光送信器、光通信システムおよび光送信方法
【課題】 光変調器のバイアス制御において、最適なバイアス電圧の収束点まで引き込む時間を早めることを目的としている。
【解決手段】 光送信器において、入力したデータ系列信号に基づいて駆動された変調信号を出力する変調信号駆動部と、印加されたバイアス電圧および前記変調信号駆動部から入力した前記変調信号に基づいて光を変調し、この変調した光信号を出力する光変調部と、前記変調信号駆動部から前記変調信号が前記光変調部に入力していない初期状態として前記バイアス電圧の制御を行った後に、前記変調信号駆動部から前記変調信号が前記光変調部に入力している通常状態として前記バイアス電圧の制御を行う制御部と、を備えた。
【解決手段】 光送信器において、入力したデータ系列信号に基づいて駆動された変調信号を出力する変調信号駆動部と、印加されたバイアス電圧および前記変調信号駆動部から入力した前記変調信号に基づいて光を変調し、この変調した光信号を出力する光変調部と、前記変調信号駆動部から前記変調信号が前記光変調部に入力していない初期状態として前記バイアス電圧の制御を行った後に、前記変調信号駆動部から前記変調信号が前記光変調部に入力している通常状態として前記バイアス電圧の制御を行う制御部と、を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光通信技術に関し、特に、光を変調する光変調器のバイアス制御を行う光送信器、光通信システムおよび光送信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＺ（Mach-Zehnder）型光変調器の最適なバイアス電圧は、温度や経年変動によってドリフトしていくことが知られており、送信光信号の品質を保つために、最適なバイアス値に追従させる制御方式が検討されている。例えば、Ｉ／Ｑ変調器の自動バイアス制御（ＡＢＣ：Automatic Bias Control）を行う光送信器において、任意電気波形が入力された状態で、Ｉ−ｃｈ、Ｑ−ｃｈ、Ｐｈａｓｅの３つのバイアス電圧を順番に制御し、このとき、Ｉ−ｃｈ、Ｑ−ｃｈのバイアス電圧に低速交番信号（Ｄｉｔｈｅｒ）を重畳し、モニタＰＤ（Photo-Diode）電流から検出されるＤｉｔｈｅｒの誤差信号が０となる収束点にフィードバック制御を行うものが知られている（例えば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】吉田他、「任意光波形生成のための変調器自動バイアス制御に関する一検討」、電子情報通信学会総合大会Ｂ−１０−５６、２０１０年３月２日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１に開示されている従来の光送信器においては、Ｉ／Ｑ変調器に任意電気波形が入力された状態でＡＢＣを行うことから、検出される誤差信号が小さいため、最適なバイアス電圧に引き込んで安定するまでに長い時間がかかってしまうという問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、光変調器のバイアス制御において、初期状態では変調信号を入力しないようにすることにより、最適なバイアス電圧の収束点まで引き込む時間を早めることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る光送信器は、入力したデータ系列信号に基づいて駆動された変調信号を出力する変調信号駆動部と、印加されたバイアス電圧および前記変調信号駆動部から入力した前記変調信号に基づいて光を変調し、この変調した光信号を出力する光変調部と、前記変調信号駆動部から前記変調信号が前記光変調部に入力していない初期状態として前記バイアス電圧の制御を行った後に、この初期状態の制御結果に基づいて、前記変調信号駆動部から前記変調信号が前記光変調部に入力している通常状態として前記バイアス電圧の制御を行う制御部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、光送信器において、初期状態では変調信号を光変調部に入力しないようにすることにより、バイアス電圧の制御の収束点に引き込む時間を早めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による光送信器を示す構成図
【図２】この発明の実施の形態１による光送信器を説明するための説明図
【図３】この発明の実施の形態１による光送信器を説明するための説明図
【図４】この発明の実施の形態２による光送信器を示す構成図
【図５】この発明の実施の形態２による光送信器を説明するための説明図
【図６】この発明の実施の形態２による光送信器を説明するための説明図
【図７】この発明の実施の形態２による光送信器を説明するための説明図
【図８】この発明の実施の形態２による光送信器を説明するための説明図
【図９】この発明の実施の形態２による光送信器を説明するための説明図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による光送信器を示す構成図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図１において、１は光源、２ａ、２ｂは変調信号駆動部、３ａ、３ｂはバイアス駆動部、４は電流電圧変換部、５ａ、５ｂは増幅部としての微小信号増幅部、６は制御部、７は同期検波部、８は変調信号駆動制御部、９ａ、９ｂ、９ｃはバイアス印加部、１０ａ、１０ｂはモニタ部、１１ａ、１１ｂは低周波信号生成部としての微小変調信号生成部、１２は平均変調度検出部、１３ａ、１３ｂは加算部、１４は光変調部、１５ａは第一のＭＺ（Mach-Zehnder）型光変調部、１５ｂは第二のＭＺ型光変調部、１６は光位相調整部、１７は光強度検出部、１８ａ〜１８ｇは光導波路である。
【００１０】
図１において、光変調部１４は、第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂ、光位相調整部１６、光強度検出部１７、および光導波路１８ａ〜１８ｇで構成され、例えばＬｉＮｂＯ３基板に形成され、それぞれ光学的に接続されている。すなわち、光変調部１４において、光導波路１８ａは光導波路１８ｂと光導波路１８ｃに接続される。光導波路１８ｂと光導波路１８ｄの間には第一のＭＺ型光変調部１５ａが接続され、光導波路１８ｃと光導波路１８ｅの間には第二のＭＺ型光変調部１５ｂが接続され、光導波路１８ｅと光導波路１８ｆの間には光位相調整部１６が接続されている。光導波路１８ｄと光導波路１８ｆは光導波路１８ｇに接続され、光強度検出部１７も接続されている。
【００１１】
図１において、光源１と光変調部１４は、例えば光ファイバにより光学的に接続されている。
【００１２】
図１において、制御部６は、同期検波部７、変調信号駆動制御部８、バイアス印加部９ａ、９ｂ、９ｃ、モニタ部１０ａ、１０ｂ、微小変調信号生成部１１ａ、１１ｂ、および平均変調度検出部１２で構成され、それぞれ電気的に接続されている。また、図１において、制御部６、変調信号駆動部２ａ、２ｂ、バイアス駆動部３ａ、３ｂ、電流電圧変換部４、微小信号増幅部５ａ、５ｂ、加算部１３ａ、１３ｂ、および光強度検出部１７は、それぞれ電気的に接続されている。
【００１３】
また、光源１は、例えばＩｎＰ系化合物半導体混晶を構成材料とする半導体レーザであり、１．５μｍ波長帯の連続波としてのレーザ光を発光して出力する。なお、光源１の構成は、これに限られるものではなく、例えば１．３μｍ波長帯や、パルス波や、固体レーザ等を用いるようにしても良く、要するに所望の光通信を実現するための光を発光するものを、この発明の実施の形態として適用可能である。
【００１４】
また、第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂは、例えばＬｉＮｂＯ３結晶を構成材料とし、電界印加による屈折率変化、いわゆる電気光学効果を利用したＭＺ型光変調器である。ＭＺ型光変調器は、２つのＹ分岐光導波路の間に、電極を形成した２本の光導波路を並列に接続して、いわゆるＭＺ干渉計として構成されている。ＭＺ型光変調器は、ＭＺ干渉計を通過する光に対して、変調電極に入力された変調信号およびバイアス電極に印加されたバイアス電圧による屈折率変化に起因する２本の光導波路の間の位相差に応じた光強度変化を与えて出力する。ＭＺ型光変調器は、低チャープといった高い信号品質と高速性の両立が可能な光変調器である。
【００１５】
また、光変調部１４は、第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂとしての２個のＭＺ型光変調器をＭＺ干渉計として並列に接続し、実数部であるＩｃｈ（In-phase channel）光信号と虚数部であるＱｃｈ（Quadrature-phase channel）光信号とを、π／２の搬送波位相差を与えて合波することで、複素光電界を生成する２並列ＭＺ型光変調器（ＤＰ−ＭＺＭ：Dual-Parallel Mach-Zehnder Modulator、Ｉ／Ｑ変調器とも呼ばれる）である。光変調部１４は、各ＭＺ型光変調器に変調電極とバイアス電極を備えているとともに、各ＭＺ型光変調器を並列に接続する光導波路の片方に光位相調整部１６としての位相制御電極を備えている。
【００１６】
なお、光変調部１４、第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂの構成は、これに限られるものではなく、例えばＩｎＰ系化合物半導体混晶等を構成材料に用いるようにしても良く、また、要するに最適なバイアス電圧が温度や経年変動によってドリフトしていくような光変調器を、この発明の実施の形態として適用可能である。
【００１７】
次に動作について説明する。図１において、データ系列信号としての入力データ系列信号Ｉｃｈ、Ｑｃｈは、変調信号駆動部２ａ、２ｂに入力され、変調信号駆動制御部８からの制御信号に従い、第一のＭＺ型光変調部１５ａ、１５ｂにそれぞれ入力される。なお、入力データ系列信号Ｉｃｈ、Ｑｃｈは、例えば、それぞれ伝送速度２０ Ｇｂｉｔ／ｓで１か０の２値符号をとる２ビット情報を４つの位相差に載せる差動４相位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ：Differential Quadrature Phase Shift Keying）を光変調部１４で行うためのアナログ信号である。
【００１８】
光強度検出部１７からの光強度に応じた電流信号は電流電圧変換部４にて電圧信号に変換され、この出力された電圧信号は微小信号増幅部５ａ、５ｂに入力される。その増幅された電圧信号は制御部６内のモニタ部１０ａ、１０ｂを介して同期検波部７にそれぞれ入力される。同期検波部７は、入力された電圧信号から誤差信号を抽出し、この誤差信号が０となるようなバイアス電圧を演算により求める。バイアス印加部９ａ、９ｂは、モニタ部１０ａを介して同期検波部７で抽出された誤差信号に基づくバイアス電圧を出力する。バイアス印加部９ｃは、モニタ部１０ｂを介して同期検波部７で抽出された誤差信号に基づくバイアス電圧を出力する。
【００１９】
バイアス印加部９ａ、９ｂからの出力がバイアス駆動部３ａ、３ｂで駆動されたバイアス電圧と、微小変調信号生成部１１ａ、１１ｂからの低周波信号としての微小変調信号とが加算部１３a、１３ｂで加算され、第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂにそれぞれ入力される。バイアス印加部９ｃからの出力がバイアス駆動部３ｃで駆動されたバイアス電圧は、光位相調整部１６に入力される。
【００２０】
また、光源１から波長１．５５μｍの光が出力され、この光出力が光変調部１４に入力される。光変調部１４に入力された光は光導波路１８ａを通り、光導波路１８ｂと光導波路１８ｃに同じ光レベルで分波される。それぞれ任意のアナログ信号である入力データ系列信号Ｉｃｈ、Ｑｃｈが変調信号駆動部２ａ、２ｂで駆動され、ＭＺ型光変調器を駆動できる十分な強度をもつ変調信号としてのＩｃｈ、Ｑｃｈアナログ変調信号が出力される。
【００２１】
第一のＭＺ型光変調部１５ａは、加算部１３ａからの微小変調信号を含むバイアス電圧と変調信号駆動部２ａからのＩｃｈアナログ変調信号とにより光導波路１８ｂからの光をＩｃｈ光信号として変調する。第二のＭＺ型光変調部１５ｂは、加算部１３ｂからの微小変調信号を含むバイアス電圧と変調信号駆動部２ｂからのＱｃｈアナログ変調信号とにより光導波路１８ｃからの光をＱｃｈ光信号として変調する。第二のＭＺ変調部１５ｂで変調されたＱｃｈ光信号は、光位相調整部１６にてπ／２位相シフトされ、第一のＭＺ変調部からのＩｃｈ光信号に対し直交関係になる。Ｉｃｈ、Ｑｃｈ光信号を直交関係に調整することで、ＤＱＰＳＫ光送信器をはじめ、任意の駆動波形から直交関係にある複素光電界を生成する分散予等化光送信器としても適用できる。
【００２２】
なお、分散予等化は、光伝送路の波長分散および／または偏波分散による波形歪みを送信側でデジタル信号処理により予め電気的に等化して伝送するものである。この予等化技術は、光学的な分散補償に比べてシステム構成を簡易にできる点や、従来の光学式分散補償デバイスを用いた受信側の分散補償に比べて等化量を増やせる点に優位性があり、４０ Ｇｂｐｓや１００ Ｇｂｐｓ以上というように、光伝送路における波形歪みの影響が大きくなる高速な光伝送技術の中でも、効果的な補償手段となる。
【００２３】
光導波路１８ｄからのＩｃｈ光信号と光導波路１８ｆからのＱｃｈ光信号は光導波路１８ｇで合波され、この光導波路１８ｇからの光信号が光送信器の光出力となる。このときの光強度が、光強度検出部１７内のモニタＰＤ（Photo-Diode）で検出される。微小信号増幅部５ａは、検出された光強度に含まれる微小変調信号生成部１１ａ、１１ｂからの低周波の微小変調信号による交流成分を増幅する。微小信号増幅部５ｂは、検出された光強度に含まれる微小変調信号生成部１１ａ、１１ｂからの低周波の微小変調信号による交流成分を増幅する。このとき、微小信号増幅部５ａと微小信号増幅部５ｂの増幅度は異なる。
【００２４】
図２は、この発明の実施の形態１による光送信器を説明するための説明図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図２（ａ）に、第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂのバイアス制御において、バイアス電圧が最適点から０．０１Ｖπ（Ｖπ：変調器の半波長電圧）ずれたときの平均駆動振幅比ｍ、すなわち、変調度に対する検出誤差の関係の一例を示す。ここで、変調度は、アナログ信号の平均駆動振幅に対するＭＺ型光変調器の半波長電圧の比と定義する。
【００２５】
図２（ａ）において、変調度０．５を境に検出誤差の符号が反転し、変調度が０もしくは１に近づくにつれて検出誤差が大きくなっている。このため、第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂにおいては、変調度０．５を境としてバイアス制御の制御極性を反転してバイアス制御を行う。
【００２６】
図２（ｂ）に、光位相調整部１６のバイアス制御において、バイアス電圧が最適点から０．０１Ｖπずれたときの平均駆動振幅比ｍ、すなわち、変調度に対する検出誤差の関係の一例を示す。このときに得られる誤差信号は第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂのバイアス制御のときに得られる誤差信号と異なり、極性が反転することはないが、変調度が１に近づくにつれて誤差信号は小さくなる。
【００２７】
ここで、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第一のＭＺ型光変調部１５ａおよび第二のＭＺ型光変調部１５ｂのバイアス制御と光位相調整部１６のバイアス制御とでは最適点からのバイアスずれが同じであっても、得られる誤差信号の誤差量が大きく異なり、この例では光位相調整部１６のバイアス制御では第一のＭＺ型光変調部１５ａおよび第二のＭＺ型光変調部１５ｂのバイアス制御の１/３０程度となっている。
【００２８】
このように、同じバイアスずれ量でもバイアス制御時に得られる誤差信号は、第一のＭＺ型光変調部１５ａおよび第二のＭＺ型光変調部１５ｂでは大きいが、光位相調整部１６では小さい。そのため、第一のＭＺ型光変調部１５ａおよび第二のＭＺ型光変調部１５ｂのバイアス制御には微小信号増幅部５ａを用い、光位相調整部１６のバイアス制御には、微小信号増幅部５ａに比べて増幅度が高い微小信号増幅部５ｂを用いる。
【００２９】
また、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂ、および光位相調整部１６において、同じバイアスずれ量でもバイアス制御時に得られる誤差信号は、平均駆動振幅比ｍ、すなわち、変調度が０．５以下で小さいほど大きくなり、変調度が０、つまり、無変調のときに最大値をとる。従って、アナログ変調信号Ｉｃｈ、Ｑｃｈを第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂに入力しないで無変調の状態にすることにより、光変調器１４の光出力から検出される誤差信号を大きくすることができ、これにより、第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂ、および光位相調整部１６のバイアス制御において、収束点まで引き込む時間を早めることができるという効果を奏する。特に、誤差信号が小さい光位相調整部１６のバイアス制御において、その効果が高い。
【００３０】
また、図１において、制御部６内での処理はデジタル信号処理のため、モニタ部１０ａ、１０ｂは、ＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter）を用いて、入力された電圧信号をアナログ信号からデジタル信号に変換してモニタする。同様に、バイアス印加部９ａ、９ｂ、９ｃは、ＤＡＣ（Digital-to-Analog Converter）を用いてデジタル信号からアナログ信号に変換したバイアス電圧を出力する。同期検波部７は、第一のＭＺ光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂ、光位相調整部１６に対する各バイアスの制御毎に時系列で制御を行う。その手順については後で説明する。
【００３１】
第一のＭＺ型光変調部１５ａのバイアス制御において、微小変調信号生成部１１ａは極性が反転する低周波の微小変調信号を出力する。このときの誤差信号をｅＩ＝Ｉ（Ｈ，０）−Ｉ（Ｌ，０）と定義する。Ｉ（ＤＩ，ＤＱ）は光強度検出部１７でのモニタＰＤ電流を示し、ＤＩは第一のＭＺ型光変調部１５ａの低周波の微小変調信号を示し、ＤＱは第二のＭＺ型光変調部１５ｂの低周波の微小変調信号を示す。Ｈは低周波の微小変調信号が正極性を示し、Ｌは負極性を示し、０は低周波の微小変調信号がないことを示す。
【００３２】
この第一のＭＺ型光変調部１５ａのバイアス制御ではｅＩが０となるようにフィードバック制御を行う。この０となる収束点には、ＭＺ型光変調器からの光が最小レベルとなる点であるＮｕｌｌ点と、ＭＺ型光変調器からの光が最大レベルとなる点であるＰｅａｋ点とがある。このため、平均変調度検出部１２で入力データ系列信号Ｉｃｈの変調度が０．５以上と検出されたときには、Ｎｕｌｌ点に制御がかかるように制御の極性が同期検波部７に通知され、０．５以下と検出されたときには、０．５以上のときとは制御の極性を反転させるよう同期検波部７に通知され、Ｎｕｌｌ点に制御を収束させる。
【００３３】
同様に、第二のＭＺ型変調部１５ｂのバイアス制御でも、誤差信号をｅＱ＝Ｉ（０，Ｈ）−Ｉ（０，Ｌ）と定義する。このときもｅＱが０となるようにフィードバック制御を行う。微小変調信号生成部１１ｂの低周波の周波数は微小変調信号生成部１１ａの低周波の周波数の整数倍、例えば２倍とする。これは、これらの低周波の微小変調信号を光位相調整部１６のバイアス制御にも用いるためである。なお、これらの低周波信号としての微小変調信号の周波数は、変調信号としてのＩｃｈ、Ｑｃｈアナログ変調信号の周波数よりも低い。平均変調度検出部１２で変調度が０．５以上か０．５以下を検出し、制御の極性を反転させる動作は同様である。
【００３４】
光位相調整部１６のバイアス制御では、微小変調信号生成部１１ａおよび微小変調信号生成部１１ｂは低周波の微小変調信号を同時に出力する。低周波の周波数は上述のバイアス制御の周波数と同じである。このときの誤差信号をｅＰ＝Ｉ（Ｈ，Ｈ）−Ｉ（Ｈ，Ｌ）−［Ｉ（Ｌ，Ｈ）−Ｉ（Ｌ，Ｌ）］と定義する。この制御バイアスではｅＰが０となるようにフィードバック制御を行う。この０とする収束点はＩｃｈ光信号とＱｃｈ光信号との光位相差がπ／２となる点か−π／２となる点のどちらかである。このどちらに収束させても良く、制御の極性を反転させることで切り替えることができる。
【００３５】
次に、この光送信器のバイアス制御手順を詳細に説明する。図３は、この発明の実施の形態１による光送信器を説明するための説明図であり、バイアス制御手順を示すフローチャートである。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図３において、光源１が立ち上がり正常な光レベルが光変調部１４に入力されるようになった後、制御部６は、バイアス制御を開始する。なお、バイアス制御の立ち上げ前には、収束点が全く分からない。
【００３６】
まず、初期引き込み状態として、変調信号駆動制御部８からの制御信号により駆動利得を０とすることで変調信号駆動部２ａ、２ｂをＯＦＦさせ、Ｉｃｈ、Ｑｃｈアナログ変調信号が光変調部１４に入力しないようにし、これにより、光変調部１４は無変調の状態となる（ステップＳ１）。
【００３７】
次に、微小変調信号生成部１１ａをＯＮさせ、第一のＭＺ型変調部１５ａに印加されるバイアス電圧に低周波の微小変調信号を重畳し、上述のように、第一のＭＺ型変調部１５ａのバイアス制御を行う（ステップＳ２）。これをＩｃｈバイアス制御と呼ぶ。一定時間経過した後、次の第二のＭＺ型変調部１５ｂのバイアス制御に移行する。
【００３８】
すなわち、微小変調信号生成部１１ａをＯＦＦさせ、微小変調信号生成部１１ｂをＯＮさせ、第二のＭＺ型変調部１５ｂに印加されるバイアス電圧に低周波の微小変調信号を重畳し、上述のように、第二のＭＺ型変調部１５ｂのバイアス制御を行う（ステップＳ３）。これをＱｃｈバイアス制御と呼ぶ。同様に、一定時間経過した後、次の光位相変調部１６のバイアス制御に移行する。
【００３９】
すなわち、微小変調信号生成部１１ａをＯＮさせることで、微小変調信号生成部１１ｂと同時に低周波の微小変調信号を各バイアス電圧に重畳し、上述のように、光位相変調部１６のバイアス制御を行う（ステップＳ４）。これをＰｃｈバイアス制御と呼ぶ。
【００４０】
一定時間経過後に、Ｉｃｈ、Ｑｃｈ、Ｐｃｈの全てのバイアスがターゲットに収束したか否かの収束判定を行う（ステップＳ５）。このときの収束判定の条件は、例えば、Ｉｃｈバイアス制御について、バイアス印加部９ａの出力値が一定の変動幅に収まった場合、もしくは、誤差信号ｅＩが０に近づき一定の範囲内に収まった場合などとする。収束していなければ（ステップＳ５のＮｏ）、再びＩｃｈバイアス制御に戻る（ステップＳ２）。収束していれば（ステップＳ５のＹｅｓ）、次の通常状態に移行する。
【００４１】
通常状態では、変調信号駆動制御部８からの制御信号により駆動利得を設定することで変調信号駆動部２ａ、２ｂをＯＮさせ、Ｉｃｈ、Ｑｃｈアナログ変調信号が第一のＭＺ型変調部１５ａ、第二のＭＺ型変調部１５ｂにそれぞれ入力するようにし、これにより、光変調部１４は変調の状態となる（ステップＳ６）。このとき、変調信号駆動制御部８により、平均変調度検出部１２で検出された変調度に基づいて、予め設定した変調度になるように調整する。上述のように、制御の極性が反転してしまう場合があることから、扱う任意の信号に応じて光変調部１４における変調度が０．５をまたがないように設定する。
【００４２】
このように、任意の変調信号を変調電極に入力した変調時に、無変調時と同様に、Ｉｃｈバイアス制御（ステップＳ７）、Ｑｃｈバイアス制御（ステップＳ８）、Ｐｃｈバイアス制御（ステップＳ９）を順番に繰り返す。これにより、光変調部１４の各バイアス電圧を常に最適に制御することができる。
【００４３】
以上の光送信器の構成と手順によって、誤差信号が最も大きく得られる無変調の条件で初期の引き込み制御が行えることになるので、光送信器を起動してからバイアス制御の収束までの時間が従来方式より短く済む。
【００４４】
特に、この光送信器を分散予等化光送信器として用いる場合に、装置の設置の際には分散予等化量を探索して最適予等化量を調整するため、分散予等化量を設定する都度に行うバイアス調整時間が短縮されることとなり、大幅な時間短縮効果が期待される。
【００４５】
以上のように、この発明の実施の形態１による光送信器においては、２並列ＭＺ型光変調器としての光変調部１４のＩｃｈ、Ｑｃｈ、Ｐｃｈバイアス制御において、初期引き込み状態として、Ｉｃｈ、Ｑｃｈアナログ変調信号が光変調部１４に入力しない無変調時に、バイアス電圧を順番に制御するようにしている。これにより、光変調部１４の光出力から検出される誤差信号を大きくすることで、最適なバイアス電圧の収束点まで引き込む時間を早めることができるという作用効果を奏する。
【００４６】
なお、上述のように、この発明の実施の形態１による光送信器においては、制御部６はデジタル信号処理回路として説明したが、制御機能については、光送信器に設けたマイクロコンピュータ等に制御方法を実行させるコンピュータプログラムを用いてソフトウエア処理により実現するようにしても良い。
【００４７】
また、この発明の実施の形態１による光送信器から送信された光信号を光ファイバを伝送させ、光受信器で受信させる光通信システムに適用するようにしても良い。また、この発明の実施の形態１による光送信器を２台以上設け、２台以上の光送信器から送信された光信号を波長多重して光ファイバを伝送させ、受信側で波長分離させて波長ごとに２台以上の光受信器で受信させるＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）光通信システムに適用するようにしても良い。
【００４８】
実施の形態２．
上述のように、この発明の実施の形態１による光送信器は、変調信号が光変調部に入力していない初期状態として、光変調部の出力モニタの低周波信号により、初期引き込み状態としてバイアス電圧の制御を行うようにしたものであるが、この発明の実施の形態２による光送信器は、変調信号が光変調部に入力していない初期状態として、光変調部の出力モニタの平均電圧により、初期値探索状態としてバイアス電圧の初期値を探索して求めるようにしたものである。なお、初期値探索状態によるバイアス電圧の初期値から始めて、変調信号が光変調部に入力している通常状態としてバイアス電圧の制御を行うようにしても良いし、また、実施の形態１の変形例として、初期値探索状態によるバイアス電圧の初期値から始めて、初期引き込み状態としてバイアス電圧の制御を行うようにしても良い。
【００４９】
図４は、この発明の実施の形態２による光送信器を示す構成図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図４において、第二のモニタ部１９と初期値探索部２０を制御部６内に追加するようにした構成を除き、図１に示した実施の形態１による光送信器と同様の構成であり、その同様の構成と、それによる同様の動作については説明を省略する。なお、第二のモニタ部１９と初期値探索部２０は、制御部６外に追加するように構成しても良い。また、実施の形態１および図１に示したモニタ部１０ａ、１０ｂは、第二のモニタ部１９と明確に区別するため、実施の形態２および図４では、第一のモニタ部１０ａ、１０ｂと呼ぶことにするが、構成と動作は同様のものである。
【００５０】
次に動作について説明する。第二のモニタ部１９は、電流電圧変換部４から出力される電圧信号の平均値を、ＡＤＣを用いてアナログ信号からデジタル信号に変換してモニタする。なお、第一のモニタ部１０ａ、１０ｂは、電流電圧変換部４から出力され微小信号増幅部５ａ、５ｂで増幅された電圧信号に含まれる低周波信号としての低周波の微小変調信号をモニタするのに対し、第二のモニタ部１９は電圧信号の平均値をモニタする点で異なる。初期値探索部２０は、後述するように、第二のモニタ部１９からの電圧信号の平均値により、Ｉｃｈ、Ｑｃｈバイアス電圧の初期値を探索して求め、バイアス印加部９ａ、９ｂにそれぞれ出力する。
【００５１】
次に、この光送信器のバイアス制御手順を詳細に説明する。図５は、この発明の実施の形態２による光送信器を説明するための説明図であり、バイアス制御手順を示すフローチャートである。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図５において、光源１が立ち上がり正常な光レベルが光変調部１４に入力されるようになった後、制御部６は、バイアス制御を開始する。
【００５２】
まず、初期状態としての初期値探索状態として、変調信号駆動制御部８からの制御信号により駆動利得を０とすることで変調信号駆動部２ａ、２ｂをＯＦＦさせ、Ｉｃｈ、Ｑｃｈアナログ変調信号が光変調部１４に入力しないようにし、さらに、微小変調信号生成部１１ａ、１１ｂをＯＦＦさせ、低周波の微小変調信号が光変調部１４に入力しないようにし、これにより、光変調部１４は完全に無変調の状態となる（ステップＳ１１）。
【００５３】
次に、光変調部１４のＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）光出力レベルをモニタするため、第二のモニタ部１９は、電流電圧変換部４から出力される電圧信号の平均値をモニタする。初期値探索部２０は、初期値探索を開始し、第二のモニタ部１９で光変調部１４のＣＷ光出力をモニタしながら、Ｉｃｈ、Ｑｃｈ、Ｐｃｈバイアスを各々±Ｖπの範囲で変動させるようにバイアス電圧の制御を行う（ステップＳ１２）。そして、初期値探索部２０は、Ｐｃｈバイアスによらず、光変調部１４のＣＷ光出力が最も消光するＩｃｈ、Ｑｃｈバイアスの組合せを探索する（ステップＳ１３）。これにより、Ｉｃｈ、Ｑｃｈバイアスの探索結果は、制御目標である光変調器の消光カーブのＮｕｌｌ点になる。
【００５４】
次に、ＢＯＬ（Ｂｅｇｇｉｎｇ ｏｆ Ｌｉｆｅ）条件を満足しているか否かを判定する（ステップＳ１４）。ＢＯＬ条件とは、バイアス端子の最大駆動電圧から、経年劣化によるバイアス変動分を差し引いた駆動電圧範囲を意味している。２並列ＭＺ変調器である光変調部１４には、ＬｉＮｂＯ３を用いており、経年劣化によるバイアス変動分を考慮したうえで、初期に与えるバイアス値を定めることが望ましい。Ｉｃｈ、Ｑｃｈバイアスの探索結果がＢＯＬ条件を満足していると判定したとき（ステップＳ１４のＹｅｓ）、初期値探索を終了し、Ｉｃｈ、Ｑｃｈバイアスの探索結果を通常状態としてのバイアス電圧の制御におけるバイアス電圧の初期値に設定する（ステップＳ１５）。
【００５５】
このような初期値探索と初期値のＢＯＬ条件判定を行うことで、温度や経年劣化を考慮に入れた場合でも、Ｉｃｈ、Ｑｃｈバイアスを再現性良く求めることができ、運用中のリセット動作やＣＯＬＤ ＳＴＡＲＴ、ＨＯＴ ＳＴＡＲＴといった動作環境条件下においても、安定した起動動作を実現できる。
【００５６】
Ｉｃｈ、Ｑｃｈバイアスの探索結果がＢＯＬ条件を満足していないと判定したとき、再度、ステップＳ１２の初期値探索に戻る（ステップＳ１４のＮｏ）。
【００５７】
初期値探索を終了した後、通常状態としてのバイアス電圧の制御動作は、実施の形態１で説明したステップＳ６〜Ｓ９と同様であり、説明を省略する。
【００５８】
以上の光送信器の構成と手順によって、通常状態の制御動作を始める前に、予め初期値を探索してから制御を始めることで、最適なバイアス電圧の収束点に引き込むまでの制御時間を短縮できるとともに、通常状態のバイアス電圧の制御範囲を狭めることができる。制御範囲を狭められれば、制御目標に対するバイアス設定精度を高めることができ、制御誤差を最小限に抑えることができる。
【００５９】
特に、この光送信器を分散予等化光送信器として用いる場合に、装置の設置の際には分散予等化量を探索して最適予等化量を調整するため、分散予等化量を設定する都度に行うバイアス調整時間が短縮されることとなり、大幅な時間短縮効果が期待される。さらに、分散予等化光送信器としての光性能の劣化を最小限に抑えるためには、高いバイアス制御精度が求められ、バイアス精度を高める上でも、本実施の形態２の制御方法は有効な手法になる。
【００６０】
次に、第二のモニタ部１９と初期値探索部２０を含む制御部６の動作を詳細に説明する。図６は、この発明の実施の形態２による光送信器を説明するための説明図であり、光変調部１４の光出力がＣＷ状態であるとき、Ｐｃｈバイアスをπ／２±πの範囲で変動させた場合の電流電圧変換部４の平均最大出力電圧（図６では、Ｐｈａｓｅ π／２±π変動時の電流電圧変換部の平均最大出力電圧といい、その単位はＶ）と、Ｉｃｈバイアスの制御目標からのずれ量（以下、Ｉｃｈバイアスずれといい、その単位はＶπ）との関係を示すものである。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図６において、Ｉｃｈ、Ｑｃｈ、Ｐｃｈの３つのバイアスに関して、各バイアスが±Ｖπの範囲で任意のバイアスの組合せまで考えた場合、電流電圧変換部４の平均最大出力電圧の範囲は、太い矢印で示すように、０〜３０Ｖの範囲になる。
【００６１】
一方、図６において、予めＩｃｈ、Ｑｃｈバイアスが制御目標になるバイアス電圧値を初期値に設定して制御を始めた場合、制御範囲は、通常状態の通常運用時に必要な最小限の範囲となり、丸印で示す制御目標からＩｃｈバイアスずれにして±０．３Ｖπの範囲内であり、細い矢印で示すように、電流電圧変換部４の平均最大出力電圧にして５Ｖ以下に抑えられる。このように、制御範囲を狭めることで、制御目標に対するバイアス設定精度を高めることができるため、予等化光送信器などの高いバイアス制御精度が求められる場合に有効な手法になる。また、制御範囲を狭めることで、電流電圧変換部４、第一のモニタ部１０ａ、１０ｂ、第二のモニタ部１９を構成する回路の低電圧動作も可能になり、低電力動作に有利である。
【００６２】
図７は、この発明の実施の形態２による光送信器を説明するための説明図であり、通常状態の制御で用いる第一のモニタ部１０ａで検出した微小変調信号（以下、第一のモニタ部で検出した微小変調信号といい、その単位は任意単位）と、３通りのＱｃｈバイアスに対するＩｃｈバイアスずれとの関係を示すものである。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。また、Ｐｃｈバイアスは同位相条件（図７では、Ｐｈａｓｅバイアスは同位相条件という）である。図７において、丸印で示す制御目標は、第一のモニタ部で検出した微小変調信号とＩｃｈバイアスずれがともにゼロになる点である。しかし、丸印を通らない２本の曲線で示すように、Ｑｃｈバイアスが制御目標であるＮｕｌｌ点からずれると、Ｉｃｈバイアスにおいて第一のモニタ部で検出した微小変調信号がゼロになる点が制御目標からずれることが分かる。
【００６３】
これは、２並列ＭＺ型光変調器において、同一の光強度検出部１７を用いて、Ｉｃｈ、Ｑｃｈ、Ｐｃｈの異なる３つのバイアスを制御する場合、各バイアス制御に用いるバイアスと微小変調信号との関係が、他のバイアスの影響を受けやすいことを意味している。従来の制御回路では、任意のバイアスの組合せで制御動作が開始した場合においても、制御目標に収束動作できるように、各バイアスの制御範囲を±Ｖπ以上に広く設定していた。そのため、制御目標に対する設定誤差が大きくなり、制御精度を高めるには限界があった。これに対し、本実施の形態２の制御部６においては、Ｉｃｈ、Ｑｃｈバイアスについて予め制御目標を探索し、その探索結果を初期値として制御を始めるため、他のバイアスの影響を受けにくく、制御範囲を狭められ、高い制御精度で制御動作を実現することができる。
【００６４】
また、図８は、この発明の実施の形態２による光送信器を説明するための説明図であり、バイアス制御手順を示すフローチャートである。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。さらに確実な制御動作を実現するうえで、図３と図５を組み合わせた図８にバイアス制御手順を示すフローチャートによる制御方法も有効な手法である。初期値探索状態では、光信号の光強度の平均値を用いてＩｃｈ、Ｑｃｈバイアスの制御目標が得られるが、Ｐｃｈバイアスに関しては、微小変調信号を用いて制御目標であるπ/２バイアスに追い込む必要がある。図２（ｂ）に示すとおり、最大の検出誤差が得られる平均駆動振幅比はゼロであり、変調信号が光変調部に入力していない初期状態が望ましい。従って、初期値探索状態の後に、通常状態の制御動作を行う前に、初期状態としての初期引き込み状態の制御動作を挿入することで、短時間で確実にＰｃｈバイアスを追い込むことができる。
【００６５】
すなわち、図８において、ステップＳ１１〜Ｓ１５において、初期値探索状態でＩｃｈ、Ｑｃｈバイアスの制御目標を求め、ステップＳ１〜Ｓ５において、初期引き込み状態でＰｃｈバイアスの制御目標への引き込みを行い、Ｉｃｈ、Ｑｃｈ、Ｐｃｈバイアスの全てのバイアス電圧値を制御目標に設定したうえで、ステップＳ６〜Ｓ９において、通常状態の制御動作を実行する。これにより、通常状態の制御動作としては、初期探索状態と初期引込み状態がない場合に比べて、短時間で確実に高い精度でバイアス電圧を制御可能である。
【００６６】
また、図９は、この発明の実施の形態２による光送信器を説明するための説明図であり、変調損失劣化分と変調度（平均駆動振幅比）との関係を示すものである。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図９において、第二のモニタ部１９でモニタした平均出力電圧は、図９の縦軸に示す変調損失劣化分と等価な値であるため、この平均出力電圧を利用すると、図９の横軸に示す平均駆動振幅比となる変調度を算出可能である。従って、第二のモニタ部１９は、平均変調度検出部１２の代わりに、変調度検出に使うようにしても良い。
【００６７】
以上のように、この発明の実施の形態２による光送信器においては、２並列ＭＺ型光変調器としての光変調部１４のＩｃｈ、Ｑｃｈ、Ｐｃｈバイアス制御において、初期値探索状態として、Ｉｃｈ、Ｑｃｈアナログ変調信号および低周波の微小変調信号が光変調部１４に入力しない完全な無変調時に、光変調部１４が出力した光強度の平均値に基づいてＩｃｈ、Ｑｃｈバイアス制御の初期値を探索して求めるようにしている。これにより、最適なバイアス電圧の収束点まで引き込む時間を早めることができるとともに、通常状態のバイアス電圧の制御範囲を狭めることができ、バイアス電圧の設定精度を高めることができるという作用効果を奏する。また、初期値探索状態の後に、通常状態の制御動作を行う前に、初期引き込み状態の制御動作を挿入するようにしても良い。これにより、短時間で確実にＰｃｈバイアスを追い込むことができるという作用効果を奏する。
【００６８】
なお、上述のように、この発明の実施の形態２による光送信器においては、制御部６内の第二のモニタ部１９と初期値探索部２０はデジタル信号処理回路として説明したが、制御機能については、光送信器に設けたマイクロコンピュータ等に制御方法を実行させるコンピュータプログラムを用いてソフトウエア処理により実現するようにしても良い。
【００６９】
また、この発明の実施の形態２による光送信器から送信された光信号を光ファイバを伝送させ、光受信器で受信させる光通信システムに適用するようにしても良い。また、この発明の実施の形態２による光送信器を２台以上設け、２台以上の光送信器から送信された光信号を波長多重して光ファイバを伝送させ、受信側で波長分離させて波長ごとに２台以上の光受信器で受信させるＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）光通信システムに適用するようにしても良い。
【符号の説明】
【００７０】
１ 光源
２ａ、２ｂ 変調信号駆動部
４ 電流電圧変換部
５ａ、５ｂ 微小信号増幅部
６ 制御部
７ 同期検波部
８ 変調信号駆動制御部
９ａ、９ｂ、９ｃ バイアス印加部
１０ａ、１０ｂ 第一のモニタ部
１１ａ、１１ｂ 微小変調信号生成部
１２ 平均変調度検出部
１３ａ、１３ｂ 加算部
１４ 光変調部
１５ａ 第一のＭＺ型光変調部
１５ｂ 第二のＭＺ型光変調部
１６ 光位相調整部
１７ 光強度検出部
１８ａ〜１８ｇ 光導波路
１９ 第二のモニタ部
２０ 初期値探索部
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光通信技術に関し、特に、光を変調する光変調器のバイアス制御を行う光送信器、光通信システムおよび光送信方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＺ（Mach-Zehnder）型光変調器の最適なバイアス電圧は、温度や経年変動によってドリフトしていくことが知られており、送信光信号の品質を保つために、最適なバイアス値に追従させる制御方式が検討されている。例えば、Ｉ／Ｑ変調器の自動バイアス制御（ＡＢＣ：Automatic Bias Control）を行う光送信器において、任意電気波形が入力された状態で、Ｉ−ｃｈ、Ｑ−ｃｈ、Ｐｈａｓｅの３つのバイアス電圧を順番に制御し、このとき、Ｉ−ｃｈ、Ｑ−ｃｈのバイアス電圧に低速交番信号（Ｄｉｔｈｅｒ）を重畳し、モニタＰＤ（Photo-Diode）電流から検出されるＤｉｔｈｅｒの誤差信号が０となる収束点にフィードバック制御を行うものが知られている（例えば、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】吉田他、「任意光波形生成のための変調器自動バイアス制御に関する一検討」、電子情報通信学会総合大会Ｂ−１０−５６、２０１０年３月２日発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１に開示されている従来の光送信器においては、Ｉ／Ｑ変調器に任意電気波形が入力された状態でＡＢＣを行うことから、検出される誤差信号が小さいため、最適なバイアス電圧に引き込んで安定するまでに長い時間がかかってしまうという問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、光変調器のバイアス制御において、初期状態では変調信号を入力しないようにすることにより、最適なバイアス電圧の収束点まで引き込む時間を早めることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る光送信器は、入力したデータ系列信号に基づいて駆動された変調信号を出力する変調信号駆動部と、印加されたバイアス電圧および前記変調信号駆動部から入力した前記変調信号に基づいて光を変調し、この変調した光信号を出力する光変調部と、前記変調信号駆動部から前記変調信号が前記光変調部に入力していない初期状態として前記バイアス電圧の制御を行った後に、この初期状態の制御結果に基づいて、前記変調信号駆動部から前記変調信号が前記光変調部に入力している通常状態として前記バイアス電圧の制御を行う制御部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、光送信器において、初期状態では変調信号を光変調部に入力しないようにすることにより、バイアス電圧の制御の収束点に引き込む時間を早めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による光送信器を示す構成図
【図２】この発明の実施の形態１による光送信器を説明するための説明図
【図３】この発明の実施の形態１による光送信器を説明するための説明図
【図４】この発明の実施の形態２による光送信器を示す構成図
【図５】この発明の実施の形態２による光送信器を説明するための説明図
【図６】この発明の実施の形態２による光送信器を説明するための説明図
【図７】この発明の実施の形態２による光送信器を説明するための説明図
【図８】この発明の実施の形態２による光送信器を説明するための説明図
【図９】この発明の実施の形態２による光送信器を説明するための説明図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による光送信器を示す構成図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図１において、１は光源、２ａ、２ｂは変調信号駆動部、３ａ、３ｂはバイアス駆動部、４は電流電圧変換部、５ａ、５ｂは増幅部としての微小信号増幅部、６は制御部、７は同期検波部、８は変調信号駆動制御部、９ａ、９ｂ、９ｃはバイアス印加部、１０ａ、１０ｂはモニタ部、１１ａ、１１ｂは低周波信号生成部としての微小変調信号生成部、１２は平均変調度検出部、１３ａ、１３ｂは加算部、１４は光変調部、１５ａは第一のＭＺ（Mach-Zehnder）型光変調部、１５ｂは第二のＭＺ型光変調部、１６は光位相調整部、１７は光強度検出部、１８ａ〜１８ｇは光導波路である。
【００１０】
図１において、光変調部１４は、第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂ、光位相調整部１６、光強度検出部１７、および光導波路１８ａ〜１８ｇで構成され、例えばＬｉＮｂＯ３基板に形成され、それぞれ光学的に接続されている。すなわち、光変調部１４において、光導波路１８ａは光導波路１８ｂと光導波路１８ｃに接続される。光導波路１８ｂと光導波路１８ｄの間には第一のＭＺ型光変調部１５ａが接続され、光導波路１８ｃと光導波路１８ｅの間には第二のＭＺ型光変調部１５ｂが接続され、光導波路１８ｅと光導波路１８ｆの間には光位相調整部１６が接続されている。光導波路１８ｄと光導波路１８ｆは光導波路１８ｇに接続され、光強度検出部１７も接続されている。
【００１１】
図１において、光源１と光変調部１４は、例えば光ファイバにより光学的に接続されている。
【００１２】
図１において、制御部６は、同期検波部７、変調信号駆動制御部８、バイアス印加部９ａ、９ｂ、９ｃ、モニタ部１０ａ、１０ｂ、微小変調信号生成部１１ａ、１１ｂ、および平均変調度検出部１２で構成され、それぞれ電気的に接続されている。また、図１において、制御部６、変調信号駆動部２ａ、２ｂ、バイアス駆動部３ａ、３ｂ、電流電圧変換部４、微小信号増幅部５ａ、５ｂ、加算部１３ａ、１３ｂ、および光強度検出部１７は、それぞれ電気的に接続されている。
【００１３】
また、光源１は、例えばＩｎＰ系化合物半導体混晶を構成材料とする半導体レーザであり、１．５μｍ波長帯の連続波としてのレーザ光を発光して出力する。なお、光源１の構成は、これに限られるものではなく、例えば１．３μｍ波長帯や、パルス波や、固体レーザ等を用いるようにしても良く、要するに所望の光通信を実現するための光を発光するものを、この発明の実施の形態として適用可能である。
【００１４】
また、第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂは、例えばＬｉＮｂＯ３結晶を構成材料とし、電界印加による屈折率変化、いわゆる電気光学効果を利用したＭＺ型光変調器である。ＭＺ型光変調器は、２つのＹ分岐光導波路の間に、電極を形成した２本の光導波路を並列に接続して、いわゆるＭＺ干渉計として構成されている。ＭＺ型光変調器は、ＭＺ干渉計を通過する光に対して、変調電極に入力された変調信号およびバイアス電極に印加されたバイアス電圧による屈折率変化に起因する２本の光導波路の間の位相差に応じた光強度変化を与えて出力する。ＭＺ型光変調器は、低チャープといった高い信号品質と高速性の両立が可能な光変調器である。
【００１５】
また、光変調部１４は、第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂとしての２個のＭＺ型光変調器をＭＺ干渉計として並列に接続し、実数部であるＩｃｈ（In-phase channel）光信号と虚数部であるＱｃｈ（Quadrature-phase channel）光信号とを、π／２の搬送波位相差を与えて合波することで、複素光電界を生成する２並列ＭＺ型光変調器（ＤＰ−ＭＺＭ：Dual-Parallel Mach-Zehnder Modulator、Ｉ／Ｑ変調器とも呼ばれる）である。光変調部１４は、各ＭＺ型光変調器に変調電極とバイアス電極を備えているとともに、各ＭＺ型光変調器を並列に接続する光導波路の片方に光位相調整部１６としての位相制御電極を備えている。
【００１６】
なお、光変調部１４、第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂの構成は、これに限られるものではなく、例えばＩｎＰ系化合物半導体混晶等を構成材料に用いるようにしても良く、また、要するに最適なバイアス電圧が温度や経年変動によってドリフトしていくような光変調器を、この発明の実施の形態として適用可能である。
【００１７】
次に動作について説明する。図１において、データ系列信号としての入力データ系列信号Ｉｃｈ、Ｑｃｈは、変調信号駆動部２ａ、２ｂに入力され、変調信号駆動制御部８からの制御信号に従い、第一のＭＺ型光変調部１５ａ、１５ｂにそれぞれ入力される。なお、入力データ系列信号Ｉｃｈ、Ｑｃｈは、例えば、それぞれ伝送速度２０ Ｇｂｉｔ／ｓで１か０の２値符号をとる２ビット情報を４つの位相差に載せる差動４相位相偏移変調（ＤＱＰＳＫ：Differential Quadrature Phase Shift Keying）を光変調部１４で行うためのアナログ信号である。
【００１８】
光強度検出部１７からの光強度に応じた電流信号は電流電圧変換部４にて電圧信号に変換され、この出力された電圧信号は微小信号増幅部５ａ、５ｂに入力される。その増幅された電圧信号は制御部６内のモニタ部１０ａ、１０ｂを介して同期検波部７にそれぞれ入力される。同期検波部７は、入力された電圧信号から誤差信号を抽出し、この誤差信号が０となるようなバイアス電圧を演算により求める。バイアス印加部９ａ、９ｂは、モニタ部１０ａを介して同期検波部７で抽出された誤差信号に基づくバイアス電圧を出力する。バイアス印加部９ｃは、モニタ部１０ｂを介して同期検波部７で抽出された誤差信号に基づくバイアス電圧を出力する。
【００１９】
バイアス印加部９ａ、９ｂからの出力がバイアス駆動部３ａ、３ｂで駆動されたバイアス電圧と、微小変調信号生成部１１ａ、１１ｂからの低周波信号としての微小変調信号とが加算部１３a、１３ｂで加算され、第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂにそれぞれ入力される。バイアス印加部９ｃからの出力がバイアス駆動部３ｃで駆動されたバイアス電圧は、光位相調整部１６に入力される。
【００２０】
また、光源１から波長１．５５μｍの光が出力され、この光出力が光変調部１４に入力される。光変調部１４に入力された光は光導波路１８ａを通り、光導波路１８ｂと光導波路１８ｃに同じ光レベルで分波される。それぞれ任意のアナログ信号である入力データ系列信号Ｉｃｈ、Ｑｃｈが変調信号駆動部２ａ、２ｂで駆動され、ＭＺ型光変調器を駆動できる十分な強度をもつ変調信号としてのＩｃｈ、Ｑｃｈアナログ変調信号が出力される。
【００２１】
第一のＭＺ型光変調部１５ａは、加算部１３ａからの微小変調信号を含むバイアス電圧と変調信号駆動部２ａからのＩｃｈアナログ変調信号とにより光導波路１８ｂからの光をＩｃｈ光信号として変調する。第二のＭＺ型光変調部１５ｂは、加算部１３ｂからの微小変調信号を含むバイアス電圧と変調信号駆動部２ｂからのＱｃｈアナログ変調信号とにより光導波路１８ｃからの光をＱｃｈ光信号として変調する。第二のＭＺ変調部１５ｂで変調されたＱｃｈ光信号は、光位相調整部１６にてπ／２位相シフトされ、第一のＭＺ変調部からのＩｃｈ光信号に対し直交関係になる。Ｉｃｈ、Ｑｃｈ光信号を直交関係に調整することで、ＤＱＰＳＫ光送信器をはじめ、任意の駆動波形から直交関係にある複素光電界を生成する分散予等化光送信器としても適用できる。
【００２２】
なお、分散予等化は、光伝送路の波長分散および／または偏波分散による波形歪みを送信側でデジタル信号処理により予め電気的に等化して伝送するものである。この予等化技術は、光学的な分散補償に比べてシステム構成を簡易にできる点や、従来の光学式分散補償デバイスを用いた受信側の分散補償に比べて等化量を増やせる点に優位性があり、４０ Ｇｂｐｓや１００ Ｇｂｐｓ以上というように、光伝送路における波形歪みの影響が大きくなる高速な光伝送技術の中でも、効果的な補償手段となる。
【００２３】
光導波路１８ｄからのＩｃｈ光信号と光導波路１８ｆからのＱｃｈ光信号は光導波路１８ｇで合波され、この光導波路１８ｇからの光信号が光送信器の光出力となる。このときの光強度が、光強度検出部１７内のモニタＰＤ（Photo-Diode）で検出される。微小信号増幅部５ａは、検出された光強度に含まれる微小変調信号生成部１１ａ、１１ｂからの低周波の微小変調信号による交流成分を増幅する。微小信号増幅部５ｂは、検出された光強度に含まれる微小変調信号生成部１１ａ、１１ｂからの低周波の微小変調信号による交流成分を増幅する。このとき、微小信号増幅部５ａと微小信号増幅部５ｂの増幅度は異なる。
【００２４】
図２は、この発明の実施の形態１による光送信器を説明するための説明図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図２（ａ）に、第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂのバイアス制御において、バイアス電圧が最適点から０．０１Ｖπ（Ｖπ：変調器の半波長電圧）ずれたときの平均駆動振幅比ｍ、すなわち、変調度に対する検出誤差の関係の一例を示す。ここで、変調度は、アナログ信号の平均駆動振幅に対するＭＺ型光変調器の半波長電圧の比と定義する。
【００２５】
図２（ａ）において、変調度０．５を境に検出誤差の符号が反転し、変調度が０もしくは１に近づくにつれて検出誤差が大きくなっている。このため、第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂにおいては、変調度０．５を境としてバイアス制御の制御極性を反転してバイアス制御を行う。
【００２６】
図２（ｂ）に、光位相調整部１６のバイアス制御において、バイアス電圧が最適点から０．０１Ｖπずれたときの平均駆動振幅比ｍ、すなわち、変調度に対する検出誤差の関係の一例を示す。このときに得られる誤差信号は第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂのバイアス制御のときに得られる誤差信号と異なり、極性が反転することはないが、変調度が１に近づくにつれて誤差信号は小さくなる。
【００２７】
ここで、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第一のＭＺ型光変調部１５ａおよび第二のＭＺ型光変調部１５ｂのバイアス制御と光位相調整部１６のバイアス制御とでは最適点からのバイアスずれが同じであっても、得られる誤差信号の誤差量が大きく異なり、この例では光位相調整部１６のバイアス制御では第一のＭＺ型光変調部１５ａおよび第二のＭＺ型光変調部１５ｂのバイアス制御の１/３０程度となっている。
【００２８】
このように、同じバイアスずれ量でもバイアス制御時に得られる誤差信号は、第一のＭＺ型光変調部１５ａおよび第二のＭＺ型光変調部１５ｂでは大きいが、光位相調整部１６では小さい。そのため、第一のＭＺ型光変調部１５ａおよび第二のＭＺ型光変調部１５ｂのバイアス制御には微小信号増幅部５ａを用い、光位相調整部１６のバイアス制御には、微小信号増幅部５ａに比べて増幅度が高い微小信号増幅部５ｂを用いる。
【００２９】
また、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂ、および光位相調整部１６において、同じバイアスずれ量でもバイアス制御時に得られる誤差信号は、平均駆動振幅比ｍ、すなわち、変調度が０．５以下で小さいほど大きくなり、変調度が０、つまり、無変調のときに最大値をとる。従って、アナログ変調信号Ｉｃｈ、Ｑｃｈを第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂに入力しないで無変調の状態にすることにより、光変調器１４の光出力から検出される誤差信号を大きくすることができ、これにより、第一のＭＺ型光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂ、および光位相調整部１６のバイアス制御において、収束点まで引き込む時間を早めることができるという効果を奏する。特に、誤差信号が小さい光位相調整部１６のバイアス制御において、その効果が高い。
【００３０】
また、図１において、制御部６内での処理はデジタル信号処理のため、モニタ部１０ａ、１０ｂは、ＡＤＣ（Analog-to-Digital Converter）を用いて、入力された電圧信号をアナログ信号からデジタル信号に変換してモニタする。同様に、バイアス印加部９ａ、９ｂ、９ｃは、ＤＡＣ（Digital-to-Analog Converter）を用いてデジタル信号からアナログ信号に変換したバイアス電圧を出力する。同期検波部７は、第一のＭＺ光変調部１５ａ、第二のＭＺ型光変調部１５ｂ、光位相調整部１６に対する各バイアスの制御毎に時系列で制御を行う。その手順については後で説明する。
【００３１】
第一のＭＺ型光変調部１５ａのバイアス制御において、微小変調信号生成部１１ａは極性が反転する低周波の微小変調信号を出力する。このときの誤差信号をｅＩ＝Ｉ（Ｈ，０）−Ｉ（Ｌ，０）と定義する。Ｉ（ＤＩ，ＤＱ）は光強度検出部１７でのモニタＰＤ電流を示し、ＤＩは第一のＭＺ型光変調部１５ａの低周波の微小変調信号を示し、ＤＱは第二のＭＺ型光変調部１５ｂの低周波の微小変調信号を示す。Ｈは低周波の微小変調信号が正極性を示し、Ｌは負極性を示し、０は低周波の微小変調信号がないことを示す。
【００３２】
この第一のＭＺ型光変調部１５ａのバイアス制御ではｅＩが０となるようにフィードバック制御を行う。この０となる収束点には、ＭＺ型光変調器からの光が最小レベルとなる点であるＮｕｌｌ点と、ＭＺ型光変調器からの光が最大レベルとなる点であるＰｅａｋ点とがある。このため、平均変調度検出部１２で入力データ系列信号Ｉｃｈの変調度が０．５以上と検出されたときには、Ｎｕｌｌ点に制御がかかるように制御の極性が同期検波部７に通知され、０．５以下と検出されたときには、０．５以上のときとは制御の極性を反転させるよう同期検波部７に通知され、Ｎｕｌｌ点に制御を収束させる。
【００３３】
同様に、第二のＭＺ型変調部１５ｂのバイアス制御でも、誤差信号をｅＱ＝Ｉ（０，Ｈ）−Ｉ（０，Ｌ）と定義する。このときもｅＱが０となるようにフィードバック制御を行う。微小変調信号生成部１１ｂの低周波の周波数は微小変調信号生成部１１ａの低周波の周波数の整数倍、例えば２倍とする。これは、これらの低周波の微小変調信号を光位相調整部１６のバイアス制御にも用いるためである。なお、これらの低周波信号としての微小変調信号の周波数は、変調信号としてのＩｃｈ、Ｑｃｈアナログ変調信号の周波数よりも低い。平均変調度検出部１２で変調度が０．５以上か０．５以下を検出し、制御の極性を反転させる動作は同様である。
【００３４】
光位相調整部１６のバイアス制御では、微小変調信号生成部１１ａおよび微小変調信号生成部１１ｂは低周波の微小変調信号を同時に出力する。低周波の周波数は上述のバイアス制御の周波数と同じである。このときの誤差信号をｅＰ＝Ｉ（Ｈ，Ｈ）−Ｉ（Ｈ，Ｌ）−［Ｉ（Ｌ，Ｈ）−Ｉ（Ｌ，Ｌ）］と定義する。この制御バイアスではｅＰが０となるようにフィードバック制御を行う。この０とする収束点はＩｃｈ光信号とＱｃｈ光信号との光位相差がπ／２となる点か−π／２となる点のどちらかである。このどちらに収束させても良く、制御の極性を反転させることで切り替えることができる。
【００３５】
次に、この光送信器のバイアス制御手順を詳細に説明する。図３は、この発明の実施の形態１による光送信器を説明するための説明図であり、バイアス制御手順を示すフローチャートである。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図３において、光源１が立ち上がり正常な光レベルが光変調部１４に入力されるようになった後、制御部６は、バイアス制御を開始する。なお、バイアス制御の立ち上げ前には、収束点が全く分からない。
【００３６】
まず、初期引き込み状態として、変調信号駆動制御部８からの制御信号により駆動利得を０とすることで変調信号駆動部２ａ、２ｂをＯＦＦさせ、Ｉｃｈ、Ｑｃｈアナログ変調信号が光変調部１４に入力しないようにし、これにより、光変調部１４は無変調の状態となる（ステップＳ１）。
【００３７】
次に、微小変調信号生成部１１ａをＯＮさせ、第一のＭＺ型変調部１５ａに印加されるバイアス電圧に低周波の微小変調信号を重畳し、上述のように、第一のＭＺ型変調部１５ａのバイアス制御を行う（ステップＳ２）。これをＩｃｈバイアス制御と呼ぶ。一定時間経過した後、次の第二のＭＺ型変調部１５ｂのバイアス制御に移行する。
【００３８】
すなわち、微小変調信号生成部１１ａをＯＦＦさせ、微小変調信号生成部１１ｂをＯＮさせ、第二のＭＺ型変調部１５ｂに印加されるバイアス電圧に低周波の微小変調信号を重畳し、上述のように、第二のＭＺ型変調部１５ｂのバイアス制御を行う（ステップＳ３）。これをＱｃｈバイアス制御と呼ぶ。同様に、一定時間経過した後、次の光位相変調部１６のバイアス制御に移行する。
【００３９】
すなわち、微小変調信号生成部１１ａをＯＮさせることで、微小変調信号生成部１１ｂと同時に低周波の微小変調信号を各バイアス電圧に重畳し、上述のように、光位相変調部１６のバイアス制御を行う（ステップＳ４）。これをＰｃｈバイアス制御と呼ぶ。
【００４０】
一定時間経過後に、Ｉｃｈ、Ｑｃｈ、Ｐｃｈの全てのバイアスがターゲットに収束したか否かの収束判定を行う（ステップＳ５）。このときの収束判定の条件は、例えば、Ｉｃｈバイアス制御について、バイアス印加部９ａの出力値が一定の変動幅に収まった場合、もしくは、誤差信号ｅＩが０に近づき一定の範囲内に収まった場合などとする。収束していなければ（ステップＳ５のＮｏ）、再びＩｃｈバイアス制御に戻る（ステップＳ２）。収束していれば（ステップＳ５のＹｅｓ）、次の通常状態に移行する。
【００４１】
通常状態では、変調信号駆動制御部８からの制御信号により駆動利得を設定することで変調信号駆動部２ａ、２ｂをＯＮさせ、Ｉｃｈ、Ｑｃｈアナログ変調信号が第一のＭＺ型変調部１５ａ、第二のＭＺ型変調部１５ｂにそれぞれ入力するようにし、これにより、光変調部１４は変調の状態となる（ステップＳ６）。このとき、変調信号駆動制御部８により、平均変調度検出部１２で検出された変調度に基づいて、予め設定した変調度になるように調整する。上述のように、制御の極性が反転してしまう場合があることから、扱う任意の信号に応じて光変調部１４における変調度が０．５をまたがないように設定する。
【００４２】
このように、任意の変調信号を変調電極に入力した変調時に、無変調時と同様に、Ｉｃｈバイアス制御（ステップＳ７）、Ｑｃｈバイアス制御（ステップＳ８）、Ｐｃｈバイアス制御（ステップＳ９）を順番に繰り返す。これにより、光変調部１４の各バイアス電圧を常に最適に制御することができる。
【００４３】
以上の光送信器の構成と手順によって、誤差信号が最も大きく得られる無変調の条件で初期の引き込み制御が行えることになるので、光送信器を起動してからバイアス制御の収束までの時間が従来方式より短く済む。
【００４４】
特に、この光送信器を分散予等化光送信器として用いる場合に、装置の設置の際には分散予等化量を探索して最適予等化量を調整するため、分散予等化量を設定する都度に行うバイアス調整時間が短縮されることとなり、大幅な時間短縮効果が期待される。
【００４５】
以上のように、この発明の実施の形態１による光送信器においては、２並列ＭＺ型光変調器としての光変調部１４のＩｃｈ、Ｑｃｈ、Ｐｃｈバイアス制御において、初期引き込み状態として、Ｉｃｈ、Ｑｃｈアナログ変調信号が光変調部１４に入力しない無変調時に、バイアス電圧を順番に制御するようにしている。これにより、光変調部１４の光出力から検出される誤差信号を大きくすることで、最適なバイアス電圧の収束点まで引き込む時間を早めることができるという作用効果を奏する。
【００４６】
なお、上述のように、この発明の実施の形態１による光送信器においては、制御部６はデジタル信号処理回路として説明したが、制御機能については、光送信器に設けたマイクロコンピュータ等に制御方法を実行させるコンピュータプログラムを用いてソフトウエア処理により実現するようにしても良い。
【００４７】
また、この発明の実施の形態１による光送信器から送信された光信号を光ファイバを伝送させ、光受信器で受信させる光通信システムに適用するようにしても良い。また、この発明の実施の形態１による光送信器を２台以上設け、２台以上の光送信器から送信された光信号を波長多重して光ファイバを伝送させ、受信側で波長分離させて波長ごとに２台以上の光受信器で受信させるＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）光通信システムに適用するようにしても良い。
【００４８】
実施の形態２．
上述のように、この発明の実施の形態１による光送信器は、変調信号が光変調部に入力していない初期状態として、光変調部の出力モニタの低周波信号により、初期引き込み状態としてバイアス電圧の制御を行うようにしたものであるが、この発明の実施の形態２による光送信器は、変調信号が光変調部に入力していない初期状態として、光変調部の出力モニタの平均電圧により、初期値探索状態としてバイアス電圧の初期値を探索して求めるようにしたものである。なお、初期値探索状態によるバイアス電圧の初期値から始めて、変調信号が光変調部に入力している通常状態としてバイアス電圧の制御を行うようにしても良いし、また、実施の形態１の変形例として、初期値探索状態によるバイアス電圧の初期値から始めて、初期引き込み状態としてバイアス電圧の制御を行うようにしても良い。
【００４９】
図４は、この発明の実施の形態２による光送信器を示す構成図である。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図４において、第二のモニタ部１９と初期値探索部２０を制御部６内に追加するようにした構成を除き、図１に示した実施の形態１による光送信器と同様の構成であり、その同様の構成と、それによる同様の動作については説明を省略する。なお、第二のモニタ部１９と初期値探索部２０は、制御部６外に追加するように構成しても良い。また、実施の形態１および図１に示したモニタ部１０ａ、１０ｂは、第二のモニタ部１９と明確に区別するため、実施の形態２および図４では、第一のモニタ部１０ａ、１０ｂと呼ぶことにするが、構成と動作は同様のものである。
【００５０】
次に動作について説明する。第二のモニタ部１９は、電流電圧変換部４から出力される電圧信号の平均値を、ＡＤＣを用いてアナログ信号からデジタル信号に変換してモニタする。なお、第一のモニタ部１０ａ、１０ｂは、電流電圧変換部４から出力され微小信号増幅部５ａ、５ｂで増幅された電圧信号に含まれる低周波信号としての低周波の微小変調信号をモニタするのに対し、第二のモニタ部１９は電圧信号の平均値をモニタする点で異なる。初期値探索部２０は、後述するように、第二のモニタ部１９からの電圧信号の平均値により、Ｉｃｈ、Ｑｃｈバイアス電圧の初期値を探索して求め、バイアス印加部９ａ、９ｂにそれぞれ出力する。
【００５１】
次に、この光送信器のバイアス制御手順を詳細に説明する。図５は、この発明の実施の形態２による光送信器を説明するための説明図であり、バイアス制御手順を示すフローチャートである。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図５において、光源１が立ち上がり正常な光レベルが光変調部１４に入力されるようになった後、制御部６は、バイアス制御を開始する。
【００５２】
まず、初期状態としての初期値探索状態として、変調信号駆動制御部８からの制御信号により駆動利得を０とすることで変調信号駆動部２ａ、２ｂをＯＦＦさせ、Ｉｃｈ、Ｑｃｈアナログ変調信号が光変調部１４に入力しないようにし、さらに、微小変調信号生成部１１ａ、１１ｂをＯＦＦさせ、低周波の微小変調信号が光変調部１４に入力しないようにし、これにより、光変調部１４は完全に無変調の状態となる（ステップＳ１１）。
【００５３】
次に、光変調部１４のＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）光出力レベルをモニタするため、第二のモニタ部１９は、電流電圧変換部４から出力される電圧信号の平均値をモニタする。初期値探索部２０は、初期値探索を開始し、第二のモニタ部１９で光変調部１４のＣＷ光出力をモニタしながら、Ｉｃｈ、Ｑｃｈ、Ｐｃｈバイアスを各々±Ｖπの範囲で変動させるようにバイアス電圧の制御を行う（ステップＳ１２）。そして、初期値探索部２０は、Ｐｃｈバイアスによらず、光変調部１４のＣＷ光出力が最も消光するＩｃｈ、Ｑｃｈバイアスの組合せを探索する（ステップＳ１３）。これにより、Ｉｃｈ、Ｑｃｈバイアスの探索結果は、制御目標である光変調器の消光カーブのＮｕｌｌ点になる。
【００５４】
次に、ＢＯＬ（Ｂｅｇｇｉｎｇ ｏｆ Ｌｉｆｅ）条件を満足しているか否かを判定する（ステップＳ１４）。ＢＯＬ条件とは、バイアス端子の最大駆動電圧から、経年劣化によるバイアス変動分を差し引いた駆動電圧範囲を意味している。２並列ＭＺ変調器である光変調部１４には、ＬｉＮｂＯ３を用いており、経年劣化によるバイアス変動分を考慮したうえで、初期に与えるバイアス値を定めることが望ましい。Ｉｃｈ、Ｑｃｈバイアスの探索結果がＢＯＬ条件を満足していると判定したとき（ステップＳ１４のＹｅｓ）、初期値探索を終了し、Ｉｃｈ、Ｑｃｈバイアスの探索結果を通常状態としてのバイアス電圧の制御におけるバイアス電圧の初期値に設定する（ステップＳ１５）。
【００５５】
このような初期値探索と初期値のＢＯＬ条件判定を行うことで、温度や経年劣化を考慮に入れた場合でも、Ｉｃｈ、Ｑｃｈバイアスを再現性良く求めることができ、運用中のリセット動作やＣＯＬＤ ＳＴＡＲＴ、ＨＯＴ ＳＴＡＲＴといった動作環境条件下においても、安定した起動動作を実現できる。
【００５６】
Ｉｃｈ、Ｑｃｈバイアスの探索結果がＢＯＬ条件を満足していないと判定したとき、再度、ステップＳ１２の初期値探索に戻る（ステップＳ１４のＮｏ）。
【００５７】
初期値探索を終了した後、通常状態としてのバイアス電圧の制御動作は、実施の形態１で説明したステップＳ６〜Ｓ９と同様であり、説明を省略する。
【００５８】
以上の光送信器の構成と手順によって、通常状態の制御動作を始める前に、予め初期値を探索してから制御を始めることで、最適なバイアス電圧の収束点に引き込むまでの制御時間を短縮できるとともに、通常状態のバイアス電圧の制御範囲を狭めることができる。制御範囲を狭められれば、制御目標に対するバイアス設定精度を高めることができ、制御誤差を最小限に抑えることができる。
【００５９】
特に、この光送信器を分散予等化光送信器として用いる場合に、装置の設置の際には分散予等化量を探索して最適予等化量を調整するため、分散予等化量を設定する都度に行うバイアス調整時間が短縮されることとなり、大幅な時間短縮効果が期待される。さらに、分散予等化光送信器としての光性能の劣化を最小限に抑えるためには、高いバイアス制御精度が求められ、バイアス精度を高める上でも、本実施の形態２の制御方法は有効な手法になる。
【００６０】
次に、第二のモニタ部１９と初期値探索部２０を含む制御部６の動作を詳細に説明する。図６は、この発明の実施の形態２による光送信器を説明するための説明図であり、光変調部１４の光出力がＣＷ状態であるとき、Ｐｃｈバイアスをπ／２±πの範囲で変動させた場合の電流電圧変換部４の平均最大出力電圧（図６では、Ｐｈａｓｅ π／２±π変動時の電流電圧変換部の平均最大出力電圧といい、その単位はＶ）と、Ｉｃｈバイアスの制御目標からのずれ量（以下、Ｉｃｈバイアスずれといい、その単位はＶπ）との関係を示すものである。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図６において、Ｉｃｈ、Ｑｃｈ、Ｐｃｈの３つのバイアスに関して、各バイアスが±Ｖπの範囲で任意のバイアスの組合せまで考えた場合、電流電圧変換部４の平均最大出力電圧の範囲は、太い矢印で示すように、０〜３０Ｖの範囲になる。
【００６１】
一方、図６において、予めＩｃｈ、Ｑｃｈバイアスが制御目標になるバイアス電圧値を初期値に設定して制御を始めた場合、制御範囲は、通常状態の通常運用時に必要な最小限の範囲となり、丸印で示す制御目標からＩｃｈバイアスずれにして±０．３Ｖπの範囲内であり、細い矢印で示すように、電流電圧変換部４の平均最大出力電圧にして５Ｖ以下に抑えられる。このように、制御範囲を狭めることで、制御目標に対するバイアス設定精度を高めることができるため、予等化光送信器などの高いバイアス制御精度が求められる場合に有効な手法になる。また、制御範囲を狭めることで、電流電圧変換部４、第一のモニタ部１０ａ、１０ｂ、第二のモニタ部１９を構成する回路の低電圧動作も可能になり、低電力動作に有利である。
【００６２】
図７は、この発明の実施の形態２による光送信器を説明するための説明図であり、通常状態の制御で用いる第一のモニタ部１０ａで検出した微小変調信号（以下、第一のモニタ部で検出した微小変調信号といい、その単位は任意単位）と、３通りのＱｃｈバイアスに対するＩｃｈバイアスずれとの関係を示すものである。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。また、Ｐｃｈバイアスは同位相条件（図７では、Ｐｈａｓｅバイアスは同位相条件という）である。図７において、丸印で示す制御目標は、第一のモニタ部で検出した微小変調信号とＩｃｈバイアスずれがともにゼロになる点である。しかし、丸印を通らない２本の曲線で示すように、Ｑｃｈバイアスが制御目標であるＮｕｌｌ点からずれると、Ｉｃｈバイアスにおいて第一のモニタ部で検出した微小変調信号がゼロになる点が制御目標からずれることが分かる。
【００６３】
これは、２並列ＭＺ型光変調器において、同一の光強度検出部１７を用いて、Ｉｃｈ、Ｑｃｈ、Ｐｃｈの異なる３つのバイアスを制御する場合、各バイアス制御に用いるバイアスと微小変調信号との関係が、他のバイアスの影響を受けやすいことを意味している。従来の制御回路では、任意のバイアスの組合せで制御動作が開始した場合においても、制御目標に収束動作できるように、各バイアスの制御範囲を±Ｖπ以上に広く設定していた。そのため、制御目標に対する設定誤差が大きくなり、制御精度を高めるには限界があった。これに対し、本実施の形態２の制御部６においては、Ｉｃｈ、Ｑｃｈバイアスについて予め制御目標を探索し、その探索結果を初期値として制御を始めるため、他のバイアスの影響を受けにくく、制御範囲を狭められ、高い制御精度で制御動作を実現することができる。
【００６４】
また、図８は、この発明の実施の形態２による光送信器を説明するための説明図であり、バイアス制御手順を示すフローチャートである。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。さらに確実な制御動作を実現するうえで、図３と図５を組み合わせた図８にバイアス制御手順を示すフローチャートによる制御方法も有効な手法である。初期値探索状態では、光信号の光強度の平均値を用いてＩｃｈ、Ｑｃｈバイアスの制御目標が得られるが、Ｐｃｈバイアスに関しては、微小変調信号を用いて制御目標であるπ/２バイアスに追い込む必要がある。図２（ｂ）に示すとおり、最大の検出誤差が得られる平均駆動振幅比はゼロであり、変調信号が光変調部に入力していない初期状態が望ましい。従って、初期値探索状態の後に、通常状態の制御動作を行う前に、初期状態としての初期引き込み状態の制御動作を挿入することで、短時間で確実にＰｃｈバイアスを追い込むことができる。
【００６５】
すなわち、図８において、ステップＳ１１〜Ｓ１５において、初期値探索状態でＩｃｈ、Ｑｃｈバイアスの制御目標を求め、ステップＳ１〜Ｓ５において、初期引き込み状態でＰｃｈバイアスの制御目標への引き込みを行い、Ｉｃｈ、Ｑｃｈ、Ｐｃｈバイアスの全てのバイアス電圧値を制御目標に設定したうえで、ステップＳ６〜Ｓ９において、通常状態の制御動作を実行する。これにより、通常状態の制御動作としては、初期探索状態と初期引込み状態がない場合に比べて、短時間で確実に高い精度でバイアス電圧を制御可能である。
【００６６】
また、図９は、この発明の実施の形態２による光送信器を説明するための説明図であり、変調損失劣化分と変調度（平均駆動振幅比）との関係を示すものである。なお、各図において、同一符号は同一または相当部分を示す。図９において、第二のモニタ部１９でモニタした平均出力電圧は、図９の縦軸に示す変調損失劣化分と等価な値であるため、この平均出力電圧を利用すると、図９の横軸に示す平均駆動振幅比となる変調度を算出可能である。従って、第二のモニタ部１９は、平均変調度検出部１２の代わりに、変調度検出に使うようにしても良い。
【００６７】
以上のように、この発明の実施の形態２による光送信器においては、２並列ＭＺ型光変調器としての光変調部１４のＩｃｈ、Ｑｃｈ、Ｐｃｈバイアス制御において、初期値探索状態として、Ｉｃｈ、Ｑｃｈアナログ変調信号および低周波の微小変調信号が光変調部１４に入力しない完全な無変調時に、光変調部１４が出力した光強度の平均値に基づいてＩｃｈ、Ｑｃｈバイアス制御の初期値を探索して求めるようにしている。これにより、最適なバイアス電圧の収束点まで引き込む時間を早めることができるとともに、通常状態のバイアス電圧の制御範囲を狭めることができ、バイアス電圧の設定精度を高めることができるという作用効果を奏する。また、初期値探索状態の後に、通常状態の制御動作を行う前に、初期引き込み状態の制御動作を挿入するようにしても良い。これにより、短時間で確実にＰｃｈバイアスを追い込むことができるという作用効果を奏する。
【００６８】
なお、上述のように、この発明の実施の形態２による光送信器においては、制御部６内の第二のモニタ部１９と初期値探索部２０はデジタル信号処理回路として説明したが、制御機能については、光送信器に設けたマイクロコンピュータ等に制御方法を実行させるコンピュータプログラムを用いてソフトウエア処理により実現するようにしても良い。
【００６９】
また、この発明の実施の形態２による光送信器から送信された光信号を光ファイバを伝送させ、光受信器で受信させる光通信システムに適用するようにしても良い。また、この発明の実施の形態２による光送信器を２台以上設け、２台以上の光送信器から送信された光信号を波長多重して光ファイバを伝送させ、受信側で波長分離させて波長ごとに２台以上の光受信器で受信させるＷＤＭ（Wavelength Division Multiplexing）光通信システムに適用するようにしても良い。
【符号の説明】
【００７０】
１ 光源
２ａ、２ｂ 変調信号駆動部
４ 電流電圧変換部
５ａ、５ｂ 微小信号増幅部
６ 制御部
７ 同期検波部
８ 変調信号駆動制御部
９ａ、９ｂ、９ｃ バイアス印加部
１０ａ、１０ｂ 第一のモニタ部
１１ａ、１１ｂ 微小変調信号生成部
１２ 平均変調度検出部
１３ａ、１３ｂ 加算部
１４ 光変調部
１５ａ 第一のＭＺ型光変調部
１５ｂ 第二のＭＺ型光変調部
１６ 光位相調整部
１７ 光強度検出部
１８ａ〜１８ｇ 光導波路
１９ 第二のモニタ部
２０ 初期値探索部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力したデータ系列信号に基づいて駆動された変調信号を出力する変調信号駆動部と、
印加されたバイアス電圧および前記変調信号駆動部から入力した前記変調信号に基づいて光を変調し、この変調した光信号を出力する光変調部と、
前記変調信号駆動部から前記変調信号が前記光変調部に入力していない初期状態として前記バイアス電圧の制御を行った後に、この初期状態の制御結果に基づいて、前記変調信号駆動部から前記変調信号が前記光変調部に入力している通常状態として前記バイアス電圧の制御を行う制御部と、
を備えたことを特徴とする光送信器。
【請求項２】
前記制御部は、前記初期状態としての初期引き込み状態として、前記変調信号よりも低周波の低周波信号に基づいて前記バイアス電圧の目標値への引き込みを行った後に、前記通常状態として前記低周波信号に基づいて前記バイアス電圧の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
【請求項３】
前記制御部は、前記初期状態としての初期値探索状態として、前記光信号の光強度の平均値に基づいて前記バイアス電圧の初期値を探索して求めた後に、この求めた前記バイアス電圧の初期値から始めて、前記通常状態として前記変調信号よりも低周波の低周波信号に基づいて前記バイアス電圧の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
【請求項４】
前記制御部は、前記初期状態としての初期値探索状態として、前記光信号の光強度の平均値に基づいて前記バイアス電圧の初期値を探索して求め、この求めた前記バイアス電圧の初期値から始めて、前記初期状態としての初期引き込み状態として、前記変調信号よりも低周波の低周波信号に基づいて前記バイアス電圧の目標値への引き込みを行った後に、前記通常状態として前記低周波信号に基づいて前記バイアス電圧の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
【請求項５】
発光した光を前記光変調部に入力させる光源と、
前記光変調部で出力された前記光信号の光強度を検出する光強度検出部と、
前記光強度検出部で検出された光強度を示す電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部と、
前記電流電圧変換部で変換された前記電圧信号を増幅する増幅部と、
前記低周波信号を前記バイアス電圧に加算する加算部と、を備え、
前記制御部は、
前記増幅部からの前記電圧信号に含まれる前記低周波信号をモニタする第一のモニタ部と、
前記バイアス電圧を前記光変調部に印加するバイアス印加部と、
前記低周波信号を生成する低周波信号生成部と、
前記データ系列信号の平均変調度を検出する平均変調度検出部と、
前記第一のモニタ部でモニタされた前記低周波信号および前記平均変調度に基づいて前記バイアス電圧の値を演算する同期検波部と、
前記初期状態では前記変調信号駆動部から前記変調信号が出力されず、前記通常状態では前記変調信号駆動部から前記平均変調度に基づく前記変調信号が出力されるように、前記変調信号駆動部の駆動利得を制御する変調信号駆動制御部と、
を有することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の光送信器。
【請求項６】
前記制御部は、
前記電流電圧変換部で変換された前記電圧信号の平均値をモニタする第二のモニタ部と、
前記第二のモニタ部でモニタされた電圧信号の平均値に基づいて前記バイアス電圧の初期値を探索して求める初期値探索部と、
を有することを特徴とする請求項５に記載の光送信器。
【請求項７】
前記光変調部は、ＭＺ（Mach-Zehnder）型光変調器を含むことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の光送信器。
【請求項８】
前記光変調部は、２並列ＭＺ型光変調器であり、
前記制御部は、ＩｃｈバイアスとＱｃｈバイアスとＰｃｈバイアスの３つの前記バイアス電圧の制御を行い、
前記増幅部は、ＩｃｈバイアスとＱｃｈバイアスに比べてＰｃｈバイアスの前記バイアス電圧の制御における増幅度が高いことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の光送信器。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の光送信器から送信された光信号を、光ファイバを伝送させ、光受信器で受信させることを特徴とする光通信システム。
【請求項１０】
入力したデータ系列信号に基づいて駆動された変調信号を出力する変調信号駆動ステップと、
印加されたバイアス電圧および前記変調信号駆動ステップによる前記変調信号に基づいて光変調部により光を変調し、この変調した光信号を出力する光変調ステップと、
前記変調信号駆動ステップによる前記変調信号が前記光変調部に入力していない初期状態として前記バイアス電圧の制御を行った後に、この初期状態の制御結果に基づいて、前記変調信号駆動ステップによる前記変調信号が前記光変調部に入力している通常状態として前記バイアス電圧の制御を行う制御ステップと、
を備えたことを特徴とする光送信方法。
【請求項１】
入力したデータ系列信号に基づいて駆動された変調信号を出力する変調信号駆動部と、
印加されたバイアス電圧および前記変調信号駆動部から入力した前記変調信号に基づいて光を変調し、この変調した光信号を出力する光変調部と、
前記変調信号駆動部から前記変調信号が前記光変調部に入力していない初期状態として前記バイアス電圧の制御を行った後に、この初期状態の制御結果に基づいて、前記変調信号駆動部から前記変調信号が前記光変調部に入力している通常状態として前記バイアス電圧の制御を行う制御部と、
を備えたことを特徴とする光送信器。
【請求項２】
前記制御部は、前記初期状態としての初期引き込み状態として、前記変調信号よりも低周波の低周波信号に基づいて前記バイアス電圧の目標値への引き込みを行った後に、前記通常状態として前記低周波信号に基づいて前記バイアス電圧の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
【請求項３】
前記制御部は、前記初期状態としての初期値探索状態として、前記光信号の光強度の平均値に基づいて前記バイアス電圧の初期値を探索して求めた後に、この求めた前記バイアス電圧の初期値から始めて、前記通常状態として前記変調信号よりも低周波の低周波信号に基づいて前記バイアス電圧の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
【請求項４】
前記制御部は、前記初期状態としての初期値探索状態として、前記光信号の光強度の平均値に基づいて前記バイアス電圧の初期値を探索して求め、この求めた前記バイアス電圧の初期値から始めて、前記初期状態としての初期引き込み状態として、前記変調信号よりも低周波の低周波信号に基づいて前記バイアス電圧の目標値への引き込みを行った後に、前記通常状態として前記低周波信号に基づいて前記バイアス電圧の制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の光送信器。
【請求項５】
発光した光を前記光変調部に入力させる光源と、
前記光変調部で出力された前記光信号の光強度を検出する光強度検出部と、
前記光強度検出部で検出された光強度を示す電流信号を電圧信号に変換する電流電圧変換部と、
前記電流電圧変換部で変換された前記電圧信号を増幅する増幅部と、
前記低周波信号を前記バイアス電圧に加算する加算部と、を備え、
前記制御部は、
前記増幅部からの前記電圧信号に含まれる前記低周波信号をモニタする第一のモニタ部と、
前記バイアス電圧を前記光変調部に印加するバイアス印加部と、
前記低周波信号を生成する低周波信号生成部と、
前記データ系列信号の平均変調度を検出する平均変調度検出部と、
前記第一のモニタ部でモニタされた前記低周波信号および前記平均変調度に基づいて前記バイアス電圧の値を演算する同期検波部と、
前記初期状態では前記変調信号駆動部から前記変調信号が出力されず、前記通常状態では前記変調信号駆動部から前記平均変調度に基づく前記変調信号が出力されるように、前記変調信号駆動部の駆動利得を制御する変調信号駆動制御部と、
を有することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれかに記載の光送信器。
【請求項６】
前記制御部は、
前記電流電圧変換部で変換された前記電圧信号の平均値をモニタする第二のモニタ部と、
前記第二のモニタ部でモニタされた電圧信号の平均値に基づいて前記バイアス電圧の初期値を探索して求める初期値探索部と、
を有することを特徴とする請求項５に記載の光送信器。
【請求項７】
前記光変調部は、ＭＺ（Mach-Zehnder）型光変調器を含むことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の光送信器。
【請求項８】
前記光変調部は、２並列ＭＺ型光変調器であり、
前記制御部は、ＩｃｈバイアスとＱｃｈバイアスとＰｃｈバイアスの３つの前記バイアス電圧の制御を行い、
前記増幅部は、ＩｃｈバイアスとＱｃｈバイアスに比べてＰｃｈバイアスの前記バイアス電圧の制御における増幅度が高いことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の光送信器。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれかに記載の光送信器から送信された光信号を、光ファイバを伝送させ、光受信器で受信させることを特徴とする光通信システム。
【請求項１０】
入力したデータ系列信号に基づいて駆動された変調信号を出力する変調信号駆動ステップと、
印加されたバイアス電圧および前記変調信号駆動ステップによる前記変調信号に基づいて光変調部により光を変調し、この変調した光信号を出力する光変調ステップと、
前記変調信号駆動ステップによる前記変調信号が前記光変調部に入力していない初期状態として前記バイアス電圧の制御を行った後に、この初期状態の制御結果に基づいて、前記変調信号駆動ステップによる前記変調信号が前記光変調部に入力している通常状態として前記バイアス電圧の制御を行う制御ステップと、
を備えたことを特徴とする光送信方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２１７１２７（Ｐ２０１２−２１７１２７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１２４０３（Ｐ２０１１−２１２４０３）
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【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１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２８日（２０１１．９．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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