半導体光変調器の駆動制御装置
【課題】バイアスドリフトと駆動信号の振幅の両方を同時に制御し、安定的に半導体ＭＺ変調器を動作させる駆動制御装置を提供する。
【解決手段】連続光を出射する光源からの光を受け、駆動電圧に対する光出力特性が周期的に変化する半導体光変調器の駆動制御装置であって、半導体光変調器から出力された出力光に応じて変化する電気信号を検波するピーク検波部と、発振回路と、発振回路の出力とピーク検波部のピーク検波出力信号とに基づいて同期検波する同期検波回路と、同期検波回路の出力に応じて半導体光変調器の位相バイアスを制御するバイアス制御部と、データ信号を増幅する増幅器と、同期検波回路の出力に応じて増幅器から出力された増幅されたデータ信号の振幅を制御する振幅制御部と、増幅器の出力に対して基準電圧を供給する電源回路と、増幅器の出力と基準電圧とを受けて駆動電圧を発生する加算器とを備える。
【解決手段】連続光を出射する光源からの光を受け、駆動電圧に対する光出力特性が周期的に変化する半導体光変調器の駆動制御装置であって、半導体光変調器から出力された出力光に応じて変化する電気信号を検波するピーク検波部と、発振回路と、発振回路の出力とピーク検波部のピーク検波出力信号とに基づいて同期検波する同期検波回路と、同期検波回路の出力に応じて半導体光変調器の位相バイアスを制御するバイアス制御部と、データ信号を増幅する増幅器と、同期検波回路の出力に応じて増幅器から出力された増幅されたデータ信号の振幅を制御する振幅制御部と、増幅器の出力に対して基準電圧を供給する電源回路と、増幅器の出力と基準電圧とを受けて駆動電圧を発生する加算器とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に用いる光変調器の駆動制御装置に関し、特に、半導体マッハツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）型光変調器を安定して駆動制御できる駆動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの一つの変調方式として、レーザーダイオードを駆動電流で変調して電気信号に比例した光の強度信号を得る直接変調方式が用いられてきた。この直接変調方式は、装置構成が非常に簡単である長所を有している。
【０００３】
しかし、伝送速度が数Ｇｂｉｔ／ｓを超える超高速・広帯域光通信システムにおいては、直接変調時に光の波長が変化する波長変動（チャーピング）現象が伝送容量を制限する要因となっていた。
【０００４】
このため、直接変調方式は、比較的低速な光通信システムに用いられている。
一方、超高速伝送用の光変調方式では、変調時のチャーピングを抑圧するため、半導体レーザを連続的に発光させて、この光を外部変調器でオン／オフする外部変調器方式が使用されている。なお、外部変調器として最も一般的なものはマッハツェンダ型光変調器（以下、ＭＺ型変調器とする）である。
【０００５】
図１９は、ＭＺ型光変調器の駆動信号に対する光出力特性の一例を示す図である。図１９を参照して、従来のＮＲＺ（ｎｏｎ ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ ｚｅｒｏ）変調符号では、周期Ｔでレベルが変化する駆動信号のハイレベルおよびローレベルを光出力特性の発光の頂点Ａおよび消光の頂点Ｂにそれぞれ合わせることによって、光出力のオン／オフ変調を行っている。
【０００６】
なお、以下の説明では、周期的に変化する光出力特性の発光／消光の各頂点Ａ、Ｂに対応したバイアス電圧の差をＶπで表記することにする。これによれば上記のＮＲＺ変調方式における駆動信号の振幅はＶπとなる。
【０００７】
このＭＺ型光変調器については、チャーピング現象が少ないという長所がある。しかしながら、温度変化や経時変化等により駆動信号に対する光出力特性が時間的にドリフトして、光出力のオン／オフレベルに符号間干渉が生じてしまうという問題があった。
【０００８】
このような問題を解決してＭＺ型変調器の動作点を安定に制御するためには、図１９に示した駆動電圧に対する光出力特性を示す曲線ａが曲線ｂに変動した場合には、駆動信号によるバイアス電圧をその変化に応じて小さくするという動作点の制御が必要となる。一方、曲線ａが曲線ｃに変動した場合には、同様にバイアス電圧をその変化に応じて大きくするといった動作点の制御が必要である。
【０００９】
このＮＲＺ符号やＲＺ（ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ ｚｅｒｏ）符号を用いた変調方式では、たとえば、特開平４−１４０７１２号公報（特許文献１）に開示された技術において、駆動信号に低周波信号を重畳して動作点の変動量および変動方向を検出し、フィードバックによりバイアス電圧を制御して、動作点を正常に保つ補償技術を用いてバイアス電圧の補償を行うことを目的としている。
【００１０】
特開平１０−０４８５８２号公報（特許文献２）に開示された技術は、バイアスと駆動振幅の両方を最適化することを目的とする。第一の同期検波回路と第二の同期検波回路が配置され、第一のディザ信号発生器と第二のディザ信号発生器は、加算器によって加算されＤＣバイアス端子に接続されている。第一の同期検波回路では、ディザ信号をＤＣバイアスに重畳し、ピーク検波器でディザ信号成分を検出する。検出した信号を元のディザ信号と掛け合わせ、最適なバイアス値との差に応じた誤差信号を得る。この値をＤＣバイアスにフィードバックすることで、変調器のバイアスを最適化することができる。第二の同期検波回路も同様の構成であり、変調器駆動振幅の最適値からのずれに対応した誤差信号が同期検波回路から出力されるため、誤差信号を利得可変増幅器にフィードバックすることで、光変調器への駆動信号の振幅を最適化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平４−１４０７１２号公報
【特許文献２】特開平１０−０４８５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特開平４−１４０７１２号公報（特許文献１）に開示された技術を用いることにより、温度変化や経時変化等によりバイアスドリフトを補償することが可能となる。ＭＺ型光変調器として一般的なＬｉＮｂＯ３を基板に用いたＬＮ変調器などは安定的に使用することが可能となる。
【００１３】
さらに近年、半導体導波路を用いてＭＺ変調器を構成する半導体ＭＺ変調器が実現されている。半導体ＭＺ変調器は、大幅な小型化が可能である。また半導体ＭＺ変調器は、駆動振幅も小さい。従って、半導体ＭＺ変調器を用いることにより、光送信装置の大幅な小型化が実現でき、将来の有望なデバイスとして期待されている。
【００１４】
しかしながら、この半導体ＭＺ変調器は、温度、経年変化などによるバイアスドリフトの他に、温度や波長によってＶπ（駆動信号の振幅）も変化してしまう問題点がある。
【００１５】
特開平１０−０４８５８２号公報（特許文献２）に開示された技術では、最適なバイアス電圧が複数あることが前提であるため、最適なバイアス電圧が一つしかない場合は最適点に収束しない可能性があるという問題点もある。
【００１６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、バイアスドリフトと駆動信号の振幅の両方を同時に制御し、安定的に半導体ＭＺ変調器を動作させる駆動制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明に係る半導体光変調器の駆動制御装置は、連続光を出射する光源からの光を受け、駆動電圧に対する光出力特性が周期的に変化する半導体光変調器の駆動制御装置であって、半導体光変調器から出力された出力光に応じて変化する電気信号を検波するピーク検波部と、発振回路と、発振回路の出力とピーク検波部のピーク検波出力信号とに基づいて同期検波する同期検波回路と、同期検波回路の出力に応じて半導体光変調器の位相バイアスを制御するバイアス制御部と、データ信号を増幅する増幅器と、同期検波回路の出力に応じて増幅器から出力された増幅されたデータ信号の振幅を制御する振幅制御部と、増幅器の出力に対して基準電圧を供給する電源回路と、増幅器の出力と基準電圧とを受けて駆動電圧を発生する加算器とを備える。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の駆動制御装置によれば、半導体ＭＺ変調器の制御において、バイアスと駆動振幅を最適値に制御することが可能となり、安定的に半導体ＭＺ変調器を動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１による駆動制御装置１００を示すブロック図である。
【図２】半導体ＭＺ変調器２の構成を示す図である。
【図３】図２に示した半導体ＭＺ変調器の構成の変形例を示す図である。
【図４】Ｐバイアス電圧が適切に設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。
【図５】Ｐバイアス電圧が適切な値より高く設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。
【図６】Ｐバイアス電圧が適切な値より低く設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。
【図７】駆動振幅が適切に設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。
【図８】駆動振幅が適切な値より大きく設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。
【図９】駆動振幅が適切な値より小さく設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。
【図１０】実施の形態２の駆動制御装置２００を示すブロック図である。
【図１１】半導体ＭＺ変調器２のＳバイアス電圧と駆動振幅の関係を示す図である。
【図１２】実施の形態３による駆動制御装置３００の接続関係の一例を説明するためのブロック図である。
【図１３】実施の形態３による駆動制御装置３００の接続関係の別の一例を説明するためのブロック図である。
【図１４】実施の形態３の駆動制御装置３００の変形例である駆動制御装置３００Ａを示すブロック図である。
【図１５】実施の形態４による駆動制御装置４００を示すブロック図である。
【図１６】２つの異なる波長におけるＰバイアスと光出力との関係を説明するための図である。
【図１７】実施の形態５の駆動制御装置５００を示すブロック図である。
【図１８】実施の形態６の駆動制御装置６００を示すブロック図である。
【図１９】ＭＺ型光変調器の駆動信号に対する光出力特性の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明の各実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００２１】
［実施の形態１］
図１は実施の形態１の駆動制御装置１００を示すブロック図である。図１を参照して、駆動制御装置１００は、連続光を出射する光源１と、半導体ＭＺ変調器２と、出力信号を分波する分波器３と、光信号を電気信号に変換するフォトダイオード４と、フォトダイオード４の出力電気信号を増幅し、包絡線を検波するピーク検波部５と、ディザ信号（低周波信号）を発生する発振回路６と、ディザ信号とピーク検波信号とを掛け合わせ同期検波する同期検波回路７とを含む。発振回路６はディザ信号発生部６ａ、６ｂを含み、同期検波回路７は同期検波部７ａ、７ｂを含む。
【００２２】
さらに、駆動制御装置１００は、同期検波部７ａからの出力信号に基づきバイアスを制御するバイアス制御部８と、同期検波部７ｂからの出力信号に基づきデータ信号の振幅を制御する振幅制御部９と、データ信号を増幅し半導体ＭＺ変調器を駆動する増幅器１０と、バイアス制御部８および振幅制御部９からの制御信号をそれぞれディザ信号に加算する加算器１１ａ、１１ｂと、データ信号が増幅器１０によって増幅された信号に重畳するバイアス（基準電圧）を供給するＤＣ電源１２と、データ信号とＤＣ電源１２の出力電圧とを加算する加算器１１ｃとを含む。
【００２３】
同期検波回路７は様々な形態のものが実現されており、たとえばバンドパスフィルタ、ミキサ、低域透過フィルタで構成されるものが一般的である。さらに、デジタル信号処理によって実現することも可能である。また、ピーク検波部５は通常ダイオードとコンデンサとを用いて容易に構成され、またピーク検波器として容易に市場で入手できる。
【００２４】
図２は、半導体ＭＺ変調器２の構成を示す図である。図２を参照して、半導体ＭＺ変調器２は、対称な２つのアーム２０Ａ、２０Ｂと、光入出力のための導波路１５と、データ信号で変調するための信号電極１３と、各アームの位相とを調整する位相調整電極１４とを含む。
【００２５】
信号電極１３は、データ信号とバイアス（Ｓバイアス）とを印加して各アームの位相を高速に変化させる。位相調整電極１４は、位相調整バイアス（Ｐバイアス）を印加して各アームの位相を調整する。信号電極１３と位相調整電極１４とが分離されているのは、バイアスによって光吸収が発生することと、バイアスの値によって半波長電圧（Ｖπ）が変化するためである。ただ、必ずしも上記のように電極が分離されている必要はなく、１つの電極で制御することも可能である。
【００２６】
次に、半導体ＭＺ変調器２と比較しつつ半導体ＭＺ変調器２Ａを説明する。図３は、半導体ＭＺ変調器２の変形例である半導体ＭＺ変調器２Ａを示す図である。図３を参照して、半導体ＭＺ変調器２Ａは、図２の半導体ＭＺ変調器２の構成に加え、半導体ＭＺ変調器２の１電極構成の信号電極１３と位相調整電極１４とに代えて、導波路直上に電極をそれぞれ配置する２電極構成する信号電極１３ａ、１３ｂと位相調整電極１４ａ、１４ｂとを含む。
【００２７】
ただし、半導体ＭＺ変調器２，２Ａの構成について説明したが、これに限定されるものではない。
【００２８】
次に実施の形態１の動作を説明する。光源１より出射された光源１は半導体ＭＺ変調器２に入力される。データ信号は増幅器１０によって増幅される。ＤＣ電源１２の出力信号は、加算器１１ｃによって増幅器１０によって増幅された増幅信号と加算され、Ｓバイアスとして半導体ＭＺ変調器２の信号電極１３に入力される。
【００２９】
このとき、データ信号を増幅する増幅器１０の振幅調整端子には、ディザ信号発生部６ａからのディザ信号が入力される。すなわち、データ信号はディザ信号発生部６ａによって強度変調される。
【００３０】
半導体ＭＺ変調器２の出力光信号を分波器３によって分波し、フォトダイオード４で電気信号に変換してピーク検波部５に入力する。ピーク検波部５では、この入力信号の包絡線を検波するため、ディザ信号で変調した強度変調成分のみを抽出する。
【００３１】
ピーク検波部５からのピーク検波出力信号の１つは同期検波部７ａに入力される。同期検波部７ａには、ディザ信号発生部６ａから発生されたディザ信号がさらに入力される。ディザ信号発生部６ａから発生されたディザ信号とピーク検波部５からのピーク検波出力信号を用いて同期検波部７ａにおいて同期検波を実施する。
【００３２】
上記同期検波に応じて、目標値との誤差信号が出力され、バイアス制御部８へ入力される。バイアス制御部８は誤差信号に基づき、バイアスを制御する制御信号を出力する。加算器１１ｂにおいて、この制御信号はディザ信号発生部６ｂから発生されるディザ信号に加算され、この加算された出力信号は、半導体ＭＺ変調器２のＰバイアス電圧として入力される。
【００３３】
上記の制御を行うことにより、Ｐバイアス電圧を最適な値に制御することができる。具体的に上記の制御に関して図４〜図６を用いて説明する。ここで各図はさらに（ａ）〜（ｄ）を含む。
【００３４】
（ａ）には、半導体ＭＺ変調器２へＰバイアス電圧として入力されるＳバイアス電圧における信号が示される。（ｂ）には、半導体ＭＺ変調器２で与えられる動作特性曲線（消光カーブ）が示される。
【００３５】
（ｃ）には、半導体ＭＺ変調器２から出力された光信号波形が示される。（ｄ）には、半導体ＭＺ変調器２から出力された光信号波形をフォトダイオード４で受光し、電気信号に変換され、ピーク検波部５においてピーク検波されたときのピーク検波部５の出力波形が示される。
【００３６】
図４は、Ｐバイアス電圧が適切に設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。図４（ａ）〜図４（ｄ）を参照して、加算器１１ａにおいてデータ信号に加算されたディザ信号は観測されず、ピーク検波部５の出力としてディザ信号の周波数の２倍の周波数成分を有する信号が発生する。このため、ピーク検波部５からのピーク検波出力信号とディザ信号発生部６ａから出力されるディザ信号とを同期検波したときの同期検波部７ａの出力は０となる。従って、バイアス制御部８はこのときのＰバイアスが適切に制御され設定されていると判断する。
【００３７】
図５は、Ｐバイアス電圧が適切な値より高く設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。図５（ａ）〜図５（ｄ）を参照して、加算器１１ａにおいてデータ信号に加算されたディザ信号は、ピーク検波部５からのピーク検波出力信号とディザ信号発生部６ａから出力されるディザ信号とは同じ周波数であり、かつ位相が反転していることが分かる。このため、同期検波の出力としてはマイナスであり、バイアス制御部はＰバイアス電圧を増加させる方向に制御する。
【００３８】
図６は、Ｐバイアス電圧が適切な値より低く設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。図６（ａ）〜図６（ｄ）を参照して、加算器１１ａにおいてデータ信号に加算されたディザ信号は、ピーク検波部５からのピーク検波出力信号とディザ信号発生部６ａから出力されるディザ信号とは同じ周波数でかつ同じ位相であることが分かる。このため、同期検波の出力としてはプラスであり、バイアス制御部はＰバイアス電圧を減少させる方向に制御する。
【００３９】
図４〜図６を用いて説明したように、上記の制御を行えば、Ｐバイアス電圧を最適な値に制御することが可能となる。
【００４０】
半導体ＭＺ変調器２からの出力光信号は分波器３によって分波され、フォトダイオード４で電気信号に変換してピーク検波部５に入力される。ピーク検波部５では、入力された信号の包絡線を検波するため、ディザ信号で変調した強度変調成分のみを抽出する。
【００４１】
ピーク検波部５からのピーク検波出力信号のもう１つは同期検波部７ｂに入力される。同期検波部７ｂにはディザ信号発生部６ｂから発生されたディザ信号も入力される。このディザ信号とピーク検波部５からのピーク検波出力信号とを用いて同期検波部７ｂにおいて同期検波を実施する。
【００４２】
上記同期検波に応じて、目標値との誤差信号が出力され、振幅制御部９で振幅制御電圧が生成される。加算器１１ａにおいて、振幅制御電圧の出力波形にディザ信号発生部６ａから発生されるディザ信号が加算される。加算器１１ａの出力信号が増幅器１０の振幅制御端子に入力される。
【００４３】
上記の制御を行うことにより、データ信号の駆動振幅を最適な値に制御することができる。具体的に上記の制御に関して図７〜図９を用いて説明する。ここで、各図はさらに（ａ）〜（ｄ）を含む。
【００４４】
（ａ）には、半導体ＭＺ変調器２へＰバイアス電圧として入力されるＳバイアス電圧における信号が示される。（ｂ）には、半導体ＭＺ変調器２で与えられる動作特性曲線（消光カーブ）が示される。
【００４５】
（ｃ）には、半導体ＭＺ変調器２から出力された光信号波形が示される。（ｄ）には、半導体ＭＺ変調器２から出力された光信号波形をフォトダイオード４で受光し、電気信号に変換され、ピーク検波部５においてピーク検波されたときのピーク検波部５の出力波形が示される。
【００４６】
図７は、駆動振幅が適切に設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。図７（ａ）〜図７（ｄ）を参照して、加算器１１ｂにおいてＰバイアス電圧に加算されたディザ信号は観測されず、ピーク検波部５の出力としてディザ信号の周波数の２倍の周波数成分を有する信号が発生する。このため、ピーク検波部５からのピーク検波出力信号とディザ信号発生部６ｂから出力されるディザ信号とを同期検波したときの同期検波部７ｂの出力は０となる。従って、振幅制御部９はこのときの駆動振幅が最適値と判断する。
【００４７】
図８は、駆動振幅が適切な値より大きく設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。図８（ａ）〜図８（ｄ）を参照して、加算器１１ｂにおいてＰバイアス電圧に加算されたディザ信号は、ピーク検波部５からのピーク検波出力信号とディザ信号発生部６ｂから出力されるディザ信号とは同じ周波数であり、かつ位相が反転していることが分かる。このため、同期検波の出力としてはマイナスであり、振幅制御部９は駆動振幅を減少させる方向に制御する。
【００４８】
図９は、駆動振幅が適切な値より小さく設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。図９（ａ）〜図９（ｄ）を参照して、加算器１１ｂにおいてＰバイアス電圧に加算されたディザ信号は、ピーク検波部５からのピーク検波出力信号とディザ信号発生部６ｂから出力されるディザ信号とは同じ周波数であり、かつ同じ位相であることが分かる。このため、同期検波の出力としてはプラスであり、振幅制御部９は駆動振幅を増加させる方向に制御する。
【００４９】
図７〜図９を用いて説明したように、上記の制御を行えば、駆動振幅を最適な値に制御することが可能となる。
【００５０】
よって、図４〜図９を用いて説明したように、実施の形態１の駆動制御装置１００を実施することによって、Ｐバイアス電圧の制御と駆動振幅の制御とを同時に実施することで、Ｐバイアス電圧および駆動振幅の両方を常に最適な制御にすることができる。
【００５１】
なお、Ｐバイアス電圧と駆動振幅とを同時制御しているため、これらの制御で使用されているディザ信号を判別する必要がある。このためディザ信号発生部６ａ、６ｂの周波数は異なる周波数に設定を行う。
【００５２】
以上のように、実施の形態１の駆動制御装置１００では、２つの異なる周波数のディザ信号を用いることで、温度変化、経年変化、波長によって最適値が様々な値となるＰバイアス電圧および駆動振幅を適切な値に制御にすることができる。
【００５３】
［実施の形態２］
実施の形態１の駆動制御装置１００と比較しつつ、駆動制御装置２００について説明する。図１０は、実施の形態２の駆動制御装置２００を示すブロック図である。図１０を参照して、駆動制御装置２００は、図１の駆動制御装置１００の構成に加え、駆動制御装置１００のＤＣ電源１２に代えて、ＤＣ電源１２Ａを含み、かつ、図１の駆動制御装置１００の加算器１１ａを含まない。駆動制御装置２００の他の構成は、駆動制御装置１００と同様のため説明は繰返さない。
【００５４】
図１の駆動制御装置１００では、振幅制御部９の出力信号を増幅器１０の振幅制御端子に入力することで、駆動振幅の値を適切な値に制御していた。
【００５５】
一方、駆動制御装置２００では、振幅制御部９の出力信号をＳバイアスに印加しているＤＣ電源１２Ａに入力する。
【００５６】
図１１は、半導体ＭＺ変調器２のＳバイアス電圧と駆動振幅の関係を示す図である。図１１を参照して、縦軸に光出力信号が示され、横軸にＳバイアス電圧が示される。半導体ＭＺ変調器２はＳバイアス電圧の深さが深くなると、必要な駆動振幅（Ｖπ）が小さくなる。すなわち、バイアスが−３ＶのときのＶπは１．７Ｖｐ−ｐ、−６Ｖの時のＶπは０．７Ｖｐ−ｐである。なお、Ｖｐ−ｐは、通常の変調波形のピーク間の振幅値である。
【００５７】
つまり、データ信号の振幅を変化させることと、バイアスの深さを変化させることは、同じ効果となる。そのため、データ信号の振幅を固定し、ＤＣ電源１２Ａの出力電圧を制御しＳバイアスを変化させることで、駆動振幅を適切な値にすることができる。
【００５８】
以上のように、実施の形態２に係る駆動制御装置２００では、増幅器１０の出力振幅を変化させることなく、駆動振幅を最適な値に制御することができる。
【００５９】
［実施の形態３］
実施の形態１の駆動制御装置１００と比較しつつ、実施の形態３の駆動制御装置３００について説明する。図１２は、実施の形態３による駆動制御装置３００の接続関係の一例を説明するためのブロック図である。
【００６０】
図１２を参照して、駆動制御装置３００は、図１の駆動制御装置１００の構成に加え、駆動制御装置１００の発振回路６に代えて、発振回路１０６を含み、かつ、駆動制御装置１００の同期検波回路７に代えて、同期検波回路１０７を含む。
【００６１】
発振回路１０６は、ディザ信号発生部３０６と、ディザ信号の出力信号の接続先を切り替える切替部１６ａとをさらに含む。
【００６２】
同期検波回路１０７は、同期検波部３０７と、同期検波部の出力信号の接続先を切り替える切替部１６ｂとをさらに含む。
【００６３】
加えて、切替部１６ａ、１６ｂを同期して制御する制御部２１と、切替部１６ａ、１６ｂが切り替わる直前のバイアス制御部８および振幅制御部９のそれぞれの出力値を保持するバイアス記憶部１７Ｔおよび振幅記憶部１８Ｔとを含む。
【００６４】
バイアス記憶部１７Ｔおよび振幅記憶部１８Ｔは、たとえばＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）のような揮発性記憶素子で実現できる。
【００６５】
切替部１６ａは、ディザ信号発生部３０６からの出力信号が接続される端子１６ａ１と、加算器１１ｂへの入力信号に接続される端子１６ａ２と、増幅器１０の振幅調整端子に接続される端子１６ａ３とを含む。
【００６６】
一方、切替部１６ｂは、同期検波部３０７からの出力信号に接続される端子１６ｂ１と、バイアス制御部８に接続される端子１６ｂ２と、振幅制御部９に接続される端子１６ｂ３とを含む。
【００６７】
ディザ信号発生部３０６によって発生されたディザ信号の出力先および同期検波部出力先を制御部２１によって切替部１６ａ、１６ｂが切り替えられ、Ｐバイアスの制御および駆動振幅の制御が時分割で実施する。
【００６８】
実施の形態３に係る駆動制御装置３００の動作について説明する。切替部１６ａ、１６ｂは制御部２１によって、下記のような２つの接続関係が選択される。
【００６９】
一方の接続関係は、切替部１６ａにおいて、端子１６ａ１とａ端子１６ａ３とが接続される選択がされたときは、切替部１６ｂにおいて、端子１６ｂ１と端子１６ｂ２とが接続される選択がされる場合である。
【００７０】
他方の接続関係は、切替部１６ａにおいて、端子１６ａ１とａ端子１６ａ２とが接続される選択がされたときは、切替部１６ｂにおいて、端子１６ｂ１と端子１６ｂ３とが接続される選択がされる場合である。
【００７１】
この接続関係は、制御部２１の動作信号に同期して、切替部１６ａ、１６ｂの動作が切り替わる。
【００７２】
バイアス制御部８および振幅制御部９のいずれかは、切替部１６ａ、１６ｂにより、ディザ信号発生部３０６からのディザ信号または同期検波部３０７からの出力信号と接続されていない。従って、接続されていないバイアス制御部８および振幅制御部９に対応するそれぞれのバイアス記憶部１７Ｔおよび振幅記憶部１８Ｔから切替直前までのバイアス制御出力信号または振幅制御出力信号のデータを用いてＰバイアスの制御および駆動振幅の制御を行う。
【００７３】
たとえば、制御開始時点において、切替部１６ａ、１６ｂが図１２のような接続関係である場合、ディザ信号発生部３０６によって発生されたディザ信号は加算器１１ａを介して増幅器１０の振幅調整端子に入力される。またこのディザ信号は同期検波部３０７にも入力される。増幅器１０の振幅調整端子にディザ信号が入力されているため、増幅器１０の出力信号はディザ信号によって振幅変調されている。なお、振幅記憶部１８Ｔは振幅制御部９の制御開始直前の制御値を保持し、その制御値は振幅制御部の出力信号としてとして用いられる。
【００７４】
この出力信号にＤＣ電源からの電圧が加算されＳバイアス電圧として半導体ＭＺ変調器２に入力される。半導体ＭＺ変調器２の出力信号をフォトダイオード４で電気信号に変換してピーク検波部５で包絡線を検波し、同期検波部３０７に入力される。
【００７５】
同期検波部３０７ではディザ信号とピーク検波部５からのピーク検波出力信号によって同期検波をし、誤差信号を出力する。切替部１６ｂによって誤差信号はバイアス制御部８に入力される。バイアス制御部８では、誤差信号からＰバイアス電圧を生成し、半導体ＭＺ変調器２に入力する。このＰバイアスの制御に関しては、図４から図６に示した制御と同様であるため、説明は繰返さない。
【００７６】
図１３は、実施の形態３による駆動制御装置３００の接続関係の別の一例を説明するためのブロック図である。図１３を参照して、図１２の切替部１６ａ、１６ｂの接続関係を保持したまま、Ｐバイアスの制御を一定時間繰返した後、制御部２１によって、図１３の切替部１６ａ、１６ｂの接続関係に切り替える。
【００７７】
このとき、バイアス記憶部１７Ｔは、バイアス制御部８の切替直前の制御値を保持し、以後の制御ではこの制御値はバイアス制御部８の出力信号として用いられる。ディザ信号は、加算器１１ｂを介してＰバイアスに入力される。また、このディザ信号は同期検波部３０７にも入力される。Ｐバイアスに印加されたディザ信号は、フォトダイオード４、ピーク検波部５で処理され同期検波部３０７に入力される。
【００７８】
同期検波部３０７ではディザ信号とピーク検波部５からのピーク検波出力信号によって同期検波をし、誤差信号を出力する。誤差信号は切替部１６ｂによって振幅制御部に入力される。振幅制御部では、誤差信号から振幅制御電圧を生成し、増幅器の振幅制御端子に入力する。この駆動振幅の制御に関しては、図７から図９に示した制御と同様であるため、説明は繰返さない。
【００７９】
この駆動振幅の制御を一定時間繰返した後、切替部１６ａ、１６ｂを再度図１２の接続関係に切り替える。このとき、振幅記憶部１８Ｔは、振幅制御部９の切替直前の制御値を保持し、以後の制御では、この制御知は、振幅制御部９の出力信号として用いられる。以後は図１２と図１３の接続関係が制御部２１によって繰返される。
【００８０】
以上のように、実施の形態３に係る駆動制御装置３００では、１つのディザ信号発生部３０６と同期検波部３０７を用いて、切替部１６ａ、１６ｂによって接続関係を切り替えることで、Ｐバイアスおよび駆動振幅を最適な値に制御にすることが可能となり、回路の簡素化、ディザ信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００８１】
また、実施の形態３においても、実施の形態２を組み合わせることで、振幅制御部の信号をＤＣ電源に接続して制御することが可能である。
【００８２】
実施の形態３の駆動制御装置３００は、ピーク検波後の信号として１つのディザ信号発生部でよく、複数のディザ信号発生部を用いるときに比べ、ピーク検波信号のＳ／Ｎ比が劣化させることがない。
【００８３】
また、実施の形態３の駆動制御装置３００は、より高精度な同期検波部を必要とせずコストの減少となる。さらに実施の形態３の駆動制御装置３００は、この高精度な同期検波部を配置することが必要ないため、チップサイズも小さくできる。
【００８４】
実施の形態３の駆動制御装置３００は、ディザ信号の振幅を増加させる必要もなく、主信号の品質劣化することなく維持できる。
【００８５】
［実施の形態３の変形例］
実施の形態３の駆動制御装置３００と比較しつつ、実施の形態３の駆動制御装置３００Ａについて説明する。図１４は、実施の形態３の駆動制御装置３００の変形例である駆動制御装置３００Ａを示すブロック図である。
【００８６】
図１４を参照して、駆動制御装置３００Ａは、図１２の駆動制御装置３００の構成に加え、駆動制御装置３００のＤＣ電源１２に代えて、ＤＣ電源１２Ａを含み、かつ、図１２の駆動制御装置３００の加算器１１ａを含まない。駆動制御装置３００Ａの他の構成は、駆動制御装置３００と同様のため説明は繰返さない。
【００８７】
この駆動制御装置３００Ａは、実施の形態３の駆動制御装置３００と実施の形態２の駆動制御装置２００とを組み合わせた実施の形態となる。
【００８８】
従って駆動制御装置３００Ａは、実施の形態２の駆動制御装置２００と同様にデータ信号の振幅を固定し、ＤＣ電源１２Ａの出力電圧を制御しＳバイアスを変化させることで、駆動振幅を適切な値にすることができる。この実施の形態３の変形例の動作について、実施の形態２および実施の形態３の動作と同様であるので説明は繰返さない。
【００８９】
［実施の形態４］
実施の形態１の駆動制御装置１００と比較しつつ、実施の形態４に係る駆動制御装置４００について説明する。図１５は、実施の形態４による駆動制御装置４００を示すブロック図である。図１５を参照して、この駆動制御装置４００は、図１の駆動制御装置１００の構成に加えて、異なる初期値を予め記憶されるバイアス記憶部１７および振幅記憶部１８をさらに含む。
【００９０】
図１の駆動制御装置１００では、制御電圧等の初期値は特に定めずに制御を開始していた。しかし、半導体ＭＺ変調器２の場合、波長や温度によって、制御可能となる範囲が異なる。そこで、駆動制御装置４００は、バイアス記憶部１７および振幅記憶部１８に波長毎あるいは温度毎に異なる値を記憶させ、その値を初期値として制御を開始する。
【００９１】
バイアス記憶部１７および振幅記憶部１８には、光源１の波長の情報が格納される。たとえば、光源１が波長可変光源であれば波長情報は容易に得ることができ、波長可変レーザではない場合は波長計などを用いることで予め波長情報を得ることができる。
【００９２】
バイアス記憶部１７および振幅記憶部１８には、それぞれ複数の初期値を有している。それらの初期値は波長毎に異なる値が予め準備され記憶される。入手した波長情報に基づき、制御が開始されると、バイアス記憶部１７および振幅記憶部１８にそれぞれ記憶されている初期値はバイアス制御部８および振幅制御部９に読み込まれ、駆動制御装置４００は、制御を開始する。その後の動作については実施の形態１で説明した動作と同じになるため、説明は繰返さない。
【００９３】
図１６は、２つの異なる波長におけるＰバイアスと光出力との関係を説明するための図である。図１６を参照して、縦軸に光出力［ｄＢｍ］が示され、横軸にＰバイアス電圧が示される。
【００９４】
たとえば、ある光源の波長が１５５０ｎｍのときには、ＳバイアスがＰ１の電圧（１．０３Ｖ程度）が最適点となり、また別の光源の波長が１５９０ｎｍのときは、ＳバイアスがＱ１の電圧（０．９９Ｖ程度）が最適点である。
【００９５】
同期検波制御においては、最小点になるようにＳバイアスの制御を行うため、波長が１５５０ｎｍの時はＰ１の電圧付近に、波長が１５９０ｎｍの時はＱ１の電圧付近にそれぞれＳバイアスが制御されることが望ましい。
【００９６】
しかしながら、全ての初期値から、最小点であるＰ１およびＱ１の電圧へ制御することは難しい。たとえば、波長が１５５０ｎｍの光源を用いるときに、初期値の電圧をＰ２の電圧（０．８１Ｖ）より低い電圧に設定し制御を開始したとすると、最小点は、Ｐ２の電位よりも低い電圧にあると誤認識する可能性があり、Ｐ２の電圧以下の電圧で制御されてしまう。
【００９７】
また波長が１５９０ｎｍの場合は、Ｑ２の電圧（０．７７Ｖ）より低いＳバイアス電圧を初期値として制御を開始したとすると、Ｑ１の電圧へ制御されず、Ｑ１の電圧より低い電圧に向かって制御されてしまう。
【００９８】
このように、半導体ＭＺ変調器２の場合、全ての初期値から制御することは難しい。従って、まず、制御可能な一定の範囲を予め設定を行う。そのために、バイアス記憶部１７および振幅記憶部１８に、どのＳバイアス電圧から制御を開始するかの初期値を記憶させておくことで、確実に最適点に制御することが可能になる。
【００９９】
また、図１６のように、制御可能な範囲は波長毎に異なるため、バイアス記憶部１７および振幅記憶部１８は波長毎に異なる値を複数記憶することができる。
【０１００】
なお、バイアス記憶部１７および振幅記憶部１８は、たとえばフラッシュメモリのような不揮発性記憶素子を用いて実現できる。
【０１０１】
以上のように、実施の形態４に係る駆動制御装置４００では、バイアス記憶部１７および振幅記憶部１８を設け、波長毎に異なる複数の初期値をバイアス記憶部１７および振幅記憶部１８に初期値を予め記憶させ、記憶された初期値に基づいて同期検波制御を開始することで、最適点に制御することが可能となる。
【０１０２】
上記は波長が異なる場合の制御に関して記載したが、波長だけに限ったものではない。たとえば、温度センサを配置し、温度によって異なる初期値から開始することも可能である。
【０１０３】
［実施の形態５］
実施の形態４の駆動制御装置４００と比較しつつ、実施の形態５の駆動制御装置５００について説明する。図１７は、実施の形態５の駆動制御装置５００を示すブロック図である。図１７を参照して、駆動制御装置５００は、図１５の駆動制御装置４００の加え、駆動制御装置４００に含まれる異なる初期値を予め記憶されるバイアス記憶部１７および振幅記憶部１８に代えて、バイアス制御部８が半導体ＭＺ変調器２を制御するための初期値を検索する初期値検索部１９ａと、振幅制御部９が半導体ＭＺ変調器２を制御するための初期値を検索する初期値検索部１９ｂをさらに含む。
【０１０４】
実施の形態４の駆動制御装置４００では、予め波長毎の初期値を記憶しておく必要がある。一方、実施の形態５の駆動制御装置５００においては、予め初期値を記憶しておくのではなく、初期値検索部１９ａ、１９ｂによって自動的に初期値を検索し、検索された初期値を用いて同期検波制御を開始する。
【０１０５】
実施の形態５の駆動制御装置５００の動作を説明する。初期値検索部１９ａ、１９ｂはバイアス制御部８と振幅制御部９の初期値をそれぞれ検索する。
【０１０６】
駆動制御装置５００の制御動作開始時に、初期値検索部１９ａ、１９ｂは出力可能な全ての範囲の電圧を０Ｖから出力可能最大電圧まで掃引を行う。その掃引後、初期値検索部１９ａ、１９ｂは、光出力が減少している範囲を検出し、その範囲の電圧の最小値（制御開始電圧）を初期値として設定する。
【０１０７】
具体的に説明すると、再度図１６を参照して、駆動制御装置５００の制御動作開始時に、初期値検索部１９ａ、１９ｂが出力可能な全ての範囲の電圧を０Ｖから出力可能最大電圧まで一定の間隔で掃引を行う。この際の掃引の結果から最小値であるＰ１を検出し、さらに、Ｐ１の電圧（１．０３Ｖ）を初期値として制御を開始する。また、このＰ１の電圧（１．０３Ｖ）を用いて、Ｐ１の電圧付近を上記の一定の間隔より狭い間隔で部分的にさらに掃引し、最小値を選びなおすことも可能である。
【０１０８】
以上のように、実施の形態５の駆動制御装置５００に初期値検索部１９ａ、１９ｂを設けることによって、実施の形態４の駆動制御装置４００のように予め初期値をバイアス記憶部１７および振幅記憶部１８に記憶させることなく、初期値検索部１９ａ、１９ｂによって、自動的に初期値を検索してから、最適点の初期値を設定し、同期検波制御を開始することで、Ｐバイアスおよび駆動振幅を最適な値に制御することが可能となる。
【０１０９】
［実施の形態６］
実施の形態１の駆動制御装置１００と比較しつつ、実施の形態６の駆動制御装置６００について説明する。図１８は、実施の形態６の駆動制御装置６００を示すブロック図である。図１８を参照して、この駆動制御装置６００は、駆動制御装置１００の構成に加え、図１の駆動制御装置１００のＤＣ電源１２に代えて、電源回路１２Ｂを含み、かつ、分波器３とフォトダイオード４とを含まない。電源回路１２Ｂは、出力光信号の吸収量に応じて流れる電流が変化するＤＣ電源３１２と、ＤＣ電源３１２に流れる電流を検出する電流検出部２２とを含む。
【０１１０】
実施の形態１の駆動制御装置１００では、半導体ＭＺ変調器２の出力光を分波器３で分波し、フォトダイオード４で光・電気変換を実施する。
【０１１１】
一方、実施の形態６の駆動制御装置６００では、電流検出部２２は、ＤＣ電源３１２に流れる電流をモニタし、駆動制御装置１００に含まれるフォトダイオード４の代わりに、電流量を検出する。ピーク検波部５は、この電流量に基づいて電気信号を検波する。このフィードバックにより、出力光信号の強度が向上する。すなわち、ＤＣ電源３１２は、Ｓバイアス電圧として使用している。
【０１１２】
ここで、ＤＣ電源３１２は、駆動振幅を制御するＳバイアスに電圧を印加する。Ｓバイアスに電圧を印加すると、半導体ＭＺ変調器２の位相が変化するだけでなく半導体ＭＺ変調器２による光吸収も発生する。これはフォトダイオードの原理と同様である。
【０１１３】
半導体ＭＺ変調器２を通過する光の強度によって光吸収量も変化する。従ってＤＣ電源３１２が光吸収量を検出し、それに応じて電圧を印加し、電流検出部２２によって検出されたＤＣ電源３１２からの電流量をピーク検波部５に入力することで出力光信号の強度を向上させることができる。
【０１１４】
なお、ＤＣ電源３１２と電流検出部２２とを個々に説明したが、ＤＣ電源３１２の内部に電流検出部２２の機能を持たせることでも実現できる。
【０１１５】
以上のように、実施の形態６に係る駆動制御装置６００では、半導体ＭＺ変調器２の光吸収量によって光電気変換を実施するため、電源回路１２Ｂを用いれば、実施の形態１の分波器３およびフォトダイオード４の構成を省くことができ、さらに実装面積を減少させることができる。さらに、半導体ＭＺ変調器２より出力される変調信号は分波されないためあるいは光出力強度が低下しないために、変調効率が向上させることができる。
【０１１６】
以上説明したように、各実施の形態を実施することにより、バイアスと駆動振幅を最適値に制御することが可能となり、安定的に半導体ＭＺ変調器を動作させることができる。
【０１１７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１１８】
１ 光源、２，２Ａ 変調器、３ 分波器、４ フォトダイオード、５ ピーク検波部、６，１０６ 発振回路、６ａ，６ｂ，３０６ ディザ信号発生部、７，１０７ 同期検波回路、７ａ，７ｂ，１０７，３０７ 同期検波部、８ バイアス制御部、９ 振幅制御部、１０ 増幅器、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 加算器、１２，１２Ａ，３１２ ＤＣ電源、１２Ｂ 電源回路、１３ 信号電極、１４ 位相調整電極、１５ 導波路、１６ａ，１６ｂ 切替部、１６ａ１，１６ａ２，１６ａ３，１６ｂ１，１６ｂ２，１６ｂ３ 端子、１７，１７Ｔ バイアス記憶部、１８，１８Ｔ 振幅記憶部、１９ａ，１９ｂ 初期値検索部、２０Ａ，２０Ｂ アーム、２１ 制御部、２２ 電流検出部、１００，２００，３００，３００Ａ，４００，５００，６００ 駆動制御装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に用いる光変調器の駆動制御装置に関し、特に、半導体マッハツェンダ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）型光変調器を安定して駆動制御できる駆動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信システムの一つの変調方式として、レーザーダイオードを駆動電流で変調して電気信号に比例した光の強度信号を得る直接変調方式が用いられてきた。この直接変調方式は、装置構成が非常に簡単である長所を有している。
【０００３】
しかし、伝送速度が数Ｇｂｉｔ／ｓを超える超高速・広帯域光通信システムにおいては、直接変調時に光の波長が変化する波長変動（チャーピング）現象が伝送容量を制限する要因となっていた。
【０００４】
このため、直接変調方式は、比較的低速な光通信システムに用いられている。
一方、超高速伝送用の光変調方式では、変調時のチャーピングを抑圧するため、半導体レーザを連続的に発光させて、この光を外部変調器でオン／オフする外部変調器方式が使用されている。なお、外部変調器として最も一般的なものはマッハツェンダ型光変調器（以下、ＭＺ型変調器とする）である。
【０００５】
図１９は、ＭＺ型光変調器の駆動信号に対する光出力特性の一例を示す図である。図１９を参照して、従来のＮＲＺ（ｎｏｎ ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ ｚｅｒｏ）変調符号では、周期Ｔでレベルが変化する駆動信号のハイレベルおよびローレベルを光出力特性の発光の頂点Ａおよび消光の頂点Ｂにそれぞれ合わせることによって、光出力のオン／オフ変調を行っている。
【０００６】
なお、以下の説明では、周期的に変化する光出力特性の発光／消光の各頂点Ａ、Ｂに対応したバイアス電圧の差をＶπで表記することにする。これによれば上記のＮＲＺ変調方式における駆動信号の振幅はＶπとなる。
【０００７】
このＭＺ型光変調器については、チャーピング現象が少ないという長所がある。しかしながら、温度変化や経時変化等により駆動信号に対する光出力特性が時間的にドリフトして、光出力のオン／オフレベルに符号間干渉が生じてしまうという問題があった。
【０００８】
このような問題を解決してＭＺ型変調器の動作点を安定に制御するためには、図１９に示した駆動電圧に対する光出力特性を示す曲線ａが曲線ｂに変動した場合には、駆動信号によるバイアス電圧をその変化に応じて小さくするという動作点の制御が必要となる。一方、曲線ａが曲線ｃに変動した場合には、同様にバイアス電圧をその変化に応じて大きくするといった動作点の制御が必要である。
【０００９】
このＮＲＺ符号やＲＺ（ｒｅｔｕｒｎ ｔｏ ｚｅｒｏ）符号を用いた変調方式では、たとえば、特開平４−１４０７１２号公報（特許文献１）に開示された技術において、駆動信号に低周波信号を重畳して動作点の変動量および変動方向を検出し、フィードバックによりバイアス電圧を制御して、動作点を正常に保つ補償技術を用いてバイアス電圧の補償を行うことを目的としている。
【００１０】
特開平１０−０４８５８２号公報（特許文献２）に開示された技術は、バイアスと駆動振幅の両方を最適化することを目的とする。第一の同期検波回路と第二の同期検波回路が配置され、第一のディザ信号発生器と第二のディザ信号発生器は、加算器によって加算されＤＣバイアス端子に接続されている。第一の同期検波回路では、ディザ信号をＤＣバイアスに重畳し、ピーク検波器でディザ信号成分を検出する。検出した信号を元のディザ信号と掛け合わせ、最適なバイアス値との差に応じた誤差信号を得る。この値をＤＣバイアスにフィードバックすることで、変調器のバイアスを最適化することができる。第二の同期検波回路も同様の構成であり、変調器駆動振幅の最適値からのずれに対応した誤差信号が同期検波回路から出力されるため、誤差信号を利得可変増幅器にフィードバックすることで、光変調器への駆動信号の振幅を最適化できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平４−１４０７１２号公報
【特許文献２】特開平１０−０４８５８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特開平４−１４０７１２号公報（特許文献１）に開示された技術を用いることにより、温度変化や経時変化等によりバイアスドリフトを補償することが可能となる。ＭＺ型光変調器として一般的なＬｉＮｂＯ３を基板に用いたＬＮ変調器などは安定的に使用することが可能となる。
【００１３】
さらに近年、半導体導波路を用いてＭＺ変調器を構成する半導体ＭＺ変調器が実現されている。半導体ＭＺ変調器は、大幅な小型化が可能である。また半導体ＭＺ変調器は、駆動振幅も小さい。従って、半導体ＭＺ変調器を用いることにより、光送信装置の大幅な小型化が実現でき、将来の有望なデバイスとして期待されている。
【００１４】
しかしながら、この半導体ＭＺ変調器は、温度、経年変化などによるバイアスドリフトの他に、温度や波長によってＶπ（駆動信号の振幅）も変化してしまう問題点がある。
【００１５】
特開平１０−０４８５８２号公報（特許文献２）に開示された技術では、最適なバイアス電圧が複数あることが前提であるため、最適なバイアス電圧が一つしかない場合は最適点に収束しない可能性があるという問題点もある。
【００１６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、バイアスドリフトと駆動信号の振幅の両方を同時に制御し、安定的に半導体ＭＺ変調器を動作させる駆動制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明に係る半導体光変調器の駆動制御装置は、連続光を出射する光源からの光を受け、駆動電圧に対する光出力特性が周期的に変化する半導体光変調器の駆動制御装置であって、半導体光変調器から出力された出力光に応じて変化する電気信号を検波するピーク検波部と、発振回路と、発振回路の出力とピーク検波部のピーク検波出力信号とに基づいて同期検波する同期検波回路と、同期検波回路の出力に応じて半導体光変調器の位相バイアスを制御するバイアス制御部と、データ信号を増幅する増幅器と、同期検波回路の出力に応じて増幅器から出力された増幅されたデータ信号の振幅を制御する振幅制御部と、増幅器の出力に対して基準電圧を供給する電源回路と、増幅器の出力と基準電圧とを受けて駆動電圧を発生する加算器とを備える。
【発明の効果】
【００１８】
この発明の駆動制御装置によれば、半導体ＭＺ変調器の制御において、バイアスと駆動振幅を最適値に制御することが可能となり、安定的に半導体ＭＺ変調器を動作させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１による駆動制御装置１００を示すブロック図である。
【図２】半導体ＭＺ変調器２の構成を示す図である。
【図３】図２に示した半導体ＭＺ変調器の構成の変形例を示す図である。
【図４】Ｐバイアス電圧が適切に設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。
【図５】Ｐバイアス電圧が適切な値より高く設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。
【図６】Ｐバイアス電圧が適切な値より低く設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。
【図７】駆動振幅が適切に設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。
【図８】駆動振幅が適切な値より大きく設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。
【図９】駆動振幅が適切な値より小さく設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。
【図１０】実施の形態２の駆動制御装置２００を示すブロック図である。
【図１１】半導体ＭＺ変調器２のＳバイアス電圧と駆動振幅の関係を示す図である。
【図１２】実施の形態３による駆動制御装置３００の接続関係の一例を説明するためのブロック図である。
【図１３】実施の形態３による駆動制御装置３００の接続関係の別の一例を説明するためのブロック図である。
【図１４】実施の形態３の駆動制御装置３００の変形例である駆動制御装置３００Ａを示すブロック図である。
【図１５】実施の形態４による駆動制御装置４００を示すブロック図である。
【図１６】２つの異なる波長におけるＰバイアスと光出力との関係を説明するための図である。
【図１７】実施の形態５の駆動制御装置５００を示すブロック図である。
【図１８】実施の形態６の駆動制御装置６００を示すブロック図である。
【図１９】ＭＺ型光変調器の駆動信号に対する光出力特性の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、この発明の各実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００２１】
［実施の形態１］
図１は実施の形態１の駆動制御装置１００を示すブロック図である。図１を参照して、駆動制御装置１００は、連続光を出射する光源１と、半導体ＭＺ変調器２と、出力信号を分波する分波器３と、光信号を電気信号に変換するフォトダイオード４と、フォトダイオード４の出力電気信号を増幅し、包絡線を検波するピーク検波部５と、ディザ信号（低周波信号）を発生する発振回路６と、ディザ信号とピーク検波信号とを掛け合わせ同期検波する同期検波回路７とを含む。発振回路６はディザ信号発生部６ａ、６ｂを含み、同期検波回路７は同期検波部７ａ、７ｂを含む。
【００２２】
さらに、駆動制御装置１００は、同期検波部７ａからの出力信号に基づきバイアスを制御するバイアス制御部８と、同期検波部７ｂからの出力信号に基づきデータ信号の振幅を制御する振幅制御部９と、データ信号を増幅し半導体ＭＺ変調器を駆動する増幅器１０と、バイアス制御部８および振幅制御部９からの制御信号をそれぞれディザ信号に加算する加算器１１ａ、１１ｂと、データ信号が増幅器１０によって増幅された信号に重畳するバイアス（基準電圧）を供給するＤＣ電源１２と、データ信号とＤＣ電源１２の出力電圧とを加算する加算器１１ｃとを含む。
【００２３】
同期検波回路７は様々な形態のものが実現されており、たとえばバンドパスフィルタ、ミキサ、低域透過フィルタで構成されるものが一般的である。さらに、デジタル信号処理によって実現することも可能である。また、ピーク検波部５は通常ダイオードとコンデンサとを用いて容易に構成され、またピーク検波器として容易に市場で入手できる。
【００２４】
図２は、半導体ＭＺ変調器２の構成を示す図である。図２を参照して、半導体ＭＺ変調器２は、対称な２つのアーム２０Ａ、２０Ｂと、光入出力のための導波路１５と、データ信号で変調するための信号電極１３と、各アームの位相とを調整する位相調整電極１４とを含む。
【００２５】
信号電極１３は、データ信号とバイアス（Ｓバイアス）とを印加して各アームの位相を高速に変化させる。位相調整電極１４は、位相調整バイアス（Ｐバイアス）を印加して各アームの位相を調整する。信号電極１３と位相調整電極１４とが分離されているのは、バイアスによって光吸収が発生することと、バイアスの値によって半波長電圧（Ｖπ）が変化するためである。ただ、必ずしも上記のように電極が分離されている必要はなく、１つの電極で制御することも可能である。
【００２６】
次に、半導体ＭＺ変調器２と比較しつつ半導体ＭＺ変調器２Ａを説明する。図３は、半導体ＭＺ変調器２の変形例である半導体ＭＺ変調器２Ａを示す図である。図３を参照して、半導体ＭＺ変調器２Ａは、図２の半導体ＭＺ変調器２の構成に加え、半導体ＭＺ変調器２の１電極構成の信号電極１３と位相調整電極１４とに代えて、導波路直上に電極をそれぞれ配置する２電極構成する信号電極１３ａ、１３ｂと位相調整電極１４ａ、１４ｂとを含む。
【００２７】
ただし、半導体ＭＺ変調器２，２Ａの構成について説明したが、これに限定されるものではない。
【００２８】
次に実施の形態１の動作を説明する。光源１より出射された光源１は半導体ＭＺ変調器２に入力される。データ信号は増幅器１０によって増幅される。ＤＣ電源１２の出力信号は、加算器１１ｃによって増幅器１０によって増幅された増幅信号と加算され、Ｓバイアスとして半導体ＭＺ変調器２の信号電極１３に入力される。
【００２９】
このとき、データ信号を増幅する増幅器１０の振幅調整端子には、ディザ信号発生部６ａからのディザ信号が入力される。すなわち、データ信号はディザ信号発生部６ａによって強度変調される。
【００３０】
半導体ＭＺ変調器２の出力光信号を分波器３によって分波し、フォトダイオード４で電気信号に変換してピーク検波部５に入力する。ピーク検波部５では、この入力信号の包絡線を検波するため、ディザ信号で変調した強度変調成分のみを抽出する。
【００３１】
ピーク検波部５からのピーク検波出力信号の１つは同期検波部７ａに入力される。同期検波部７ａには、ディザ信号発生部６ａから発生されたディザ信号がさらに入力される。ディザ信号発生部６ａから発生されたディザ信号とピーク検波部５からのピーク検波出力信号を用いて同期検波部７ａにおいて同期検波を実施する。
【００３２】
上記同期検波に応じて、目標値との誤差信号が出力され、バイアス制御部８へ入力される。バイアス制御部８は誤差信号に基づき、バイアスを制御する制御信号を出力する。加算器１１ｂにおいて、この制御信号はディザ信号発生部６ｂから発生されるディザ信号に加算され、この加算された出力信号は、半導体ＭＺ変調器２のＰバイアス電圧として入力される。
【００３３】
上記の制御を行うことにより、Ｐバイアス電圧を最適な値に制御することができる。具体的に上記の制御に関して図４〜図６を用いて説明する。ここで各図はさらに（ａ）〜（ｄ）を含む。
【００３４】
（ａ）には、半導体ＭＺ変調器２へＰバイアス電圧として入力されるＳバイアス電圧における信号が示される。（ｂ）には、半導体ＭＺ変調器２で与えられる動作特性曲線（消光カーブ）が示される。
【００３５】
（ｃ）には、半導体ＭＺ変調器２から出力された光信号波形が示される。（ｄ）には、半導体ＭＺ変調器２から出力された光信号波形をフォトダイオード４で受光し、電気信号に変換され、ピーク検波部５においてピーク検波されたときのピーク検波部５の出力波形が示される。
【００３６】
図４は、Ｐバイアス電圧が適切に設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。図４（ａ）〜図４（ｄ）を参照して、加算器１１ａにおいてデータ信号に加算されたディザ信号は観測されず、ピーク検波部５の出力としてディザ信号の周波数の２倍の周波数成分を有する信号が発生する。このため、ピーク検波部５からのピーク検波出力信号とディザ信号発生部６ａから出力されるディザ信号とを同期検波したときの同期検波部７ａの出力は０となる。従って、バイアス制御部８はこのときのＰバイアスが適切に制御され設定されていると判断する。
【００３７】
図５は、Ｐバイアス電圧が適切な値より高く設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。図５（ａ）〜図５（ｄ）を参照して、加算器１１ａにおいてデータ信号に加算されたディザ信号は、ピーク検波部５からのピーク検波出力信号とディザ信号発生部６ａから出力されるディザ信号とは同じ周波数であり、かつ位相が反転していることが分かる。このため、同期検波の出力としてはマイナスであり、バイアス制御部はＰバイアス電圧を増加させる方向に制御する。
【００３８】
図６は、Ｐバイアス電圧が適切な値より低く設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。図６（ａ）〜図６（ｄ）を参照して、加算器１１ａにおいてデータ信号に加算されたディザ信号は、ピーク検波部５からのピーク検波出力信号とディザ信号発生部６ａから出力されるディザ信号とは同じ周波数でかつ同じ位相であることが分かる。このため、同期検波の出力としてはプラスであり、バイアス制御部はＰバイアス電圧を減少させる方向に制御する。
【００３９】
図４〜図６を用いて説明したように、上記の制御を行えば、Ｐバイアス電圧を最適な値に制御することが可能となる。
【００４０】
半導体ＭＺ変調器２からの出力光信号は分波器３によって分波され、フォトダイオード４で電気信号に変換してピーク検波部５に入力される。ピーク検波部５では、入力された信号の包絡線を検波するため、ディザ信号で変調した強度変調成分のみを抽出する。
【００４１】
ピーク検波部５からのピーク検波出力信号のもう１つは同期検波部７ｂに入力される。同期検波部７ｂにはディザ信号発生部６ｂから発生されたディザ信号も入力される。このディザ信号とピーク検波部５からのピーク検波出力信号とを用いて同期検波部７ｂにおいて同期検波を実施する。
【００４２】
上記同期検波に応じて、目標値との誤差信号が出力され、振幅制御部９で振幅制御電圧が生成される。加算器１１ａにおいて、振幅制御電圧の出力波形にディザ信号発生部６ａから発生されるディザ信号が加算される。加算器１１ａの出力信号が増幅器１０の振幅制御端子に入力される。
【００４３】
上記の制御を行うことにより、データ信号の駆動振幅を最適な値に制御することができる。具体的に上記の制御に関して図７〜図９を用いて説明する。ここで、各図はさらに（ａ）〜（ｄ）を含む。
【００４４】
（ａ）には、半導体ＭＺ変調器２へＰバイアス電圧として入力されるＳバイアス電圧における信号が示される。（ｂ）には、半導体ＭＺ変調器２で与えられる動作特性曲線（消光カーブ）が示される。
【００４５】
（ｃ）には、半導体ＭＺ変調器２から出力された光信号波形が示される。（ｄ）には、半導体ＭＺ変調器２から出力された光信号波形をフォトダイオード４で受光し、電気信号に変換され、ピーク検波部５においてピーク検波されたときのピーク検波部５の出力波形が示される。
【００４６】
図７は、駆動振幅が適切に設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。図７（ａ）〜図７（ｄ）を参照して、加算器１１ｂにおいてＰバイアス電圧に加算されたディザ信号は観測されず、ピーク検波部５の出力としてディザ信号の周波数の２倍の周波数成分を有する信号が発生する。このため、ピーク検波部５からのピーク検波出力信号とディザ信号発生部６ｂから出力されるディザ信号とを同期検波したときの同期検波部７ｂの出力は０となる。従って、振幅制御部９はこのときの駆動振幅が最適値と判断する。
【００４７】
図８は、駆動振幅が適切な値より大きく設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。図８（ａ）〜図８（ｄ）を参照して、加算器１１ｂにおいてＰバイアス電圧に加算されたディザ信号は、ピーク検波部５からのピーク検波出力信号とディザ信号発生部６ｂから出力されるディザ信号とは同じ周波数であり、かつ位相が反転していることが分かる。このため、同期検波の出力としてはマイナスであり、振幅制御部９は駆動振幅を減少させる方向に制御する。
【００４８】
図９は、駆動振幅が適切な値より小さく設定されたときの半導体ＭＺ変調器２の動作を説明するための図である。図９（ａ）〜図９（ｄ）を参照して、加算器１１ｂにおいてＰバイアス電圧に加算されたディザ信号は、ピーク検波部５からのピーク検波出力信号とディザ信号発生部６ｂから出力されるディザ信号とは同じ周波数であり、かつ同じ位相であることが分かる。このため、同期検波の出力としてはプラスであり、振幅制御部９は駆動振幅を増加させる方向に制御する。
【００４９】
図７〜図９を用いて説明したように、上記の制御を行えば、駆動振幅を最適な値に制御することが可能となる。
【００５０】
よって、図４〜図９を用いて説明したように、実施の形態１の駆動制御装置１００を実施することによって、Ｐバイアス電圧の制御と駆動振幅の制御とを同時に実施することで、Ｐバイアス電圧および駆動振幅の両方を常に最適な制御にすることができる。
【００５１】
なお、Ｐバイアス電圧と駆動振幅とを同時制御しているため、これらの制御で使用されているディザ信号を判別する必要がある。このためディザ信号発生部６ａ、６ｂの周波数は異なる周波数に設定を行う。
【００５２】
以上のように、実施の形態１の駆動制御装置１００では、２つの異なる周波数のディザ信号を用いることで、温度変化、経年変化、波長によって最適値が様々な値となるＰバイアス電圧および駆動振幅を適切な値に制御にすることができる。
【００５３】
［実施の形態２］
実施の形態１の駆動制御装置１００と比較しつつ、駆動制御装置２００について説明する。図１０は、実施の形態２の駆動制御装置２００を示すブロック図である。図１０を参照して、駆動制御装置２００は、図１の駆動制御装置１００の構成に加え、駆動制御装置１００のＤＣ電源１２に代えて、ＤＣ電源１２Ａを含み、かつ、図１の駆動制御装置１００の加算器１１ａを含まない。駆動制御装置２００の他の構成は、駆動制御装置１００と同様のため説明は繰返さない。
【００５４】
図１の駆動制御装置１００では、振幅制御部９の出力信号を増幅器１０の振幅制御端子に入力することで、駆動振幅の値を適切な値に制御していた。
【００５５】
一方、駆動制御装置２００では、振幅制御部９の出力信号をＳバイアスに印加しているＤＣ電源１２Ａに入力する。
【００５６】
図１１は、半導体ＭＺ変調器２のＳバイアス電圧と駆動振幅の関係を示す図である。図１１を参照して、縦軸に光出力信号が示され、横軸にＳバイアス電圧が示される。半導体ＭＺ変調器２はＳバイアス電圧の深さが深くなると、必要な駆動振幅（Ｖπ）が小さくなる。すなわち、バイアスが−３ＶのときのＶπは１．７Ｖｐ−ｐ、−６Ｖの時のＶπは０．７Ｖｐ−ｐである。なお、Ｖｐ−ｐは、通常の変調波形のピーク間の振幅値である。
【００５７】
つまり、データ信号の振幅を変化させることと、バイアスの深さを変化させることは、同じ効果となる。そのため、データ信号の振幅を固定し、ＤＣ電源１２Ａの出力電圧を制御しＳバイアスを変化させることで、駆動振幅を適切な値にすることができる。
【００５８】
以上のように、実施の形態２に係る駆動制御装置２００では、増幅器１０の出力振幅を変化させることなく、駆動振幅を最適な値に制御することができる。
【００５９】
［実施の形態３］
実施の形態１の駆動制御装置１００と比較しつつ、実施の形態３の駆動制御装置３００について説明する。図１２は、実施の形態３による駆動制御装置３００の接続関係の一例を説明するためのブロック図である。
【００６０】
図１２を参照して、駆動制御装置３００は、図１の駆動制御装置１００の構成に加え、駆動制御装置１００の発振回路６に代えて、発振回路１０６を含み、かつ、駆動制御装置１００の同期検波回路７に代えて、同期検波回路１０７を含む。
【００６１】
発振回路１０６は、ディザ信号発生部３０６と、ディザ信号の出力信号の接続先を切り替える切替部１６ａとをさらに含む。
【００６２】
同期検波回路１０７は、同期検波部３０７と、同期検波部の出力信号の接続先を切り替える切替部１６ｂとをさらに含む。
【００６３】
加えて、切替部１６ａ、１６ｂを同期して制御する制御部２１と、切替部１６ａ、１６ｂが切り替わる直前のバイアス制御部８および振幅制御部９のそれぞれの出力値を保持するバイアス記憶部１７Ｔおよび振幅記憶部１８Ｔとを含む。
【００６４】
バイアス記憶部１７Ｔおよび振幅記憶部１８Ｔは、たとえばＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）のような揮発性記憶素子で実現できる。
【００６５】
切替部１６ａは、ディザ信号発生部３０６からの出力信号が接続される端子１６ａ１と、加算器１１ｂへの入力信号に接続される端子１６ａ２と、増幅器１０の振幅調整端子に接続される端子１６ａ３とを含む。
【００６６】
一方、切替部１６ｂは、同期検波部３０７からの出力信号に接続される端子１６ｂ１と、バイアス制御部８に接続される端子１６ｂ２と、振幅制御部９に接続される端子１６ｂ３とを含む。
【００６７】
ディザ信号発生部３０６によって発生されたディザ信号の出力先および同期検波部出力先を制御部２１によって切替部１６ａ、１６ｂが切り替えられ、Ｐバイアスの制御および駆動振幅の制御が時分割で実施する。
【００６８】
実施の形態３に係る駆動制御装置３００の動作について説明する。切替部１６ａ、１６ｂは制御部２１によって、下記のような２つの接続関係が選択される。
【００６９】
一方の接続関係は、切替部１６ａにおいて、端子１６ａ１とａ端子１６ａ３とが接続される選択がされたときは、切替部１６ｂにおいて、端子１６ｂ１と端子１６ｂ２とが接続される選択がされる場合である。
【００７０】
他方の接続関係は、切替部１６ａにおいて、端子１６ａ１とａ端子１６ａ２とが接続される選択がされたときは、切替部１６ｂにおいて、端子１６ｂ１と端子１６ｂ３とが接続される選択がされる場合である。
【００７１】
この接続関係は、制御部２１の動作信号に同期して、切替部１６ａ、１６ｂの動作が切り替わる。
【００７２】
バイアス制御部８および振幅制御部９のいずれかは、切替部１６ａ、１６ｂにより、ディザ信号発生部３０６からのディザ信号または同期検波部３０７からの出力信号と接続されていない。従って、接続されていないバイアス制御部８および振幅制御部９に対応するそれぞれのバイアス記憶部１７Ｔおよび振幅記憶部１８Ｔから切替直前までのバイアス制御出力信号または振幅制御出力信号のデータを用いてＰバイアスの制御および駆動振幅の制御を行う。
【００７３】
たとえば、制御開始時点において、切替部１６ａ、１６ｂが図１２のような接続関係である場合、ディザ信号発生部３０６によって発生されたディザ信号は加算器１１ａを介して増幅器１０の振幅調整端子に入力される。またこのディザ信号は同期検波部３０７にも入力される。増幅器１０の振幅調整端子にディザ信号が入力されているため、増幅器１０の出力信号はディザ信号によって振幅変調されている。なお、振幅記憶部１８Ｔは振幅制御部９の制御開始直前の制御値を保持し、その制御値は振幅制御部の出力信号としてとして用いられる。
【００７４】
この出力信号にＤＣ電源からの電圧が加算されＳバイアス電圧として半導体ＭＺ変調器２に入力される。半導体ＭＺ変調器２の出力信号をフォトダイオード４で電気信号に変換してピーク検波部５で包絡線を検波し、同期検波部３０７に入力される。
【００７５】
同期検波部３０７ではディザ信号とピーク検波部５からのピーク検波出力信号によって同期検波をし、誤差信号を出力する。切替部１６ｂによって誤差信号はバイアス制御部８に入力される。バイアス制御部８では、誤差信号からＰバイアス電圧を生成し、半導体ＭＺ変調器２に入力する。このＰバイアスの制御に関しては、図４から図６に示した制御と同様であるため、説明は繰返さない。
【００７６】
図１３は、実施の形態３による駆動制御装置３００の接続関係の別の一例を説明するためのブロック図である。図１３を参照して、図１２の切替部１６ａ、１６ｂの接続関係を保持したまま、Ｐバイアスの制御を一定時間繰返した後、制御部２１によって、図１３の切替部１６ａ、１６ｂの接続関係に切り替える。
【００７７】
このとき、バイアス記憶部１７Ｔは、バイアス制御部８の切替直前の制御値を保持し、以後の制御ではこの制御値はバイアス制御部８の出力信号として用いられる。ディザ信号は、加算器１１ｂを介してＰバイアスに入力される。また、このディザ信号は同期検波部３０７にも入力される。Ｐバイアスに印加されたディザ信号は、フォトダイオード４、ピーク検波部５で処理され同期検波部３０７に入力される。
【００７８】
同期検波部３０７ではディザ信号とピーク検波部５からのピーク検波出力信号によって同期検波をし、誤差信号を出力する。誤差信号は切替部１６ｂによって振幅制御部に入力される。振幅制御部では、誤差信号から振幅制御電圧を生成し、増幅器の振幅制御端子に入力する。この駆動振幅の制御に関しては、図７から図９に示した制御と同様であるため、説明は繰返さない。
【００７９】
この駆動振幅の制御を一定時間繰返した後、切替部１６ａ、１６ｂを再度図１２の接続関係に切り替える。このとき、振幅記憶部１８Ｔは、振幅制御部９の切替直前の制御値を保持し、以後の制御では、この制御知は、振幅制御部９の出力信号として用いられる。以後は図１２と図１３の接続関係が制御部２１によって繰返される。
【００８０】
以上のように、実施の形態３に係る駆動制御装置３００では、１つのディザ信号発生部３０６と同期検波部３０７を用いて、切替部１６ａ、１６ｂによって接続関係を切り替えることで、Ｐバイアスおよび駆動振幅を最適な値に制御にすることが可能となり、回路の簡素化、ディザ信号のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００８１】
また、実施の形態３においても、実施の形態２を組み合わせることで、振幅制御部の信号をＤＣ電源に接続して制御することが可能である。
【００８２】
実施の形態３の駆動制御装置３００は、ピーク検波後の信号として１つのディザ信号発生部でよく、複数のディザ信号発生部を用いるときに比べ、ピーク検波信号のＳ／Ｎ比が劣化させることがない。
【００８３】
また、実施の形態３の駆動制御装置３００は、より高精度な同期検波部を必要とせずコストの減少となる。さらに実施の形態３の駆動制御装置３００は、この高精度な同期検波部を配置することが必要ないため、チップサイズも小さくできる。
【００８４】
実施の形態３の駆動制御装置３００は、ディザ信号の振幅を増加させる必要もなく、主信号の品質劣化することなく維持できる。
【００８５】
［実施の形態３の変形例］
実施の形態３の駆動制御装置３００と比較しつつ、実施の形態３の駆動制御装置３００Ａについて説明する。図１４は、実施の形態３の駆動制御装置３００の変形例である駆動制御装置３００Ａを示すブロック図である。
【００８６】
図１４を参照して、駆動制御装置３００Ａは、図１２の駆動制御装置３００の構成に加え、駆動制御装置３００のＤＣ電源１２に代えて、ＤＣ電源１２Ａを含み、かつ、図１２の駆動制御装置３００の加算器１１ａを含まない。駆動制御装置３００Ａの他の構成は、駆動制御装置３００と同様のため説明は繰返さない。
【００８７】
この駆動制御装置３００Ａは、実施の形態３の駆動制御装置３００と実施の形態２の駆動制御装置２００とを組み合わせた実施の形態となる。
【００８８】
従って駆動制御装置３００Ａは、実施の形態２の駆動制御装置２００と同様にデータ信号の振幅を固定し、ＤＣ電源１２Ａの出力電圧を制御しＳバイアスを変化させることで、駆動振幅を適切な値にすることができる。この実施の形態３の変形例の動作について、実施の形態２および実施の形態３の動作と同様であるので説明は繰返さない。
【００８９】
［実施の形態４］
実施の形態１の駆動制御装置１００と比較しつつ、実施の形態４に係る駆動制御装置４００について説明する。図１５は、実施の形態４による駆動制御装置４００を示すブロック図である。図１５を参照して、この駆動制御装置４００は、図１の駆動制御装置１００の構成に加えて、異なる初期値を予め記憶されるバイアス記憶部１７および振幅記憶部１８をさらに含む。
【００９０】
図１の駆動制御装置１００では、制御電圧等の初期値は特に定めずに制御を開始していた。しかし、半導体ＭＺ変調器２の場合、波長や温度によって、制御可能となる範囲が異なる。そこで、駆動制御装置４００は、バイアス記憶部１７および振幅記憶部１８に波長毎あるいは温度毎に異なる値を記憶させ、その値を初期値として制御を開始する。
【００９１】
バイアス記憶部１７および振幅記憶部１８には、光源１の波長の情報が格納される。たとえば、光源１が波長可変光源であれば波長情報は容易に得ることができ、波長可変レーザではない場合は波長計などを用いることで予め波長情報を得ることができる。
【００９２】
バイアス記憶部１７および振幅記憶部１８には、それぞれ複数の初期値を有している。それらの初期値は波長毎に異なる値が予め準備され記憶される。入手した波長情報に基づき、制御が開始されると、バイアス記憶部１７および振幅記憶部１８にそれぞれ記憶されている初期値はバイアス制御部８および振幅制御部９に読み込まれ、駆動制御装置４００は、制御を開始する。その後の動作については実施の形態１で説明した動作と同じになるため、説明は繰返さない。
【００９３】
図１６は、２つの異なる波長におけるＰバイアスと光出力との関係を説明するための図である。図１６を参照して、縦軸に光出力［ｄＢｍ］が示され、横軸にＰバイアス電圧が示される。
【００９４】
たとえば、ある光源の波長が１５５０ｎｍのときには、ＳバイアスがＰ１の電圧（１．０３Ｖ程度）が最適点となり、また別の光源の波長が１５９０ｎｍのときは、ＳバイアスがＱ１の電圧（０．９９Ｖ程度）が最適点である。
【００９５】
同期検波制御においては、最小点になるようにＳバイアスの制御を行うため、波長が１５５０ｎｍの時はＰ１の電圧付近に、波長が１５９０ｎｍの時はＱ１の電圧付近にそれぞれＳバイアスが制御されることが望ましい。
【００９６】
しかしながら、全ての初期値から、最小点であるＰ１およびＱ１の電圧へ制御することは難しい。たとえば、波長が１５５０ｎｍの光源を用いるときに、初期値の電圧をＰ２の電圧（０．８１Ｖ）より低い電圧に設定し制御を開始したとすると、最小点は、Ｐ２の電位よりも低い電圧にあると誤認識する可能性があり、Ｐ２の電圧以下の電圧で制御されてしまう。
【００９７】
また波長が１５９０ｎｍの場合は、Ｑ２の電圧（０．７７Ｖ）より低いＳバイアス電圧を初期値として制御を開始したとすると、Ｑ１の電圧へ制御されず、Ｑ１の電圧より低い電圧に向かって制御されてしまう。
【００９８】
このように、半導体ＭＺ変調器２の場合、全ての初期値から制御することは難しい。従って、まず、制御可能な一定の範囲を予め設定を行う。そのために、バイアス記憶部１７および振幅記憶部１８に、どのＳバイアス電圧から制御を開始するかの初期値を記憶させておくことで、確実に最適点に制御することが可能になる。
【００９９】
また、図１６のように、制御可能な範囲は波長毎に異なるため、バイアス記憶部１７および振幅記憶部１８は波長毎に異なる値を複数記憶することができる。
【０１００】
なお、バイアス記憶部１７および振幅記憶部１８は、たとえばフラッシュメモリのような不揮発性記憶素子を用いて実現できる。
【０１０１】
以上のように、実施の形態４に係る駆動制御装置４００では、バイアス記憶部１７および振幅記憶部１８を設け、波長毎に異なる複数の初期値をバイアス記憶部１７および振幅記憶部１８に初期値を予め記憶させ、記憶された初期値に基づいて同期検波制御を開始することで、最適点に制御することが可能となる。
【０１０２】
上記は波長が異なる場合の制御に関して記載したが、波長だけに限ったものではない。たとえば、温度センサを配置し、温度によって異なる初期値から開始することも可能である。
【０１０３】
［実施の形態５］
実施の形態４の駆動制御装置４００と比較しつつ、実施の形態５の駆動制御装置５００について説明する。図１７は、実施の形態５の駆動制御装置５００を示すブロック図である。図１７を参照して、駆動制御装置５００は、図１５の駆動制御装置４００の加え、駆動制御装置４００に含まれる異なる初期値を予め記憶されるバイアス記憶部１７および振幅記憶部１８に代えて、バイアス制御部８が半導体ＭＺ変調器２を制御するための初期値を検索する初期値検索部１９ａと、振幅制御部９が半導体ＭＺ変調器２を制御するための初期値を検索する初期値検索部１９ｂをさらに含む。
【０１０４】
実施の形態４の駆動制御装置４００では、予め波長毎の初期値を記憶しておく必要がある。一方、実施の形態５の駆動制御装置５００においては、予め初期値を記憶しておくのではなく、初期値検索部１９ａ、１９ｂによって自動的に初期値を検索し、検索された初期値を用いて同期検波制御を開始する。
【０１０５】
実施の形態５の駆動制御装置５００の動作を説明する。初期値検索部１９ａ、１９ｂはバイアス制御部８と振幅制御部９の初期値をそれぞれ検索する。
【０１０６】
駆動制御装置５００の制御動作開始時に、初期値検索部１９ａ、１９ｂは出力可能な全ての範囲の電圧を０Ｖから出力可能最大電圧まで掃引を行う。その掃引後、初期値検索部１９ａ、１９ｂは、光出力が減少している範囲を検出し、その範囲の電圧の最小値（制御開始電圧）を初期値として設定する。
【０１０７】
具体的に説明すると、再度図１６を参照して、駆動制御装置５００の制御動作開始時に、初期値検索部１９ａ、１９ｂが出力可能な全ての範囲の電圧を０Ｖから出力可能最大電圧まで一定の間隔で掃引を行う。この際の掃引の結果から最小値であるＰ１を検出し、さらに、Ｐ１の電圧（１．０３Ｖ）を初期値として制御を開始する。また、このＰ１の電圧（１．０３Ｖ）を用いて、Ｐ１の電圧付近を上記の一定の間隔より狭い間隔で部分的にさらに掃引し、最小値を選びなおすことも可能である。
【０１０８】
以上のように、実施の形態５の駆動制御装置５００に初期値検索部１９ａ、１９ｂを設けることによって、実施の形態４の駆動制御装置４００のように予め初期値をバイアス記憶部１７および振幅記憶部１８に記憶させることなく、初期値検索部１９ａ、１９ｂによって、自動的に初期値を検索してから、最適点の初期値を設定し、同期検波制御を開始することで、Ｐバイアスおよび駆動振幅を最適な値に制御することが可能となる。
【０１０９】
［実施の形態６］
実施の形態１の駆動制御装置１００と比較しつつ、実施の形態６の駆動制御装置６００について説明する。図１８は、実施の形態６の駆動制御装置６００を示すブロック図である。図１８を参照して、この駆動制御装置６００は、駆動制御装置１００の構成に加え、図１の駆動制御装置１００のＤＣ電源１２に代えて、電源回路１２Ｂを含み、かつ、分波器３とフォトダイオード４とを含まない。電源回路１２Ｂは、出力光信号の吸収量に応じて流れる電流が変化するＤＣ電源３１２と、ＤＣ電源３１２に流れる電流を検出する電流検出部２２とを含む。
【０１１０】
実施の形態１の駆動制御装置１００では、半導体ＭＺ変調器２の出力光を分波器３で分波し、フォトダイオード４で光・電気変換を実施する。
【０１１１】
一方、実施の形態６の駆動制御装置６００では、電流検出部２２は、ＤＣ電源３１２に流れる電流をモニタし、駆動制御装置１００に含まれるフォトダイオード４の代わりに、電流量を検出する。ピーク検波部５は、この電流量に基づいて電気信号を検波する。このフィードバックにより、出力光信号の強度が向上する。すなわち、ＤＣ電源３１２は、Ｓバイアス電圧として使用している。
【０１１２】
ここで、ＤＣ電源３１２は、駆動振幅を制御するＳバイアスに電圧を印加する。Ｓバイアスに電圧を印加すると、半導体ＭＺ変調器２の位相が変化するだけでなく半導体ＭＺ変調器２による光吸収も発生する。これはフォトダイオードの原理と同様である。
【０１１３】
半導体ＭＺ変調器２を通過する光の強度によって光吸収量も変化する。従ってＤＣ電源３１２が光吸収量を検出し、それに応じて電圧を印加し、電流検出部２２によって検出されたＤＣ電源３１２からの電流量をピーク検波部５に入力することで出力光信号の強度を向上させることができる。
【０１１４】
なお、ＤＣ電源３１２と電流検出部２２とを個々に説明したが、ＤＣ電源３１２の内部に電流検出部２２の機能を持たせることでも実現できる。
【０１１５】
以上のように、実施の形態６に係る駆動制御装置６００では、半導体ＭＺ変調器２の光吸収量によって光電気変換を実施するため、電源回路１２Ｂを用いれば、実施の形態１の分波器３およびフォトダイオード４の構成を省くことができ、さらに実装面積を減少させることができる。さらに、半導体ＭＺ変調器２より出力される変調信号は分波されないためあるいは光出力強度が低下しないために、変調効率が向上させることができる。
【０１１６】
以上説明したように、各実施の形態を実施することにより、バイアスと駆動振幅を最適値に制御することが可能となり、安定的に半導体ＭＺ変調器を動作させることができる。
【０１１７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１１８】
１ 光源、２，２Ａ 変調器、３ 分波器、４ フォトダイオード、５ ピーク検波部、６，１０６ 発振回路、６ａ，６ｂ，３０６ ディザ信号発生部、７，１０７ 同期検波回路、７ａ，７ｂ，１０７，３０７ 同期検波部、８ バイアス制御部、９ 振幅制御部、１０ 増幅器、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 加算器、１２，１２Ａ，３１２ ＤＣ電源、１２Ｂ 電源回路、１３ 信号電極、１４ 位相調整電極、１５ 導波路、１６ａ，１６ｂ 切替部、１６ａ１，１６ａ２，１６ａ３，１６ｂ１，１６ｂ２，１６ｂ３ 端子、１７，１７Ｔ バイアス記憶部、１８，１８Ｔ 振幅記憶部、１９ａ，１９ｂ 初期値検索部、２０Ａ，２０Ｂ アーム、２１ 制御部、２２ 電流検出部、１００，２００，３００，３００Ａ，４００，５００，６００ 駆動制御装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続光を出射する光源からの光を受け、駆動電圧に対する光出力特性が周期的に変化する半導体光変調器の駆動制御装置であって、
前記半導体光変調器から出力された出力光に応じて変化する電気信号を検波するピーク検波部と、
発振回路と、
前記発振回路の出力と前記ピーク検波部のピーク検波出力信号とに基づいて同期検波する同期検波回路と、
前記同期検波回路の出力に応じて前記半導体光変調器の位相バイアスを制御するバイアス制御部と、
データ信号を増幅する増幅器と、
前記同期検波回路の出力に応じて前記増幅器から出力された増幅された前記データ信号の振幅を制御する振幅制御部と、
前記増幅器の出力に対して基準電圧を供給する電源回路と、
前記増幅器の出力と前記基準電圧とを受けて前記駆動電圧を発生する加算器とを備える半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項２】
前記電源回路は、前記振幅制御部の出力に応じて前記基準電圧を発生する、請求項１に記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項３】
前記発振回路は、
発振部と、
前記発振部の出力の接続先を前記増幅器と前記半導体光変調器とのいずれかに切り替える第１の切替部とを含む、請求項１に記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項４】
前記同期検波回路は、
同期検波部と、
前記同期検波部の出力の接続先を前記バイアス制御部と前記振幅制御部といずれかに切り替える第２の切替部とを含む、請求項３に記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項５】
前記第１および第２の切替部を同期制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記第１の切替部に前記増幅器を選択させたときは、前記第２の切替部に前記バイアス制御部を選択させ、
前記第１の切替部に前記半導体光変調器を選択させたときは、前記第２の切替部に前記振幅制御部を選択させる、請求項４に記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項６】
前記第１および第２の切替部の接続先が切り替わる直前の前記バイアス制御部および前記振幅制御部のそれぞれの出力値を保持するバイアス記憶部および振幅記憶部をさらに備える、請求項４に記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項７】
前記バイアス制御部が前記半導体光変調器を制御するために予め準備された参照データを記憶するバイアス記憶部をさらに備える、請求項１に記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項８】
前記振幅制御部が前記半導体光変調器を制御するために予め準備された参照データを記憶する振幅記憶部をさらに備える、請求項１に記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項９】
前記バイアス制御部が前記半導体光変調器を制御するための初期値を検索する初期値検索部をさらに備える、請求項１に記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項１０】
前記振幅制御部が前記半導体光変調器を制御するための初期値を検索する初期値検索部をさらに備える、請求項１に記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項１１】
前記電源回路は、
前記出力光の吸収量に応じて流れる電流が変化する電源部と、
前記電源部に流れる電流を検出する電流検出部とを含み、
前記ピーク検波部は、前記検出された電流値に基づいて前記電気信号を検波する、請求項１に記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項１２】
前記発振回路は、ディザ信号発生器を含む、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項１】
連続光を出射する光源からの光を受け、駆動電圧に対する光出力特性が周期的に変化する半導体光変調器の駆動制御装置であって、
前記半導体光変調器から出力された出力光に応じて変化する電気信号を検波するピーク検波部と、
発振回路と、
前記発振回路の出力と前記ピーク検波部のピーク検波出力信号とに基づいて同期検波する同期検波回路と、
前記同期検波回路の出力に応じて前記半導体光変調器の位相バイアスを制御するバイアス制御部と、
データ信号を増幅する増幅器と、
前記同期検波回路の出力に応じて前記増幅器から出力された増幅された前記データ信号の振幅を制御する振幅制御部と、
前記増幅器の出力に対して基準電圧を供給する電源回路と、
前記増幅器の出力と前記基準電圧とを受けて前記駆動電圧を発生する加算器とを備える半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項２】
前記電源回路は、前記振幅制御部の出力に応じて前記基準電圧を発生する、請求項１に記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項３】
前記発振回路は、
発振部と、
前記発振部の出力の接続先を前記増幅器と前記半導体光変調器とのいずれかに切り替える第１の切替部とを含む、請求項１に記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項４】
前記同期検波回路は、
同期検波部と、
前記同期検波部の出力の接続先を前記バイアス制御部と前記振幅制御部といずれかに切り替える第２の切替部とを含む、請求項３に記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項５】
前記第１および第２の切替部を同期制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記第１の切替部に前記増幅器を選択させたときは、前記第２の切替部に前記バイアス制御部を選択させ、
前記第１の切替部に前記半導体光変調器を選択させたときは、前記第２の切替部に前記振幅制御部を選択させる、請求項４に記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項６】
前記第１および第２の切替部の接続先が切り替わる直前の前記バイアス制御部および前記振幅制御部のそれぞれの出力値を保持するバイアス記憶部および振幅記憶部をさらに備える、請求項４に記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項７】
前記バイアス制御部が前記半導体光変調器を制御するために予め準備された参照データを記憶するバイアス記憶部をさらに備える、請求項１に記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項８】
前記振幅制御部が前記半導体光変調器を制御するために予め準備された参照データを記憶する振幅記憶部をさらに備える、請求項１に記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項９】
前記バイアス制御部が前記半導体光変調器を制御するための初期値を検索する初期値検索部をさらに備える、請求項１に記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項１０】
前記振幅制御部が前記半導体光変調器を制御するための初期値を検索する初期値検索部をさらに備える、請求項１に記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項１１】
前記電源回路は、
前記出力光の吸収量に応じて流れる電流が変化する電源部と、
前記電源部に流れる電流を検出する電流検出部とを含み、
前記ピーク検波部は、前記検出された電流値に基づいて前記電気信号を検波する、請求項１に記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【請求項１２】
前記発振回路は、ディザ信号発生器を含む、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の半導体光変調器の駆動制御装置。
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【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１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１２−２５７１６４（Ｐ２０１２−２５７１６４Ａ）
【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２０１１−１３０２３２（Ｐ２０１１−１３０２３２）
【出願日】平成２３年６月１０日（２０１１．６．１０）
【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１０日（２０１１．６．１０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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