失が無くなるので、光変調器全体の損失および該損失のばらつきをより小さくすることができる。
【００２０】
また、光増幅部２４の基板として、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の基板とは異なる材料のものを適用した場合であっても、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の導波路構造を考慮して光増幅部２４の導波路設計を行うことにより、各部の接続部分における損失を最小限に抑えることが可能であり、従来の光ファイバを用いたスプライス接続の場合と比べて、光変調器全体の損失および該損失のばらつきを小さくすることができる。具体的には、上記のＬＮ基板を適用した例において、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２で発生する損失を補償するのに必要な利得を、ＬＮ基板を用いたＥＤＷＡで実現することが困難な場合には、例えばシリカ（ＳｉＯ２）基板を用いたＥＤＷＡを光増幅部２４に適用してもよい。このようなシリカをベースとしたＥＤＷＡについては、Teem Photonics社製の「Metro EDWAシリーズ」などの製品が市販されており、Ｃ−バンドの信号光に対する小信号利得が２７ｄＢ以上で、飽和出力が１５ｄＢｍ以上という増幅特性が実現されている。このような増幅特性は、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２で発生する損失を十分に補償することが可能である。
【００２１】
なお、ここでは光増幅部２４としてＥＤＷＡを用いる一例を示したが、本発明はこれに限らず、例えば、半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）を用いて光増幅部を構成することも可能である。ＳＯＡを使用する場合、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２について半導体基板を用いた構成を適用すれば、ＤＱＰＳＫ変調部２１、ＲＺ変調部２２および光増幅部２４を共通の半導体基板上に集積して一体化することが可能である。このような半導体ＭＺ光変調器については、例えば、Heinrich-Hertz-Institut社製の「40Gbit/s InP Mach-Zehnder-Modulator」などが公知である。
【００２２】
また、図１の構成では、ＥＤＷ２４２が後方励起される一例を示したが、前方励起または双方向励起とすることも可能である。さらに、光増幅媒体として光導波路にエルビウムイオンを添加する一例を示したが、エルビウムイオン以外の希土類イオンを光導波路に添加して光増幅媒体を形成してもよい。
【００２３】
出力制御部２５は、従来と同様のＲＺ変調部２２に具備された分岐カプラ２２３および光検出器２２４により取得される、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光の出力パワー（送信光パワー）のモニタ値に応じて、該モニタ値が予め定めた目標レベルで一定となるように、励起光源２４３の駆動状態、すなわち、ＥＤＷ２４２に供給される励起光のパワーをフィードバック制御する。なお、ここでは分岐カプラ２２３および光検出器２２４が出力モニタ部としての機能を有することになる。
【００２４】
次に、第１実施形態の動作について説明する。
上記のような構成の光送信装置では、信号光源１から出力される連続光が光変調器２の入力ポート２ＩＮを介してＤＱＰＳＫ変調部２１に与えられる。ＤＱＰＳＫ変調部２１では、変調駆動部３から出力される２組の相補のデータ信号ＤＡＴＡ１，／ＤＡＴＡ１，ＤＡＴＡ２，／ＤＡＴＡ２が子マッハツェンダの各電極２１３Ａ，２１３Ｂに印加され、該データ信号に従って連続光の位相が変調されることによりＤＱＰＳＫ変調光が生成される。このＤＱＰＳＫ変調光のパワーは、ＤＱＰＳＫ変調部２１の損失によって、信号光源１から出力される連続光のパワーよりも低下しており、かつ、前述したようなＤＱＰＳＫ変調部２１の個体ばらつき、温度依存性、波長依存性、経時変動および変調損ばらつきなどの要因により、ＤＱＰＳＫ変調光のパワーが変動する。
【００２５】
ＤＱＰＳＫ変調部２１で生成されたＤＱＰＳＫ変調光は、光増幅部２４の光導波路２４１に与えられ、光アイソレータ２４５を通過してＥＤＷ２４２に送られる。ＥＤＷ２４２には、励起光源２４３からの励起光がＷＤＭカプラ２４４を介して供給されており、該励起光によって励起されたエルビウムイオンの誘導放出作用によりＥＤＷ２４２を伝搬するＤＱＰＳＫ変調光が増幅される。この増幅されたＤＱＰＳＫ変調光は、ＷＤＭカプラ２４４および光アイソレータ２４６を通過して、ＲＺ変調部２２に送られる。
【００２６】
ＲＺ変調部２２では、変調駆動部３から出力される相補のクロック信号ＣＬＫ，／ＣＬＫが電極２２２に印加され、該クロック信号に従って、光増幅部２４で増幅されたＤＱＰＳＫ変調光が強度変調されることにより、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光が生成される。このＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光のパワーも、前述したＤＱＰＳＫ変調部２１の場合と同様に、ＲＺ変調部２２の損失によって、光増幅部２４から出力される増幅後のＤＱＰＳＫ変調光のパワーよりも低下しており、かつ、ＲＺ変調部２２の個体ばらつき等の要因により、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光のパワーが変動する。
【００２７】
ＲＺ変調部２２で生成されたＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光は、光送信装置の出力光として、従来のようなポストアンプを介すことなく、光変調器２の出力ポート２ＯＵＴに接続される外部の光ファイバ伝送路等に送信されると共に、その一部が分岐カプラ２２３で分岐され、該分岐光のパワーが光検出器２２４でモニタされる。該光検出器２２４のモニタ結果は、出力制御部２５に伝えられて光増幅部２４の制御に利用されると共に、図示を省略しているが従来と同様にＲＺ変調部２２のバイアス制御などにも利用される。
【００２８】
出力制御部２５では、光検出器２２４から伝えられるＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光の出力パワー（送信光パワー）のモニタ値と予め定めた目標レベルとの差が求められ、その差が零になるように、すなわち、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光の出力パワーが目標レベルで一定になるように、光増幅部２４の励起光源２４３から出力される励起光のパワーがフィードバック制御される。これにより、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の各損失と該各損失のばらつきが光増幅部２４によって自動的に補償されるようになる。また、信号光源１の出力パワーのばらつきも同様に自動補償される。
【００２９】
上記のような第１実施形態の光送信装置によれば、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２において１０ｄＢを超えるような大きな損失が発生し、かつ、該損失がＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の個体ばらつき等の要因によりばらつくような場合でも、光変調器２の内部で当該損失の自動補償が可能であり、従来のようにポストアンプを別途外付けすることなく、光送信装置から外部の光ファイバ伝送路等に所望のパワーのＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光を安定して送信することができる。これにより、光送信装置の小型化および低コスト化を図ることが可能になる。
【００３０】
なお、上記の第１実施形態では、導波路型の光増幅部２４がＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の間に配置される一例を示したが、光変調器２内における光増幅部２４の配置はこれに限らず、入力ポート２ＩＮとＤＱＰＳＫ変調部２１の間、または、ＲＺ変調部２２と出力ポート２ＯＵＴの間に光増幅部２４を設けることも可能である。ただし、ＤＱＰＳＫ変調部２１の前段に光増幅部２４を設ける場合には、信号光源１から光増幅部２４に比較的大きなパワーの連続光が入力されることになるので、光増幅部２４の最大出力パワーの限界によって利得が制限される可能性がある。また、ＲＺ変調部２２の後段に光増幅部２４を設ける場合には、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２で減衰されたパワーの小さなＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光が光増幅部２４に入力されることになるので、ＮＦ特性について不利になる可能性がある。これらの可能性を考慮すると、光変調器２内での光増幅部２４の配置は、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の間とするのが望ましい。
【００３１】
次に、本発明による光送信装置の第２実施形態について説明する。
上記の第１実施形態は、光送信装置の出力光パワーのモニタ値に応じて、光増幅部２４の励起光パワーをフィードバック制御する構成であるので、信号光源１の出力パワーのばらつきや、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の各損失のばらつきにより、光変調器２の出力光パワーが変動すると、それに追随して光増幅部２４の利得も変化する。光増幅部２４の利得が変化すると、光増幅部２４で発生する雑音光、すなわち、ＥＤＷ２４２における増幅された自然放出光（Amplified Spontaneous Emission：ＡＳＥ）のパワーも変化する。このＡＳＥパワーの変化は、光増幅部２４の後段に配置された光検出器２２４における出力光パワーのモニタ値に誤差を生じさせ、前述した損失の自動補償の精度やＲＺ変調部２２のバイアス制御の精度を低下させる可能性がある。そこで、第２実施形態では、光増幅部２４に利得一定制御を適用して上記精度の低下を回避するようにした応用例を説明する。
【００３２】
図２は、第２実施形態の光送信装置の構成を示す図である。
図２に示す光送信装置は、前述の図１に示した第１実施形態の構成について、ＤＱＰＳＫ変調部２１の入力導波路上に可変光減衰器（Variable Optical Attenuator：ＶＯＡ）２１７を挿入し、光検出器２１６でモニタされるＤＱＰＳＫ変調光の出力パワーが一定となるようにＶＯＡ２１７の減衰量をフィードバック制御するＶＯＡ制御回路２５１を設けている。
【００３３】
また、光増幅部２４については、ＥＤＷ２４２を伝搬して増幅されたＤＱＰＳＫ変調光の一部を分岐する分岐カプラ２４７と、該分岐光のパワーをモニタする光検出器（ＰＤ）２４８とを設け、ＤＱＰＳＫ変調部２１の光検出器２１６でのモニタ値（光増幅部２４への入力光パワー）および前記光検出器２４８でのモニタ値（光増幅部２４からの出力光パワー）を用いて求めた光増幅部２４の利得が一定となるように励起光源２４３をフィードバック制御する励起パワー制御回路２５２を設けている。
【００３４】
さらに、ＲＺ変調部２２については、入力導波路上に可変光減衰器（ＶＯＡ）２２５を挿入し、光検出器２２５でモニタされるＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光の出力パワーが一定となるようにＶＯＡ２２５の減衰量をフィードバック制御するＶＯＡ制御回路２５３を設けている。
【００３５】
なお、上記の構成においては、ＤＱＰＳＫ変調部２１のＶＯＡ２１７およびＲＺ変調部２２のＶＯＡ２２５が、入力パワー調整部として機能する。また、ＤＱＰＳＫ変調部２１の分岐カプラ２１５および光検出器２１６と、光増幅部２４分岐カプラ２４７および光検出器２４８とが、利得モニタ部として機能する。さらに、ＶＯＡ制御回路２５１，２５３は、出力制御部を構成する入力パワー制御回路として機能し、励起パワー制御回路２５２は、出力制御部を構成する光増幅制御回路として機能する。
【００３６】
上記のような構成の光送信装置では、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の各損失のばらつきが、ＶＯＡ制御回路２５１，２５３によるＶＯＡ２１７，２２５のフィードバック制御により各々の変調部２１，２２毎に自動的に補償される。これにより、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の損失の和は実質的に一定となる。また、信号光源１の出力パワーがばらついた場合でも、そのばらつきはＤＱＰＳＫ変調部２１におけるＶＯＡ２１７のフィードバック制御により補償される。そして、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の損失和に対応させて、光増幅部２４の利得が励起パワー制御回路２５２により一定に制御されことにより、光変調器２全体の損失が補償されると共に、光増幅部２４で発生するＡＳＥのパワーの変化が抑えられる。
【００３７】
これにより、ＥＤＷ２４２の後段側に位置する光検出器２４８，２２４への各入力光に含まれるＡＳＥ成分は略一定となるので、信号光源１の出力パワーのばらつきや、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の各損失のばらつきが生じた場合でも、各々の光検出器２４８，２２４において変調光のパワーを高い精度でモニタすることができるようになる。したがって、光送信装置から外部の光ファイバ伝送路等に所望のパワーのＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光をより安定して送信することが可能になる。
【００３８】
次に、本発明による光送信装置の第３実施形態について説明する。
図３は、第３実施形態の光送信装置の構成を示す図である。この図３の光送信装置は、上記の図２に示した第２実施形態の構成について、ＲＺ変調部２２に設けていたＶＯＡ２２５およびそれに対応するＶＯＡ制御回路２５３に代えて、モニタ値補正回路２５４およびメモリ２５５を設けている。モニタ値補正回路２５４には、ＤＱＰＳＫ変調部２１の光検出器２１６、光増幅部２４の光検出器２４８およびＲＺ変調部２２の光検出器２２４のそれぞれにおけるパワーモニタ値が与えられている。
【００３９】
上記のモニタ値補正回路２５４では、まず、ＤＱＰＳＫ変調部２１および光増幅部２４の各光検出器２１６，２４８のモニタ値を用いて光増幅部２４の利得が算出される。そして、該算出した利得に応じて、ＲＺ変調部２２の光検出器２２４のモニタ値が補正される。このモニタ値の補正は、光変調器２の損失ばらつきにより光増幅部２４の利得が変わった場合に、ＡＳＥの発生量が変化することで生じるモニタ値のずれを低減させるために行われる。具体的には、例えば、光増幅部２４の利得とモニタ値のずれ量との関係を示すデータを予め取得してメモリ２５５に記憶させておき、前記算出した利得に対応するモニタ値のずれ量をメモリ２５５から読み出し、該ずれ量を用いて光検出器２２４のモニタ値の補正が行われる。
【００４０】
上記のようにして光増幅部２４の利得に応じてＲＺ変調部２２の光検出器２２４のモニタ値が補正されると、その補正後のモニタ値が励起パワー制御回路２５２に伝えられる。励起パワー制御回路２５２では、モニタ値補正回路２５４からの出力値、すなわち、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光の出力パワー（送信光パワー）が目標レベルで一定になるように、光増幅部２４の励起光源２４３から出力される励起光のパワーがフィードバック制御される。これにより、光変調器２の損失と該損失のばらつきが、光増幅部２４によって自動的に補償されるようになる。また、ここではＤＱＰＳＫ変調部２１に対応したＶＯＡ２１７およびＶＯＡ制御回路２５１により、信号光源１の出力パワーのばらつきおよびＤＱＰＳＫ変調部２１の損失のばらつきの補償が行われる。
【００４１】
上記のような第３実施形態の光送信装置によれば、前述した第２実施形態の場合と同様の効果を得ることができると共に、第２実施形態で用いていたＲＺ変調部２２の入力導波路上のＶＯＡ２２１を省略できるため、光変調器２の小型化および低コスト化を図ることが可能になる。
【００４２】
なお、上記の第３実施形態では、ＤＱＰＳＫ変調部２１についてＶＯＡ２１７およびＶＯＡ制御回路２５１を設けるようにした一例を示したが、これらＶＯＡ２１７およびＶＯＡ制御回路２５１は省略することも可能である。この場合、前述したモニタ値補正回路２５４および励起パワー制御回路２５２による出力一定制御によって、信号光源１の出力パワーのばらつきおよびＤＱＰＳＫ変調部２１の損失のばらつきも一括して補償されることになる。このような構成を適用すれば、光変調器２の一層の小型化を図ることが可能になる。
【００４３】
次に、本発明による光送信装置の第４実施形態について説明する。
図４は、第４実施形態の光送信装置の構成を示す図である。この図４の光送信装置は、上記の図２に示した第２実施形態の構成について、ＤＱＰＳＫ変調部２１に設けていたＶＯＡ２１７およびそれに対応するＶＯＡ制御回路２５１に代えて信号パワー制御回路１１を設け、該信号パワー制御回路１１により、ＤＱＰＳＫ変調部２１の光検出器２１６のモニタ値が一定になるように信号光源１の出力パワーをフィードバック制御するようにしている。なお、上記以外の他の部分の構成は、前述した第２実施形態の構成と同一である。
【００４４】
上記のような第４実施形態によれば、前述した第２実施形態の場合と同様の効果を得ることができると共に、第２実施形態で用いていたＤＱＰＳＫ変調部２１の入力導波路上のＶＯＡ２１７が省略可能になるので、光変調器２の小型化および低コスト化を図ることができる。
【００４５】
なお、上述した第１〜第４実施形態では、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式の光変調器を使用して光送信装置を構成する場合について説明したが、本発明における光変調方式はＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式に限定されるものではなく、公知の位相変調方式（例えば、ＤＰＳＫ変調方式）に対応した位相変調部と、公知の強度変調方式（例えば、ＣＳＲＺ変調方式）に対応した強度変調部とを組み合わせた光変調器を使用して光送信装置を構成する場合にも、上述した第１〜第４実施形態の構成を応用することが可能である。
【００４６】
また、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２における出力のモニタ光として正相の変調光、すなわち、図１〜図４に示すマッハツェンダ型光導波路（ＤＱＰＳＫ変調部２１の場合、親マッハツェンダ）において、出力側の合分波部の２つの出力のうちの上側から出力される変調光を取り出す構成例について説明したが、前記合分波部の２つの出力のうちの下側から出力される逆相の変調光をモニタ光として取り出すようにしてもよい。正相および逆相のいずれをモニタするかは、各変調部２１，２２のバイアス制御におけるモニタ系との部品共通化などを考慮して適宜に選択することが可能である。
【００４７】
なお、前述したように、光変調器には、入出力ポートの間の光路上に導波路型の光増幅部が設けられているが、光増幅媒体となる導波路は平面導波路(planar waveguide)または同一平面導波路(coplanar waveguide)にエルビウム等が添加されたものであってもよい。
【００４８】
以上の各実施形態に関して、さらに以下の付記を開示する。
（付記１） 入力ポートおよび出力ポートの間の光路上に縦続接続された位相変調部および強度変調部を有し、前記入力ポートに入力される光を前記位相変調部および前記強度変調部で変調して前記出力ポートから出力する光変調器において、
前記入力ポートおよび前記出力ポートの間の光路上に設けた導波路型の光増幅部と、
前記出力ポートから出力される変調光のパワーをモニタする出力モニタ部と、
前記出力モニタ部でモニタされる変調光の出力パワーが予め定めた目標レベルで一定になるように、前記光増幅部をフィードバック制御する出力制御部と、
を備えたことを特徴とする光変調器。
【００４９】
（付記２） 付記１に記載の光変調器であって、
前記光増幅部は、前記位相変調部および前記強度変調部の間に配置されることを特徴とする光変調器。
【００５０】
（付記３） 付記１または２に記載の光変調器であって、
前記位相変調部および前記強度変調部の少なくとも一方に入力される光のパワーを調整する入力パワー調整部と、
前記光増幅部の利得をモニタする利得モニタ部と、を備え、
前記出力制御部は、前記利得モニタ部でモニタされる利得が一定となるように、前記光増幅部をフィードバック制御する光増幅制御回路と、前記出力モニタ部でモニタされる変調光の出力パワーが前記目標レベルで一定になるように、前記入力パワー調整部をフィードバック制御する入力パワー制御回路と、を有することを特徴とする光変調器。
【００５１】
（付記４） 付記３に記載の光変調器であって、
前記位相変調部は、位相変調した光のパワーをモニタする出力モニタを有し、
前記強度変調部は、強度変調した光のパワーをモニタする出力モニタを有し、
前記入力パワー調整部は、前記位相変調部に入力される光を減衰させる第１可変光減衰器と、前記強度変調部に入力される光を減衰させる第２可変光減衰器と、を有し、
前記入力パワー制御回路は、前記位相変調部の出力モニタのモニタ値が一定となるように、前記第１可変光減衰器の光減衰量をフィードバック制御する第１光減衰制御回路と、前記強度変調部の出力モニタのモニタ値が一定となるように、前記第２可変光減衰器の光減衰量をフィードバック制御する第２光減衰制御回路と、を有することを特徴とする光変調器。
【００５２】
（付記５） 付記１または２に記載の光変調器であって、
前記光増幅部の利得をモニタする利得モニタ部を備え、
前記出力制御部は、前記利得モニタ部でモニタされる利得に従って、前記出力モニタ部でモニタされる変調光の出力パワーを補正するモニタ値補正回路と、該モニタ値補正回路で補正された出力パワーが一定となるように、前記光増幅部をフィードバック制御する光増幅制御回路と、を有することを特徴とする光変調器。
【００５３】
（付記６） 付記５に記載の光変調器であって、
前記入力ポートおよび前記出力ポートの間の光路上に、前記位相変調部、前記光増幅部および前記強度変調部が順に縦続接続されており、
前記位相変調部は、入力される光を減衰させる可変光減衰器と、位相変調した光のパワーをモニタする出力モニタと、該出力モニタのモニタ値が一定となるように、前記可変光減衰器の光減衰量をフィードバック制御する光減衰制御回路と、を有することを特徴とする光変調器。
【００５４】
（付記７） 付記１〜６のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記光増幅部は、光導波路に希土類イオンを添加して形成した光増幅媒体と、該光増幅媒体を励起するための励起光を発生する励起光源と、該励起光源から出力される励起光を前記光増幅媒体に与えるＷＤＭカプラと、を有することを特徴とする光変調器。
【００５５】
（付記８） 付記１〜６のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記光増幅部は、半導体光増幅器を含むことを特徴とする光変調器。
【００５６】
（付記９） 付記１〜８のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記位相変調部、前記強度変調部および前記光増幅部が、共通の基板上に集積されていることを特徴とする光変調器。
【００５７】
（付記１０） 付記９に記載の光変調器であって、
前記共通の基板は、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）基板であることを特徴とする光変調器。
【００５８】
（付記１１） 付記９に記載の光変調器であって、
前記共通の基板は、半導体基板であることを特徴とする光変調器。
【００５９】
（付記１２） 付記１〜１１のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記位相変調部は、ＤＱＰＳＫ変調方式またはＤＰＳＫ変調方式の光変調器を含むことを特徴とする光変調器。
【００６０】
（付記１３） 付記１〜１２のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記強度変調部は、ＲＺ変調方式またはＣＳＲＺ変調方式の光変調器を含むことを特徴とする光変調器。
【００６１】
（付記１４） 連続光を発生する信号光源と、該信号光源からの連続光を変調する光変調器と、該光変調器を駆動する変調駆動部とを備えた光送信装置であって、
前記光変調器が、付記１〜１３のいずれか１つに記載の光変調器であることを特徴とする光送信装置。
【００６２】
（付記１５） 付記１４に記載の光送信装置であって、
前記光変調器は、前記入力ポートおよび前記出力ポートの間の光路上に、前記位相変調部、前記光増幅部および前記強度変調部が順に縦続接続されていると共に、前記位相変調部が、位相変調した光のパワーをモニタする出力モニタを有しており、
前記位相変調部の出力モニタのモニタ値が一定となるように、前記信号光源の出力パワーをフィードバック制御する信号パワー制御回路を備えたことを特徴とする光送信装置。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明による光送信装置の第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】本発明による光送信装置の第２実施形態の構成を示す図である。
【図３】本発明による光送信装置の第３実施形態の構成を示す図である。
【図４】本発明による光送信装置の第４実施形態の構成を示す図である。
【図５】ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式の光変調器を用いた従来の光送信装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１…信号光源
２…光変調器
２ＩＮ…入力ポート
２ＯＵＴ…出力ポート
３…変調駆動部
１１…信号パワー制御回路
２１…ＤＱＰＳＫ変調部
２２…ＲＺ変調部
２４…光増幅部
２５…出力制御部
３１…ＣＤＲ／ＭＵＸ回路
３２Ａ，３２Ｂ，３３…ドライバアンプ
２１１…ＭＺ型光導波路（親マッハツェンダ）
２１２Ａ，２１２Ｂ…ＭＺ型光導波路（子マッハツェンダ）
２１３Ａ，２１３Ｂ，２２２…電極
２１４…位相シフト部
２１５，２２３，２４７…分岐カプラ
２１６，２２４，２４８…光検出器
２１７，２２５…可変光減衰器（ＶＯＡ）
２２１…ＭＺ型光導波路
２４１…光導波路
２４２…エルビウム添加導波路（ＥＤＷ）
２４３…励起光源
２４４…ＷＤＭカプラ
２４５，２４６…光アイソレータ
２５１，２５３…ＶＯＡ制御回路
２５２…励起パワー制御回路
２５４…モニタ値補正回路
２５５…メモリ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に利用される位相変調と強度変調を組み合わせた光変調方式を採用した光変調器およびそれを用いた光送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、伝送トラフィックの増加に伴い、例えば４０ギガビット毎秒（Ｇｂｉｔ／ｓ）等の超高速な光信号を伝送可能にする次世代の光伝送システムを導入する要求が高まっている。しかも、この次世代の光伝送システムに対しては、従来の１０Ｇｂｉｔ／ｓ等の光伝送システムと同等の伝送距離や周波数利用効率が求められている。
【０００３】
上記のような要求を実現するための一手段として、従来の光伝送システムで適用されてきたＮＲＺ（Non Return to Zero）変調方式に比べて、光信号対雑音比（Optical Signal-to-Noise Ratio：ＯＳＮＲ）耐力および非線形性耐力に優れた、ＲＺ−ＤＰＳＫ（Return to Zero Differential Phase Shift Keying）やＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ（Carrier-Suppressed Return to Zero Differential Phase Shift Keying）などの位相変調と強度変調を組み合わせた光変調方式の研究開発が活発になっている。これらの光変調方式の中でも、狭スペクトルという特長、すなわち、高い周波数利用効率を持ったＲＺ−ＤＱＰＳＫ（Return to Zero Differential Quadrature Phase-Shift Keying）変調方式は、次世代の光伝送システムにおける光変調方式の有力な候補の一つとして期待されている。
【０００４】
図５は、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式を採用した従来の光送信装置の構成例を示す図である。この従来の光送信装置は、信号光源１、光変調器２、変調駆動部３およびポストアンプとしてのエルビウム添加光ファイバ増幅器（Erbium Doped Fiber Amplifier：ＥＤＦＡ）４を備える。また、光変調器２は、入力ポート２ＩＮと出力ポート２ＯＵＴの間の光路上に縦続接続されたＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２を有する。
【０００５】
上記光変調器２では、変調駆動部３のＣＤＲ／ＭＵＸ回路３１において、外部より入力される複数の信号を合波することで、送信光のビットレートに対して１／２のビットレートを持つ２組の相補のデータ信号ＤＡＴＡ１，／ＤＡＴＡ１，ＤＡＴＡ２，／ＤＡＴＡ２（例えば、４０Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光を送信する場合、２０Ｇｂｉｔ／ｓのデータ信号およびその反転信号）と、該データ信号に同期した相補のクロック信号ＣＬＫ，／ＣＬＫとが生成される。ＣＤＲ／ＭＵＸ３１で生成されたデータ信号ＤＡＴＡ１，／ＤＡＴＡ１，ＤＡＴＡ２，／ＤＡＴＡ２およびクロック信号ＣＬＫ，／ＣＬＫは、ドライバアンプ３２Ａ，３２Ｂおよびドライバアンプ３３によってそれぞれ増幅され、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２を駆動する。
【０００６】
ＤＱＰＳＫ変調部２１では、各ドライバアンプ３２Ａ，３２Ｂから出力されるデータ信号ＤＡＴＡ１，／ＤＡＴＡ１，ＤＡＴＡ２，／ＤＡＴＡ２に従って、信号光源１から出力され光変調器２の入力ポート２ＩＮに与えられる連続光が位相変調されることにより、ＤＱＰＳＫ変調光が生成される。一方、ＲＺ変調部２２では、ドライバアンプ３３から出力されるクロック信号ＣＬＫ，／ＣＬＫに従って、ＤＱＰＳＫ変調部２１から出力されるＤＱＰＳＫ変調光が強度変調されることにより、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調が生成される。このＲＺ変調部２２は、いわゆるパルスカーバー（pulse carver）として動作する。
【０００７】
上記のＤＱＰＳＫ変調部２１は、電気光学効果を有する基板に形成されたマッハツェンダ（Mach-Zehnder：ＭＺ）型光導波路２１１と、該ＭＺ型光導波路２１１の一対の分岐アーム上にさらに設けられた２つのＭＺ型光導波路２１２Ａ，２１２Ｂと、を備えている。ここでは、ＭＺ型光導波路２１１を「親マッハツェンダ」と呼び、ＭＺ型光導波路２１２Ａ，２１２Ｂを「子マッハツェンダ」と呼ぶことにする。信号光源１からＤＱＰＳＫ変調部２１に入力された連続光は、親マッハツェンダ２１１によって２つに分岐されて、各分岐アーム上の子マッハツェンダ２１２Ａ，２１２Ｂにそれぞれ入力される。
【０００８】
子マッハツェンダ２１２Ａ，２１２Ｂでは、各々の分岐アームに沿って配置された電極２１３Ａ，２１３Ｂにドライバアンプ３２Ａ，３２Ｂからの駆動信号（データ信号ＤＡＴＡ１，／ＤＡＴＡ１，ＤＡＴＡ２，／ＤＡＴＡ２）が印加され、該駆動信号により生じる電界によって各々の分岐アームの屈折率が変化することで、導波光が送信データに従って位相変調される。２つの子マッハツェンダ２１２Ａ，２１２Ｂのうちの一方（ここでは、子マッハツェンダ２１２Ｂ）から出力される位相変調光は、位相シフト部２１４に与えられて、位相がπ／２シフトされる。そして、該位相シフト部２１４から出力される位相変調光と他方の子マッハツェンダ２１２Ａから出力される位相変調光とが、親マッハツェンダ２１１によって合波される。このとき、親マッハツェンダ２１１の一方のアーム側の光は位相が０とπの間で変調され、他方のアーム側の光は位相がπ／２と３π／２の間で変調されており、それらが合波されることで４値の位相変調光、すなわち、ＤＱＰＳＫ変調光が生成される。このＤＱＰＳＫ変調光は、ＲＺ変調部２２に出力されると共に、その一部が分岐カプラ２１５で分岐され光検出器（ＰＤ）２１６に与えられて、ＤＱＰＳＫ変調光の出力状態がモニタされる。このモニタ結果は、各電極２１３Ａ，２１３Ｂや位相シフト部２１４のバイアス制御などに利用される。
【０００９】
ＲＺ変調部２２は、電気光学効果を有する基板に形成されたＭＺ型光導波路２２１および該ＭＺ型光導波路２２１の分岐アームに沿って配置された電極２２２を備えている。このＲＺ変調部２２では、ドライバアンプ３３からの駆動信号（クロック信号ＣＬＫ，／ＣＬＫ）が電極２２２に印加され、該駆動信号により生じる電界によって各々の分岐アームの屈折率が変化することにより、ＤＱＰＳＫ変調部２１からのＤＱＰＳＫ変調光がクロックに従って強度変調（パルスカーバー）されることにより、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光が生成される。このＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光は、ポストアンプとしてのＥＤＦＡ４に出力されると共に、その一部が分岐カプラ２２３で分岐され光検出器（ＰＤ）２２４に与えられて、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光の出力状態がモニタされる。このモニタ結果は、各電極２２２のバイアス制御などに利用される。ＥＤＦＡ４では、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光が所要の送信光パワーに応じて増幅され、該増幅されたＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光が光送信装置の出力光として外部の光ファイバ伝送路等に送信される。
【００１０】
ところで、上記のような従来の光送信装置に用いられるＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式の光変調器２は、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２として、それぞれ別個の光変調器を利用するのが一般的であった。各々の光変調器としては、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３：ＬＮ）からなる結晶基板を用いたＬＮ変調器などが使用され、２台のＬＮ変調器の間は光ファイバを用いてスプライス接続されていた。しかし、２台の光変調器を個別に用いると、光変調器全体のサイズが大きくなることが一つの欠点となり、これに対処した従来技術として、ＤＱＰＳＫ変調部とＲＺ変調部を共通の基板上に集積して一体化し、光変調器全体のサイズを小さくする構成が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】M. Sugiyama et al., "Low-drive-voltage and compact RZ-DQPSK LiNbO3 Modulator", ECOC2007, paper 10.3.4.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上記のような従来の光送信装置については、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式の光変調器における損失が大きく、かつ、その損失がばらつくことが要因となって生じる次のような課題がある。すなわち、上記の図５に示したようにＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式の光変調器２は、ＤＱＰＳＫ変調部２１とＲＺ変調部２２とが縦続接続された構成であり、各々の変調部において損失が発生し、光変調器全体では例えば１０ｄＢ以上のような比較的大きな損失となる。光送信装置から光ファイバ伝送路等に送信されるＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光のパワー（送信光パワー）は、雑音等の影響により伝送特性が劣化しないように、所要のレベル以上とすることが必要である。このため、上記のように光変調器２における損失が大きくなると、それを補償するための手段が別途必要になる。図５の構成例では、光変調器２の出力に接続されたＥＤＦＡ４により、光変調器２の損失補償を含めた送信光パワーの調整が行われる。このような光変調器の損失補償手段は、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２を集積して一体化するか否かに関わらず必要であり、光送信装置全体の小型化を図る上での制約になると共に、装置コストを上昇させる要因にもなるという課題がある。
【００１２】
また、光変調器２における損失は、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の各損失に関する、個体ばらつき、温度依存性、波長依存性、経時変動および変調損ばらつきなどが要因となって、例えば±５ｄＢ以上のばらつきが発生する可能性がある。さらに、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の間を光ファイバによりスプライス接続する場合には、スプライスの状態も損失ばらつきの要因となる。光変調器２の損失ばらつきが増加すれば、光変調器２から出力されるＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光のパワー変動が大きくなる。該パワー変動は、信号光源１の出力パワーのばらつきによって更に増大する可能性もある。光変調器２から出力されるＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光の変動が大きくなると、後段に配置される光増幅器の入力パワーのダイナミックレンジが拡大するため、当該光増幅器の高性能化が必要になるという課題がある。また、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の各損失のばらつきにより、各々の光検出器２１６および２２４におけるモニタ値にもばらつきが生じる。このため、該モニタ値を基に各変調部のバイアス制御を行う回路（図示せず）の高性能化も必要になってくる。
【００１３】
なお、上記のような課題は、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式の光変調器を使用して光送信装置を構成する場合だけでなく、ＤＱＰＳＫ以外の公知の位相変調方式に対応した位相変調部と、ＲＺ以外の公知の強度変調方式に対応した強度変調部とを組み合わせた光変調器を使用して光送信装置を構成にも共通するものである。
【００１４】
本発明は上記の点に着目してなされたもので、位相変調部および強度変調部における各損失および該各損失のばらつきを確実に補償できる小型かつ低コストの光変調器およびそれを用いた光送信装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するため本光変調器の一態様は、入力ポートおよび出力ポートの間の光路上に縦続接続された位相変調部および強度変調部を有し、前記入力ポートに入力される光を前記位相変調部および前記強度変調部で変調して前記出力ポートから出力する光変調器において、前記入力ポートおよび前記出力ポートの間の光路上に設けた導波路型の光増幅部と、前記出力ポートから出力される変調光のパワーをモニタする出力モニタ部と、前記出力モニタ部でモニタされる変調光の出力パワーが予め定めた目標レベルで一定になるように、前記光増幅部をフィードバック制御する出力制御部と、を備えている。
【発明の効果】
【００１６】
上記のような態様の光変調器では、入出力ポートの間の光路上に設けた導波路型の光増幅部が、出力モニタ部のモニタ結果に応じて出力制御部によりフィードバック制御されることにより、位相変調部および強度変調部で大きな損失が発生し、かつ、該損失が各々の変調部の個体ばらつき等の要因によりばらつくような場合でも、当該損失が光変調器の内部で自動的に補償されるようになる。よって、所望のパワーの変調光を安定して出力できる小型で低コストの光変調器を実現することが可能になる。このような光変調器を用いて光送信装置を構成すれば、装置全体の小型化および装置コストの削減が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明による光送信装置の第１実施形態の構成を示す図である。
図１において、第１実施形態の光送信装置は、例えば、信号光源１、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式の光変調器２および変調駆動部３を備える。この光変調器２は、前述の図５に示した従来の構成と同様な、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２を備えており、加えて、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の間に配置された導波路型の光増幅部２４と、ＲＺ変調部２２から出力されるＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光のパワー（送信光パワー）が所要のレベルで一定となるように光増幅部２４を制御する出力制御部２５とを追設している。以下では、本実施形態で追設した光増幅部２４および出力制御部２５の構成について詳しく説明し、前述した従来の構成と共通する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１８】
光増幅部２４は、例えば、ＤＱＰＳＫ変調部２１の信号出力端とＲＺ変調部２２の信号入力端との間を接続する光導波路２４１を有する。該光導波路２４１上には、長手方向の一部の区間にエルビウムイオン（Ｅｒ３＋）を添加したエルビウム添加導波路（Erbium Doped Waveguide：ＥＤＷ）２４２が光増幅媒体として形成されている。該ＥＤＷ２４２には、励起光源２４３から出力される励起光がＷＤＭカプラ２４４を介して後方より与えられる。励起光源２４３は、ＥＤＷ２４２内のエルビウムイオンを励起可能な波長を有する励起光を発生し、該励起光のパワーが出力制御部２５からの制御信号に従って制御される。また、ＥＤＷ２４２の前後に位置する光導波路２４１上には、信号光と逆方向に伝搬する光の通過を阻止する光アイソレータ２４５，２４６が配置されている。
【００１９】
上記の光増幅部２４は、導波路型の構造を有しているので、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２との一体化を容易に実現することができる。特に、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２に用いられる基板と同じ材料の基板を光増幅部２４にも適用することで、共通の基板上にＤＱＰＳＫ変調部２１、ＲＺ変調部２２および光増幅部２４を集積することが可能になる。例えば、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２がＬＮ基板を用いて構成されている場合には、光増幅部２４としてＬＮ基板上にＥＤＷを形成した構成を適用すればよい。このようなＬＮ基板を用いたＥＤＷＡ（Erbium Doped Waveguide Amplifier）に関しては、例えば、文献：R. Brinkmann et al., "Erbium-Doped Single- and Double-Pass Ti:LiNb03 Waveguide Amplifiers", IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 30, NO. 10, OCTOBER 1994.などに開示されており、当該技術を光増幅部２４に応用することが可能である。このように、ＤＱＰＳＫ変調部２１、ＲＺ変調部２２および光増幅部２４を共通の基板上に集積して一体化することにより、各部の境界での損失が無くなるので、光変調器全体の損失および該損失のばらつきをより小さくすることができる。
【００２０】
また、光増幅部２４の基板として、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の基板とは異なる材料のものを適用した場合であっても、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の導波路構造を考慮して光増幅部２４の導波路設計を行うことにより、各部の接続部分における損失を最小限に抑えることが可能であり、従来の光ファイバを用いたスプライス接続の場合と比べて、光変調器全体の損失および該損失のばらつきを小さくすることができる。具体的には、上記のＬＮ基板を適用した例において、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２で発生する損失を補償するのに必要な利得を、ＬＮ基板を用いたＥＤＷＡで実現することが困難な場合には、例えばシリカ（ＳｉＯ２）基板を用いたＥＤＷＡを光増幅部２４に適用してもよい。このようなシリカをベースとしたＥＤＷＡについては、Teem Photonics社製の「Metro EDWAシリーズ」などの製品が市販されており、Ｃ−バンドの信号光に対する小信号利得が２７ｄＢ以上で、飽和出力が１５ｄＢｍ以上という増幅特性が実現されている。このような増幅特性は、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２で発生する損失を十分に補償することが可能である。
【００２１】
なお、ここでは光増幅部２４としてＥＤＷＡを用いる一例を示したが、本発明はこれに限らず、例えば、半導体光増幅器（Semiconductor Optical Amplifier：ＳＯＡ）を用いて光増幅部を構成することも可能である。ＳＯＡを使用する場合、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２について半導体基板を用いた構成を適用すれば、ＤＱＰＳＫ変調部２１、ＲＺ変調部２２および光増幅部２４を共通の半導体基板上に集積して一体化することが可能である。このような半導体ＭＺ光変調器については、例えば、Heinrich-Hertz-Institut社製の「40Gbit/s InP Mach-Zehnder-Modulator」などが公知である。
【００２２】
また、図１の構成では、ＥＤＷ２４２が後方励起される一例を示したが、前方励起または双方向励起とすることも可能である。さらに、光増幅媒体として光導波路にエルビウムイオンを添加する一例を示したが、エルビウムイオン以外の希土類イオンを光導波路に添加して光増幅媒体を形成してもよい。
【００２３】
出力制御部２５は、従来と同様のＲＺ変調部２２に具備された分岐カプラ２２３および光検出器２２４により取得される、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光の出力パワー（送信光パワー）のモニタ値に応じて、該モニタ値が予め定めた目標レベルで一定となるように、励起光源２４３の駆動状態、すなわち、ＥＤＷ２４２に供給される励起光のパワーをフィードバック制御する。なお、ここでは分岐カプラ２２３および光検出器２２４が出力モニタ部としての機能を有することになる。
【００２４】
次に、第１実施形態の動作について説明する。
上記のような構成の光送信装置では、信号光源１から出力される連続光が光変調器２の入力ポート２ＩＮを介してＤＱＰＳＫ変調部２１に与えられる。ＤＱＰＳＫ変調部２１では、変調駆動部３から出力される２組の相補のデータ信号ＤＡＴＡ１，／ＤＡＴＡ１，ＤＡＴＡ２，／ＤＡＴＡ２が子マッハツェンダの各電極２１３Ａ，２１３Ｂに印加され、該データ信号に従って連続光の位相が変調されることによりＤＱＰＳＫ変調光が生成される。このＤＱＰＳＫ変調光のパワーは、ＤＱＰＳＫ変調部２１の損失によって、信号光源１から出力される連続光のパワーよりも低下しており、かつ、前述したようなＤＱＰＳＫ変調部２１の個体ばらつき、温度依存性、波長依存性、経時変動および変調損ばらつきなどの要因により、ＤＱＰＳＫ変調光のパワーが変動する。
【００２５】
ＤＱＰＳＫ変調部２１で生成されたＤＱＰＳＫ変調光は、光増幅部２４の光導波路２４１に与えられ、光アイソレータ２４５を通過してＥＤＷ２４２に送られる。ＥＤＷ２４２には、励起光源２４３からの励起光がＷＤＭカプラ２４４を介して供給されており、該励起光によって励起されたエルビウムイオンの誘導放出作用によりＥＤＷ２４２を伝搬するＤＱＰＳＫ変調光が増幅される。この増幅されたＤＱＰＳＫ変調光は、ＷＤＭカプラ２４４および光アイソレータ２４６を通過して、ＲＺ変調部２２に送られる。
【００２６】
ＲＺ変調部２２では、変調駆動部３から出力される相補のクロック信号ＣＬＫ，／ＣＬＫが電極２２２に印加され、該クロック信号に従って、光増幅部２４で増幅されたＤＱＰＳＫ変調光が強度変調されることにより、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光が生成される。このＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光のパワーも、前述したＤＱＰＳＫ変調部２１の場合と同様に、ＲＺ変調部２２の損失によって、光増幅部２４から出力される増幅後のＤＱＰＳＫ変調光のパワーよりも低下しており、かつ、ＲＺ変調部２２の個体ばらつき等の要因により、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光のパワーが変動する。
【００２７】
ＲＺ変調部２２で生成されたＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光は、光送信装置の出力光として、従来のようなポストアンプを介すことなく、光変調器２の出力ポート２ＯＵＴに接続される外部の光ファイバ伝送路等に送信されると共に、その一部が分岐カプラ２２３で分岐され、該分岐光のパワーが光検出器２２４でモニタされる。該光検出器２２４のモニタ結果は、出力制御部２５に伝えられて光増幅部２４の制御に利用されると共に、図示を省略しているが従来と同様にＲＺ変調部２２のバイアス制御などにも利用される。
【００２８】
出力制御部２５では、光検出器２２４から伝えられるＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光の出力パワー（送信光パワー）のモニタ値と予め定めた目標レベルとの差が求められ、その差が零になるように、すなわち、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光の出力パワーが目標レベルで一定になるように、光増幅部２４の励起光源２４３から出力される励起光のパワーがフィードバック制御される。これにより、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の各損失と該各損失のばらつきが光増幅部２４によって自動的に補償されるようになる。また、信号光源１の出力パワーのばらつきも同様に自動補償される。
【００２９】
上記のような第１実施形態の光送信装置によれば、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２において１０ｄＢを超えるような大きな損失が発生し、かつ、該損失がＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の個体ばらつき等の要因によりばらつくような場合でも、光変調器２の内部で当該損失の自動補償が可能であり、従来のようにポストアンプを別途外付けすることなく、光送信装置から外部の光ファイバ伝送路等に所望のパワーのＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光を安定して送信することができる。これにより、光送信装置の小型化および低コスト化を図ることが可能になる。
【００３０】
なお、上記の第１実施形態では、導波路型の光増幅部２４がＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の間に配置される一例を示したが、光変調器２内における光増幅部２４の配置はこれに限らず、入力ポート２ＩＮとＤＱＰＳＫ変調部２１の間、または、ＲＺ変調部２２と出力ポート２ＯＵＴの間に光増幅部２４を設けることも可能である。ただし、ＤＱＰＳＫ変調部２１の前段に光増幅部２４を設ける場合には、信号光源１から光増幅部２４に比較的大きなパワーの連続光が入力されることになるので、光増幅部２４の最大出力パワーの限界によって利得が制限される可能性がある。また、ＲＺ変調部２２の後段に光増幅部２４を設ける場合には、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２で減衰されたパワーの小さなＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光が光増幅部２４に入力されることになるので、ＮＦ特性について不利になる可能性がある。これらの可能性を考慮すると、光変調器２内での光増幅部２４の配置は、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の間とするのが望ましい。
【００３１】
次に、本発明による光送信装置の第２実施形態について説明する。
上記の第１実施形態は、光送信装置の出力光パワーのモニタ値に応じて、光増幅部２４の励起光パワーをフィードバック制御する構成であるので、信号光源１の出力パワーのばらつきや、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の各損失のばらつきにより、光変調器２の出力光パワーが変動すると、それに追随して光増幅部２４の利得も変化する。光増幅部２４の利得が変化すると、光増幅部２４で発生する雑音光、すなわち、ＥＤＷ２４２における増幅された自然放出光（Amplified Spontaneous Emission：ＡＳＥ）のパワーも変化する。このＡＳＥパワーの変化は、光増幅部２４の後段に配置された光検出器２２４における出力光パワーのモニタ値に誤差を生じさせ、前述した損失の自動補償の精度やＲＺ変調部２２のバイアス制御の精度を低下させる可能性がある。そこで、第２実施形態では、光増幅部２４に利得一定制御を適用して上記精度の低下を回避するようにした応用例を説明する。
【００３２】
図２は、第２実施形態の光送信装置の構成を示す図である。
図２に示す光送信装置は、前述の図１に示した第１実施形態の構成について、ＤＱＰＳＫ変調部２１の入力導波路上に可変光減衰器（Variable Optical Attenuator：ＶＯＡ）２１７を挿入し、光検出器２１６でモニタされるＤＱＰＳＫ変調光の出力パワーが一定となるようにＶＯＡ２１７の減衰量をフィードバック制御するＶＯＡ制御回路２５１を設けている。
【００３３】
また、光増幅部２４については、ＥＤＷ２４２を伝搬して増幅されたＤＱＰＳＫ変調光の一部を分岐する分岐カプラ２４７と、該分岐光のパワーをモニタする光検出器（ＰＤ）２４８とを設け、ＤＱＰＳＫ変調部２１の光検出器２１６でのモニタ値（光増幅部２４への入力光パワー）および前記光検出器２４８でのモニタ値（光増幅部２４からの出力光パワー）を用いて求めた光増幅部２４の利得が一定となるように励起光源２４３をフィードバック制御する励起パワー制御回路２５２を設けている。
【００３４】
さらに、ＲＺ変調部２２については、入力導波路上に可変光減衰器（ＶＯＡ）２２５を挿入し、光検出器２２５でモニタされるＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光の出力パワーが一定となるようにＶＯＡ２２５の減衰量をフィードバック制御するＶＯＡ制御回路２５３を設けている。
【００３５】
なお、上記の構成においては、ＤＱＰＳＫ変調部２１のＶＯＡ２１７およびＲＺ変調部２２のＶＯＡ２２５が、入力パワー調整部として機能する。また、ＤＱＰＳＫ変調部２１の分岐カプラ２１５および光検出器２１６と、光増幅部２４分岐カプラ２４７および光検出器２４８とが、利得モニタ部として機能する。さらに、ＶＯＡ制御回路２５１，２５３は、出力制御部を構成する入力パワー制御回路として機能し、励起パワー制御回路２５２は、出力制御部を構成する光増幅制御回路として機能する。
【００３６】
上記のような構成の光送信装置では、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の各損失のばらつきが、ＶＯＡ制御回路２５１，２５３によるＶＯＡ２１７，２２５のフィードバック制御により各々の変調部２１，２２毎に自動的に補償される。これにより、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の損失の和は実質的に一定となる。また、信号光源１の出力パワーがばらついた場合でも、そのばらつきはＤＱＰＳＫ変調部２１におけるＶＯＡ２１７のフィードバック制御により補償される。そして、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の損失和に対応させて、光増幅部２４の利得が励起パワー制御回路２５２により一定に制御されことにより、光変調器２全体の損失が補償されると共に、光増幅部２４で発生するＡＳＥのパワーの変化が抑えられる。
【００３７】
これにより、ＥＤＷ２４２の後段側に位置する光検出器２４８，２２４への各入力光に含まれるＡＳＥ成分は略一定となるので、信号光源１の出力パワーのばらつきや、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２の各損失のばらつきが生じた場合でも、各々の光検出器２４８，２２４において変調光のパワーを高い精度でモニタすることができるようになる。したがって、光送信装置から外部の光ファイバ伝送路等に所望のパワーのＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号光をより安定して送信することが可能になる。
【００３８】
次に、本発明による光送信装置の第３実施形態について説明する。
図３は、第３実施形態の光送信装置の構成を示す図である。この図３の光送信装置は、上記の図２に示した第２実施形態の構成について、ＲＺ変調部２２に設けていたＶＯＡ２２５およびそれに対応するＶＯＡ制御回路２５３に代えて、モニタ値補正回路２５４およびメモリ２５５を設けている。モニタ値補正回路２５４には、ＤＱＰＳＫ変調部２１の光検出器２１６、光増幅部２４の光検出器２４８およびＲＺ変調部２２の光検出器２２４のそれぞれにおけるパワーモニタ値が与えられている。
【００３９】
上記のモニタ値補正回路２５４では、まず、ＤＱＰＳＫ変調部２１および光増幅部２４の各光検出器２１６，２４８のモニタ値を用いて光増幅部２４の利得が算出される。そして、該算出した利得に応じて、ＲＺ変調部２２の光検出器２２４のモニタ値が補正される。このモニタ値の補正は、光変調器２の損失ばらつきにより光増幅部２４の利得が変わった場合に、ＡＳＥの発生量が変化することで生じるモニタ値のずれを低減させるために行われる。具体的には、例えば、光増幅部２４の利得とモニタ値のずれ量との関係を示すデータを予め取得してメモリ２５５に記憶させておき、前記算出した利得に対応するモニタ値のずれ量をメモリ２５５から読み出し、該ずれ量を用いて光検出器２２４のモニタ値の補正が行われる。
【００４０】
上記のようにして光増幅部２４の利得に応じてＲＺ変調部２２の光検出器２２４のモニタ値が補正されると、その補正後のモニタ値が励起パワー制御回路２５２に伝えられる。励起パワー制御回路２５２では、モニタ値補正回路２５４からの出力値、すなわち、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調光の出力パワー（送信光パワー）が目標レベルで一定になるように、光増幅部２４の励起光源２４３から出力される励起光のパワーがフィードバック制御される。これにより、光変調器２の損失と該損失のばらつきが、光増幅部２４によって自動的に補償されるようになる。また、ここではＤＱＰＳＫ変調部２１に対応したＶＯＡ２１７およびＶＯＡ制御回路２５１により、信号光源１の出力パワーのばらつきおよびＤＱＰＳＫ変調部２１の損失のばらつきの補償が行われる。
【００４１】
上記のような第３実施形態の光送信装置によれば、前述した第２実施形態の場合と同様の効果を得ることができると共に、第２実施形態で用いていたＲＺ変調部２２の入力導波路上のＶＯＡ２２１を省略できるため、光変調器２の小型化および低コスト化を図ることが可能になる。
【００４２】
なお、上記の第３実施形態では、ＤＱＰＳＫ変調部２１についてＶＯＡ２１７およびＶＯＡ制御回路２５１を設けるようにした一例を示したが、これらＶＯＡ２１７およびＶＯＡ制御回路２５１は省略することも可能である。この場合、前述したモニタ値補正回路２５４および励起パワー制御回路２５２による出力一定制御によって、信号光源１の出力パワーのばらつきおよびＤＱＰＳＫ変調部２１の損失のばらつきも一括して補償されることになる。このような構成を適用すれば、光変調器２の一層の小型化を図ることが可能になる。
【００４３】
次に、本発明による光送信装置の第４実施形態について説明する。
図４は、第４実施形態の光送信装置の構成を示す図である。この図４の光送信装置は、上記の図２に示した第２実施形態の構成について、ＤＱＰＳＫ変調部２１に設けていたＶＯＡ２１７およびそれに対応するＶＯＡ制御回路２５１に代えて信号パワー制御回路１１を設け、該信号パワー制御回路１１により、ＤＱＰＳＫ変調部２１の光検出器２１６のモニタ値が一定になるように信号光源１の出力パワーをフィードバック制御するようにしている。なお、上記以外の他の部分の構成は、前述した第２実施形態の構成と同一である。
【００４４】
上記のような第４実施形態によれば、前述した第２実施形態の場合と同様の効果を得ることができると共に、第２実施形態で用いていたＤＱＰＳＫ変調部２１の入力導波路上のＶＯＡ２１７が省略可能になるので、光変調器２の小型化および低コスト化を図ることができる。
【００４５】
なお、上述した第１〜第４実施形態では、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式の光変調器を使用して光送信装置を構成する場合について説明したが、本発明における光変調方式はＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式に限定されるものではなく、公知の位相変調方式（例えば、ＤＰＳＫ変調方式）に対応した位相変調部と、公知の強度変調方式（例えば、ＣＳＲＺ変調方式）に対応した強度変調部とを組み合わせた光変調器を使用して光送信装置を構成する場合にも、上述した第１〜第４実施形態の構成を応用することが可能である。
【００４６】
また、ＤＱＰＳＫ変調部２１およびＲＺ変調部２２における出力のモニタ光として正相の変調光、すなわち、図１〜図４に示すマッハツェンダ型光導波路（ＤＱＰＳＫ変調部２１の場合、親マッハツェンダ）において、出力側の合分波部の２つの出力のうちの上側から出力される変調光を取り出す構成例について説明したが、前記合分波部の２つの出力のうちの下側から出力される逆相の変調光をモニタ光として取り出すようにしてもよい。正相および逆相のいずれをモニタするかは、各変調部２１，２２のバイアス制御におけるモニタ系との部品共通化などを考慮して適宜に選択することが可能である。
【００４７】
なお、前述したように、光変調器には、入出力ポートの間の光路上に導波路型の光増幅部が設けられているが、光増幅媒体となる導波路は平面導波路(planar waveguide)または同一平面導波路(coplanar waveguide)にエルビウム等が添加されたものであってもよい。
【００４８】
以上の各実施形態に関して、さらに以下の付記を開示する。
（付記１） 入力ポートおよび出力ポートの間の光路上に縦続接続された位相変調部および強度変調部を有し、前記入力ポートに入力される光を前記位相変調部および前記強度変調部で変調して前記出力ポートから出力する光変調器において、
前記入力ポートおよび前記出力ポートの間の光路上に設けた導波路型の光増幅部と、
前記出力ポートから出力される変調光のパワーをモニタする出力モニタ部と、
前記出力モニタ部でモニタされる変調光の出力パワーが予め定めた目標レベルで一定になるように、前記光増幅部をフィードバック制御する出力制御部と、
を備えたことを特徴とする光変調器。
【００４９】
（付記２） 付記１に記載の光変調器であって、
前記光増幅部は、前記位相変調部および前記強度変調部の間に配置されることを特徴とする光変調器。
【００５０】
（付記３） 付記１または２に記載の光変調器であって、
前記位相変調部および前記強度変調部の少なくとも一方に入力される光のパワーを調整する入力パワー調整部と、
前記光増幅部の利得をモニタする利得モニタ部と、を備え、
前記出力制御部は、前記利得モニタ部でモニタされる利得が一定となるように、前記光増幅部をフィードバック制御する光増幅制御回路と、前記出力モニタ部でモニタされる変調光の出力パワーが前記目標レベルで一定になるように、前記入力パワー調整部をフィードバック制御する入力パワー制御回路と、を有することを特徴とする光変調器。
【００５１】
（付記４） 付記３に記載の光変調器であって、
前記位相変調部は、位相変調した光のパワーをモニタする出力モニタを有し、
前記強度変調部は、強度変調した光のパワーをモニタする出力モニタを有し、
前記入力パワー調整部は、前記位相変調部に入力される光を減衰させる第１可変光減衰器と、前記強度変調部に入力される光を減衰させる第２可変光減衰器と、を有し、
前記入力パワー制御回路は、前記位相変調部の出力モニタのモニタ値が一定となるように、前記第１可変光減衰器の光減衰量をフィードバック制御する第１光減衰制御回路と、前記強度変調部の出力モニタのモニタ値が一定となるように、前記第２可変光減衰器の光減衰量をフィードバック制御する第２光減衰制御回路と、を有することを特徴とする光変調器。
【００５２】
（付記５） 付記１または２に記載の光変調器であって、
前記光増幅部の利得をモニタする利得モニタ部を備え、
前記出力制御部は、前記利得モニタ部でモニタされる利得に従って、前記出力モニタ部でモニタされる変調光の出力パワーを補正するモニタ値補正回路と、該モニタ値補正回路で補正された出力パワーが一定となるように、前記光増幅部をフィードバック制御する光増幅制御回路と、を有することを特徴とする光変調器。
【００５３】
（付記６） 付記５に記載の光変調器であって、
前記入力ポートおよび前記出力ポートの間の光路上に、前記位相変調部、前記光増幅部および前記強度変調部が順に縦続接続されており、
前記位相変調部は、入力される光を減衰させる可変光減衰器と、位相変調した光のパワーをモニタする出力モニタと、該出力モニタのモニタ値が一定となるように、前記可変光減衰器の光減衰量をフィードバック制御する光減衰制御回路と、を有することを特徴とする光変調器。
【００５４】
（付記７） 付記１〜６のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記光増幅部は、光導波路に希土類イオンを添加して形成した光増幅媒体と、該光増幅媒体を励起するための励起光を発生する励起光源と、該励起光源から出力される励起光を前記光増幅媒体に与えるＷＤＭカプラと、を有することを特徴とする光変調器。
【００５５】
（付記８） 付記１〜６のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記光増幅部は、半導体光増幅器を含むことを特徴とする光変調器。
【００５６】
（付記９） 付記１〜８のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記位相変調部、前記強度変調部および前記光増幅部が、共通の基板上に集積されていることを特徴とする光変調器。
【００５７】
（付記１０） 付記９に記載の光変調器であって、
前記共通の基板は、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）基板であることを特徴とする光変調器。
【００５８】
（付記１１） 付記９に記載の光変調器であって、
前記共通の基板は、半導体基板であることを特徴とする光変調器。
【００５９】
（付記１２） 付記１〜１１のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記位相変調部は、ＤＱＰＳＫ変調方式またはＤＰＳＫ変調方式の光変調器を含むことを特徴とする光変調器。
【００６０】
（付記１３） 付記１〜１２のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記強度変調部は、ＲＺ変調方式またはＣＳＲＺ変調方式の光変調器を含むことを特徴とする光変調器。
【００６１】
（付記１４） 連続光を発生する信号光源と、該信号光源からの連続光を変調する光変調器と、該光変調器を駆動する変調駆動部とを備えた光送信装置であって、
前記光変調器が、付記１〜１３のいずれか１つに記載の光変調器であることを特徴とする光送信装置。
【００６２】
（付記１５） 付記１４に記載の光送信装置であって、
前記光変調器は、前記入力ポートおよび前記出力ポートの間の光路上に、前記位相変調部、前記光増幅部および前記強度変調部が順に縦続接続されていると共に、前記位相変調部が、位相変調した光のパワーをモニタする出力モニタを有しており、
前記位相変調部の出力モニタのモニタ値が一定となるように、前記信号光源の出力パワーをフィードバック制御する信号パワー制御回路を備えたことを特徴とする光送信装置。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明による光送信装置の第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】本発明による光送信装置の第２実施形態の構成を示す図である。
【図３】本発明による光送信装置の第３実施形態の構成を示す図である。
【図４】本発明による光送信装置の第４実施形態の構成を示す図である。
【図５】ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式の光変調器を用いた従来の光送信装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１…信号光源
２…光変調器
２ＩＮ…入力ポート
２ＯＵＴ…出力ポート
３…変調駆動部
１１…信号パワー制御回路
２１…ＤＱＰＳＫ変調部
２２…ＲＺ変調部
２４…光増幅部
２５…出力制御部
３１…ＣＤＲ／ＭＵＸ回路
３２Ａ，３２Ｂ，３３…ドライバアンプ
２１１…ＭＺ型光導波路（親マッハツェンダ）
２１２Ａ，２１２Ｂ…ＭＺ型光導波路（子マッハツェンダ）
２１３Ａ，２１３Ｂ，２２２…電極
２１４…位相シフト部
２１５，２２３，２４７…分岐カプラ
２１６，２２４，２４８…光検出器
２１７，２２５…可変光減衰器（ＶＯＡ）
２２１…ＭＺ型光導波路
２４１…光導波路
２４２…エルビウム添加導波路（ＥＤＷ）
２４３…励起光源
２４４…ＷＤＭカプラ
２４５，２４６…光アイソレータ
２５１，２５３…ＶＯＡ制御回路
２５２…励起パワー制御回路
２５４…モニタ値補正回路
２５５…メモリ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力ポートおよび出力ポートの間の光路上に縦続接続された位相変調部および強度変調部を有し、前記入力ポートに入力される光を前記位相変調部および前記強度変調部で変調して前記出力ポートから出力する光変調器において、
前記入力ポートおよび前記出力ポートの間の光路上に設けた導波路型の光増幅部と、
前記出力ポートから出力される変調光のパワーをモニタする出力モニタ部と、
前記出力モニタ部でモニタされる変調光の出力パワーが予め定めた目標レベルで一定になるように、前記光増幅部をフィードバック制御する出力制御部と、
を備えたことを特徴とする光変調器。
【請求項２】
請求項１に記載の光変調器であって、
前記光増幅部は、前記位相変調部および前記強度変調部の間に配置されることを特徴とする光変調器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光変調器であって、
前記位相変調部および前記強度変調部の少なくとも一方に入力される光のパワーを調整する入力パワー調整部と、
前記光増幅部の利得をモニタする利得モニタ部と、を備え、
前記出力制御部は、前記利得モニタ部でモニタされる利得が一定となるように、前記光増幅部をフィードバック制御する光増幅制御回路と、前記出力モニタ部でモニタされる変調光の出力パワーが前記目標レベルで一定になるように、前記入力パワー調整部をフィードバック制御する入力パワー制御回路と、を有することを特徴とする光変調器。
【請求項４】
請求項３に記載の光変調器であって、
前記位相変調部は、位相変調した光のパワーをモニタする出力モニタを有し、
前記強度変調部は、強度変調した光のパワーをモニタする出力モニタを有し、
前記入力パワー調整部は、前記位相変調部に入力される光を減衰させる第１可変光減衰器と、前記強度変調部に入力される光を減衰させる第２可変光減衰器と、を有し、
前記入力パワー制御回路は、前記位相変調部の出力モニタのモニタ値が一定となるように、前記第１可変光減衰器の光減衰量をフィードバック制御する第１光減衰制御回路と、前記強度変調部の出力モニタのモニタ値が一定となるように、前記第２可変光減衰器の光減衰量をフィードバック制御する第２光減衰制御回路と、を有することを特徴とする光変調器。
【請求項５】
請求項１または２に記載の光変調器であって、
前記光増幅部の利得をモニタする利得モニタ部を備え、
前記出力制御部は、前記利得モニタ部でモニタされる利得に従って、前記出力モニタ部でモニタされる変調光の出力パワーを補正するモニタ値補正回路と、該モニタ値補正回路で補正された出力パワーが一定となるように、前記光増幅部をフィードバック制御する光増幅制御回路と、を有することを特徴とする光変調器。
【請求項６】
請求項５に記載の光変調器であって、
前記入力ポートおよび前記出力ポートの間の光路上に、前記位相変調部、前記光増幅部および前記強度変調部が順に縦続接続されており、
前記位相変調部は、入力される光を減衰させる可変光減衰器と、位相変調した光のパワーをモニタする出力モニタと、該出力モニタのモニタ値が一定となるように、前記可変光減衰器の光減衰量をフィードバック制御する光減衰制御回路と、を有することを特徴とする光変調器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記光増幅部は、光導波路に希土類イオンを添加して形成した光増幅媒体と、該光増幅媒体を励起するための励起光を発生する励起光源と、該励起光源から出力される励起光を前記光増幅媒体に与えるＷＤＭカプラと、を有することを特徴とする光変調器。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記位相変調部、前記強度変調部および前記光増幅部が、共通の基板上に集積されていることを特徴とする光変調器。
【請求項９】
連続光を発生する信号光源と、該信号光源からの連続光を変調する光変調器と、該光変調器を駆動する変調駆動部とを備えた光送信装置であって、
前記光変調器が、請求項１〜８のいずれか１つに記載の光変調器であることを特徴とする光送信装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の光送信装置であって、
前記光変調器は、前記入力ポートおよび前記出力ポートの間の光路上に、前記位相変調部、前記光増幅部および前記強度変調部が順に縦続接続されていると共に、前記位相変調部が、位相変調した光のパワーをモニタする出力モニタを有しており、
前記位相変調部の出力モニタのモニタ値が一定となるように、前記信号光源の出力パワーをフィードバック制御する信号パワー制御回路を備えたことを特徴とする光送信装置。
【請求項１】
入力ポートおよび出力ポートの間の光路上に縦続接続された位相変調部および強度変調部を有し、前記入力ポートに入力される光を前記位相変調部および前記強度変調部で変調して前記出力ポートから出力する光変調器において、
前記入力ポートおよび前記出力ポートの間の光路上に設けた導波路型の光増幅部と、
前記出力ポートから出力される変調光のパワーをモニタする出力モニタ部と、
前記出力モニタ部でモニタされる変調光の出力パワーが予め定めた目標レベルで一定になるように、前記光増幅部をフィードバック制御する出力制御部と、
を備えたことを特徴とする光変調器。
【請求項２】
請求項１に記載の光変調器であって、
前記光増幅部は、前記位相変調部および前記強度変調部の間に配置されることを特徴とする光変調器。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光変調器であって、
前記位相変調部および前記強度変調部の少なくとも一方に入力される光のパワーを調整する入力パワー調整部と、
前記光増幅部の利得をモニタする利得モニタ部と、を備え、
前記出力制御部は、前記利得モニタ部でモニタされる利得が一定となるように、前記光増幅部をフィードバック制御する光増幅制御回路と、前記出力モニタ部でモニタされる変調光の出力パワーが前記目標レベルで一定になるように、前記入力パワー調整部をフィードバック制御する入力パワー制御回路と、を有することを特徴とする光変調器。
【請求項４】
請求項３に記載の光変調器であって、
前記位相変調部は、位相変調した光のパワーをモニタする出力モニタを有し、
前記強度変調部は、強度変調した光のパワーをモニタする出力モニタを有し、
前記入力パワー調整部は、前記位相変調部に入力される光を減衰させる第１可変光減衰器と、前記強度変調部に入力される光を減衰させる第２可変光減衰器と、を有し、
前記入力パワー制御回路は、前記位相変調部の出力モニタのモニタ値が一定となるように、前記第１可変光減衰器の光減衰量をフィードバック制御する第１光減衰制御回路と、前記強度変調部の出力モニタのモニタ値が一定となるように、前記第２可変光減衰器の光減衰量をフィードバック制御する第２光減衰制御回路と、を有することを特徴とする光変調器。
【請求項５】
請求項１または２に記載の光変調器であって、
前記光増幅部の利得をモニタする利得モニタ部を備え、
前記出力制御部は、前記利得モニタ部でモニタされる利得に従って、前記出力モニタ部でモニタされる変調光の出力パワーを補正するモニタ値補正回路と、該モニタ値補正回路で補正された出力パワーが一定となるように、前記光増幅部をフィードバック制御する光増幅制御回路と、を有することを特徴とする光変調器。
【請求項６】
請求項５に記載の光変調器であって、
前記入力ポートおよび前記出力ポートの間の光路上に、前記位相変調部、前記光増幅部および前記強度変調部が順に縦続接続されており、
前記位相変調部は、入力される光を減衰させる可変光減衰器と、位相変調した光のパワーをモニタする出力モニタと、該出力モニタのモニタ値が一定となるように、前記可変光減衰器の光減衰量をフィードバック制御する光減衰制御回路と、を有することを特徴とする光変調器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記光増幅部は、光導波路に希土類イオンを添加して形成した光増幅媒体と、該光増幅媒体を励起するための励起光を発生する励起光源と、該励起光源から出力される励起光を前記光増幅媒体に与えるＷＤＭカプラと、を有することを特徴とする光変調器。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の光変調器であって、
前記位相変調部、前記強度変調部および前記光増幅部が、共通の基板上に集積されていることを特徴とする光変調器。
【請求項９】
連続光を発生する信号光源と、該信号光源からの連続光を変調する光変調器と、該光変調器を駆動する変調駆動部とを備えた光送信装置であって、
前記光変調器が、請求項１〜８のいずれか１つに記載の光変調器であることを特徴とする光送信装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の光送信装置であって、
前記光変調器は、前記入力ポートおよび前記出力ポートの間の光路上に、前記位相変調部、前記光増幅部および前記強度変調部が順に縦続接続されていると共に、前記位相変調部が、位相変調した光のパワーをモニタする出力モニタを有しており、
前記位相変調部の出力モニタのモニタ値が一定となるように、前記信号光源の出力パワーをフィードバック制御する信号パワー制御回路を備えたことを特徴とする光送信装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−５４９２５（Ｐ２０１０−５４９２５Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２１２６９（Ｐ２００８−２２１２６９）
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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