光送信機、及び、光変調器の制御方法
【課題】３値の入力信号を光変調器に印加して光を変調する変調方式において、制御を開始したときに、初めに設定したバイアス点が最適なバイアス点から１８０°位相がずれていても、速やかにバイアス点を最適なバイアス点となるように制御する。
【解決手段】光送信機は、ＭＣＵ３０を用いてＭＺ型光変調器に印加するバイアス電圧ＶＢを制御する。ＭＣＵ３０は、低周波信号ｓをバイアス電圧ＶＢに重畳する。このとき制御入力値ｆは制御誤差ｅとなる。制御誤差ｅがゼロであった場合、ＭＣＵ３０は、低周波信号ｓを入力信号に重畳する。このとき制御入力値ｆは判別量ｄとなる。ＭＣＵ３０は、判別量ｄの正負符号からバイアス電圧ＶＢが最適なバイアス点にあるかを判定する。
【解決手段】光送信機は、ＭＣＵ３０を用いてＭＺ型光変調器に印加するバイアス電圧ＶＢを制御する。ＭＣＵ３０は、低周波信号ｓをバイアス電圧ＶＢに重畳する。このとき制御入力値ｆは制御誤差ｅとなる。制御誤差ｅがゼロであった場合、ＭＣＵ３０は、低周波信号ｓを入力信号に重畳する。このとき制御入力値ｆは判別量ｄとなる。ＭＣＵ３０は、判別量ｄの正負符号からバイアス電圧ＶＢが最適なバイアス点にあるかを判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信機、及び、光変調器の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光トランシーバ等の光送信機において用いられる光変調方式として、光源からの光を光変調器によって変調する外部変調方式がある。外部変調方式に用いられる光変調器としては、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３：ニオブ酸リチウム）等の強誘電体を用いたマッハツェンダ型光変調器が知られている。
【０００３】
マッハツェンダ型光変調器は、駆動電圧に対する出力光電力の関係である入出力特性が周期的に変化する特性を有する。そして、マッハツェンダ型光変調器では、印加される直流電圧、温度変化、経時変化等によって、入出力特性がドリフトすることが知られている。
一方、マッハツェンダ型光変調器を変調する方式として、２値のデータ信号を３値の入力信号に変換し、３値の入力信号をマッハツェンダ型光変調器に印加して光を変調する光デュオバイナリ方式が知られている。
【０００４】
従来、光デュオバイナリ方式で変調するマッハツェンダ型光変調器のドリフトを補償する先行技術として、位相差フィードバックによるバイアス制御方式がある（例えば、特許文献１参照。）。この先行技術では、低周波信号が重畳されたバイアス電圧を光変調器に印加し、出力された光信号をモニタし、モニタした光信号の低周波成分（重畳した低周波信号と同じ周波数成分）と低周波信号の位相差を検出する。そして、検出した位相差に基づいて、位相差がゼロとなるように、マッハツェンダ型光変調器に印加するバイアス電圧を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７２３３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、先行技術が用いる制御方式には、以下のような問題がある。
光デュオバイナリ方式では、一般に、バイアス制御によってバイアス電圧を設定しようとする最適なバイアス点を、マッハツェンダ型光変調器が有する周期的な入出力特性において、出力光電力が最小となるボトム点か、又は、出力光電力が最大となる頂点に設定する。
【０００７】
例えば、マッハツェンダ型光変調器の入出力特性のボトム点を、最適なバイアス点として設定していたとする。ここで、光送信機の電源を投入してバイアス制御を開始したときに、初めに設定したバイアス点（バイアス電圧）が、マッハツェンダ型光変調器の入出力特性がドリフトによって１８０°位相ずれていたために、入出力特性の頂点になっている場合が想定される。この場合、上記の制御方式では、位相差はゼロとして検出されてしまうため、バイアス点が入出力特性の頂点にある状態に維持される。
【０００８】
この後、時間の経過に伴ってドリフトが発生して位相差が生じると、位相差に基づいてバイアス制御が行われ、バイアス点は最適なバイアス点であるボトム点に移動される。しかし、このドリフトが発生するまでの間は、バイアス点が入出力特性の頂点にある状態が続くことになる。
【０００９】
そこで本発明は、３値の入力信号を光変調器に印加して光を変調する変調方式を用いる光送信機、及び、光変調器の制御方法であって、制御を開始したときに、初めに設定したバイアス電圧が最適なバイアス点から１８０°位相がずれていても、速やかにバイアス電圧を最適なバイアス点となるように制御することができる光送信機、及び、光変調器の制御方法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】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明は以下の解決手段を採用する。
すなわち本発明は、駆動電圧に対する出力光電力の関係である入出力特性が周期的に変化する特性を有し、印加された３値の入力信号とバイアス電圧に応じて光を変調し光信号として出力する光変調器と、前記バイアス電圧に第１低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第１低周波信号と同じ周波成分と前記第１低周波信号の第１位相差に基づいて、前記バイアス電圧を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１位相差がゼロであった場合、前記入力信号に第２低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第２低周波信号と同じ周波成分と前記第２低周波信号の第２位相差に基づいて、前記バイアス電圧が最適なバイアス点にあるかを判定し、前記バイアス点が最適なバイアス点にないと判定したとき、前記バイアス電圧にオフセット電圧を加える光送信機を第１の態様とする。
【００１１】
また、本発明は、３値の入力信号を光変調器に印加して光を変調する変調方式を用いる光変調器の制御方法であって、前記光変調器は、駆動電圧に対する出力光電力の関係である入出力特性が周期的に変化する特性を有し、前記バイアス電圧に第１低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第１低周波信号と同じ周波成分と前記第１低周波信号の第１位相差に基づいて、前記バイアス電圧を制御し、前記第１位相差がゼロであった場合、前記入力信号に第２低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第２低周波信号と同じ周波成分と前記第２低周波信号との第２位相差に基づいて、前記バイアス電圧が最適なバイアス点にあるかを判定し、前記バイアス点が最適なバイアス点にないと判定したとき、前記バイアス電圧にオフセット電圧を加える光変調器の制御方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、３値の入力信号を光変調器に印加して光を変調する変調方式を用いる光送信機、及び、光変調器の制御方法であって、制御を開始したときに、初めに設定したバイアス電圧が最適なバイアス点から１８０°位相がずれていても、速やかにバイアス電圧を最適なバイアス点となるように制御することができる光送信機、及び、光変調器の制御方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】光送信機の基本構成を概略的に示したブロック図である。
【図２】ＭＣＵの内部構成を概略的に示したブロック図である。
【図３】判別量ｄを用いてバイアス電圧ＶＢが最適点にあるかを判定できる原理を示した図である。
【図４】ＭＣＵが実行する制御のフローチャートである。
【図５】制御フローの典型的な適用事例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
〔光送信機の基本構成〕
図１は、光送信機１０の基本構成を概略的に示したブロック図である。
光送信機１０は、光源となるレーザダイオード１４と、変調器ドライバ１６と、マッハツェンダ型光変調器（光変調器）（以下、「ＭＺ型光変調器」と表記する）１２と、光分岐回路２２とを備えている。
【００１６】
また、光送信機１０は、ＭＺ型光変調器１２に印加するバイアス電圧ＶＢを制御する制御手段として、フォトダイオード２４、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）２８、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３０を備えている。なお、ＭＣＵ３０には、周辺機器である入力ドライバ及び出力ドライバが付属している。このうち、入力ドライバには１つのＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）３２があり、出力ドライバには２つのＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）３６，３８が含まれている。
【００１７】
レーザダイオード１４は、強度が一定の光ＣＷを発し、マッハツェンダ型光変調器１２に入力する。
【００１８】
変調器ドライバ１６には、光デュオバイナリ方式に基づき２値のデータ信号から３値に変換された入力信号Ｅｓが入力される。変調器ドライバ１６は、入力信号Ｅｓを所定の振幅電圧に増幅して出力する。入力信号Ｅｓは、コンデンサ２０で直流成分を除去された後、入力信号（変調振幅電圧）ＶＭとしてＭＺ型光変調器１２に入力される。なお、入力信号ＶＭは、バイアス電圧ＶＢを中央値とした３値信号となる。例えば、入力信号ＶＭは、振幅電圧の値が「−ＶＭ」，「０」，「ＶＭ」の３値を有する。「ＶＭ」の絶対値は、ＭＺ型光変調器１２の入出力特性の半周期の駆動電圧幅「Ｖπ」と同程度とする。
【００１９】
ＭＺ型光変調器１２は、例えばＬＮ（ＬｉＮｂＯ３：ニオブ酸リチウム）の結晶を用いたＬＮ変調器である。ＭＺ型光変調器１２は、後述する図３（Ａ）に示すように、駆動電圧に対する出力光電力の関係である入出力特性が周期的に変化する特性を有する。
【００２０】
ＭＺ型光変調器１２には、レーザダイオード１４から光ＣＷが入力される。ＭＺ型光変調器１２には、バイアス電圧増幅器１８からバイアス電圧ＶＢが印加され、また、変調器ドライバ１６から３値の入力信号ＶＭが印加される。ＭＺ型光変調器１２は、印加された３値の入力信号ＶＭ及びバイアス電圧ＶＢに応じて光ＣＷを変調（振幅変調）し、２値の光信号Ｏｓを出力する。
【００２１】
ＭＺ型光変調器１２から出力された光信号Ｏｓは、光分岐回路２２により２系統に分岐される。このうち一方の光信号Ｏｓは、光送信機１０から出力される。他方の光信号Ｏｓは、フォトダイオード２４でモニタされ、モニタ出力Ｐに変換される。モニタ出力Ｐは、ＢＰＦ２８で帯域調整され、さらにＡＤＣ３２でデジタル化されてＭＣＵ３０に入力される。
【００２２】
ＭＣＵ３０は、バイアス電圧ＶＢに低周波信号ｓ（図２を参照）を重畳し、光信号Ｏｓの低周波成分（低周波信号ｓと同じ周波数成分）と低周波信号ｓの位相差に基づいて、位相差がなくなるように、バイアス電圧ＶＢを制御するという動作を行う。
【００２３】
また、ＭＣＵ３０は、ＤＡＣ３８から低周波信号ｓを出力することもできる。ＤＡＣ３８から出力された低周波信号ｓは、定電流電源３９を経由して変調器ドライバ１６が出力する入力信号ＶＭに重畳される。このように、本実施形態では、ＭＣＵ３０は、バイアス電圧ＶＢの他に、入力信号ＶＭにも低周波信号ｓを重畳することが可能となっている。なお、ＭＣＵ３０がＤＡＣ３８から低周波信号を出力するときの動作については後述する。
【００２４】
図２は、ＭＣＵ３０の内部構成を概略的に示したブロック図である。
ＭＣＵ３０は、低周波信号発生器４０、乗算器４２、ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）４４、反転増幅器４６、バイアス制御回路４８、スイッチ５０、逓倍器（倍率μ）５２，逓倍器（倍率ν）５４、及び加算器５６を備える。なお、これらの構成要素は、実際にハードウェアとしてＭＣＵ３０内に集積されたものでもよいし、ソフトウェア処理によりその機能が実現されたものであってもよい。
低周波信号発生器４０は、変調器ドライバに入力される入力信号Ｅｓよりも低周波（例えば、１ｋＨｚ程度）の低周波信号ｓを発生する。発生した低周波信号ｓは、スイッチ５０と乗算器４２へ出力される。
【００２５】
乗算器４２は、ＡＤＣ３２からモニタ出力Ｐが入力され、低周波信号発生器４０から低周波信号ｓが入力される。乗算器４２は、モニタ出力Ｐと低周波信号ｓを乗算処理し、光信号Ｏｓの低周波成分と低周波信号ｓの位相差を示す信号を生成し、該信号をＬＰＦ４４へ出力する。
【００２６】
ＬＰＦ４４は、乗算器４２からの信号を積分して周波数成分ｃを生成し、該周波数成分ｃを反転増幅器４６へ出力する。
反転増幅器４６は、周波数成分ｃを論理反転（×−１）し、制御入力値ｆとしてバイアス制御回路４８へ出力する。
【００２７】
スイッチ５０は、低周波信号発生器４０から低周波信号ｓが入力される。スイッチ５０は、出口（１）に逓倍器５２が接続されており、出口（２）に逓倍器５４が接続されている。スイッチ５０は、バイアス制御回路４８に接続しており、バイアス制御回路４８の制御を受けて、低周波信号ｓの出力先を出口（１）又は出口（２）に切り替える。
スイッチ５０の出力先が出口（１）の場合、低周波信号ｓは逓倍器５２を経由して、加算器５６に入力される。加算器５６は、バイアス制御回路４８と接続しており、バイアス制御回路４８が出力したバイアス電圧ＶＢに低周波信号ｓを重畳して、ＤＡＣ３６へ出力する。なお、スイッチ５０から低周波信号ｓが出力されていない場合は、バイアス制御回路４８が出力したバイアス電圧ＶＢをそのままＤＡＣ３６へ出力する。バイアス電圧ＶＢは、ＤＡＣ３６でアナログ化され、バイアス電圧増幅器１８で増幅されたのち、ＭＺ型光変調器１２に印加される。
【００２８】
スイッチ５０の出力先が出口（２）の場合、低周波信号ｓは逓倍器５４を経由してＤＡＣ３８へ出力される。ＤＡＣ３８によってアナログ化された低周波信号ｓは、定電流電源３９を経由して変調器ドライバ１６が出力する入力信号ＶＭに重畳される。
【００２９】
バイアス制御回路４８は、定常的なバイアス制御として、スイッチ５０の出口先を出口（１）とし、低周波信号ｓをバイアス電圧ＶＢに重畳する。低周波信号ｓをバイアス電圧ＶＢに重畳している場合、反転増幅器４６から入力される制御入力値ｆは、制御誤差ｅを意味している。バイアス制御回路４８は、制御誤差ｅに基づくＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御により、制御誤差ｅがゼロとなるように、バイアス電圧ＶＢを制御する。これにより、バイアス電圧ＶＢは、バイアス電圧ＶＢを設定しようとする最適なバイアス点へと収束される。
【００３０】
また、バイアス制御回路４８は、図示しないメモリにバイアス電圧ＶＢの初期値を保存している。例えば、光送信機１０に電源が投入されたときなどにおいて、制御を開始したとき、バイアス制御回路４８は、バイアス電圧ＶＢに該初期値を設定する。
【００３１】
バイアス制御回路４８は、バイアス電圧ＶＢに初期値を設定し、低周波信号ｓをバイアス電圧ＶＢに重畳して制御を開始したときに、制御誤差ｅがゼロであった場合、スイッチ５０の出口先を出口（２）に切り替えて、低周波信号ｓを入力信号ＶＭに重畳するという制御を行う。低周波信号ｓを入力信号ＶＭに重畳している場合、制御入力値ｆは、バイアス電圧ＶＢが最適なバイアス点にあるか、又は、最適なバイアス点から１８０°位相がずれた点にあるかを判別するための判別量ｄを意味する。
【００３２】
バイアス制御回路４８は、判別量ｄに基づき、バイアス電圧ＶＢが最適なバイアス点にあると判定した場合、スイッチ５０の出口先を出口（１）に切り替えて、定常的なバイアス制御を行う。一方、バイアス電圧ＶＢが最適なバイアス点から１８０°位相がずれた点にあると判定した場合、バイアス電圧ＶＢに電圧「Ｖπ」を加えたのち、スイッチ５０の出口先を出口（１）に切り替えて、定常的なバイアス制御を行う。
【００３３】
なお、電圧「Ｖπ」は、ＭＺ型光変調器１２が有する周期的な入出力特性において、半周期分の駆動電圧幅に相当する電圧である。したがって、バイアス電圧ＶＢに電圧「Ｖπ」を加えることは、バイアス点を１８０°ずらすことを意味する。
【００３４】
以下、判別量ｄによって、バイアス電圧ＶＢが最適なバイアス点にあるか、又は、最適なバイアス点から１８０°位相がずれた点にあるかを判別することができる点について説明する。
【００３５】
〔判別量ｄの導出〕
以下、判別量ｄの導出過程について説明する。
導出過程を単純化するため、周期Ｔ（＝１／ｆ０）の低周波信号ｓ（ｔ）を以下の式（０）で定義する。
（０）ｓ（ｔ）＝＋１：ただし０≦ｔ＜Ｔ／２のとき
ｓ（ｔ）＝ ０：ただしｔ＝Ｔ／２のとき
ｓ（ｔ）＝−１：ただしＴ／２＜ｔ≦Ｔのとき
【００３６】
低周波信号ｓを入力信号ＶＭに重畳した場合、３値信号Ｖ＋１，Ｖ０，Ｖ−１のうち、中央値（Ｖ０）以外に低周波信号ｓの成分が加算された状態となる。具体的には、３値信号Ｖ＋１，Ｖ０，Ｖ−１の時間変化はそれぞれ以下の（１）式で表される。
（１）
Ｖ±１（ｔ）＝ＶＢ±（ＶＭ＋νｓ（ｔ））
Ｖ０ （ｔ）＝ＶＢ
【００３７】
このとき、モニタ出力Ｐの時間変化は以下の（２）式で表される。なお（２）式中、ＰＭＺは、ＭＺ型光変調器１２の一般的な入出力特性（駆動電圧Ｖの周期関数）を表す。
（２）
Ｐ（ｔ）＝｛ＰＭＺ（Ｖ＋１（ｔ））＋２ＰＭＺ（Ｖ０（ｔ））＋ＰＭＺ（Ｖ−１（ｔ））｝／４
＝｛１−ｃｏｓ（πＶＢ）ｃｏｓ２（π（ＶＭ＋νｓ（ｔ））／２）｝／２
【００３８】
ＭＣＵ３０内部でモニタ出力Ｐに低周波信号ｓを混合し、ＬＰＦ４４で積分した結果が周波数成分ｃとなる。そして、この場合の周波数成分ｃの逆数が判別量ｄを表す。具体的には、上記の（２）式より、判別量ｄは以下の（３）式で表される。
（３）
ｄ（ＶＢ）＝−ｃ（ＶＢ）＝−１／Ｔ∫０ＴＰ（ｔ）ｓ（ｔ）ｄｔ
＝−１／４・ｃｏｓ（πＶＢ）ｓｉｎ（πＶＭ）ｓｉｎ（πν）
【００３９】
〔判定原理〕
図３は、判別量ｄを用いてバイアス電圧ＶＢが最適なバイアス点にあるかを判定できる原理を示した図である。このうち、図３（Ａ）は、ＭＺ型光変調器１２の一般的な入出力特性（駆動電圧Ｖに対する出力光電力ＰＭＺの関係）を表している。また、図３（Ｂ）は、バイアス電圧ＶＢに対する制御誤差ｅの変化を表し、図３（Ｃ）は、バイアス電圧ＶＢに対する判別量ｄの変化を表している。
【００４０】
〔制御誤差ｅ〕
図３中（Ａ），（Ｂ）の相対関係から、入出力特性上のバイアス点Ｖ（＝バイアス電圧ＶＢ）と制御誤差ｅとの相対関係が明らかとなる。
すなわち、制御誤差ｅがゼロとなる点は、入出力特性が最小となるボトム点（図３（Ａ）のＢ点）と、入出力特性が最大となる頂点（図３（Ａ）のＴ点）であることが分かる。最適なバイアス点をボトム点（Ｂ点）に設定していたとすると、先行技術の問題点として述べたように、制御誤差ｅがゼロである場合、バイアス電圧ＶＢが正しい位置（Ｂ点）にあるのか、間違った位置（Ｔ点）にあるのかを判定ができない。
【００４１】
〔判別量ｄ〕
これに対し、図３中（Ａ），（Ｃ）の相対関係に着目すると、バイアス電圧ＶＢを正しい位置（Ｂ点）で制御している場合は判別量ｄが正の値となり、間違った位置（Ｔ点）で制御している場合は判別量ｄが負の値になる。これは、判別量ｄの正負符号からバイアス電圧ＶＢが最適なバイアス点にあるか否かを判定できることを意味している。
【００４２】
以上のように、バイアス制御回路４８は、低周波信号ｓを入力信号ＶＭに重畳しているときの制御入力値ｆを判別量ｄとして利用することができる。判別量ｄの正負符号（＋／−）によって、バイアス電圧ＶＢが最適なバイアス点にあるか否かを判定することができる。
【００４３】
〔制御フロー〕
以下、ＭＣＵが実行する制御フローを説明する。
図４は、ＭＣＵ３０が実行する制御のフローチャートである。
【００４４】
例えば、光送信機１０の電源が投入されると、ＭＣＵ３０は制御を開始する。ＭＣＵ３０は、バイアス電圧ＶＢに低周波信号ｓを重畳する（Ｓ１０）。
【００４５】
バイアス電圧ＶＢに低周波信号ｓを重畳すると、ＭＣＵ３０は制御誤差ｅが得られる（Ｓ１２）。
制御誤差ｅがゼロ（「≒０」）である場合（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、ＭＣＵ３０は、入力信号ＶＭに低周波信号ｓを重畳する（Ｓ１６）。
【００４６】
次に、ＭＣＵ３０は、判別量ｄを計算する（Ｓ１８）。ＭＣＵ３０は、判別量ｄの符号が正であるかを判定する（Ｓ２０）。
【００４７】
Ｓ２０において、判別量ｄの符号が負である場合（Ｓ２０：Ｎｏ）、ＭＣＵ３０は、バイアス電圧ＶＢに電圧「Ｖπ」を加える（Ｓ２２）。
【００４８】
Ｓ１４において制御誤差ｅがゼロでない場合、Ｓ２０において判別量ｄの符号が正である場合、及びＳ２２の後、ＭＣＵ３０は、Ｓ２４〜Ｓ２８の定常的なバイアス制御を行う。
【００４９】
ＭＣＵ３０は、バイアス電圧ＶＢに低周波信号ｓを重畳する（Ｓ２４）。ＭＣＵ３０は、制御誤差ｅを取得する（Ｓ２６）。ＭＣＵ３０は、制御誤差ｅに基づいて、バイアス電圧ＶＢを制御する（ステップＳ２８）。
【００５０】
この後、Ｓ２４に戻り、定常的に、制御誤差ｅに基づいてバイアス電圧ＶＢの制御が行われる。
【００５１】
〔適用事例〕
図５は、上述した制御フローの典型的な適用事例を示した図である。図５（Ａ）は、制御を開始したときに、バイアス電圧ＶＢによるバイアス点が最適なバイアス点（Ｂ点）から１８０°位相がずれていた事例を示し、図５（Ｂ）は、バイアス電圧ＶＢに電圧「Ｖπ」が加えられて、バイアス点が最適なバイアス点に移動した事例を示している。
【００５２】
なお、ここではＭＺ型光変調器１２の入出力特性上で光出力が最小となる点（Ｂ点）を最適なバイアス点としているが、入出力特性上で光出力が最大となる点（Ｔ点）を最適点としてもよい。また図５中、入力信号ＶＭを示す３値信号（「３値電気入力」と表記）、及び、光信号Ｏｓを示す２値信号（「２値光出力」と表記）は、いずれもアイパターンで示されている。
【００５３】
図５（Ａ）に示されているように、制御を開始したとき、バイアス電圧ＶＢによるバイアス点は、最適なバイアス点（Ｂ点）から１８０°位相がずれたＴ点にある。このとき、制御誤差ｅはゼロとなるが、光信号Ｏｓの２値信号の極性（０，１）が反転してしまう。具体的には、２値信号のハイレベルが「０」、ローレベルが「１」となり、論理反転が生じてしまう。
【００５４】
この場合、上記のようにＭＣＵ３０によって、判別量ｄが計算され、その符号が負（−）になることから、直ちにバイアス電圧ＶＢに電圧「Ｖπ」を加えられる。
【００５５】
これにより、図５中（Ｂ）に示されるようにバイアス電圧ＶＢが正しい位置（最小値Ｂ点）に移動され、２値信号の極性（０，１）が正しくなる。
【００５６】
上述した一実施形態の光送信機１０、及び、光変調器の制御方法によれば、３値の入力信号を光変調器に印加して光を変調する変調方式を用いる際に、制御を開始したときに、初めに設定したバイアス電圧が最適なバイアス点から１８０°位相がずれていても、速やかにバイアス電圧を最適なバイアス点となるように制御することができる。
【００５７】
また、バイアス電圧ＶＢの制御に際して、ＭＺ型光変調器の入出力特性の半周期の駆動電圧幅に相当する電圧「Ｖπ」をバイアス電圧ＶＢに加えているので、１８０°位相がずれた動作点（Ｔ点）から最適なバイアス点（Ｂ点）へ、直ちにバイアス電圧ＶＢを移動させることができる。これにより、速やかに、バイアス電圧ＶＢが最適なバイアス点に移動する。
【００５８】
本発明は上述した一実施形態に制約されることなく、種々の変形を伴って実施することができる。ＭＣＵ３０の内部構成は、図２に示されるもの以外に変更してもよいし、ＭＣＵ３０による内部処理は、一部又は全部をソフトウェア処理により実現してもよい。
【００５９】
一実施形態では、判別量ｄの符号が正のときに最適なバイアス点にあり、負のときに最適なバイアス点から１８０°位相がずれた点にあると判定している。変形例として、ＭＺ型光変調器１２の入出力特性上で光出力が最大となる点（Ｔ点）を最適なバイアス点として設定した場合、判別量ｄの正負の符号の判定は逆となる。
【００６０】
バイアス電圧ＶＢに加える所定の電圧は、ＭＺ型光変調器の入出力特性の半周期の駆動電圧幅「Ｖπ」と異なっていてもよい。電圧「Ｖπ」と異なっていても、バイアス点は、最適なバイアス点から１８０°位相がずれた点（Ｔ点）からずれるので、制御誤差ｅがゼロでなくなる。以後、ＭＣＵ３０が実行する制御誤差ｅに基づくバイアス制御により、バイアス電圧ＶＢは最適なバイアス点（例えば、Ｂ点）に収束する。バイアス電圧ＶＢに加える所定の電圧は、「−Ｖπ」から「Ｖπ」の範囲に設定するのが好ましい。なお。バイアス電圧ＶＢに加える所定の電圧として、ＭＺ型光変調器の入出力特性の１周期の駆動電圧幅「２Ｖπ」（及びその整数倍）は除く。バイアス電圧ＶＢに加える所定の電圧は、負の電圧であってもよい。
【００６１】
また、入力信号ＶＭに重畳する低周波信号は、バイアス電圧ＶＢに重畳する低周波信号と別のものにしてもよい。
【００６２】
その他、一実施形態で挙げた光送信機の構成は好ましい例示であり、各構成要素を適宜に変形又は置換して本発明を好適に実施することができることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 光送信機
１２ ＭＺ型光変調器
１４ レーザダイオード
１６ 変調器ドライバ
１８ バイアス電圧増幅器
２２ 光分岐回路
２４ フォトダイオード
３０ ＭＣＵ
４０ 低周波信号発生器
４８ バイアス制御回路
５０ スイッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光送信機、及び、光変調器の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光トランシーバ等の光送信機において用いられる光変調方式として、光源からの光を光変調器によって変調する外部変調方式がある。外部変調方式に用いられる光変調器としては、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３：ニオブ酸リチウム）等の強誘電体を用いたマッハツェンダ型光変調器が知られている。
【０００３】
マッハツェンダ型光変調器は、駆動電圧に対する出力光電力の関係である入出力特性が周期的に変化する特性を有する。そして、マッハツェンダ型光変調器では、印加される直流電圧、温度変化、経時変化等によって、入出力特性がドリフトすることが知られている。
一方、マッハツェンダ型光変調器を変調する方式として、２値のデータ信号を３値の入力信号に変換し、３値の入力信号をマッハツェンダ型光変調器に印加して光を変調する光デュオバイナリ方式が知られている。
【０００４】
従来、光デュオバイナリ方式で変調するマッハツェンダ型光変調器のドリフトを補償する先行技術として、位相差フィードバックによるバイアス制御方式がある（例えば、特許文献１参照。）。この先行技術では、低周波信号が重畳されたバイアス電圧を光変調器に印加し、出力された光信号をモニタし、モニタした光信号の低周波成分（重畳した低周波信号と同じ周波数成分）と低周波信号の位相差を検出する。そして、検出した位相差に基づいて、位相差がゼロとなるように、マッハツェンダ型光変調器に印加するバイアス電圧を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３７２３３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、先行技術が用いる制御方式には、以下のような問題がある。
光デュオバイナリ方式では、一般に、バイアス制御によってバイアス電圧を設定しようとする最適なバイアス点を、マッハツェンダ型光変調器が有する周期的な入出力特性において、出力光電力が最小となるボトム点か、又は、出力光電力が最大となる頂点に設定する。
【０００７】
例えば、マッハツェンダ型光変調器の入出力特性のボトム点を、最適なバイアス点として設定していたとする。ここで、光送信機の電源を投入してバイアス制御を開始したときに、初めに設定したバイアス点（バイアス電圧）が、マッハツェンダ型光変調器の入出力特性がドリフトによって１８０°位相ずれていたために、入出力特性の頂点になっている場合が想定される。この場合、上記の制御方式では、位相差はゼロとして検出されてしまうため、バイアス点が入出力特性の頂点にある状態に維持される。
【０００８】
この後、時間の経過に伴ってドリフトが発生して位相差が生じると、位相差に基づいてバイアス制御が行われ、バイアス点は最適なバイアス点であるボトム点に移動される。しかし、このドリフトが発生するまでの間は、バイアス点が入出力特性の頂点にある状態が続くことになる。
【０００９】
そこで本発明は、３値の入力信号を光変調器に印加して光を変調する変調方式を用いる光送信機、及び、光変調器の制御方法であって、制御を開始したときに、初めに設定したバイアス電圧が最適なバイアス点から１８０°位相がずれていても、速やかにバイアス電圧を最適なバイアス点となるように制御することができる光送信機、及び、光変調器の制御方法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】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明は以下の解決手段を採用する。
すなわち本発明は、駆動電圧に対する出力光電力の関係である入出力特性が周期的に変化する特性を有し、印加された３値の入力信号とバイアス電圧に応じて光を変調し光信号として出力する光変調器と、前記バイアス電圧に第１低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第１低周波信号と同じ周波成分と前記第１低周波信号の第１位相差に基づいて、前記バイアス電圧を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記第１位相差がゼロであった場合、前記入力信号に第２低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第２低周波信号と同じ周波成分と前記第２低周波信号の第２位相差に基づいて、前記バイアス電圧が最適なバイアス点にあるかを判定し、前記バイアス点が最適なバイアス点にないと判定したとき、前記バイアス電圧にオフセット電圧を加える光送信機を第１の態様とする。
【００１１】
また、本発明は、３値の入力信号を光変調器に印加して光を変調する変調方式を用いる光変調器の制御方法であって、前記光変調器は、駆動電圧に対する出力光電力の関係である入出力特性が周期的に変化する特性を有し、前記バイアス電圧に第１低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第１低周波信号と同じ周波成分と前記第１低周波信号の第１位相差に基づいて、前記バイアス電圧を制御し、前記第１位相差がゼロであった場合、前記入力信号に第２低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第２低周波信号と同じ周波成分と前記第２低周波信号との第２位相差に基づいて、前記バイアス電圧が最適なバイアス点にあるかを判定し、前記バイアス点が最適なバイアス点にないと判定したとき、前記バイアス電圧にオフセット電圧を加える光変調器の制御方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、３値の入力信号を光変調器に印加して光を変調する変調方式を用いる光送信機、及び、光変調器の制御方法であって、制御を開始したときに、初めに設定したバイアス電圧が最適なバイアス点から１８０°位相がずれていても、速やかにバイアス電圧を最適なバイアス点となるように制御することができる光送信機、及び、光変調器の制御方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】光送信機の基本構成を概略的に示したブロック図である。
【図２】ＭＣＵの内部構成を概略的に示したブロック図である。
【図３】判別量ｄを用いてバイアス電圧ＶＢが最適点にあるかを判定できる原理を示した図である。
【図４】ＭＣＵが実行する制御のフローチャートである。
【図５】制御フローの典型的な適用事例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
〔光送信機の基本構成〕
図１は、光送信機１０の基本構成を概略的に示したブロック図である。
光送信機１０は、光源となるレーザダイオード１４と、変調器ドライバ１６と、マッハツェンダ型光変調器（光変調器）（以下、「ＭＺ型光変調器」と表記する）１２と、光分岐回路２２とを備えている。
【００１６】
また、光送信機１０は、ＭＺ型光変調器１２に印加するバイアス電圧ＶＢを制御する制御手段として、フォトダイオード２４、ＢＰＦ（Ｂａｎｄ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）２８、ＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３０を備えている。なお、ＭＣＵ３０には、周辺機器である入力ドライバ及び出力ドライバが付属している。このうち、入力ドライバには１つのＡＤＣ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）３２があり、出力ドライバには２つのＤＡＣ（Ｄｉｇｉｔａｌ ｔｏ Ａｎａｌｏｇ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）３６，３８が含まれている。
【００１７】
レーザダイオード１４は、強度が一定の光ＣＷを発し、マッハツェンダ型光変調器１２に入力する。
【００１８】
変調器ドライバ１６には、光デュオバイナリ方式に基づき２値のデータ信号から３値に変換された入力信号Ｅｓが入力される。変調器ドライバ１６は、入力信号Ｅｓを所定の振幅電圧に増幅して出力する。入力信号Ｅｓは、コンデンサ２０で直流成分を除去された後、入力信号（変調振幅電圧）ＶＭとしてＭＺ型光変調器１２に入力される。なお、入力信号ＶＭは、バイアス電圧ＶＢを中央値とした３値信号となる。例えば、入力信号ＶＭは、振幅電圧の値が「−ＶＭ」，「０」，「ＶＭ」の３値を有する。「ＶＭ」の絶対値は、ＭＺ型光変調器１２の入出力特性の半周期の駆動電圧幅「Ｖπ」と同程度とする。
【００１９】
ＭＺ型光変調器１２は、例えばＬＮ（ＬｉＮｂＯ３：ニオブ酸リチウム）の結晶を用いたＬＮ変調器である。ＭＺ型光変調器１２は、後述する図３（Ａ）に示すように、駆動電圧に対する出力光電力の関係である入出力特性が周期的に変化する特性を有する。
【００２０】
ＭＺ型光変調器１２には、レーザダイオード１４から光ＣＷが入力される。ＭＺ型光変調器１２には、バイアス電圧増幅器１８からバイアス電圧ＶＢが印加され、また、変調器ドライバ１６から３値の入力信号ＶＭが印加される。ＭＺ型光変調器１２は、印加された３値の入力信号ＶＭ及びバイアス電圧ＶＢに応じて光ＣＷを変調（振幅変調）し、２値の光信号Ｏｓを出力する。
【００２１】
ＭＺ型光変調器１２から出力された光信号Ｏｓは、光分岐回路２２により２系統に分岐される。このうち一方の光信号Ｏｓは、光送信機１０から出力される。他方の光信号Ｏｓは、フォトダイオード２４でモニタされ、モニタ出力Ｐに変換される。モニタ出力Ｐは、ＢＰＦ２８で帯域調整され、さらにＡＤＣ３２でデジタル化されてＭＣＵ３０に入力される。
【００２２】
ＭＣＵ３０は、バイアス電圧ＶＢに低周波信号ｓ（図２を参照）を重畳し、光信号Ｏｓの低周波成分（低周波信号ｓと同じ周波数成分）と低周波信号ｓの位相差に基づいて、位相差がなくなるように、バイアス電圧ＶＢを制御するという動作を行う。
【００２３】
また、ＭＣＵ３０は、ＤＡＣ３８から低周波信号ｓを出力することもできる。ＤＡＣ３８から出力された低周波信号ｓは、定電流電源３９を経由して変調器ドライバ１６が出力する入力信号ＶＭに重畳される。このように、本実施形態では、ＭＣＵ３０は、バイアス電圧ＶＢの他に、入力信号ＶＭにも低周波信号ｓを重畳することが可能となっている。なお、ＭＣＵ３０がＤＡＣ３８から低周波信号を出力するときの動作については後述する。
【００２４】
図２は、ＭＣＵ３０の内部構成を概略的に示したブロック図である。
ＭＣＵ３０は、低周波信号発生器４０、乗算器４２、ＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）４４、反転増幅器４６、バイアス制御回路４８、スイッチ５０、逓倍器（倍率μ）５２，逓倍器（倍率ν）５４、及び加算器５６を備える。なお、これらの構成要素は、実際にハードウェアとしてＭＣＵ３０内に集積されたものでもよいし、ソフトウェア処理によりその機能が実現されたものであってもよい。
低周波信号発生器４０は、変調器ドライバに入力される入力信号Ｅｓよりも低周波（例えば、１ｋＨｚ程度）の低周波信号ｓを発生する。発生した低周波信号ｓは、スイッチ５０と乗算器４２へ出力される。
【００２５】
乗算器４２は、ＡＤＣ３２からモニタ出力Ｐが入力され、低周波信号発生器４０から低周波信号ｓが入力される。乗算器４２は、モニタ出力Ｐと低周波信号ｓを乗算処理し、光信号Ｏｓの低周波成分と低周波信号ｓの位相差を示す信号を生成し、該信号をＬＰＦ４４へ出力する。
【００２６】
ＬＰＦ４４は、乗算器４２からの信号を積分して周波数成分ｃを生成し、該周波数成分ｃを反転増幅器４６へ出力する。
反転増幅器４６は、周波数成分ｃを論理反転（×−１）し、制御入力値ｆとしてバイアス制御回路４８へ出力する。
【００２７】
スイッチ５０は、低周波信号発生器４０から低周波信号ｓが入力される。スイッチ５０は、出口（１）に逓倍器５２が接続されており、出口（２）に逓倍器５４が接続されている。スイッチ５０は、バイアス制御回路４８に接続しており、バイアス制御回路４８の制御を受けて、低周波信号ｓの出力先を出口（１）又は出口（２）に切り替える。
スイッチ５０の出力先が出口（１）の場合、低周波信号ｓは逓倍器５２を経由して、加算器５６に入力される。加算器５６は、バイアス制御回路４８と接続しており、バイアス制御回路４８が出力したバイアス電圧ＶＢに低周波信号ｓを重畳して、ＤＡＣ３６へ出力する。なお、スイッチ５０から低周波信号ｓが出力されていない場合は、バイアス制御回路４８が出力したバイアス電圧ＶＢをそのままＤＡＣ３６へ出力する。バイアス電圧ＶＢは、ＤＡＣ３６でアナログ化され、バイアス電圧増幅器１８で増幅されたのち、ＭＺ型光変調器１２に印加される。
【００２８】
スイッチ５０の出力先が出口（２）の場合、低周波信号ｓは逓倍器５４を経由してＤＡＣ３８へ出力される。ＤＡＣ３８によってアナログ化された低周波信号ｓは、定電流電源３９を経由して変調器ドライバ１６が出力する入力信号ＶＭに重畳される。
【００２９】
バイアス制御回路４８は、定常的なバイアス制御として、スイッチ５０の出口先を出口（１）とし、低周波信号ｓをバイアス電圧ＶＢに重畳する。低周波信号ｓをバイアス電圧ＶＢに重畳している場合、反転増幅器４６から入力される制御入力値ｆは、制御誤差ｅを意味している。バイアス制御回路４８は、制御誤差ｅに基づくＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）制御により、制御誤差ｅがゼロとなるように、バイアス電圧ＶＢを制御する。これにより、バイアス電圧ＶＢは、バイアス電圧ＶＢを設定しようとする最適なバイアス点へと収束される。
【００３０】
また、バイアス制御回路４８は、図示しないメモリにバイアス電圧ＶＢの初期値を保存している。例えば、光送信機１０に電源が投入されたときなどにおいて、制御を開始したとき、バイアス制御回路４８は、バイアス電圧ＶＢに該初期値を設定する。
【００３１】
バイアス制御回路４８は、バイアス電圧ＶＢに初期値を設定し、低周波信号ｓをバイアス電圧ＶＢに重畳して制御を開始したときに、制御誤差ｅがゼロであった場合、スイッチ５０の出口先を出口（２）に切り替えて、低周波信号ｓを入力信号ＶＭに重畳するという制御を行う。低周波信号ｓを入力信号ＶＭに重畳している場合、制御入力値ｆは、バイアス電圧ＶＢが最適なバイアス点にあるか、又は、最適なバイアス点から１８０°位相がずれた点にあるかを判別するための判別量ｄを意味する。
【００３２】
バイアス制御回路４８は、判別量ｄに基づき、バイアス電圧ＶＢが最適なバイアス点にあると判定した場合、スイッチ５０の出口先を出口（１）に切り替えて、定常的なバイアス制御を行う。一方、バイアス電圧ＶＢが最適なバイアス点から１８０°位相がずれた点にあると判定した場合、バイアス電圧ＶＢに電圧「Ｖπ」を加えたのち、スイッチ５０の出口先を出口（１）に切り替えて、定常的なバイアス制御を行う。
【００３３】
なお、電圧「Ｖπ」は、ＭＺ型光変調器１２が有する周期的な入出力特性において、半周期分の駆動電圧幅に相当する電圧である。したがって、バイアス電圧ＶＢに電圧「Ｖπ」を加えることは、バイアス点を１８０°ずらすことを意味する。
【００３４】
以下、判別量ｄによって、バイアス電圧ＶＢが最適なバイアス点にあるか、又は、最適なバイアス点から１８０°位相がずれた点にあるかを判別することができる点について説明する。
【００３５】
〔判別量ｄの導出〕
以下、判別量ｄの導出過程について説明する。
導出過程を単純化するため、周期Ｔ（＝１／ｆ０）の低周波信号ｓ（ｔ）を以下の式（０）で定義する。
（０）ｓ（ｔ）＝＋１：ただし０≦ｔ＜Ｔ／２のとき
ｓ（ｔ）＝ ０：ただしｔ＝Ｔ／２のとき
ｓ（ｔ）＝−１：ただしＴ／２＜ｔ≦Ｔのとき
【００３６】
低周波信号ｓを入力信号ＶＭに重畳した場合、３値信号Ｖ＋１，Ｖ０，Ｖ−１のうち、中央値（Ｖ０）以外に低周波信号ｓの成分が加算された状態となる。具体的には、３値信号Ｖ＋１，Ｖ０，Ｖ−１の時間変化はそれぞれ以下の（１）式で表される。
（１）
Ｖ±１（ｔ）＝ＶＢ±（ＶＭ＋νｓ（ｔ））
Ｖ０ （ｔ）＝ＶＢ
【００３７】
このとき、モニタ出力Ｐの時間変化は以下の（２）式で表される。なお（２）式中、ＰＭＺは、ＭＺ型光変調器１２の一般的な入出力特性（駆動電圧Ｖの周期関数）を表す。
（２）
Ｐ（ｔ）＝｛ＰＭＺ（Ｖ＋１（ｔ））＋２ＰＭＺ（Ｖ０（ｔ））＋ＰＭＺ（Ｖ−１（ｔ））｝／４
＝｛１−ｃｏｓ（πＶＢ）ｃｏｓ２（π（ＶＭ＋νｓ（ｔ））／２）｝／２
【００３８】
ＭＣＵ３０内部でモニタ出力Ｐに低周波信号ｓを混合し、ＬＰＦ４４で積分した結果が周波数成分ｃとなる。そして、この場合の周波数成分ｃの逆数が判別量ｄを表す。具体的には、上記の（２）式より、判別量ｄは以下の（３）式で表される。
（３）
ｄ（ＶＢ）＝−ｃ（ＶＢ）＝−１／Ｔ∫０ＴＰ（ｔ）ｓ（ｔ）ｄｔ
＝−１／４・ｃｏｓ（πＶＢ）ｓｉｎ（πＶＭ）ｓｉｎ（πν）
【００３９】
〔判定原理〕
図３は、判別量ｄを用いてバイアス電圧ＶＢが最適なバイアス点にあるかを判定できる原理を示した図である。このうち、図３（Ａ）は、ＭＺ型光変調器１２の一般的な入出力特性（駆動電圧Ｖに対する出力光電力ＰＭＺの関係）を表している。また、図３（Ｂ）は、バイアス電圧ＶＢに対する制御誤差ｅの変化を表し、図３（Ｃ）は、バイアス電圧ＶＢに対する判別量ｄの変化を表している。
【００４０】
〔制御誤差ｅ〕
図３中（Ａ），（Ｂ）の相対関係から、入出力特性上のバイアス点Ｖ（＝バイアス電圧ＶＢ）と制御誤差ｅとの相対関係が明らかとなる。
すなわち、制御誤差ｅがゼロとなる点は、入出力特性が最小となるボトム点（図３（Ａ）のＢ点）と、入出力特性が最大となる頂点（図３（Ａ）のＴ点）であることが分かる。最適なバイアス点をボトム点（Ｂ点）に設定していたとすると、先行技術の問題点として述べたように、制御誤差ｅがゼロである場合、バイアス電圧ＶＢが正しい位置（Ｂ点）にあるのか、間違った位置（Ｔ点）にあるのかを判定ができない。
【００４１】
〔判別量ｄ〕
これに対し、図３中（Ａ），（Ｃ）の相対関係に着目すると、バイアス電圧ＶＢを正しい位置（Ｂ点）で制御している場合は判別量ｄが正の値となり、間違った位置（Ｔ点）で制御している場合は判別量ｄが負の値になる。これは、判別量ｄの正負符号からバイアス電圧ＶＢが最適なバイアス点にあるか否かを判定できることを意味している。
【００４２】
以上のように、バイアス制御回路４８は、低周波信号ｓを入力信号ＶＭに重畳しているときの制御入力値ｆを判別量ｄとして利用することができる。判別量ｄの正負符号（＋／−）によって、バイアス電圧ＶＢが最適なバイアス点にあるか否かを判定することができる。
【００４３】
〔制御フロー〕
以下、ＭＣＵが実行する制御フローを説明する。
図４は、ＭＣＵ３０が実行する制御のフローチャートである。
【００４４】
例えば、光送信機１０の電源が投入されると、ＭＣＵ３０は制御を開始する。ＭＣＵ３０は、バイアス電圧ＶＢに低周波信号ｓを重畳する（Ｓ１０）。
【００４５】
バイアス電圧ＶＢに低周波信号ｓを重畳すると、ＭＣＵ３０は制御誤差ｅが得られる（Ｓ１２）。
制御誤差ｅがゼロ（「≒０」）である場合（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、ＭＣＵ３０は、入力信号ＶＭに低周波信号ｓを重畳する（Ｓ１６）。
【００４６】
次に、ＭＣＵ３０は、判別量ｄを計算する（Ｓ１８）。ＭＣＵ３０は、判別量ｄの符号が正であるかを判定する（Ｓ２０）。
【００４７】
Ｓ２０において、判別量ｄの符号が負である場合（Ｓ２０：Ｎｏ）、ＭＣＵ３０は、バイアス電圧ＶＢに電圧「Ｖπ」を加える（Ｓ２２）。
【００４８】
Ｓ１４において制御誤差ｅがゼロでない場合、Ｓ２０において判別量ｄの符号が正である場合、及びＳ２２の後、ＭＣＵ３０は、Ｓ２４〜Ｓ２８の定常的なバイアス制御を行う。
【００４９】
ＭＣＵ３０は、バイアス電圧ＶＢに低周波信号ｓを重畳する（Ｓ２４）。ＭＣＵ３０は、制御誤差ｅを取得する（Ｓ２６）。ＭＣＵ３０は、制御誤差ｅに基づいて、バイアス電圧ＶＢを制御する（ステップＳ２８）。
【００５０】
この後、Ｓ２４に戻り、定常的に、制御誤差ｅに基づいてバイアス電圧ＶＢの制御が行われる。
【００５１】
〔適用事例〕
図５は、上述した制御フローの典型的な適用事例を示した図である。図５（Ａ）は、制御を開始したときに、バイアス電圧ＶＢによるバイアス点が最適なバイアス点（Ｂ点）から１８０°位相がずれていた事例を示し、図５（Ｂ）は、バイアス電圧ＶＢに電圧「Ｖπ」が加えられて、バイアス点が最適なバイアス点に移動した事例を示している。
【００５２】
なお、ここではＭＺ型光変調器１２の入出力特性上で光出力が最小となる点（Ｂ点）を最適なバイアス点としているが、入出力特性上で光出力が最大となる点（Ｔ点）を最適点としてもよい。また図５中、入力信号ＶＭを示す３値信号（「３値電気入力」と表記）、及び、光信号Ｏｓを示す２値信号（「２値光出力」と表記）は、いずれもアイパターンで示されている。
【００５３】
図５（Ａ）に示されているように、制御を開始したとき、バイアス電圧ＶＢによるバイアス点は、最適なバイアス点（Ｂ点）から１８０°位相がずれたＴ点にある。このとき、制御誤差ｅはゼロとなるが、光信号Ｏｓの２値信号の極性（０，１）が反転してしまう。具体的には、２値信号のハイレベルが「０」、ローレベルが「１」となり、論理反転が生じてしまう。
【００５４】
この場合、上記のようにＭＣＵ３０によって、判別量ｄが計算され、その符号が負（−）になることから、直ちにバイアス電圧ＶＢに電圧「Ｖπ」を加えられる。
【００５５】
これにより、図５中（Ｂ）に示されるようにバイアス電圧ＶＢが正しい位置（最小値Ｂ点）に移動され、２値信号の極性（０，１）が正しくなる。
【００５６】
上述した一実施形態の光送信機１０、及び、光変調器の制御方法によれば、３値の入力信号を光変調器に印加して光を変調する変調方式を用いる際に、制御を開始したときに、初めに設定したバイアス電圧が最適なバイアス点から１８０°位相がずれていても、速やかにバイアス電圧を最適なバイアス点となるように制御することができる。
【００５７】
また、バイアス電圧ＶＢの制御に際して、ＭＺ型光変調器の入出力特性の半周期の駆動電圧幅に相当する電圧「Ｖπ」をバイアス電圧ＶＢに加えているので、１８０°位相がずれた動作点（Ｔ点）から最適なバイアス点（Ｂ点）へ、直ちにバイアス電圧ＶＢを移動させることができる。これにより、速やかに、バイアス電圧ＶＢが最適なバイアス点に移動する。
【００５８】
本発明は上述した一実施形態に制約されることなく、種々の変形を伴って実施することができる。ＭＣＵ３０の内部構成は、図２に示されるもの以外に変更してもよいし、ＭＣＵ３０による内部処理は、一部又は全部をソフトウェア処理により実現してもよい。
【００５９】
一実施形態では、判別量ｄの符号が正のときに最適なバイアス点にあり、負のときに最適なバイアス点から１８０°位相がずれた点にあると判定している。変形例として、ＭＺ型光変調器１２の入出力特性上で光出力が最大となる点（Ｔ点）を最適なバイアス点として設定した場合、判別量ｄの正負の符号の判定は逆となる。
【００６０】
バイアス電圧ＶＢに加える所定の電圧は、ＭＺ型光変調器の入出力特性の半周期の駆動電圧幅「Ｖπ」と異なっていてもよい。電圧「Ｖπ」と異なっていても、バイアス点は、最適なバイアス点から１８０°位相がずれた点（Ｔ点）からずれるので、制御誤差ｅがゼロでなくなる。以後、ＭＣＵ３０が実行する制御誤差ｅに基づくバイアス制御により、バイアス電圧ＶＢは最適なバイアス点（例えば、Ｂ点）に収束する。バイアス電圧ＶＢに加える所定の電圧は、「−Ｖπ」から「Ｖπ」の範囲に設定するのが好ましい。なお。バイアス電圧ＶＢに加える所定の電圧として、ＭＺ型光変調器の入出力特性の１周期の駆動電圧幅「２Ｖπ」（及びその整数倍）は除く。バイアス電圧ＶＢに加える所定の電圧は、負の電圧であってもよい。
【００６１】
また、入力信号ＶＭに重畳する低周波信号は、バイアス電圧ＶＢに重畳する低周波信号と別のものにしてもよい。
【００６２】
その他、一実施形態で挙げた光送信機の構成は好ましい例示であり、各構成要素を適宜に変形又は置換して本発明を好適に実施することができることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 光送信機
１２ ＭＺ型光変調器
１４ レーザダイオード
１６ 変調器ドライバ
１８ バイアス電圧増幅器
２２ 光分岐回路
２４ フォトダイオード
３０ ＭＣＵ
４０ 低周波信号発生器
４８ バイアス制御回路
５０ スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動電圧に対する出力光電力の関係である入出力特性が周期的に変化する特性を有し、印加された３値の入力信号とバイアス電圧に応じて光を変調し光信号として出力する光変調器と、
前記バイアス電圧に第１低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第１低周波信号と同じ周波成分と前記第１低周波信号の第１位相差に基づいて、前記バイアス電圧を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第１位相差がゼロであった場合、前記入力信号に第２低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第２低周波信号と同じ周波成分と前記第２低周波信号の第２位相差に基づいて、前記バイアス電圧が前記バイアス電圧を設定しようとする最適なバイアス点にあるかを判定し、前記バイアス電圧が最適なバイアス点にないと判定したとき、前記バイアス電圧に所定の電圧を加える
光送信機。
【請求項２】
前記制御手段は、前記所定の電圧として前記光変調器の半周期の駆動電圧幅に相当する電圧を、前記バイアス電圧に加える
請求項１に記載の光送信機。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第２低周波信号として前記第１低周波信号を用いる
請求項１又は２に記載の光送信機。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記第１低周波信号の重畳先を、前記バイアス電圧又は前記入力信号の間で切り替える動作を行う、
請求項３に記載の光送信機。
【請求項５】
前記光変調器は、マッハツェンダ型光変調器である
請求項１から４いずれかに記載の光送信機。
【請求項６】
３値の入力信号を光変調器に印加して光を変調する変調方式を用いる光変調器の制御方法であって、
前記光変調器は、駆動電圧に対する出力光電力の関係である入出力特性が周期的に変化する特性を有し、
前記バイアス電圧に第１低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第１低周波信号と同じ周波成分と前記第１低周波信号の第１位相差に基づいて、前記バイアス電圧を制御し、
前記第１位相差がゼロであった場合、前記入力信号に第２低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第２低周波信号と同じ周波成分と前記第２低周波信号との第２位相差に基づいて、前記バイアス電圧が前記バイアス電圧を設定しようとする最適なバイアス点にあるかを判定し、前記バイアス点が最適なバイアス点にないと判定したとき、前記バイアス電圧に所定の電圧を加える
光変調器の制御方法。
【請求項７】
前記所定の電圧として前記光変調器の半周期の駆動電圧幅に相当する電圧を、前記バイアス電圧に加える
請求項６に記載の光変調器の制御方法。
【請求項８】
前記第２低周波信号として前記第１低周波信号を用いる
請求項６又は７に記載の光送信機。
【請求項９】
前記第１低周波信号の重畳先を、前記バイアス電圧又は前記入力信号の間で切り替える
請求項８に記載の光送信機。
【請求項１０】
前記光変調器は、マッハツェンダ型光変調器である
請求項６から９いずれかに記載の光送信機。
【請求項１】
駆動電圧に対する出力光電力の関係である入出力特性が周期的に変化する特性を有し、印加された３値の入力信号とバイアス電圧に応じて光を変調し光信号として出力する光変調器と、
前記バイアス電圧に第１低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第１低周波信号と同じ周波成分と前記第１低周波信号の第１位相差に基づいて、前記バイアス電圧を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記第１位相差がゼロであった場合、前記入力信号に第２低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第２低周波信号と同じ周波成分と前記第２低周波信号の第２位相差に基づいて、前記バイアス電圧が前記バイアス電圧を設定しようとする最適なバイアス点にあるかを判定し、前記バイアス電圧が最適なバイアス点にないと判定したとき、前記バイアス電圧に所定の電圧を加える
光送信機。
【請求項２】
前記制御手段は、前記所定の電圧として前記光変調器の半周期の駆動電圧幅に相当する電圧を、前記バイアス電圧に加える
請求項１に記載の光送信機。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第２低周波信号として前記第１低周波信号を用いる
請求項１又は２に記載の光送信機。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記第１低周波信号の重畳先を、前記バイアス電圧又は前記入力信号の間で切り替える動作を行う、
請求項３に記載の光送信機。
【請求項５】
前記光変調器は、マッハツェンダ型光変調器である
請求項１から４いずれかに記載の光送信機。
【請求項６】
３値の入力信号を光変調器に印加して光を変調する変調方式を用いる光変調器の制御方法であって、
前記光変調器は、駆動電圧に対する出力光電力の関係である入出力特性が周期的に変化する特性を有し、
前記バイアス電圧に第１低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第１低周波信号と同じ周波成分と前記第１低周波信号の第１位相差に基づいて、前記バイアス電圧を制御し、
前記第１位相差がゼロであった場合、前記入力信号に第２低周波信号を重畳し、前記光信号の前記第２低周波信号と同じ周波成分と前記第２低周波信号との第２位相差に基づいて、前記バイアス電圧が前記バイアス電圧を設定しようとする最適なバイアス点にあるかを判定し、前記バイアス点が最適なバイアス点にないと判定したとき、前記バイアス電圧に所定の電圧を加える
光変調器の制御方法。
【請求項７】
前記所定の電圧として前記光変調器の半周期の駆動電圧幅に相当する電圧を、前記バイアス電圧に加える
請求項６に記載の光変調器の制御方法。
【請求項８】
前記第２低周波信号として前記第１低周波信号を用いる
請求項６又は７に記載の光送信機。
【請求項９】
前記第１低周波信号の重畳先を、前記バイアス電圧又は前記入力信号の間で切り替える
請求項８に記載の光送信機。
【請求項１０】
前記光変調器は、マッハツェンダ型光変調器である
請求項６から９いずれかに記載の光送信機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−５４２１１（Ｐ２０１３−５４２１１Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９２３８５（Ｐ２０１１−１９２３８５）
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月５日（２０１１．９．５）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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