光変調器および光変調方法
【課題】位相変調時に符号の値によらず出力される光強度を一定とすることができる光変調器を得ること。
【解決手段】変調導波路３，４と、分波器２と、変調導波路３，４の出力光の位相を変化させる位相調整導波路５，６と、位相調整導波路５の出力光と位相調整導波路６の出力光を合波する合波器７と、変調導波路３，４の入力電圧と出力光の振幅の関係に基づいて、変調導波路３の出力光が所定の位相値となる場合の変調導波路３の出力光の振幅と変調導波路４からの出力光の振幅との加算結果と変調導波路４の出力光が所定の位相値となる場合の変調導波路３の出力光の振幅と変調導波路４の出力光の振幅との加算結果とが等しくなるよう変調導波路３，４の印加電圧を制御する利得制御部１３および変調バイアス制御部１４と、位相誤差を打ち消すよう位相調整導波路５，６を制御する位相調整バイアス制御部１５と、を備える。
【解決手段】変調導波路３，４と、分波器２と、変調導波路３，４の出力光の位相を変化させる位相調整導波路５，６と、位相調整導波路５の出力光と位相調整導波路６の出力光を合波する合波器７と、変調導波路３，４の入力電圧と出力光の振幅の関係に基づいて、変調導波路３の出力光が所定の位相値となる場合の変調導波路３の出力光の振幅と変調導波路４からの出力光の振幅との加算結果と変調導波路４の出力光が所定の位相値となる場合の変調導波路３の出力光の振幅と変調導波路４の出力光の振幅との加算結果とが等しくなるよう変調導波路３，４の印加電圧を制御する利得制御部１３および変調バイアス制御部１４と、位相誤差を打ち消すよう位相調整導波路５，６を制御する位相調整バイアス制御部１５と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器および光変調方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速光通信における位相変調器としてマッハツェンダ型変調器が実用化されている。従来、マッハツェンダ変調器にはニオブ酸リチウム等の強誘電体を材料にした変調器が用いられてきた（例えば、下記特許文献１参照）。また、デバイスの小型低消費電力化を図り、半導体を材料とする半導体マッハツェンダ変調器の実用化が進んでいる（例えば、下記非特許文献１参照）。
【０００３】
半導体マッハツェンダ変調器では、例えば、以下に述べるような構成を有する。第１の変調導波路が第１のアームを構成し、第２の変調導波路が第２のアームを構成する。光源からの出力される光は、分波器により第１のアームと第２のアームに分波されて入力され、第１のアームと第２のアームでそれぞれ位相変調を受けた後、合波器により合波され出力される。
【０００４】
信号源が伝送する符号に基づいて生成した差動変調信号は、ドライバで増幅され、第１および第２のバイアスティーによりバイアスが印加されて第１および第２の変調導波路にそれぞれ電圧として入力される。第１および第２の変調導波路では、入力された電圧に応じて導波路屈折率が変化し、これにより通過する光の位相を変調する。ドライバの利得は利得制御部により制御され、第１および第２のバイアスティーは変調バイアス制御部から印加される電圧により制御される。
【０００５】
このような半導体マッハツェンダ変調器を用いて、位相変調を行う動作について説明する。合波器から出力される出力光は、合波される各アームの振幅の和となる。利得制御部は、第１および第２のアームにより変調された光が、それぞれ、位相変化量πとなるようドライバの利得を調整する。また、第１および第２の変調導波路における位相変化の範囲は、互いにπシフトした範囲となり、第１および第２の変調導波路から出力される位相が互いに逆位相となるように調整される。例えば、第１の変調導波路における位相変化の範囲を０〜πとするとき、第２の変調導波路における位相変化の範囲はπ〜２πとなる。これにより、合波器から出力される出力光は、振幅が同一で位相差がπの２種類の状態（例えば、０とπ）を有することになり、この２種類の状態を伝送する符号［０］、［１］にそれぞれ対応させることで、位相変調方式により伝送を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１７１６３４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】渡辺ほか，「2010年 電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集」，エレクトロニクスC-3-54，２０１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の半導体マッハツェンダ変調器では、量子閉じ込めシュタルク効果により位相変調を行うことにより、第１および第２の変調導波路において変調信号の電圧に応じて原理上屈折率の変化と同時に吸収量が変化する。このため、第１および第２の変調導波路を通過する光には位相変化と同時に振幅も変化することになり、出力光の振幅は符号［０］の場合と符号［１］の場合で大きさが異なる、という問題があった。この結果、位相変調時に強度が変動し、伝送特性を劣化させる課題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、位相変調時に符号の値によらず出力される光強度を一定とすることができる光変調器および光変調方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、符号に基づいて生成された電気信号である第１の変調信号に基づいて位相変調を行う第１の変調導波路と、前記第１の変調信号と差動信号の対をなす電気信号である第２の変調信号に基づいて位相変調を行う第２の変調導波路と、入力光を前記第１の変調導波路への入力光と前記第２の変調導波路への入力光とに分波する分波器と、前記第１の変調導波路により位相変調された光の位相を変化させる第１の位相調整導波路と、前記第２の変調導波路により位相変調された光の位相を変化させる第２の位相調整導波路と、前記第１の位相調整導波路からの出力光と前記第２の位相調整導波路からの出力光とを合波して位相変調光として出力する合波器と、前記第１の変調信号および前記第２の変調信号の電圧値を制御する印加電圧制御部と、前記第１の位相調整導波路および前記第２の位相調整導波路が変化させる位相量を制御する位相調整バイアス制御部と、を備え、前記印加電圧制御部は、前記第１の変調導波路および前記第２の変調導波路における入力電圧と出力光の振幅との関係を示す特性に基づいて、前記第１の変調導波路からの出力光と前記第２の変調導波路からの出力光が所定の位相値となる場合の前記第１の変調導波路からの出力光の振幅と前記第２の変調導波路からの出力光の振幅との加算結果と、前記第１の変調導波路からの出力光と前記第２の変調導波路からの出力光が前記と異なる所定の位相値となる場合の前記第１の変調導波路からの出力光の振幅と前記第２の変調導波路からの出力光の振幅との加算結果と、が等しくなるよう前記第１の変調信号および前記第２の変調信号の電圧値を制御し、前記位相調整バイアス制御部は、前記印加電圧制御部の制御により生じた所望の値からの位相誤差を打ち消すよう前記第１の位相調整導波路および前記第２の位相調整導波路が変化させる位相量を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、位相変調時に符号の値によらず出力される光強度を一定とすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施の形態１の光変調器の構成例を示す図である。
【図２】図２は、第１のアームにより変調された第１の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【図３】図３は、第２のアームにより変調された第２の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【図４】図４は、合波器から出力される光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【図５】図５は、吸収を考慮した場合の第１のアームにより変調された第１の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【図６】図６は、吸収を考慮した場合の第２のアームにより変調された第２の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【図７】図７は、吸収を考慮した場合の合波器から出力される光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【図８】図８は、変調導波路に印加する変調信号の電圧値と第１のアームにより変調され出力される光の振幅の絶対値との関係の一例を示す図である。
【図９】図９は、変調導波路に印加する変調信号の電圧値と第２のアームにより変調され出力される光の振幅の絶対値との関係の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、調整後に第１のアームにより変調された第１の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、調整後に第２のアームにより変調された第２の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、調整後に合波器から出力される光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、多値変調を行う光変調器の構成例を示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態２の光変調器の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる光変調器および光変調方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる光変調器の実施の形態１の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の光変調器は、半導体マッハツェンダ変調器であり、光源１と、分波器２と、変調導波路３，４（第１の変調導波路，第２の変調導波路）と、位相調整導波路５，６と、合波器７と、信号源８と、ドライバ（増幅部）９，１０と、バイアスティー（バイアス印加部）１１，１２と、利得制御部１３と、変調バイアス制御部１４と、位相調整バイアス制御部１５と、を備える。なお、ここでは、光変調器が半導体マッハツェンダ変調器である例について説明するが、本実施の形態は他の同様の構成を有する光変調器にも適用可能である。
【００１５】
変調導波路３と位相調整導波路５は第１のアームを構成し、変調導波路４と位相調整導波路６は第２のアームを構成する。光源１から出力された光は分波器２により分波されて、第１アームと第２のアームにそれぞれ入力される。第１アームと第２のアームに入力された光は、それぞれ位相変調された後に合波器７に入力され、合波器７は第１アームから出力される光と第２のアームから出力される光とを合波して出力する。
【００１６】
また、ドライバ９，１０は、伝送する符号に基づいて信号源８が生成した差動変調信号（Ｄａｔａと、Ｄａｔａの反転信号であるＤａｔａ（バー））をそれぞれ個別の利得で増幅する。バイアスティー１１は、増幅器９により増幅された信号にバイアス（電圧）を印加し、バイアス印加後の信号を変調導波路３へ電圧として印加する。また、バイアスティー１２は、増幅器１０により増幅された信号にバイアスを印加し、バイアス印加後の信号を変調導波路４へ電圧として入力する。
【００１７】
変調導波路３と変調導波路４では、入力された電圧に応じて導波路屈折率が変化する。これにより、変調導波路３と変調導波路４は、入力された電圧に応じて通過する光の位相を変調する。
【００１８】
ドライバ９およびドライバ１０における利得は利得制御部により制御され、バイアスティー１１およびバイアスティー１２は、変調バイアス制御部１４から印加される電圧に応じてバイアスを印加する。位相調整導波路５と位相調整導波路６には、それぞれ位相調整バイアス制御部１５より電圧が印加される。バイアスティー１１およびバイアスティー１２が印加するバイアスは、変調導波路３，４における光変調の動作点を制御するために印加される電圧であり、変調バイアス制御部１４は、変調導波路３，４における動作点が所望の動作点となるよう制御する。
【００１９】
ここで、半導体マッハツェンダ変調器を用いた位相変調の基本動作について説明する。図２は、第１のアームにより変調された第１の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図であり、図３は、第２のアームにより変調された第２の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。また、図４は、合波器７から出力される光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。図２〜４では、原点からの距離が光の振幅の絶対値を示し、Ｘ軸（横軸）からの角度が、光の位相を示している。図２〜４は、変調導波路３，４における吸収が無い場合の様子を示している。
【００２０】
図２に示すように、第１の変調光の振幅および位相は、振幅が一定で、位相０の点１８と位相πの点１７との間を結ぶ図２に示した軌跡１６を描く。ここでは、第１の変調光の位相変化の範囲すなわち軌跡１６の位相変化の範囲を０からπまでであるとする。変調導波路３と変調導波路４には、差動変調信号が入力されるため、位相調整導波路５により変調された光と位相調整導波路６により変調された光とは逆位相となる。しかし、製造誤差や、後述の符号によらず合波器７からの出力光を一定とするための制御等により理想値とならない場合もある。このため、位相調整バイアス制御部１５は、位相調整導波路５と位相調整導波路６に印加する電圧により第１の変調光と第２の変調光との位相誤差（所望の位相からのずれ）の補正を行うよう調整する。
【００２１】
このようにして、図３に示すように、第２の変調光の振幅および位相は、振幅が一定で、位相πの点２０と位相２πの点２１との間を結ぶ図３に示した軌跡１９を描く。例えば、第１の変調光の位相が０のときは第２の変調光はπであり、第１の変調光の位相がπのときは第２の変調光は２π（＝０）である。第１の変調光の位相が０からπへ軌跡１６により変化するときには、第１の変調光の位相が２πからπへ軌跡１９を描いて変化する。
【００２２】
従って、図４に示すように合波器７からの出力光の位相および振幅の軌跡２２は、位相πの点２３と位相０の点２４の間を結ぶ軌跡となり、位相πのときと位相０の場合以外では振幅が０となり、合波器７からの出力光は位相πと０の２種類の位相を有することになる。この位相の２種類の状態をそれぞれ伝送する符号［０］、［１］に対応させることで位相変調を行うことができる。
【００２３】
一方、半導体マッハツェンダ変調器では量子閉じ込めシュタルク効果により変調導波路３，４の屈折率を変化させることにより変調を行っている。このため、変調信号の電圧に応じて原理上屈折率の変化と同時に吸収量が変化する。
【００２４】
図５は、吸収を考慮した場合の第１のアームにより変調された第１の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図であり、図６は、吸収を考慮した場合の第２のアームにより変調された第２の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。また、図７は、吸収を考慮した場合の合波器７から出力される光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【００２５】
図５に示すように、第１の変調光の振幅と位相は、位相πの点２６と位相０の点２７を結ぶ軌跡２５を描き、位相変化と同時に振幅の大きさも変化してしまう。同様に、図６に示すように、第２の変調光の振幅と位相は、位相πの点２９と位相０の点３０を結ぶ軌跡２８を描き、位相変化と同時に振幅の大きさも変化する。従って、図７に示すように、合波器７からの出力光の位相および振幅の軌跡３１は、位相πの点３２と位相０の点３３の間を結ぶ軌跡となり、符号が［０］の場合と［１］の場合とで合波器７からの出力光の振幅が異なってしまう。
【００２６】
図８は変調導波路３に印加する変調信号の電圧値（変調信号電圧）と第１のアームにより変調され出力される光の振幅の絶対値との関係の一例を示す図である。変調導波路３，４における吸収を考慮した場合、変調信号電圧と出力される光の振幅の絶対値の関係は図８に例示したように、非線形となり、その関係も一般に導波路ごとに異なる形状となる。また、図９は変調導波路４に印加する変調信号の電圧値と第２のアームにより変調され出力される光の振幅の絶対値との関係の一例を示す図である。
【００２７】
図８に示すように、変調導波路３に印加する変調信号電圧が、Ｖ３とＶ４の間で変化すると、第１のアームにより変調され出力される光の振幅の絶対値は、Ａ３からＡ４まで変化する。Ａ３は図５における位相０の場合（点２７）の振幅の絶対値であり、Ａ４は図５における位相πの場合（点２６）の振幅の絶対値である。一方、変調導波路４に印加する変調信号電圧が図９のＶ５とＶ６の間で変化すると、第２のアームにより変調され出力される光の振幅の絶対値は、Ａ５からＡ６まで変化する。Ａ５は図６における位相π（点２９）の振幅の絶対値、Ａ６は図６における位相２π（点３０）の振幅の絶対値である。この結果、符号［０］を出力する場合の振幅Ａ［０］は以下の式（１）で表され、符号［１］を出力する場合の振幅Ａ［１］は以下の式（２）で表される。
Ａ［０］＝Ａ３＋Ａ６ …（１）
Ａ［１］＝Ａ４＋Ａ５ …（２）
【００２８】
上記の式（１）と式（２）で示されるＡ［０］とＡ［１］とで値が異なる場合、図７に示すように符号により強度が異なることになる。このように変調導波路３と変調導波路４とで吸収の特性に非対称性がある場合に、符号の値（符号が［０］であるか［１］であるか）によって合波器７からの出力光の強度が異なる。また、分波器２，合波器７において第１のアームと第２のアームで非対称があると、同様に合波器７からの出力光の強度が異なる。従来の位相変調方法では、このように、位相変調時に強度が変動し、伝送特性を劣化させるという問題があった。
【００２９】
これに対し、本実施の形態では、以下の述べる動作を行うことにより、合波器７８からの出力光の強度の変動を防ぐ。上述のように、上記式（１）および式（２）で示したＡ［０］とＡ［１］とで値が異なる場合、符号により強度が異なる。そこで、本実施の形態では、変調導波路３に印加する変調信号電圧が図８に示したＶ１とＶ２の間で変化するように、ドライバ９の利得と変調導波路３に印加する変調信号のバイアスとを調整する。これにより、第１のアームから出力される出力光の振幅の絶対値は、Ａ１からＡ２まで変化する。
【００３０】
変調信号電圧のバイアスを変化させると、変調導波路３での変調時の絶対的な位相が変化する。このため、本実施の形態では、位相調整導波路５により変調導波路３から出力される出力光の位相を調整することにより変調信号電圧のバイアスを変化させたことによる影響を打ち消すよう、位相調整バイアス制御部１５が位相調整導波路５を制御する。
【００３１】
図１０は、上述の調整後に第１のアームにより変調された第１の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図であり、図１１は、上述の調整後に第２のアームにより変調された第２の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。また、図１２は、上述の調整後に合波器７から出力される光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【００３２】
図１０に示すように、上述の調整後の第１の変調光の振幅と位相は、位相πの点３５と位相０の点３６を結ぶ軌跡３４を描く。また、図１１に示すように、第２の変調光の振幅と位相は、位相πの点３８と位相０の点３９を結ぶ軌跡３７を描く。従って、図１２に示すように、合波器７からの出力光の位相および振幅は、位相πの点４０と位相０の点４２の間を結ぶ軌跡４１を描く。
【００３３】
この場合、符号［０］を出力する時の振幅Ａ［０］´は以下の式（３）で表され、符号［１］を出力する時の振幅Ａ［１］´は以下の式（４）で表される。
Ａ［０］´＝Ａ１＋Ａ６ …（３）
Ａ［１］´＝Ａ２＋Ａ５ …（４）
【００３４】
従って、上記式（３）および（４）に記載のＡ［０］´とＡ［１］´とが等しくなるよう、図８に示した変調信号の電圧値（変調信号電圧）と第１のアームにより変調され出力される光の振幅の絶対値との関係に基づいて、利得制御部１３および変調バイアス制御部１４により変調信号電圧の変化範囲（Ｖ１，Ｖ２）を決定すればよい。Ｖ１，Ｖ２の決定方法は、どのような方法でもよいが、例えば、変調バイアス制御部１４が印加するバイアス電圧値を所定の値だけ変化させ、その後、Ａ１＋Ａ６＝Ａ２＋Ａ５となるようＡ１、Ａ２を決定し、図８に示した変調信号の電圧値（変調信号電圧）と第１のアームにより変調され出力される光の振幅の絶対値との関係に基づいて対応するＶ１，Ｖ２を求める。これに基づきドライバ９の利得を決定する。
【００３５】
そして、位相調整バイアス制御部１５が、変調信号電圧の変化範囲を変更したことによる位相ずれを調整するよう位相調整導波路５を制御する。
【００３６】
なお、ここでは、変調導波路３に印加する変調信号電圧の変化範囲を変更してＡ［０］´とＡ［１］´とが等しくなるようにしたが、変調導波路３に印加する変調信号電圧の変化範囲は変えずに変調導波路４に印加する変調信号電圧の変化範囲を変更してＡ［０］´とＡ［１］´とが等しくなるようにしてもよい。さらに、変調導波路３に印加する変調信号電圧の変化範囲と変調導波路４に印加する変調信号電圧の変化範囲との両方を変更してＡ［０］´とＡ［１］´とが等しくなるようにしてもよい。
【００３７】
また、ここでは、変調信号電圧の変化範囲（すなわちドライバ９，１０の利得）とバイアス電圧との両方を変更してＡ［０］´とＡ［１］´とが等しくなるようにしたが、いずれか一方のみを変更してＡ［０］´とＡ［１］´とが等しくなるようにしてもよい。
【００３８】
なお、本実施の形態では、符号が［０］または［１］の２値変調を行う場合を例に説明したが、第１のアームおよび第２のアームで構成される位相変調部を複数備え、分波器２が、これら複数の位相変調部の各アームに対して分波した光を入力し、信号源８が各アームに多値の差動変調信号を入力する多値変調を行う光変調器にも同様に本実施の形態の動作を適用することができる。
【００３９】
図１３は、多値変調を行う光変調器の構成例を示す図である。図１３に示す光変調器は第１のアームおよび第２のアームで構成される位相変調部１１６、２１６を備える。この例において、多値変調信号は差動四相位相偏移変調信号であるとする。位相変調部１１６の変調導波路１０３、１０４にはＩ成分に対応する差動変調信号が入力される。位相変調部１１６は、変調導波路１０３と変調導波路１０４から出力される光の振幅の絶対値を加算した結果が符号[０]と符号[１]の場合で等しくなるように制御される。すなわち、図１における上記説明と同様に、利得制御部１１３と変調バイアス制御部１１４の少なくとも一方を用いて変調信号電圧の変化範囲およびバイアス電圧が決定される。位相変調部２１６の変調導波路２０３、２０４にはＱ成分に対応する差動変調信号が入力される。制御方法は位相変調部１１６と同様である。分波器２と分波器２０２、または、合波器２０７と合波器７の間には図示していないπ／２位相シフタが設けられている。Ｑ成分は位相シフタによりπ／２の位相差が与えられた後に、合波器７においてＩ成分と合波される。なお、入力される多値変調信号は差動四相位相偏移変調信号に限られず、他の変調方式でもよい。また、位相変調部の数を増やすことも可能である。後述する２値変調についての説明は、多値変調に対しても適用することができる。
【００４０】
なお、本実施の形態では、利得制御部１３および変調バイアス制御部１４を独立した構成要素としているが、利得制御部１３および変調バイアス制御部１４により、変調導波路３と変調導波路４に印加する電圧を調整しているため、２つを統合して１つの印加電圧制御部として構成してもよい。
【００４１】
以上のように、本実施の形態では、Ａ［０］´とＡ［１］´とが等しくなるよう、変調導波路３，４の少なくとも一方に印加する変調信号電圧の変化範囲を変更し、変化範囲の変更に伴う位相の変化を補正するよう位相調整バイアス制御部１５が位相調整導波路５を制御するようにした。このため、変調導波路３，４での吸収がある場合にも、符号の値に依存する強度の差をなくすことができる。従って、強度の変動のない変調を行うことができ、これにより変調導波路において吸収のある半導体マッハツェンダ変調器でも、吸収による伝送特性の劣化を防ぐことができる。
【００４２】
実施の形態２．
図１４は、本発明にかかる光変調器の実施の形態２の構成例を示す図である。本実施の形態の光変調器は、ドライバ９，１０の代わりにドライバ５１を備え、利得制御部１３の代わりに利得制御部５２を備える以外は、実施の形態１の光変調器と同様である。
【００４３】
実施の形態１では、変調導波路３と変調導波路４に対して印加する変調信号（電圧）の振幅を独立に調整したが、本実施の形態では、変調導波路３，４における単位印加電圧当たりの位相変化が一定であると見なせる場合を想定し、変調導波路３と変調導波路４に対して印加する変調信号（電圧）の振幅が同一となるよう調整する。
【００４４】
ドライバ５１は、伝送する符号に基づいて信号源８が生成した差動変調信号（Ｄａｔａと、Ｄａｔａの反転信号であるＤａｔａ（バー））を同一の利得で増幅する。一方、本実施の形態では、変調導波路３と変調導波路４に対してバイアス電圧については実施の形態１と同様に、Ａ［０］´とＡ［１］´とが等しくなるよう、それぞれ独立に制御する。そして、実施の形態１と同様に、位相調整バイアス制御部１５が、変調信号電圧の変化範囲を変更したことによる位相ずれを調整するよう位相調整導波路５を制御する。以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。
【００４５】
このように、本実施の形態は、調導波路３と変調導波路４に対して印加する変調信号の振幅を制御するドライバを１つとし、変調導波路３と変調導波路４に対してＡ［０］´とＡ［１］´とが等しくなるようバイアス電圧を調整するようにした。これにより、実施の形態１に比べ簡易な構成で、変調導波路３，４での吸収がある場合にも、符号の値に依存する強度の差をなくすことができる。従って、強度の変動のない変調を行うことができ、これにより変調導波路において吸収のある半導体マッハツェンダ変調器でも、吸収による伝送特性の劣化を防ぐことができる。
【符号の説明】
【００４６】
１ 光源
２，１０２，２０２ 分波器
３，４，１０３，１０３，２０３，２０４ 変調導波路
５，６，１０５，１０６，２０５，２０６ 位相調整導波路
７，１０７，２０７ 合波器
８ 信号源
９，１０，５１，１０９，１１０，２０９，２１０ ドライバ
１１，１２，１１１，１１２，２１１，２１２ バイアスティー
１３，５２，１１３，２１３ 利得制御部
１４，１１４ 変調バイアス制御部
１５，１１５，２１５ 位相調整バイアス制御部
１６，１９，２２，２５，２８，３１，３４，３７，４１ 軌跡
１７，１８，２０，２１，２３，２４，２６，２７，２９，３０，３２，３３，３５，３６，３８．３９，４０，４２ 点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器および光変調方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速光通信における位相変調器としてマッハツェンダ型変調器が実用化されている。従来、マッハツェンダ変調器にはニオブ酸リチウム等の強誘電体を材料にした変調器が用いられてきた（例えば、下記特許文献１参照）。また、デバイスの小型低消費電力化を図り、半導体を材料とする半導体マッハツェンダ変調器の実用化が進んでいる（例えば、下記非特許文献１参照）。
【０００３】
半導体マッハツェンダ変調器では、例えば、以下に述べるような構成を有する。第１の変調導波路が第１のアームを構成し、第２の変調導波路が第２のアームを構成する。光源からの出力される光は、分波器により第１のアームと第２のアームに分波されて入力され、第１のアームと第２のアームでそれぞれ位相変調を受けた後、合波器により合波され出力される。
【０００４】
信号源が伝送する符号に基づいて生成した差動変調信号は、ドライバで増幅され、第１および第２のバイアスティーによりバイアスが印加されて第１および第２の変調導波路にそれぞれ電圧として入力される。第１および第２の変調導波路では、入力された電圧に応じて導波路屈折率が変化し、これにより通過する光の位相を変調する。ドライバの利得は利得制御部により制御され、第１および第２のバイアスティーは変調バイアス制御部から印加される電圧により制御される。
【０００５】
このような半導体マッハツェンダ変調器を用いて、位相変調を行う動作について説明する。合波器から出力される出力光は、合波される各アームの振幅の和となる。利得制御部は、第１および第２のアームにより変調された光が、それぞれ、位相変化量πとなるようドライバの利得を調整する。また、第１および第２の変調導波路における位相変化の範囲は、互いにπシフトした範囲となり、第１および第２の変調導波路から出力される位相が互いに逆位相となるように調整される。例えば、第１の変調導波路における位相変化の範囲を０〜πとするとき、第２の変調導波路における位相変化の範囲はπ〜２πとなる。これにより、合波器から出力される出力光は、振幅が同一で位相差がπの２種類の状態（例えば、０とπ）を有することになり、この２種類の状態を伝送する符号［０］、［１］にそれぞれ対応させることで、位相変調方式により伝送を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１７１６３４号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】渡辺ほか，「2010年 電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集」，エレクトロニクスC-3-54，２０１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記従来の半導体マッハツェンダ変調器では、量子閉じ込めシュタルク効果により位相変調を行うことにより、第１および第２の変調導波路において変調信号の電圧に応じて原理上屈折率の変化と同時に吸収量が変化する。このため、第１および第２の変調導波路を通過する光には位相変化と同時に振幅も変化することになり、出力光の振幅は符号［０］の場合と符号［１］の場合で大きさが異なる、という問題があった。この結果、位相変調時に強度が変動し、伝送特性を劣化させる課題があった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、位相変調時に符号の値によらず出力される光強度を一定とすることができる光変調器および光変調方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、符号に基づいて生成された電気信号である第１の変調信号に基づいて位相変調を行う第１の変調導波路と、前記第１の変調信号と差動信号の対をなす電気信号である第２の変調信号に基づいて位相変調を行う第２の変調導波路と、入力光を前記第１の変調導波路への入力光と前記第２の変調導波路への入力光とに分波する分波器と、前記第１の変調導波路により位相変調された光の位相を変化させる第１の位相調整導波路と、前記第２の変調導波路により位相変調された光の位相を変化させる第２の位相調整導波路と、前記第１の位相調整導波路からの出力光と前記第２の位相調整導波路からの出力光とを合波して位相変調光として出力する合波器と、前記第１の変調信号および前記第２の変調信号の電圧値を制御する印加電圧制御部と、前記第１の位相調整導波路および前記第２の位相調整導波路が変化させる位相量を制御する位相調整バイアス制御部と、を備え、前記印加電圧制御部は、前記第１の変調導波路および前記第２の変調導波路における入力電圧と出力光の振幅との関係を示す特性に基づいて、前記第１の変調導波路からの出力光と前記第２の変調導波路からの出力光が所定の位相値となる場合の前記第１の変調導波路からの出力光の振幅と前記第２の変調導波路からの出力光の振幅との加算結果と、前記第１の変調導波路からの出力光と前記第２の変調導波路からの出力光が前記と異なる所定の位相値となる場合の前記第１の変調導波路からの出力光の振幅と前記第２の変調導波路からの出力光の振幅との加算結果と、が等しくなるよう前記第１の変調信号および前記第２の変調信号の電圧値を制御し、前記位相調整バイアス制御部は、前記印加電圧制御部の制御により生じた所望の値からの位相誤差を打ち消すよう前記第１の位相調整導波路および前記第２の位相調整導波路が変化させる位相量を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、位相変調時に符号の値によらず出力される光強度を一定とすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施の形態１の光変調器の構成例を示す図である。
【図２】図２は、第１のアームにより変調された第１の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【図３】図３は、第２のアームにより変調された第２の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【図４】図４は、合波器から出力される光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【図５】図５は、吸収を考慮した場合の第１のアームにより変調された第１の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【図６】図６は、吸収を考慮した場合の第２のアームにより変調された第２の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【図７】図７は、吸収を考慮した場合の合波器から出力される光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【図８】図８は、変調導波路に印加する変調信号の電圧値と第１のアームにより変調され出力される光の振幅の絶対値との関係の一例を示す図である。
【図９】図９は、変調導波路に印加する変調信号の電圧値と第２のアームにより変調され出力される光の振幅の絶対値との関係の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、調整後に第１のアームにより変調された第１の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、調整後に第２のアームにより変調された第２の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、調整後に合波器から出力される光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、多値変調を行う光変調器の構成例を示す図である。
【図１４】図１４は、実施の形態２の光変調器の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる光変調器および光変調方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる光変調器の実施の形態１の構成例を示す図である。図１に示すように、本実施の形態の光変調器は、半導体マッハツェンダ変調器であり、光源１と、分波器２と、変調導波路３，４（第１の変調導波路，第２の変調導波路）と、位相調整導波路５，６と、合波器７と、信号源８と、ドライバ（増幅部）９，１０と、バイアスティー（バイアス印加部）１１，１２と、利得制御部１３と、変調バイアス制御部１４と、位相調整バイアス制御部１５と、を備える。なお、ここでは、光変調器が半導体マッハツェンダ変調器である例について説明するが、本実施の形態は他の同様の構成を有する光変調器にも適用可能である。
【００１５】
変調導波路３と位相調整導波路５は第１のアームを構成し、変調導波路４と位相調整導波路６は第２のアームを構成する。光源１から出力された光は分波器２により分波されて、第１アームと第２のアームにそれぞれ入力される。第１アームと第２のアームに入力された光は、それぞれ位相変調された後に合波器７に入力され、合波器７は第１アームから出力される光と第２のアームから出力される光とを合波して出力する。
【００１６】
また、ドライバ９，１０は、伝送する符号に基づいて信号源８が生成した差動変調信号（Ｄａｔａと、Ｄａｔａの反転信号であるＤａｔａ（バー））をそれぞれ個別の利得で増幅する。バイアスティー１１は、増幅器９により増幅された信号にバイアス（電圧）を印加し、バイアス印加後の信号を変調導波路３へ電圧として印加する。また、バイアスティー１２は、増幅器１０により増幅された信号にバイアスを印加し、バイアス印加後の信号を変調導波路４へ電圧として入力する。
【００１７】
変調導波路３と変調導波路４では、入力された電圧に応じて導波路屈折率が変化する。これにより、変調導波路３と変調導波路４は、入力された電圧に応じて通過する光の位相を変調する。
【００１８】
ドライバ９およびドライバ１０における利得は利得制御部により制御され、バイアスティー１１およびバイアスティー１２は、変調バイアス制御部１４から印加される電圧に応じてバイアスを印加する。位相調整導波路５と位相調整導波路６には、それぞれ位相調整バイアス制御部１５より電圧が印加される。バイアスティー１１およびバイアスティー１２が印加するバイアスは、変調導波路３，４における光変調の動作点を制御するために印加される電圧であり、変調バイアス制御部１４は、変調導波路３，４における動作点が所望の動作点となるよう制御する。
【００１９】
ここで、半導体マッハツェンダ変調器を用いた位相変調の基本動作について説明する。図２は、第１のアームにより変調された第１の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図であり、図３は、第２のアームにより変調された第２の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。また、図４は、合波器７から出力される光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。図２〜４では、原点からの距離が光の振幅の絶対値を示し、Ｘ軸（横軸）からの角度が、光の位相を示している。図２〜４は、変調導波路３，４における吸収が無い場合の様子を示している。
【００２０】
図２に示すように、第１の変調光の振幅および位相は、振幅が一定で、位相０の点１８と位相πの点１７との間を結ぶ図２に示した軌跡１６を描く。ここでは、第１の変調光の位相変化の範囲すなわち軌跡１６の位相変化の範囲を０からπまでであるとする。変調導波路３と変調導波路４には、差動変調信号が入力されるため、位相調整導波路５により変調された光と位相調整導波路６により変調された光とは逆位相となる。しかし、製造誤差や、後述の符号によらず合波器７からの出力光を一定とするための制御等により理想値とならない場合もある。このため、位相調整バイアス制御部１５は、位相調整導波路５と位相調整導波路６に印加する電圧により第１の変調光と第２の変調光との位相誤差（所望の位相からのずれ）の補正を行うよう調整する。
【００２１】
このようにして、図３に示すように、第２の変調光の振幅および位相は、振幅が一定で、位相πの点２０と位相２πの点２１との間を結ぶ図３に示した軌跡１９を描く。例えば、第１の変調光の位相が０のときは第２の変調光はπであり、第１の変調光の位相がπのときは第２の変調光は２π（＝０）である。第１の変調光の位相が０からπへ軌跡１６により変化するときには、第１の変調光の位相が２πからπへ軌跡１９を描いて変化する。
【００２２】
従って、図４に示すように合波器７からの出力光の位相および振幅の軌跡２２は、位相πの点２３と位相０の点２４の間を結ぶ軌跡となり、位相πのときと位相０の場合以外では振幅が０となり、合波器７からの出力光は位相πと０の２種類の位相を有することになる。この位相の２種類の状態をそれぞれ伝送する符号［０］、［１］に対応させることで位相変調を行うことができる。
【００２３】
一方、半導体マッハツェンダ変調器では量子閉じ込めシュタルク効果により変調導波路３，４の屈折率を変化させることにより変調を行っている。このため、変調信号の電圧に応じて原理上屈折率の変化と同時に吸収量が変化する。
【００２４】
図５は、吸収を考慮した場合の第１のアームにより変調された第１の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図であり、図６は、吸収を考慮した場合の第２のアームにより変調された第２の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。また、図７は、吸収を考慮した場合の合波器７から出力される光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【００２５】
図５に示すように、第１の変調光の振幅と位相は、位相πの点２６と位相０の点２７を結ぶ軌跡２５を描き、位相変化と同時に振幅の大きさも変化してしまう。同様に、図６に示すように、第２の変調光の振幅と位相は、位相πの点２９と位相０の点３０を結ぶ軌跡２８を描き、位相変化と同時に振幅の大きさも変化する。従って、図７に示すように、合波器７からの出力光の位相および振幅の軌跡３１は、位相πの点３２と位相０の点３３の間を結ぶ軌跡となり、符号が［０］の場合と［１］の場合とで合波器７からの出力光の振幅が異なってしまう。
【００２６】
図８は変調導波路３に印加する変調信号の電圧値（変調信号電圧）と第１のアームにより変調され出力される光の振幅の絶対値との関係の一例を示す図である。変調導波路３，４における吸収を考慮した場合、変調信号電圧と出力される光の振幅の絶対値の関係は図８に例示したように、非線形となり、その関係も一般に導波路ごとに異なる形状となる。また、図９は変調導波路４に印加する変調信号の電圧値と第２のアームにより変調され出力される光の振幅の絶対値との関係の一例を示す図である。
【００２７】
図８に示すように、変調導波路３に印加する変調信号電圧が、Ｖ３とＶ４の間で変化すると、第１のアームにより変調され出力される光の振幅の絶対値は、Ａ３からＡ４まで変化する。Ａ３は図５における位相０の場合（点２７）の振幅の絶対値であり、Ａ４は図５における位相πの場合（点２６）の振幅の絶対値である。一方、変調導波路４に印加する変調信号電圧が図９のＶ５とＶ６の間で変化すると、第２のアームにより変調され出力される光の振幅の絶対値は、Ａ５からＡ６まで変化する。Ａ５は図６における位相π（点２９）の振幅の絶対値、Ａ６は図６における位相２π（点３０）の振幅の絶対値である。この結果、符号［０］を出力する場合の振幅Ａ［０］は以下の式（１）で表され、符号［１］を出力する場合の振幅Ａ［１］は以下の式（２）で表される。
Ａ［０］＝Ａ３＋Ａ６ …（１）
Ａ［１］＝Ａ４＋Ａ５ …（２）
【００２８】
上記の式（１）と式（２）で示されるＡ［０］とＡ［１］とで値が異なる場合、図７に示すように符号により強度が異なることになる。このように変調導波路３と変調導波路４とで吸収の特性に非対称性がある場合に、符号の値（符号が［０］であるか［１］であるか）によって合波器７からの出力光の強度が異なる。また、分波器２，合波器７において第１のアームと第２のアームで非対称があると、同様に合波器７からの出力光の強度が異なる。従来の位相変調方法では、このように、位相変調時に強度が変動し、伝送特性を劣化させるという問題があった。
【００２９】
これに対し、本実施の形態では、以下の述べる動作を行うことにより、合波器７８からの出力光の強度の変動を防ぐ。上述のように、上記式（１）および式（２）で示したＡ［０］とＡ［１］とで値が異なる場合、符号により強度が異なる。そこで、本実施の形態では、変調導波路３に印加する変調信号電圧が図８に示したＶ１とＶ２の間で変化するように、ドライバ９の利得と変調導波路３に印加する変調信号のバイアスとを調整する。これにより、第１のアームから出力される出力光の振幅の絶対値は、Ａ１からＡ２まで変化する。
【００３０】
変調信号電圧のバイアスを変化させると、変調導波路３での変調時の絶対的な位相が変化する。このため、本実施の形態では、位相調整導波路５により変調導波路３から出力される出力光の位相を調整することにより変調信号電圧のバイアスを変化させたことによる影響を打ち消すよう、位相調整バイアス制御部１５が位相調整導波路５を制御する。
【００３１】
図１０は、上述の調整後に第１のアームにより変調された第１の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図であり、図１１は、上述の調整後に第２のアームにより変調された第２の変調光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。また、図１２は、上述の調整後に合波器７から出力される光の振幅と位相の軌跡の一例を示す図である。
【００３２】
図１０に示すように、上述の調整後の第１の変調光の振幅と位相は、位相πの点３５と位相０の点３６を結ぶ軌跡３４を描く。また、図１１に示すように、第２の変調光の振幅と位相は、位相πの点３８と位相０の点３９を結ぶ軌跡３７を描く。従って、図１２に示すように、合波器７からの出力光の位相および振幅は、位相πの点４０と位相０の点４２の間を結ぶ軌跡４１を描く。
【００３３】
この場合、符号［０］を出力する時の振幅Ａ［０］´は以下の式（３）で表され、符号［１］を出力する時の振幅Ａ［１］´は以下の式（４）で表される。
Ａ［０］´＝Ａ１＋Ａ６ …（３）
Ａ［１］´＝Ａ２＋Ａ５ …（４）
【００３４】
従って、上記式（３）および（４）に記載のＡ［０］´とＡ［１］´とが等しくなるよう、図８に示した変調信号の電圧値（変調信号電圧）と第１のアームにより変調され出力される光の振幅の絶対値との関係に基づいて、利得制御部１３および変調バイアス制御部１４により変調信号電圧の変化範囲（Ｖ１，Ｖ２）を決定すればよい。Ｖ１，Ｖ２の決定方法は、どのような方法でもよいが、例えば、変調バイアス制御部１４が印加するバイアス電圧値を所定の値だけ変化させ、その後、Ａ１＋Ａ６＝Ａ２＋Ａ５となるようＡ１、Ａ２を決定し、図８に示した変調信号の電圧値（変調信号電圧）と第１のアームにより変調され出力される光の振幅の絶対値との関係に基づいて対応するＶ１，Ｖ２を求める。これに基づきドライバ９の利得を決定する。
【００３５】
そして、位相調整バイアス制御部１５が、変調信号電圧の変化範囲を変更したことによる位相ずれを調整するよう位相調整導波路５を制御する。
【００３６】
なお、ここでは、変調導波路３に印加する変調信号電圧の変化範囲を変更してＡ［０］´とＡ［１］´とが等しくなるようにしたが、変調導波路３に印加する変調信号電圧の変化範囲は変えずに変調導波路４に印加する変調信号電圧の変化範囲を変更してＡ［０］´とＡ［１］´とが等しくなるようにしてもよい。さらに、変調導波路３に印加する変調信号電圧の変化範囲と変調導波路４に印加する変調信号電圧の変化範囲との両方を変更してＡ［０］´とＡ［１］´とが等しくなるようにしてもよい。
【００３７】
また、ここでは、変調信号電圧の変化範囲（すなわちドライバ９，１０の利得）とバイアス電圧との両方を変更してＡ［０］´とＡ［１］´とが等しくなるようにしたが、いずれか一方のみを変更してＡ［０］´とＡ［１］´とが等しくなるようにしてもよい。
【００３８】
なお、本実施の形態では、符号が［０］または［１］の２値変調を行う場合を例に説明したが、第１のアームおよび第２のアームで構成される位相変調部を複数備え、分波器２が、これら複数の位相変調部の各アームに対して分波した光を入力し、信号源８が各アームに多値の差動変調信号を入力する多値変調を行う光変調器にも同様に本実施の形態の動作を適用することができる。
【００３９】
図１３は、多値変調を行う光変調器の構成例を示す図である。図１３に示す光変調器は第１のアームおよび第２のアームで構成される位相変調部１１６、２１６を備える。この例において、多値変調信号は差動四相位相偏移変調信号であるとする。位相変調部１１６の変調導波路１０３、１０４にはＩ成分に対応する差動変調信号が入力される。位相変調部１１６は、変調導波路１０３と変調導波路１０４から出力される光の振幅の絶対値を加算した結果が符号[０]と符号[１]の場合で等しくなるように制御される。すなわち、図１における上記説明と同様に、利得制御部１１３と変調バイアス制御部１１４の少なくとも一方を用いて変調信号電圧の変化範囲およびバイアス電圧が決定される。位相変調部２１６の変調導波路２０３、２０４にはＱ成分に対応する差動変調信号が入力される。制御方法は位相変調部１１６と同様である。分波器２と分波器２０２、または、合波器２０７と合波器７の間には図示していないπ／２位相シフタが設けられている。Ｑ成分は位相シフタによりπ／２の位相差が与えられた後に、合波器７においてＩ成分と合波される。なお、入力される多値変調信号は差動四相位相偏移変調信号に限られず、他の変調方式でもよい。また、位相変調部の数を増やすことも可能である。後述する２値変調についての説明は、多値変調に対しても適用することができる。
【００４０】
なお、本実施の形態では、利得制御部１３および変調バイアス制御部１４を独立した構成要素としているが、利得制御部１３および変調バイアス制御部１４により、変調導波路３と変調導波路４に印加する電圧を調整しているため、２つを統合して１つの印加電圧制御部として構成してもよい。
【００４１】
以上のように、本実施の形態では、Ａ［０］´とＡ［１］´とが等しくなるよう、変調導波路３，４の少なくとも一方に印加する変調信号電圧の変化範囲を変更し、変化範囲の変更に伴う位相の変化を補正するよう位相調整バイアス制御部１５が位相調整導波路５を制御するようにした。このため、変調導波路３，４での吸収がある場合にも、符号の値に依存する強度の差をなくすことができる。従って、強度の変動のない変調を行うことができ、これにより変調導波路において吸収のある半導体マッハツェンダ変調器でも、吸収による伝送特性の劣化を防ぐことができる。
【００４２】
実施の形態２．
図１４は、本発明にかかる光変調器の実施の形態２の構成例を示す図である。本実施の形態の光変調器は、ドライバ９，１０の代わりにドライバ５１を備え、利得制御部１３の代わりに利得制御部５２を備える以外は、実施の形態１の光変調器と同様である。
【００４３】
実施の形態１では、変調導波路３と変調導波路４に対して印加する変調信号（電圧）の振幅を独立に調整したが、本実施の形態では、変調導波路３，４における単位印加電圧当たりの位相変化が一定であると見なせる場合を想定し、変調導波路３と変調導波路４に対して印加する変調信号（電圧）の振幅が同一となるよう調整する。
【００４４】
ドライバ５１は、伝送する符号に基づいて信号源８が生成した差動変調信号（Ｄａｔａと、Ｄａｔａの反転信号であるＤａｔａ（バー））を同一の利得で増幅する。一方、本実施の形態では、変調導波路３と変調導波路４に対してバイアス電圧については実施の形態１と同様に、Ａ［０］´とＡ［１］´とが等しくなるよう、それぞれ独立に制御する。そして、実施の形態１と同様に、位相調整バイアス制御部１５が、変調信号電圧の変化範囲を変更したことによる位相ずれを調整するよう位相調整導波路５を制御する。以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態１と同様である。
【００４５】
このように、本実施の形態は、調導波路３と変調導波路４に対して印加する変調信号の振幅を制御するドライバを１つとし、変調導波路３と変調導波路４に対してＡ［０］´とＡ［１］´とが等しくなるようバイアス電圧を調整するようにした。これにより、実施の形態１に比べ簡易な構成で、変調導波路３，４での吸収がある場合にも、符号の値に依存する強度の差をなくすことができる。従って、強度の変動のない変調を行うことができ、これにより変調導波路において吸収のある半導体マッハツェンダ変調器でも、吸収による伝送特性の劣化を防ぐことができる。
【符号の説明】
【００４６】
１ 光源
２，１０２，２０２ 分波器
３，４，１０３，１０３，２０３，２０４ 変調導波路
５，６，１０５，１０６，２０５，２０６ 位相調整導波路
７，１０７，２０７ 合波器
８ 信号源
９，１０，５１，１０９，１１０，２０９，２１０ ドライバ
１１，１２，１１１，１１２，２１１，２１２ バイアスティー
１３，５２，１１３，２１３ 利得制御部
１４，１１４ 変調バイアス制御部
１５，１１５，２１５ 位相調整バイアス制御部
１６，１９，２２，２５，２８，３１，３４，３７，４１ 軌跡
１７，１８，２０，２１，２３，２４，２６，２７，２９，３０，３２，３３，３５，３６，３８．３９，４０，４２ 点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号に基づいて生成された電気信号である第１の変調信号に基づいて位相変調を行う第１の変調導波路と、
前記第１の変調信号と差動信号の対をなす電気信号である第２の変調信号に基づいて位相変調を行う第２の変調導波路と、
入力光を前記第１の変調導波路への入力光と前記第２の変調導波路への入力光とに分波する分波器と、
前記第１の変調導波路により位相変調された光の位相を変化させる第１の位相調整導波路と、
前記第２の変調導波路により位相変調された光の位相を変化させる第２の位相調整導波路と、
前記第１の位相調整導波路からの出力光と前記第２の位相調整導波路からの出力光とを合波して位相変調光として出力する合波器と、
前記第１の変調信号および前記第２の変調信号の電圧値を制御する印加電圧制御部と、
前記第１の位相調整導波路および前記第２の位相調整導波路が変化させる位相量を制御する位相調整バイアス制御部と、
を備え、
前記印加電圧制御部は、前記第１の変調導波路および前記第２の変調導波路における入力電圧と出力光の振幅との関係を示す特性に基づいて、前記第１の変調導波路からの出力光と前記第２の変調導波路からの出力光が所定の位相値となる場合の前記第１の変調導波路からの出力光の振幅と前記第２の変調導波路からの出力光の振幅との加算結果と、前記第１の変調導波路からの出力光と前記第２の変調導波路からの出力光が前記と異なる所定の位相値となる場合の前記第１の変調導波路からの出力光の振幅と前記第２の変調導波路からの出力光の振幅との加算結果と、が等しくなるよう前記第１の変調信号および前記第２の変調信号の電圧値を制御し、
前記位相調整バイアス制御部は、前記印加電圧制御部の制御により生じた所望の値からの位相誤差を打ち消すよう前記第１の位相調整導波路および前記第２の位相調整導波路が変化させる位相量を制御することを特徴とする光変調器。
【請求項２】
符号に基づいて生成された第１の電気信号と前記第１の電気信号と差動信号の対をなす電気信号である第２の電気信号とを増幅する増幅部と、
前記第１の電気信号に印加するバイアス電圧を調整する第１のバイアス印加部と、
前記第２の電気信号に印加するバイアス電圧を調整する第２のバイアス印加部と、
を備え、
前記第１の変調導波路に印加される前記第１の変調信号を、前記増幅部により増幅され、前記第１のバイアス印加部によりバイアス電圧が印加された前記第１の電気信号とし、
前記第２の変調導波路に印加される前記第２の変調信号を、前記増幅部により増幅され、前記第２のバイアス印加部によりバイアス電圧が印加された前記第２の電気信号とし、
前記印加電圧制御部は、
前記増幅部における利得を制御する利得制御部と、
前記第１のバイアス印加部および前記第２のバイアス印加部において印加する前記バイアス電圧を制御する変調バイアス制御部と、
を備え、
前記印加電圧制御部は、前記利得と前記バイアス電圧とのうち少なくとも一方を用いて前記第１の変調信号および前記第２の変調信号の電圧値を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記利得制御部は、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号に対応する利得をそれぞれ独立に制御する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項４】
前記利得制御部は、前記第１の電気信号に対応する利得と前記第２の電気信号に対応する利得とを同一とする、ことを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項５】
前記符号を、多値変調信号を構成する符号とし、
前記第１および第２の変調導波路と前記第１および第２の位相調整導波路とで構成される位相変調部を複数備え、
前記分波器は、入力光を複数の前記位相変調部の前記第１および第２の変調導波路への入力光に分波し、
前記合波器は、複数の前記位相変調部からの出力光を合波する、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光変調器。
【請求項６】
符号に基づいて生成された電気信号である第１の変調信号に基づいて位相変調を行う第１の変調導波路と、前記第１の変調信号と差動信号の対をなす電気信号である第２の変調信号に基づいて位相変調を行う第２の変調導波路と、を備える光変調器における光変調方法であって、
入力光を前記第１の変調導波路への入力光と前記第２の変調導波路への入力光とに分波する分波ステップと、
前記第１の変調導波路により位相変調された光の位相を変化させる第１の位相調整ステップと、
前記第２の変調導波路により位相変調された光の位相を変化させる第２の位相調整ステップと、
前記第１の位相調整ステップによる位相変化後の出力光と前記第２の位相調整ステップによる位相変化後の出力光とを合波して位相変調光として出力する合波ステップと、
前記第１の変調信号および前記第２の変調信号の電圧値を制御する印加電圧制御ステップと、
前記第１の位相調整ステップおよび前記第２の位相調整ステップで変化させる位相量を制御する位相調整バイアス制御ステップと、
を含み、
前記印加電圧制御ステップでは、前記第１の変調導波路および前記第２の変調導波路における入力電圧と出力光の振幅との関係を示す特性に基づいて、前記第１の変調導波路からの出力光と前記第２の変調導波路からの出力光が所定の位相値となる場合の前記第１の変調導波路からの出力光の振幅と前記第２の変調導波路からの出力光の振幅との加算結果と、前記第１の変調導波路からの出力光と前記第２の変調導波路からの出力光が前記と異なる所定の位相値となる場合の前記第１の変調導波路からの出力光の振幅と前記第２の変調導波路からの出力光の振幅との加算結果と、が等しくなるよう前記第１の変調信号および前記第２の変調信号の電圧値を制御し、
前記位相調整バイアス制御ステップでは、前記印加電圧制御ステップの制御により生じた所望の値からの位相誤差を打ち消すよう前記第１の位相調整ステップおよび前記第２の位相調整ステップで変化させる位相量を制御することを特徴とする光変調方法。
【請求項１】
符号に基づいて生成された電気信号である第１の変調信号に基づいて位相変調を行う第１の変調導波路と、
前記第１の変調信号と差動信号の対をなす電気信号である第２の変調信号に基づいて位相変調を行う第２の変調導波路と、
入力光を前記第１の変調導波路への入力光と前記第２の変調導波路への入力光とに分波する分波器と、
前記第１の変調導波路により位相変調された光の位相を変化させる第１の位相調整導波路と、
前記第２の変調導波路により位相変調された光の位相を変化させる第２の位相調整導波路と、
前記第１の位相調整導波路からの出力光と前記第２の位相調整導波路からの出力光とを合波して位相変調光として出力する合波器と、
前記第１の変調信号および前記第２の変調信号の電圧値を制御する印加電圧制御部と、
前記第１の位相調整導波路および前記第２の位相調整導波路が変化させる位相量を制御する位相調整バイアス制御部と、
を備え、
前記印加電圧制御部は、前記第１の変調導波路および前記第２の変調導波路における入力電圧と出力光の振幅との関係を示す特性に基づいて、前記第１の変調導波路からの出力光と前記第２の変調導波路からの出力光が所定の位相値となる場合の前記第１の変調導波路からの出力光の振幅と前記第２の変調導波路からの出力光の振幅との加算結果と、前記第１の変調導波路からの出力光と前記第２の変調導波路からの出力光が前記と異なる所定の位相値となる場合の前記第１の変調導波路からの出力光の振幅と前記第２の変調導波路からの出力光の振幅との加算結果と、が等しくなるよう前記第１の変調信号および前記第２の変調信号の電圧値を制御し、
前記位相調整バイアス制御部は、前記印加電圧制御部の制御により生じた所望の値からの位相誤差を打ち消すよう前記第１の位相調整導波路および前記第２の位相調整導波路が変化させる位相量を制御することを特徴とする光変調器。
【請求項２】
符号に基づいて生成された第１の電気信号と前記第１の電気信号と差動信号の対をなす電気信号である第２の電気信号とを増幅する増幅部と、
前記第１の電気信号に印加するバイアス電圧を調整する第１のバイアス印加部と、
前記第２の電気信号に印加するバイアス電圧を調整する第２のバイアス印加部と、
を備え、
前記第１の変調導波路に印加される前記第１の変調信号を、前記増幅部により増幅され、前記第１のバイアス印加部によりバイアス電圧が印加された前記第１の電気信号とし、
前記第２の変調導波路に印加される前記第２の変調信号を、前記増幅部により増幅され、前記第２のバイアス印加部によりバイアス電圧が印加された前記第２の電気信号とし、
前記印加電圧制御部は、
前記増幅部における利得を制御する利得制御部と、
前記第１のバイアス印加部および前記第２のバイアス印加部において印加する前記バイアス電圧を制御する変調バイアス制御部と、
を備え、
前記印加電圧制御部は、前記利得と前記バイアス電圧とのうち少なくとも一方を用いて前記第１の変調信号および前記第２の変調信号の電圧値を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記利得制御部は、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号に対応する利得をそれぞれ独立に制御する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項４】
前記利得制御部は、前記第１の電気信号に対応する利得と前記第２の電気信号に対応する利得とを同一とする、ことを特徴とする請求項１または２に記載の光変調器。
【請求項５】
前記符号を、多値変調信号を構成する符号とし、
前記第１および第２の変調導波路と前記第１および第２の位相調整導波路とで構成される位相変調部を複数備え、
前記分波器は、入力光を複数の前記位相変調部の前記第１および第２の変調導波路への入力光に分波し、
前記合波器は、複数の前記位相変調部からの出力光を合波する、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光変調器。
【請求項６】
符号に基づいて生成された電気信号である第１の変調信号に基づいて位相変調を行う第１の変調導波路と、前記第１の変調信号と差動信号の対をなす電気信号である第２の変調信号に基づいて位相変調を行う第２の変調導波路と、を備える光変調器における光変調方法であって、
入力光を前記第１の変調導波路への入力光と前記第２の変調導波路への入力光とに分波する分波ステップと、
前記第１の変調導波路により位相変調された光の位相を変化させる第１の位相調整ステップと、
前記第２の変調導波路により位相変調された光の位相を変化させる第２の位相調整ステップと、
前記第１の位相調整ステップによる位相変化後の出力光と前記第２の位相調整ステップによる位相変化後の出力光とを合波して位相変調光として出力する合波ステップと、
前記第１の変調信号および前記第２の変調信号の電圧値を制御する印加電圧制御ステップと、
前記第１の位相調整ステップおよび前記第２の位相調整ステップで変化させる位相量を制御する位相調整バイアス制御ステップと、
を含み、
前記印加電圧制御ステップでは、前記第１の変調導波路および前記第２の変調導波路における入力電圧と出力光の振幅との関係を示す特性に基づいて、前記第１の変調導波路からの出力光と前記第２の変調導波路からの出力光が所定の位相値となる場合の前記第１の変調導波路からの出力光の振幅と前記第２の変調導波路からの出力光の振幅との加算結果と、前記第１の変調導波路からの出力光と前記第２の変調導波路からの出力光が前記と異なる所定の位相値となる場合の前記第１の変調導波路からの出力光の振幅と前記第２の変調導波路からの出力光の振幅との加算結果と、が等しくなるよう前記第１の変調信号および前記第２の変調信号の電圧値を制御し、
前記位相調整バイアス制御ステップでは、前記印加電圧制御ステップの制御により生じた所望の値からの位相誤差を打ち消すよう前記第１の位相調整ステップおよび前記第２の位相調整ステップで変化させる位相量を制御することを特徴とする光変調方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２５５９２９（Ｐ２０１２−２５５９２９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２９１２３（Ｐ２０１１−１２９１２３）
【出願日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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