JP6805687B2 - 光モジュールおよび光変調器のバイアス制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光変調器を備える光モジュールおよび光変調器の直流バイアスを制御する方法に係わる。

10Gbps以上の高速光通信では、マッハツェンダ変調器を含む光変調器が使用されることが多い。この光変調器は、２個のマッハツェンダ変調器（Ｉアームマッハツェンダ変調器およびＱアームマッハツェンダ変調器）を備える。各マッハツェンダ変調器は、それぞれ与えられた駆動信号に基づいて光信号（Ｉアーム光信号およびＱアーム光信号）を生成する。また、光変調器は、位相シフタを備え、Ｉアーム光信号とＱアーム光信号との間に位相差π／２を与える。そして、光変調器は、Ｉアーム光信号およびＱアーム光信号を合波して変調光信号を生成する。

品質のよい変調光信号を生成するためには、上述の位相シフタにより生成される位相差が精度よくπ／２に制御されていることが要求される。このため、位相シフタにより生成される位相差を制御する方法が提案されている。例えば、ディザリングによるフィードバック制御では、ＩアームおよびＱアームにそれぞれ低周波信号が与えられる。そして、光変調器の出力光に含まれる低周波信号成分に基づいて、位相シフタに印加する直流バイアス電圧が制御される。このようなフィードバック制御は、例えば、特許文献１〜３に記載されている。

特開２００７−１３３１７６号公報 国際公開ＷＯ２０１１／１０４８３８（特許第５３１８２７８号） 国際公開ＷＯ２０１１／０３０７６３（特許第５２６１７７９号）

デジタルコヒーレント技術を利用する光送受信器を含む光モジュールは、多くケースにおいて、所望の波長チャネルで光信号を送信および受信できることが要求される。この場合、光モジュールは、指定された波長の連続光を生成する波長チューナブル光源を備えている。また、多値度の高い変調方式でデータが伝送される場合、変調損失により、送信信号の光強度が低下する。或いは、周波数利用効率を高くするために各波長チャネルの帯域幅を狭くすると、送信信号の光強度が低下する。このため、光変調器により生成される変調光信号は、光アンプにより増幅される。ところが、光アンプを用いて光信号を増幅すると、雑音も増幅されるので、光ＳＮ比が劣化することがある。よって、光モジュールは、指定された波長チャネルを伝送するための波長チューナブルフィルタを備える。

波長チューナブル光源の波長は、ディザリングにより制御される。また、波長チューナブルフィルタの通過帯の中心波長も、ディザリングにより制御される。すなわち、光変調器のバイアス、波長チューナブル光源の波長、波長チューナブルフィルタの通過帯の中心波長は、いずれも低周波信号を利用して制御される。加えて、従来技術（例えば、公知文献１〜３に記載の構成）では、光変調器の位相シフタのバイアスを制御するために周波数の異なる複数の低周波信号が使用される。

ところが、これらの制御を並列に行うためには、各低周波信号の周波数が互いに異なっている必要がある。したがって、光モジュール内の制御のために使用可能な周波数帯域が制限されている構成では、光変調器の位相シフタの直流バイアスを制御するために使用する周波数の数が少ないことが好ましい。

本発明の１つの側面に係わる目的は、光変調器の位相シフタの直流バイアスを制御するための周波数資源を削減することである。

本発明の１つの態様の光モジュールは、連続光を生成する光源と、前記連続光を変調して第１の光信号を生成する第１の変調器、前記連続光を変調して第２の光信号を生成する第２の変調器、および前記第１の光信号と前記第２の光信号との間に指定された位相差を与える位相シフタを含み、前記位相差が与えられた前記第１の光信号および前記第２の光信号を合波して変調光信号を生成する光変調器と、前記第１の変調器の直流バイアスに低周波信号を重畳する低周波重畳部と、前記第２の変調器の直流バイアスに正のオフセットまたは負のオフセットを付加するオフセット付加部と、前記光変調器の出力光から前記低周波信号に対応する低周波成分を検出する検出部と、前記検出部により検出される低周波成分に基づいて前記位相シフタに印加する直流バイアスを制御するバイアス制御部と、を備える。

上述の態様によれば、光変調器の位相シフタの直流バイアスを制御するための周波数資源が削減される。

光モジュールの一例を示す図である。 光変調器のバイアス制御の一例を示す図である。 光変調器の動作点を示す図である。 位相シフタの直流バイアスを制御する構成の一例を示す図である。 制御部により生成される信号の例を示す図である。 光変調器のバイアスおよび出力光の例を示す図である。 位相シフタに印加される直流バイアス電圧に対する誤差信号を示す図である。 位相シフタの直流バイアス電圧を制御する方法の一例を示すフローチャートである。

図１は、本発明の実施形態に係わる光モジュールの一例を示す。実施形態に係わる光モジュール１は、送信データから変調光信号を生成して出力する機能、および変調光信号を受信してデータを再生する機能を備える。すなわち、光モジュール１には、光送受信器が実装されている。

光モジュール１は、Ｉ／Ｏコネクタ１１、信号処理ＬＳＩ１２、送信用光源１３、変調器ドライバ１４、光変調器１５、制御部１６、光アンプ１７、波長チューナブルフィルタ１８、局発光源１９、受信フロントエンド回路２０、電源部２１を備える。なお、光モジュール１は、図１に示していない他の回路または素子を備えていてもよい。

Ｉ／Ｏコネクタ１１は、光モジュール１の外部の回路と光モジュール１に実装されている回路とを接続する。すなわち、送信データは、Ｉ／Ｏコネクタ１１を介して信号処理ＬＳＩ１２に導かれる。また、信号処理ＬＳＩ１２により再生される受信データは、Ｉ／Ｏコネクタ１１を介して出力される。

信号処理ＬＳＩ１２は、指定された変調方式に応じて、送信データから送信シンボル列を生成する。送信シンボル列は、Ｉ成分データおよびＱ成分データで表される。また、信号処理ＬＳＩ１２は、受信フロントエンド回路２０の出力信号を復調して受信データを再生する。

送信用光源１３は、例えば、波長チューナブルレーザにより実現される。そして、送信用光源１３は、チャネル選択指示に対応する波長の連続光を生成する。すなわち、この連続光の波長は、光モジュール１から出力される変調光信号のキャリア波長に相当する。なお、送信用光源１３の波長は、この実施例では、低周波信号を使用するディザリングにより制御される。

変調器ドライバ１４は、信号処理ＬＳＩ１２により生成されるＩ成分データおよびＱ成分データから１組の駆動信号（駆動信号Ｉおよび駆動信号Ｑ）を生成する。光変調器１５は、送信用光源１３から出力される連続光を駆動信号Ｉおよび駆動信号Ｑで変調して変調光信号を生成する。すなわち、光変調器１５は、この実施例では、Ｉ／Ｑ変調器として動作する。また、光変調器１５は、例えば、LiNbO3基板上に形成されるＬＮ変調器により実現される。或いは、光変調器１５は、InPまたはシリコンフォトニクスをベースにした半導体光変調で実現してもよい。なお、光変調器１５の構成および動作については、あとで詳しく説明する。

制御部１６は、光変調器１５の動作状態を制御する。例えば、制御部１６は、光変調器１５の直流バイアス電圧等を制御する。なお、制御部１６は、光モジュール１に実装されている他の回路または素子の動作を制御してもよい。

光アンプ１７は、光変調器１５により生成される変調光信号を増幅する。光アンプ１７は、たとえば、半導体光増幅器（ＳＯＡ）またはエルビウム添加ファイバ増幅器（ＥＤＦＡ）により実現される。波長チューナブルフィルタ１８は、チャネル選択指示に対応する通過帯を用いて光アンプ１７の出力光をフィルタリングする。なお、波長チューナブルフィルタ１８の通過帯の中心波長は、この実施例では、低周波信号を使用するディザリングにより制御される。

局発光源１９は、例えば、波長チューナブルレーザにより実現される。そして、局発光源１９は、チャネル選択指示に対応する波長の連続光を生成する。この例では、局発光源１９の波長も低周波信号を使用するディザリングにより制御される。受信フロントエンド回路２０は、局発光源１９から出力される連続光を用いるコヒーレント受信により、受信光信号の電界情報信号を生成する。電源部２１は、光モジュール１に実装されている各回路および素子に電力を供給する。

このように、光モジュール１は、送信データから変調光信号を生成して出力することができる。また、光モジュール１は、受信光信号からデータを再生することができる。すなわち、光モジュール１には、光送受信器が実装されている。

図２は、光変調器１５のバイアス制御の一例を示す。この例では、光変調器１５は、Ｉアーム変調器１５ａ、Ｑアーム変調器１５ｂ、位相シフタ１５ｃを備えるマッハツェンダ変調器である。Ｉアーム変調器１５ａおよびＱアーム変調器１５ｂは、それぞれマッハツェンダ変調器により実現される。

信号生成器１２ａは、指定された変調方式に応じて、送信データからＩ成分データおよびＱ成分データを生成する。信号生成器１２ａは、図１に示す信号処理ＬＳＩ１２内に実装される。ドライバ１４ａは、Ｉ成分データから駆動信号Ｉを生成する。ドライバ１４ｂは、Ｑ成分データから駆動信号Ｑを生成する。駆動信号Ｉおよび駆動信号Ｑは、この実施例では、それぞれ差動信号である。ドライバ１４ａおよびドライバ１４ｂは、図１に示すドライバ１４を構成する。

送信用光源１３から出力される連続光は、分岐されてＩアーム変調器１５ａおよびＱアーム変調器１５ｂに導かれる。Ｉアーム変調器１５ａは、駆動信号Ｉで連続光を変調して光信号Ｉを生成する。Ｑアーム変調器１５ａは、駆動信号Ｑで連続光を変調して光信号Ｑを生成する。

位相シフタ１５ｃは、光信号Ｉまたは光信号Ｑの少なくとも一方の位相を調整することにより、光信号Ｉと光信号Ｑとの間に指定された位相差を与える。指定された位相差は、この実施例では、π／２である。以下の記載において、π／２は、π／２＋ｎπ（ｎは、ゼロを含む任意の整数）を意味するものとする。ここで、位相シフタ１５ｃは、例えば、光変調器１５を構成する光導波路の近傍に形成される電極により実現される。この場合、位相シフタ１５ｃに印加される直流バイアス電圧に応じて、位相シフタ１５ｃの近傍の光導波路の屈折率（すなわち、光パス長）が変化する。すなわち、位相シフタ１５ｃに印加される直流バイアス電圧に応じて光信号の位相が調整される。

図２に示す例では、位相シフタ１５ｃは、Ｑアーム変調器１５ｂの出力側に設けられ、Ｑアーム変調器１５ｂにより生成される光信号Ｑの位相を調整する。ただし、位相シフタ１５ｃは、他の位置に設けられてもよい。例えば、位相シフタ１５ｃは、Ｉアームに設けられ、Ｉアーム変調器１５ａにより生成される光信号Ｉの位相を調整してもよい。また、位相シフタ１５ｃは、Ｉアーム変調器１５ａまたはＱアーム変調器１５ｂ）の入力側に設けられ、変調される前の連続光の位相を調整してもよい。

光変調器１５は、位相差が与えられた光信号Ｉおよび光信号Ｑを合波して変調光信号を生成する。この変調光信号は、光アンプ１７および波長チューナブルフィルタ１８を介して出力される。

光検出器２２は、光変調器１５の出力光または波長チューナブルフィルタ１８の出力光を電気信号に変換する。光検出器２２は、例えば、フォトダイオード等の受光器により実現される。光検出器２２により生成される電気信号は、光変調器１５のバイアスを制御する制御部１６において使用される。ここで、光変調器１５のバイアス制御においては、光変調器１５の出力側に波長チューナブルフィルタ１８が設けられているか否かは重要ではない。よって、以下の記載において「光変調器１５の出力光」は、「光変調器１５または波長チューナブルフィルタ１８の出力光」を意味することがある。

制御部１６は、図２に示す例では、バイアス電圧制御部３１、同期検波部３２、ミキサ３３を含む。バイアス制御部３１は、Ｉアーム変調器１５ａおよびＱアーム変調器１５ｂの動作点をそれぞれ制御する。Ｉアーム変調器１５ａの動作点は、直流バイアス電圧ＶＩにより制御され、Ｑアーム変調器１５ｂの動作点は、直流バイアス電圧ＶＱにより制御される。ＱＰＳＫまたはＱＡＭなどの位相変調においては、各変調器の動作点は、図３に示すように、駆動信号の中心が光強度−電圧特性のヌル点に制御される。なお、位相変調を行う光変調器の動作点を制御する方法は、例えば、特開２０１３−８８７０２号公報、特開２０１６−１０２８７０号公報、又はHiroto Kawakami et al., Auto bias control technique for optical 16-QAM transmitter with asymmetric bias dithering, OPTICS EXPRESS, Vol.19, NO.26, pp.B308-B312, Dec. 2001 に記載されている。

また、バイアス電圧制御部３１は、光信号Ｉと光信号Ｑとの間に位相差π／２が与えられるように位相シフタ１５ｃに印加する直流バイアス電圧ＶＰを制御する。このとき、図２に示す例では、直流バイアス電圧ＶＩに低周波信号ｆ１が重畳され、直流バイアス電圧ＶＱに低周波信号ｆ２が重畳される。低周波信号ｆ１、ｆ２の周波数は、それぞれ、データレートと比較して十分に低速である。また、低周波信号ｆ１、ｆ２の周波数は、互いに異なっているものとする。

この場合、Ｉアーム変調器１５ａの出力光は周波数成分ｆ１を含み、Ｑアーム変調器１５ｂの出力光は周波数成分ｆ２を含む。したがって、光変調器１５の出力光は、周波数成分ｆ１、ｆ２に加えて、周波数成分ｆ１±ｆ２を含む。光検出器２２は、光変調器１５の出力光（図２では、波長チューナブルフィルタ１８の出力光）を電気信号に変換する。よって、光検出器２２により生成される電気信号は、周波数成分ｆ１、ｆ２に加えて、周波数成分ｆ１±ｆ２を含む。以下の記載では、光検出器２２により生成される電気信号をモニタ信号と呼ぶことがある。

同期検波部３２は、この実施例では、光変調器１５の出力光から周波数成分ｆ１＋ｆ２を検出する。よって、ミキサ３３は、低周波信号ｆ１、ｆ２に基づいて周波数ｆ１＋ｆ２を有する参照信号を生成する。そして、同期検波部３２は、この参照信号を用いてモニタ信号から周波数成分ｆ１＋ｆ２を検出する。

バイアス電圧制御部３１は、周波数成分ｆ１＋ｆ２を最小化するように、直流バイアス電圧ＶＰを制御する。この結果、光信号Ｉと光信号Ｑとの間の位相差がπ／２に調整される。

このように、低周波信号ｆ１、ｆ２を使用するディザリング制御により、光信号Ｉと光信号Ｑとの間の位相差がπ／２に調整される。しかし、図２に示す構成では、位相シフタ１５ｃの位相シフト量を調整するために、３つの周波数（ｆ１、ｆ２、ｆ１＋ｆ２）が使用される。

ここで、光モジュール１においては、光変調器１５の位相シフタ１５ｃを制御するためのディザリングだけでなく、他の様々な回路または素子を調整するためにもディザリングが行われる。例えば、送信用光源１３の波長は、ディザリングにより制御される。また、波長チューナブルフィルタ１８の通過帯の中心波長も、ディザリングにより制御される。そして、これらのディザリング制御で使用される低周波信号の周波数（以下、「ディザリング周波数」と呼ぶことがある）は、互いに異なっていることが要求される。このため、光モジュール１が備える回路または素子の制御のために使用可能な周波数帯域が制限されている構成では、位相シフタ１５ｃの直流バイアス電圧を制御するために使用するディザリング周波数の数が少ないことが好ましい。

なお、例えば、送信用光源１３の波長を制御するディザリングおよび光変調器１５のバイアスを制御するディザリングを時間分割多重方式で実行すれば、これらのディザリング周波数は同じであってもよい。ところが、多くのケースにおいて、送信用光源１３のディザリングおよび光変調器１５のディザリングを時間分割多重方式で実行することは容易ではない。例えば、送信用光源１３が波長を制御するための専用のディザリング回路を備えている場合は、送信用光源１３のディザリングと光変調器１５のディザリングとを同期させることは困難である。また、送信用光源１３および光変調器１５が異なるベンダにより製造される場合も、送信用光源１３のディザリングと光変調器１５のディザリングとを同期させることは困難である。したがって、この意味でも、位相シフタ１５ｃの直流バイアス電圧を制御するために使用するディザリング周波数の数が少ないことが好ましい。

＜実施形態＞
図４は、位相シフタ１５ｃの直流バイアスを制御する構成の一例を示す。なお、信号生成器１２ａ、送信用光源１３、ドライバ１４ａ、１４ｂ、光変調器１５、光アンプ１７、波長チューナブルフィルタ１８、光検出器２２は、図２および図４において実質的に同じである。

送信用光源１３により生成される連続光は、Ｉアーム変調器１５ａおよびＱアーム変調器１５ｂに導かれる。Ｉアーム変調器１５ａは、駆動信号Ｉで連続光を変調して光信号Ｉを生成する。同様に、Ｑアーム変調器１５ａは、駆動信号Ｑで連続光を変調して光信号Ｑを生成する。位相シフタ１５ｃは、光信号Ｉと光信号Ｑとの間に指定された位相差を与える。光変調器１５は、光信号Ｉおよび光信号Ｑを合波して変調光信号を生成する。光検出器２２は、光変調器１５の出力光を電気信号に変換することでモニタ信号を生成する。

制御部１６は、バイアス電圧制御部４１、低周波信号生成器４２、加算器４３、オフセット生成器４４、加算器４５、同期検波部４６を備える。なお、制御部１６は、図４に示していない他の機能を備えていてもよい。

バイアス電圧制御部４１は、図２に示す実施例と同様に、Ｉアーム変調器１５ａおよびＱアーム変調器１５ｂの動作点をそれぞれ制御する。Ｉアーム変調器１５ａおよびＱアーム変調器１５ｂの動作点は、それぞれ、公知の方法で直流バイアス電圧ＶＩおよび直流バイアス電圧ＶＱを制御することにより最適化されるものとする。

制御部１６が位相シフタ１５ｃの直流バイアス電圧ＶＰを制御するときは、低周波信号生成器４２およびオフセット生成器４４が起動される。そして、バイアス電圧制御部４１は、光変調器１５の出力光を使用するフィードバック制御で、位相シフタ１５ｃの直流バイアス電圧ＶＰを制御する。

低周波信号生成器４２は、所定の周波数の低周波信号Ｆ１を生成する。低周波信号Ｆ１の周波数は、例えば、数Ｈｚ〜数１００ｋＨｚの範囲から指定される。また、低周波信号Ｆ１は、図５（ａ）に示すように、ゼロを中心として振動する。なお、低周波信号Ｆ１の振幅が大きすぎると、光変調器１５により生成される変調光信号の品質が劣化する。低周波信号Ｆ１の振幅が小さすぎると、低周波信号Ｆ１の周波数成分の検出感度が低下する。よって、低周波信号Ｆ１の振幅は、これらの要因を考慮して決定することが好ましい。また、図５（ａ）に示す例では、低周波信号Ｆ１の波形は矩形であるが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、低周波信号Ｆ１の波形は、サイン波であってもよい。

加算器４３は、バイアス電圧制御部４１により算出される直流バイアス信号ＶＩに低周波信号Ｆ１を加算する。よって、加算器４３の出力信号は、図５（ｂ）に示すように、ＶＩを中心として振動する。低周波信号Ｆ１が重畳された直流バイアス信号ＶＩは、電圧信号に変換され、Ｉアーム変調器１５ａに印加される。このように、低周波信号生成器４２および加算器４３は、Ｉアーム変調器１５ａの動作点を制御するための直流バイアスに低周波信号を重畳する低周波重畳部として動作する。

オフセット生成器４４は、所定の２つのオフセット（正のオフセットおよび負のオフセット）を選択的に生成することができる。２つのオフセットの絶対値は、互いに同じである。すなわち、オフセット生成器４４は、バイアス電圧制御部４１からの指示に応じて、図５（ｃ）に示すように、正のオフセット（＋ΔＶ）または負のオフセット（−ΔＶ）を出力する。

加算器４５は、バイアス電圧制御部４１により算出される直流バイアス信号ＶＱにオフセットを加算する。よって、加算器４５の出力信号は、図５（ｄ）に示すように「ＶＱ＋ΔＶ」又は「ＶＱ−ΔＶ」である。具体的には、オフセット生成器４４が正のオフセットを出力するときは、加算器４５の出力信号は「ＶＱ＋ΔＶ」である。一方、オフセット生成器４４が負のオフセットを出力するときは、加算器４５の出力信号は「ＶＱ−ΔＶ」である。オフセットが付加された直流バイアス信号ＶＱは、電圧信号に変換され、Ｑアーム変調器１５ｂに印加される。このように、オフセット生成器４４および加算器４５は、Ｑアーム変調器１５ｂの動作点を制御するための直流バイアスに正のオフセットまたは負のオフセットを付加するオフセット付加部として動作する。

なお、図４に示す例では、Ｉアーム変調器１５ａの直流バイアス信号に低周波信号が重畳され、Ｑアーム変調器１５ｂの直流バイアス信号にオフセットが付加されるが、本発明はこの構成に限定されるものではない。すなわち、制御部１６は、Ｑアーム変調器１５ｂの直流バイアス信号に低周波信号を重畳し、Ｉアーム変調器１５ａの直流バイアス信号にオフセットを付加してもよい。

このように、制御部１６が位相シフタ１５ｃの直流バイアス電圧ＶＰを制御するときには、直流バイアス電圧ＶＩに低周波信号Ｆ１が重畳される。よって、光変調器１５の出力光は、低周波信号Ｆ１に対応する周波数成分を含む。すなわち、光検出器２２により生成されるモニタ信号は、低周波信号Ｆ１に対応する周波数成分を含む。なお、以下の記載では、低周波信号Ｆ１に対応する周波数成分を「低周波成分Ｆ１」と呼ぶことがある。

同期検波部４６は、低周波信号生成器４２により生成される低周波信号Ｆ１を用いて、モニタ信号から低周波成分Ｆ１を検出する。すなわち、光変調器１５の出力光に含まれる低周波成分Ｆ１が同期検波部４６により検出される。

バイアス電圧制御部４１は、同期検波部４６により検出される低周波成分Ｆ１に基づいて、位相シフタ１５ｃに印加する直流バイアス電圧ＶＰを制御する。このとき、バイアス電圧制御部４１は、直流バイアス電圧ＶＱに正のオフセットが付加されているときに検出される低周波成分Ｆ１、及び、直流バイアス電圧ＶＱに負のオフセットが付加されているときに検出される低周波成分Ｆ１に基づいて、直流バイアス電圧ＶＰを制御する。

なお、制御部１６は、例えば、プロセッサおよびメモリを含むプロセッサシステムにより実現される。この場合、プロセッサは、光変調器１５を制御するためのプログラムを実行することができる。光検出器２２から出力されるモニタ信号は、不図示のＡ／Ｄコンバータによりデジタル信号に変換されて制御部１６に与えられる。また、制御部１６の出力信号（光変調器１５の動作を制御するための直流バイアスを指示する信号等）は、不図示のＤ／Ａコンバータによりアナログ信号に変換される。或いは、制御部１６は、デジタル信号処理回路で実現してもよい。更に、制御部１６は、アナログ回路で実現してもよい。この場合、上述のＡ／ＤコンバータおよびＤ／Ａコンバータは不要である。

図６は、光変調器１５のバイアスおよび出力光の例を示す。図６に示す例では、オフセット生成器４４は、第１のモニタ期間（Ｔ１〜Ｔ２）において正のオフセットを生成し、第２のモニタ期間（Ｔ２〜Ｔ３）において負のオフセットを生成する。また、低周波信号生成器４２は、第１のモニタ期間および第２のモニタ期間において、低周波信号Ｆ１を生成する。

第１のモニタ期間においては、Ｑアーム変調器１５ｂには、正のオフセットが付加された直流バイアス電圧ＶＱ（即ち、ＶＱ＋ΔＶ）が印加される。また、Ｉアーム変調器１５ａには、低周波信号Ｆ１が重畳された直流バイアス電圧ＶＩが印加される。そうすると、光変調器１５の出力光は、低周波成分Ｆ１を含むことになる。このとき、光変調器１５の出力光から検出される低周波成分Ｆ１の強度（または、振幅）は、Ｐ_dith1である。

第２のモニタ期間においては、Ｑアーム変調器１５ｂには、負のオフセットが付加された直流バイアス電圧ＶＱ（即ち、ＶＱ−ΔＶ）が印加される。また、Ｉアーム変調器１５ａには、第１のモニタ期間と同様に、低周波信号Ｆ１が重畳された直流バイアス電圧ＶＩが印加される。そうすると、光変調器１５の出力光は、第１のモニタ期間と同様に、低周波成分Ｆ１を含むことになる。このとき、光変調器１５の出力光から検出される低周波成分Ｆ１の強度（または、振幅）は、Ｐ_dith2である。なお、図６に示す例では、第２のモニタ期間に検出されるＰ_dith2は、第１のモニタ期間に検出されるＰ_dith1よりも大きいが、光変調器１５の状態に応じて、Ｐ_dith2がＰ_dith1より小さいこともあるし、Ｐ_dith2がＰ_dith1と実質的に同じこともある。

バイアス電圧制御部４１は、同期検波部４６を利用して、光変調器１５の出力光に含まれる低周波成分Ｆ１の強度Ｐ_dith1、Ｐ_dith2を検出する。さらに、バイアス電圧制御部４１は、Ｐ_dith1とＰ_dith2との差分を表す誤差信号を生成する。

図７は、位相シフタ１５ｃに印加される直流バイアス電圧に対する誤差信号を示す。グラフの横軸は、光変調器１５の半波長電圧Ｖπで正規化された直流バイアス電圧を表す。図７において、直流バイアス電圧＝ゼロは、光信号Ｉ、Ｑ間の位相差がゼロである状態を表し、直流バイアス電圧＝１は、位相シフタ１５ｃにより光信号Ｉ、Ｑ間に位相差πが与えられる状態を表す。グラフの縦軸は、任意単位（arbitrary unit）で誤差信号を表す。なお、図７（ａ）〜図７（ｅ）は、それぞれ、ＱＰＳＫ、８ＱＡＭ、１６ＱＡＭ、３２ＱＡＭ、６４ＱＡＭでデータが伝送されるケースにおいて、直流バイアス電圧と誤差信号との関係を表す。

図７に示すように、誤差信号は、位相シフタ１５ｃに印加される直流バイアス電圧に対して周期的に変化する。具体的には、直流バイアス電圧＝「ゼロ」「１」「２」において誤差信号の絶対値は最大である。また、直流バイアス電圧＝「０．５」「１．５」において誤差信号はゼロである。ここで、「直流バイアス電圧＝０．５」は、位相シフタ１５ｃにより光信号Ｉ、Ｑ間に位相差π／２が与えられる状態に相当する。また、「直流バイアス電圧＝１．５」は、位相シフタ１５ｃにより光信号Ｉ、Ｑ間に位相差３π／２が与えられる状態に相当する。換言すれば、誤差信号を小さくするように位相シフタ１５ｃの直流バイアス電圧を制御すれば、光信号Ｉ、Ｑ間に与えられる位相差は、π／２（または、３π／２）に近づくことになる。この特性は、図７（ａ）〜図７（ｅ）に示すように、変調方式には依存しない。

図８は、位相シフタ１５ｃの直流バイアス電圧を制御する方法の一例を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、例えば、定期的に、制御部１６により実行される。

Ｓ１において、制御部１６は、Ｉアーム変調器１５ａの直流バイアス電圧ＶＩに低周波信号Ｆ１を重畳する。即ち、制御部１６は、低周波信号生成器４２を起動する。加算器４３は、直流バイアス信号ＶＩに低周波信号Ｆ１を加算する。加算器４３の出力信号は、電圧信号に変換され、Ｉアーム変調器１５ａに印加される。この結果、低周波信号Ｆ１が重畳された直流バイアス電圧ＶＩがＩアーム変調器１５ａに印加される。

Ｓ２において、制御部１６は、Ｑアーム変調器１５ｂの直流バイアス電圧ＶＱに正のオフセットを付加する。即ち、制御部１６は、オフセット生成器４４に正のオフセットを生成させる。加算器４５は、直流バイアス信号ＶＱに正のオフセットを加算する。加算器４５の出力信号は、電圧信号に変換され、Ｑアーム変調器１５ｂに印加される。この結果、正のオフセットが付加された直流バイアス電圧ＶＱ（すなわち、ＶＱ＋ΔＶ）がＱアーム変調器１５ｂに印加される。

Ｓ３において、制御部１６は、Ｑアーム変調器１５ｂにＶＱ＋ΔＶが印加されているときに、低周波成分Ｆ１の強度Ｐ_dith1を取得する。すなわち、光変調器１５の出力光が光検出器２２により電気信号に変換される。バイアス電圧制御部４１は、同期検波部４６を利用して、その電気信号から低周波成分Ｆ１の強度Ｐ_dith1を取得する。Ｐ_dith1は、図６に示す例では、第１のモニタ期間Ｔ１〜Ｔ２において検出される強度Ｐ(H,H)と強度Ｐ(H,L)との差分に相当する。また、Ｐ_dith1は、符号を有する。この実施例においては、Ｐ(H,H)がＰ(H,L)よりも高いときはＰ_dith1は正の値であり、Ｐ(H,H)がＰ(H,L)よりも低いときはＰ_dith1は負の値である。Ｐ(H,H)は、直流バイアス電圧ＶＱに正のオフセットが付加され、且つ、低周波信号Ｆ１がＨレベルであるときに検出される低周波成分Ｆ１の強度を表す。Ｐ(H,L)は、直流バイアス電圧ＶＱに正のオフセットが付加され、且つ、低周波信号Ｆ１がＬレベルであるときに検出される低周波成分Ｆ１の強度を表す。なお、バイアス電圧制御部４１は、第１のモニタ期間内にＰ(H,H)およびＰ(H,L)をそれぞれ複数回測定し、それらの平均に基づいてＰ_dith1を算出してもよい。

Ｓ４において、制御部１６は、Ｑアーム変調器１５ｂの直流バイアス電圧ＶＱに負のオフセットを付加する。即ち、制御部１６は、オフセット生成器４４に負のオフセットを生成させる。加算器４５は、直流バイアス信号ＶＱに負のオフセットを加算する。加算器４５の出力信号は、電圧信号に変換され、Ｑアーム変調器１５ｂに印加される。この結果、負のオフセットが付加された直流バイアス電圧ＶＱ（すなわち、ＶＱ−ΔＶ）がＱアーム変調器１５ｂに印加される。

Ｓ５において、制御部１６は、Ｑアーム変調器１５ｂにＶＱ−ΔＶが印加されているときに、低周波成分Ｆ１の強度Ｐ_dith2を取得する。Ｐ_dith2は、図６に示す例では、第２のモニタ期間Ｔ２〜Ｔ３において検出される強度Ｐ(L,H)と強度Ｐ(L,L)との差分に相当する。また、Ｐ_dith2は、符号を有する。この実施例では、Ｐ(L,H)がＰ(L,L)よりも高いときはＰ_dith2は正の値であり、Ｐ(L,H)がＰ(L,L)よりも低いときはＰ_dith2は負の値である。Ｐ(L,H)は、直流バイアス電圧ＶＱに負のオフセットが付加され、且つ、低周波信号Ｆ１がＨレベルであるときに検出される低周波成分Ｆ１の強度を表す。Ｐ(L,L)は、直流バイアス電圧ＶＱに負のオフセットが付加され、且つ、低周波信号Ｆ１がＬレベルであるときに検出される低周波成分Ｆ１の強度を表す。なお、バイアス電圧制御部４１は、第２のモニタ期間内にＰ(L,H)およびＰ(L,L)をそれぞれ複数回検出し、それらの平均に基づいてＰ_dith2を算出してもよい。

Ｓ６において、制御部１６は、Ｓ３で算出したＰ_dith1とＳ５で算出したＰ_dith2との差分を計算することにより誤差信号を生成する。この例では、誤差信号Ｅは、下式により算出される。
Ｅ＝Ｐ_dith1−Ｐ_dith2

誤差信号の符号は、現在の位相シフタ１５ｃの位相シフト量が目標値よりも大きいか小さいかを表す。図７に示す例では、正の誤差信号は、位相シフタ１５ｃの位相がπ／２よりも小さい状態を表し、負の誤差信号は、位相シフタ１５ｃの位相がπ／２よりも大きい状態を表す。したがって、制御部１６は、誤差信号の符号に基づいて、位相シフタ１５ｃの位相を大きくすべきか、小さくすべきかを決定することができる。

Ｓ７において、制御部１６は、誤差信号がゼロよりも高いか否かを判定する。誤差信号がゼロよりも高いとき（すなわち、Ｐ_dith1＞Ｐ_dith2）は、制御部１６は、現在の位相シフタ１５ｃの位相シフト量が目標値よりも小さいと判定する。この場合、制御部１６の処理はＳ８へ進む。Ｓ８において、制御部１６は、位相シフタ１５ｃの直流バイアス動作点を所定量だけ正方向にシフトさせる。このとき、制御部１６は、位相シフタ１５ｃの直流バイアス電圧ＶＰを所定量だけ高くする。

一方、誤差信号がゼロよりも低いとき（すなわち、Ｐ_dith1＜Ｐ_dith2）は、制御部１６は、現在の位相シフタ１５ｃの位相シフト量が目標値よりも大きいと判定する。この場合、制御部１６の処理はＳ９へ進む。Ｓ９において、制御部１６は、位相シフタ１５ｃの直流バイアス動作点を所定量だけ負方向にシフトさせる。このとき、制御部１６は、位相シフタ１５ｃの直流バイアス電圧ＶＰを所定量だけ低くする。

ここで、図７に示す例を参照しながらＳ７〜Ｓ９の処理を説明する。以下の記載では、位相シフタ１５ｃの直流バイアス電圧ＶＰは、ゼロから１の範囲内に制御されているものとする。

誤差信号がゼロよりも高いときは、バイアス電圧制御部４１は、位相シフタ１５ｃの直流バイアス電圧ＶＰが「0.5」より低いと判定する。この場合、バイアス電圧制御部４１は、位相シフタ１５ｃの直流バイアス電圧ＶＰを所定量だけ高くする。この結果、直流バイアス電圧ＶＰは「0.5」に近づく。

一方、誤差信号がゼロよりも低いときは、バイアス電圧制御部４１は、位相シフタ１５ｃの直流バイアス電圧ＶＰが「0.5」より高いと判定する。この場合、バイアス電圧制御部４１は、位相シフタ１５ｃの直流バイアス電圧ＶＰを所定量だけ低くする。この結果、直流バイアス電圧ＶＰは「0.5」に近づく。

このように、図８に示すフローチャートの処理によれば、位相シフタ１５ｃの直流バイアス電圧ＶＰは「0.5」に近づく。ここで、「直流バイアス電圧ＶＰ＝0.5」は、位相シフタ１５ｃにより光信号Ｉ、Ｑ間に位相差π／２が与えられる状態に相当する。すなわち、制御部１６は、誤差信号に基づいて位相シフタ１５ｃの直流バイアス電圧ＶＰを制御することにより、光変調器１５の動作状態を最適化することができる。なお、誤差信号の絶対値がゼロまたはほぼゼロであるときは、制御部１６は、位相シフタ１５ｃの直流バイアス電圧ＶＰを変化させることなく維持してもよい。

図４に示す構成によれば、位相シフタ１５ｃの直流バイアス電圧を制御するディザリングにおいて、１つの低周波信号Ｆ１が使用される。これに対して、図２に示す構成では、位相シフタ１５ｃの直流バイアス電圧を制御するディザリングにおいて、周波数の異なる複数の低周波信号（少なくとも、ｆ１、ｆ２）が使用される。すなわち、図２に示す構成と比較して、図４に示す構成によれば、位相シフタ１５ｃの直流バイアス電圧を制御するために使用するディザリング周波数の数が削減される。

なお、図７に示すフローチャートは１つの実施例であり、本発明はこの手順に限定されるものではない。例えば、制御部１６は、Ｓ２〜Ｓ３の前にＳ４〜Ｓ５の処理を実行してもよい。また、制御部１６は、Ｉアーム変調器１５ａの直流バイアス電圧を制御するプロセス、Ｑアーム変調器１５ｂの直流バイアス電圧を制御するプロセス、位相シフタ１５ｃの直流バイアス電圧を制御するプロセスを、繰り返し順番に実行してもよい。

次に、誤差信号と位相シフタ１５ｃの位相との関係について説明する。なお、光変調器１５から出力される信号光の強度Ｐoutは、（１）式で表されるものとする。

Ｖ_{sig_I}(t)は、Ｉアーム変調器１５ａに与えられる駆動信号Ｉを表す。Ｖ_{sig_Q}(t)は、Ｑアーム変調器１５ｂに与えられる駆動信号Ｑを表す。Ｖ_{bias_I}は、Ｉアーム変調器１５ａの動作点を制御する直流バイアス電圧ＶＩに相当する。Ｖ_{bias_Q}は、Ｑアーム変調器１５ｂの動作点を制御する直流バイアス電圧ＶＱに相当する。Ｖ_{bias_P}は、位相シフタ１５ｃの位相を制御する直流バイアス電圧ＶＰに相当する。Ｖ_{bias_P}／Ｖπ_DCは、半波長電圧Ｖπで正規化された直流バイアス電圧ＶＰ（すなわち、図７に示す各グラフの横軸上の値）に相当する。

Ｑアーム変調器１５ｂの直流バイアス電圧ＶＱに正のオフセットが付加されるときは、光変調器１５の出力光の強度は、図６に示すように、Ｐ(H,H)とＰ(H,L)との間で変動する。この場合、低周波成分Ｐ_dith1は、（２）式で表される。

同様に、Ｑアーム変調器１５ｂの直流バイアス電圧ＶＱに負のオフセットが付加されるときは、光変調器１５の出力光の強度は、図６に示すように、Ｐ(L,H)とＰ(L,L)との間で変動する。この場合、低周波成分Ｐ_dith2は、（３）式で表される。

誤差信号は、直流バイアス電圧ＶＱに正のオフセットが付加されるときの低周波成分と直流バイアス電圧ＶＱに負のオフセットが付加されるときの低周波成分との差分を表す。よって、誤差信号Errorは、（４）式で表される。

このように、誤差信号は、cos２φ_Pに比例する。したがって、２φ_Pがπ／２または３π／２であるときに、誤差信号はゼロである。すなわち、φ_Pがπ／４または３π／４であるときに、誤差信号はゼロである。

（１）式においてφ_Pにπ／４を与えれば、Ｖ_{bias_P}／Ｖπ_DC＝０．５が得られる。また、（１）式においてφ_Pに３π／４を与えれば、Ｖ_{bias_P}／Ｖπ_DC＝１．５が得られる。ここで、Ｖ_{bias_P}／Ｖπ_DCは、図７に示す各グラフの横軸上の値に相当する。したがって、誤差信号をゼロに近づけると、位相シフタ１５ｃにより生成される位相差は、π／２（または、３π／２）に近づくことになる。

なお、図４に示す構成は１つの実施例では、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、光モジュール１は、偏波多重光信号を生成して送信してもよい。この場合、光モジュール１は、１組の光変調器を備える。各光変調器の構成は、図４に示す光変調器１５と同じである。そして、各光変調器により生成される変調光信号は、偏波ビームコンバイナにより多重化される。この場合、制御部１６は、双方の光変調器の位相シフタの直流バイアス電圧を制御する。

１ 光モジュール
１５ 光変調器
１５ａ Ｉアーム変調器
１５ｂ Ｑアーム変調器
１５ｃ 位相シフタ
１６ 制御部
１８ 波長チューナブルフィルタ
２２ 光検出器
４１ バイアス電圧制御部
４２ 低周波信号生成器
４３、４５ 加算器
４４ オフセット生成器
４６ 同期検波部

Claims (4)

1. 連続光を生成する光源と、
   前記連続光を変調して第１の光信号を生成する第１の変調器、前記連続光を変調して第２の光信号を生成する第２の変調器、および前記第１の光信号と前記第２の光信号との間に指定された位相差を与える位相シフタを含み、前記位相差が与えられた前記第１の光信号および前記第２の光信号を合波して変調光信号を生成する光変調器と、
   前記第１の変調器の直流バイアスに低周波信号を重畳する低周波重畳部と、
   第１のモニタ期間において前記第２の変調器の直流バイアスに正の直流オフセットを付加し、第２のモニタ期間において前記第２の変調器の直流バイアスに負の直流オフセットを付加するオフセット付加部と、
   前記光変調器の出力光から前記低周波信号に対応する低周波成分を検出する検出部と、
   前記検出部により検出される低周波成分に基づいて前記位相シフタに印加する直流バイアスを制御するバイアス制御部と、を備え、
   前記バイアス制御部は、前記第１のモニタ期間に前記検出部により検出される低周波成分と、前記第２のモニタ期間に前記検出部により検出される低周波成分との間の誤差に基づいて、前記位相シフタに印加する直流バイアスを制御する
   ことを特徴とする光モジュール。
2. 前記バイアス制御部は、前記誤差を小さくするように、前記位相シフタに印加する直流バイアスを制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記正のオフセットの絶対値と前記負のオフセットの絶対値とは互いに同じである
   ことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
4. 連続光を変調して第１の光信号を生成する第１の変調器、前記連続光を変調して第２の光信号を生成する第２の変調器、および前記第１の光信号と前記第２の光信号との間に指定された位相差を与える位相シフタを含み、前記位相差が与えられた前記第１の光信号および前記第２の光信号を合波して変調光信号を生成する光変調器において、前記位相シフタの直流バイアスを制御するバイアス制御方法であって、
   前記第１の変調器の直流バイアスに低周波信号を重畳し、
   第１のモニタ期間において前記第２の変調器の直流バイアスに正の直流オフセット付加しながら、前記光変調器の出力光から前記低周波信号に対応する低周波成分を検出して第１の測定値を取得し、
   第２のモニタ期間において前記第２の変調器の直流バイアスに負の直流オフセット付加しながら、前記光変調器の出力光から前記低周波信号に対応する低周波成分を検出して第２の測定値を取得し、
   前記第１のモニタ期間に取得される前記第１の測定値と前記第２のモニタ期間に取得される前記第２の測定値との誤差に基づいて前記位相シフタに印加する直流バイアスを制御する、
   ことを特徴とするバイアス制御方法。

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