JP5061817B2 - 光変調装置 - Google Patents

Description

本発明は光変調装置に係り、特に強度変調のオンとオフの高い消光比を実現した光変調装置に関する。

光に信号を載せて光ファイバで伝送する光通信システムにおいて、光源から出射されたレーザ光を強度変調して光信号を生成する光強度変調器が利用されている。光強度変調器は、例えばニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３；以下ＬＮと略す）などの電気光学結晶の基板上に、マッハツェンダー型の光導波路と変調電極およびバイアス電極等を形成したものである。

マッハツェンダー型の光導波路は、入力された光を分岐する分岐部と、分岐された光を伝搬させる２つのアームと、アームを伝搬した光を再度合流させる合波部からなる導波路構成を有している。この合波部において、合流する２つの光が同位相である場合には光波が互いに強め合って出力されるオン状態となり、逆位相である場合には光波は互いに打ち消し合って出力光が無くなるオフ状態となる。オン状態の出力光強度とオフ状態の出力光強度の比は、消光比と呼ばれ、光強度変調器の性能を表す重要な指標である。そして、消光比が高い、すなわちオン状態とオフ状態の出力光強度の差が大きいほど、一般に変調深さが深くなり、高品質な光伝送を行うことが可能である。

ここで、最も理想的にはオフ状態における出力がゼロでありこの時消光比は無限大となるが、この状況を作り出すためには、合流する２つの光の強度が正確に一致している必要がある。しかし、通常は光導波路の製造誤差等により、分岐部の分岐の割合が等しくなかったり、２つのアームで伝搬損失が異なっていたりするため、合流した光は強度が非対称となっている。この場合、位相を逆位相としても２つの光は完全には打ち消し合わず、消光比が劣化してしまう。

合波部での光強度を対称とし消光比を向上させる方法として、例えば分岐パワーの大きい方のアームにエキシマレーザを照射し、導波路に欠陥を与えて損失を増やすことでもう一方のアームを通過した光と強度をバランスさせるという手法が考えられる。しかしこの手法では、欠陥による損失に波長依存性があり、消光比も波長に依存してしまうので問題がある。

ところで、メインマッハツェンダー光導波路の２つのアームにそれぞれサブマッハツェンダー光導波路を設け、各サブマッハツェンダー光導波路でＲＦ変調を行って周波数の上下にサイドバンド光（上側および下側側波帯）を発生させ、メインマッハツェンダー光導波路でデータ信号に対応して位相を選択することでサイドバンド光を上側と下側で切り替えて周波数変調された信号光として出力する、光ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調器が開発されている（例えば特許文献１参照）。そして近年、サブマッハツェンダー光導波路を光量調整部として利用し、上記の光ＦＳＫ変調器を上述した光強度変調器として動作させることで、高い消光比を実現した光強度変調器が提案されている（例えば非特許文献１参照）。
特開２００５−１３４８９７号公報 日隈他、光ＦＳＫ変調器を応用した高消光比変調器の波長特性、「２００５年電子情報通信学会ソサイエティ大会予稿集」、２００５年９月、Ｃ−３−２

しかしながら、非特許文献１において示された光強度変調器では、サブマッハツェンダー光導波路の光量調整を行う際、単純に当該光強度変調器の出力光強度をモニタする。この場合、メインマッハツェンダー光導波路への変調を同時に行うと、モニタした光強度に基づく光量調整が不可能となってしまう。そのため、光量調整は、変調を行わない状態で（すなわち、光強度変調器の実稼働に先立って事前に）行う必要があり、例えば環境変化などに応じるためリアルタイムで高い消光比を実現し維持することができないという問題があった。
また、出力光強度ではなく光スペクトルをモニタするようにすればリアルタイムでの光量調整も可能であるが、この場合は人間がスペクトルを目視により確認しながら行う必要があり、自動化をすることが困難であった。
このような背景から、出願人は変調を行いながら高い消光比を実現可能な光変調装置に関する発明を特願２００６−１１６６３０として出願済みである。しかし、光変調装置において更なる高消光比を少ない部品点数で実現することが、光通信システム等で求められるようになってきた。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、変調信号による変調を行いながらであっても極めて高い消光比を安定して実現することができるとともに、その部品点数も少なく構成可能な光変調装置を提供することにある。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、周波数ｆ_０の光が入力されるメインマッハツェンダー光導波路の２つのアームにそれぞれ第１および第２のサブマッハツェンダー光導波路が設けられ、第１の位相差調整手段によって少なくとも一方のサブマッハツェンダー光導波路の両アームを通過する光に位相差を与えて該サブマッハツェンダー光導波路の出力光強度を調整し、さらに第２の位相差調整手段によってメインマッハツェンダー光導波路の両アームを通過する光にバイアスの位相差を付与するとともに変調手段によって該光を変調周波数ｆ_ｍで変調して、メインマッハツェンダー光導波路から周波数ｆ_＋１＝ｆ_０＋ｆ_ｍおよびｆ_−１＝ｆ_０−ｆ_ｍの成分を持つ光を出力する光変調器と、この光変調器の出力光を２つに分岐する分岐手段と、分岐された一方の光から周波数ｆ_０成分を取り出すとともに周波数ｆ_＋１およびｆ_−１成分からなる光を伝送路へ出力する分離手段と、前記取り出された周波数ｆ_０成分からなる光のパワーを測定する第１の光検出手段と、周波数ｆ_０、ｆ_＋１、およびｆ_−１の各成分を有する前記分岐されたもう一方の光のパワーを測定する第２の光検出手段と、を備え、前記光変調器は、前記変調手段により変調周波数ｆ_ｍで変調を行った際に前記第１の光検出手段の受光パワーが最小且つ前記第２の光検出手段の受光パワーが最大となるように、前記第１および第２の位相差調整手段が制御されていることを特徴とする光変調装置である。

この発明によれば、変調により周波数成分ｆ_０、ｆ_＋１、およびｆ_−１を有する出力光が光変調器から出力されて、この出力光から周波数ｆ_０成分のみのパワーと全成分を含んだパワーがそれぞれ測定され、これら２つの受光パワーに基づいて光変調器の各位相差調整手段を制御しているので、変調を行いながら安定的に消光比の最適化を実行することが可能である。そして、各位相差調整手段の制御は、周波数ｆ_０成分が最小となるように制御されていることから、２つのサブマッハツェンダー光導波路の出力光強度は高い精度で等しくなっている。すなわち、光変調器からの出力光は高い消光比が実現されている。その上で、消光比が高いこの出力光をさらに分離手段に入力して、周波数ｆ_＋１およびｆ_−１成分を分離してこれを伝送路へ出力するようにしたので、極めて高い消光比を持った信号光を伝送路へ出力することができる。それとともに、上記分離手段は第１の光検出手段で測定すべき周波数成分の光を得るための手段と兼用する構成となっているため、部品点数も増加することがなく、光変調装置のコスト上昇を抑えることが可能である。また、位相差調整手段により信号成分（周波数ｆ_＋１およびｆ_−１）のパワーが最大となるように制御されているため、光変調器の出力効率の最大化が図られている。

また、本発明は、上記の光変調装置において、前記第１の位相差調整手段は、光強度の強い方のサブマッハツェンダー光導波路に対して両アームを通過する光の位相差をずらして光強度を減衰させ、２つのサブマッハツェンダー光導波路の出力光強度が等しくなるように制御されることを特徴とする。

この発明によれば、２つのサブマッハツェンダー光導波路の出力光強度が等しくなるように設定されるので、高い消光比を実現することができる。また、光強度の強い方の光強度を減衰させているため、光の損失を最小限に抑えて光変調器の出力を最大にすることができる。

また、本発明は、上記の光変調装置において、前記第２の位相差調整手段は、メインマッハツェンダー光導波路の両アームを通過する光の位相差がπとなるように制御されることを特徴とする。

この発明によれば、光強度が非対称になっている２つのサブマッハツェンダー光導波路の出力光に対し、その光強度を揃えて周波数ｆ_０成分を最小にする制御が可能になる。これにより、高い消光比が実現できる。

また、本発明は、上記の光変調装置において、前記光変調器において、前記第１および第２の光検出手段の受光パワーがともに最大となる状態に設定される第１のステップと、前記第１の光検出器の受光パワーが最小となるよう前記第２の位相差調整手段が制御される第２のステップと、前記第１の光検出器の受光パワーがさらに小さくなるよう前記第１の位相差調整手段が制御される第３のステップと、が順次実行されることを特徴とする。

この発明によれば、各位相差調整手段に対する制御において、制御結果が発散することなく高い消光比を得るための制御を行うことができる。また、上記ステップに従い自動化制御を行うことも可能である。

また、本発明は、上記の光変調装置において、前記各マッハツェンダー光導波路は電気光学効果を有する基板上に形成された光導波路によって構成され、前記各位相差調整手段および変調手段はこの光導波路に電界を印加するための電極によって構成されていることを特徴とする。

この発明によれば、光変調器を半導体プロセスによって製造される光導波路素子として構成でき、光変調装置の小型化と量産性を達成できる。

また、本発明は、周波数ｆ_０の光が入力されるメインマッハツェンダー光導波路の２つのアームにそれぞれ第１および第２のサブマッハツェンダー光導波路が設けられ、第１の位相差調整手段によって少なくとも一方のサブマッハツェンダー光導波路の両アームを通過する光に位相差を与えて該サブマッハツェンダー光導波路の出力光強度を調整し、さらに第２の位相差調整手段によってメインマッハツェンダー光導波路の両アームを通過する光にバイアスの位相差を付与するとともに変調手段によって該光を変調周波数ｆ_ｍで変調して、メインマッハツェンダー光導波路から周波数ｆ_＋１＝ｆ_０＋ｆ_ｍおよびｆ_−１＝ｆ_０−ｆ_ｍの成分を持つ光を出力する光変調器と、この光変調器の出力光を周波数ｆ_０成分からなる光と周波数ｆ_＋１およびｆ_−１成分からなる光の２つに分離する分離手段と、前記分離された周波数ｆ_０成分からなる光のパワーを測定する第３の光検出手段と、前記分離された周波数ｆ_＋１およびｆ_−１成分からなる光のパワーを測定する第４の光検出手段と、前記分離された周波数ｆ_＋１およびｆ_−１成分からなる光を伝送路へ出力する分岐手段と、を備え、前記光変調器は、前記変調手段により変調周波数ｆ_ｍで変調を行った際に前記第３の光検出手段の受光パワーが最小且つ前記第４の光検出手段の受光パワーが最大となるように、前記第１および第２の位相差調整手段が制御されていることを特徴とする光変調装置である。

この発明によれば、変調により周波数成分ｆ_０、ｆ_＋１、およびｆ_−１を有する出力光が光変調器から出力されて、この出力光から周波数ｆ_０成分の光と周波数ｆ_＋１およびｆ_−１成分からなる光が分離されてそれぞれのパワーが測定され、これら２つの受光パワーに基づいて光変調器の各位相差調整手段を制御しているので、変調を行いながら安定的に消光比の最適化を実行することが可能である。そして、各位相差調整手段の制御は、周波数ｆ_０成分が最小となるように制御されていることから、２つのサブマッハツェンダー光導波路の出力光強度は高い精度で等しくなっている。すなわち、光変調器からの出力光は高い消光比が実現されている。その上、上記各成分の分離を行う分離手段に消光比が高いこの出力光が入力され、分離された周波数ｆ_＋１およびｆ_−１成分を伝送路へ出力するようにしたので、極めて高い消光比を持った信号光を伝送路へ出力することができる。それとともに、上記分離手段は第３の光検出手段で測定すべき周波数成分の光を得るための手段と兼用する構成となっているため、部品点数も増加することがなく、光変調装置のコスト上昇を抑えることが可能である。また、位相差調整手段により信号成分（周波数ｆ_＋１およびｆ_−１）のパワーが最大となるように制御されているため、光変調器の出力効率の最大化が図られている。

本発明によれば、変調信号による変調を行いながらであっても高い消光比を安定して実現することができる。これにより、高品質な光通信システムを構築できる。また、高い消光比を実現するための構成が簡易である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。
≪第１の実施形態≫
図１は、本発明の第１の実施形態による光変調装置１の機能ブロック図である。

同図において、光変調器１０には図示しない光源から出射された周波数ｆ_０のレーザ光が入力される。光変調器１０は、所定の構造の光導波路と電極を有しＬＮ基板を用いて形成された光導波路素子（詳細は図２において説明（後述）する）であり、入力光を周波数ｆ_ｍの変調信号で変調して周波数成分ｆ_０、ｆ_＋１、およびｆ_−１を有する出力光を出力する。ここで、
ｆ_＋１＝ｆ_０＋ｆ_ｍ
ｆ_−１＝ｆ_０−ｆ_ｍ
とする。なお、周波数ｆ_ｍで変調を行った時、高次成分ｆ_０＋２ｆ_ｍやｆ_０＋３ｆ_ｍも発生するが、ここでは説明を簡単にするためこれらは無視するものとする。

上記の出力光は、分岐手段１１および分離手段１２を通って本光変調装置１からメイン出力として出力され、伝送路（光ファイバ）へ送られる。

分岐手段１１へ入力された光は、２つに分岐されて分離手段１２と第２光検出手段１４ｂへ出力される。分岐手段１１は、ファイバ型の光カプラであり、例えばその分岐比を−１０ｄＢ（分離手段への出力光：第２光検出手段への出力光＝１０：１）とする。

分離手段１２は、入力される光の周波数成分（ｆ_０、ｆ_＋１、ｆ_−１）のうち、ｆ_０成分だけを第１光検出手段１４ａへ出力するとともに、ｆ_＋１およびｆ_−１成分だけをメイン出力として伝送路へ出力する。
図３は、分離手段１２の具体的な構成例を示した図である。この分離手段１２は、光サーキュレータ１２１とファイバグレーティング（Fiber Bragg Grating；ＦＢＧ）１２２を接続した構成を有している。

分離手段１２に入力された光は、光サーキュレータ１２１を通ってファイバグレーティング１２２側へ送られる（光サーキュレータ１２１は、図中円弧状の矢印で示した方向にのみ光を出力する光素子である）。ファイバグレーティング１２２は所定のピッチを有する回折格子が形成された光素子であり、このピッチに対応する波長（周波数）の光のみを反射し、それ以外の波長の光を透過する。ここでは、周波数ｆ_０成分だけを選択的に反射するファイバグレーティング１２２が使用されているものとする。ファイバグレーティング１２２で反射された周波数ｆ_０の光は、再び光サーキュレータ１２１を通って第１光検出手段１４ａへ出力され、一方、ファイバグレーティング１２２を透過する周波数ｆ_＋１およびｆ_−１の光は、伝送路の側へ出力される。

なお、本分離手段１２では光サーキュレータ１２１とファイバグレーティング１２２を一つずつ用いる構成としたが、光サーキュレータ１２１とファイバグレーティング１２２の組を二段あるいは多段直列に接続した構成としてもよい。このような多段構成とすることでフィルタされる光の周波数選択性を高め、後述する制御の精度を向上させることができる。なお、多段構成とする場合には、伝送路への出力端とならないファイバグレーティング１２２の後部を無反射終端処理しておくことが望ましい。これは、ファイバグレーティング１２２を透過した周波数ｆ_＋１とｆ_−１の成分が、その先の経路中で反射して戻り、第１光検出手段１４ａへの出力光に混入することを防止するためである。
また、一般にファイバグレーティング１２２の波長選択特性は温度依存性を持つため、分離手段１２を恒温槽に入れるなどして温度管理することが望ましい。

図１に戻り、分離手段１２から出力された周波数ｆ_０成分の光は第１光検出手段１４ａに入力され、そのパワーＰ１が測定される。また、分岐手段１１から分岐されたもう一方の光は第２光検出手段１４ｂに入力され、周波数ｆ_０、ｆ_＋１、およびｆ_−１の全成分を含んだパワーＰ２が測定される。なお、各光検出手段に入力される光のスペクトルは図４に示す状態になっており、受光パワーＰ１、Ｐ２は、図中の縦実線で示されたスペクトル成分のパワーに相当している。

ここで、第１および第２光検出手段１４ａ、１４ｂは、受光した光のパワー（強度）を検出するフォトダイオード（ＰＤ）により構成する。それぞれの受光パワーＰ１、Ｐ２は各光検出手段から制御手段１７に伝えられる。

制御手段１７は、受光パワーＰ１およびＰ２を基にして光変調器１０の変調動作を制御する。この制御は、後述するように、３つの各マッハツェンダー光導波路（ＭＺ−Ａ、ＭＺ−Ｂ、ＭＺ−Ｃ）に設けられた電極に対して個別に行われる。なお、制御手段１７はパーソナルコンピュータやその他一般的な制御装置によって構成するものとする。
また、ＭＺ−Ｃには、制御手段１７からの制御信号のほか、周波数ｆ_ｍの変調信号も入力される。この変調信号は、変調信号生成部１５において生成され、ＲＦドライバ１６によって所定の振幅の電圧に変換された信号である。

次に、図２を参照して光変調器１０について説明する。図２は、光変調器１０の構成図である。
同図において、光変調器１０は、メインマッハツェンダー光導波路（ＭＺ−Ｃ）１０１と、ＭＺ−Ｃ１０１の各アームに設けられた第１サブマッハツェンダー光導波路（ＭＺ−Ａ）１０２、第２サブマッハツェンダー光導波路（ＭＺ−Ｂ）１０３からなる光導波路を有している。さらに、ＭＺ−Ａ１０２およびＭＺ−Ｂ１０３には、当該マッハツェンダー部の各アームを通過する光の位相差を調整するためのＤＣ電極（第１の位相差調整手段）１０６ａ、１０６ｂが設けられ、ＭＺ−Ｃ１０１には、当該マッハツェンダー部の両アームを通過する光にバイアスの位相差を与えるＤＣ電極（第２の位相差調整手段）１０４、およびその光を周波数ｆ_ｍで変調するための変調電極（変調手段）１０５が設けられている。

なお、図示されていないが、光変調器１０は、上記各要素が電気光学効果を有する結晶であるＬＮ基板上に形成されたものであり、各電極から印加された電界によって光導波路の屈折率が変化することで、光導波路を通過する光に位相変化が与えられるようになっている。

ここで、ＭＺ−Ａ１０２とＭＺ−Ｂ１０３部のＤＣ電極１０６ａ、１０６ｂにおいて入力電圧を変化させると、当該サブマッハツェンダー光導波路の各アームを通過する光の位相差を調整することができる。その結果、当該サブマッハツェンダー光導波路から出力される光の強度を変化させられる。

また、ＭＺ−Ｃ１０１部のＤＣ電極１０４において入力電圧を変化させると、メインマッハツェンダー光導波路の両アームを通過する光（ＭＺ−Ａ１０２、ＭＺ−Ｂ１０３から出力される光）の位相差を調整することができる。その結果、メインマッハツェンダー光導波路における変調（変調電極１０５による変調）の変調動作点を変化させられる。
例えば、ＤＣ電極１０４で位相差πを付与した場合、非変調時の光変調器１０の出力は、各サブマッハツェンダー光導波路の出力が逆位相で干渉することにより、ゼロとなる。この状態で、変調電極１０５により周波数ｆ_ｍの変調を行うと、周波数ｆ_＋１およびｆ_−１にサイドバンドが発生し、変調信号光として出力される。但し、各サブマッハツェンダー光導波路の出力光強度が非対称となっているときは、非変調時の出力はゼロとならず、また変調時にも周波数ｆ_０成分が残留して出力されることになる（図４（ａ）の状態）。

そこで本光変調装置１では、第１および第２光変調手段１４ａ、１４ｂによって測定された光のパワーＰ１とＰ２を用いて、ＭＺ−Ａ１０２、ＭＺ−Ｂ１０３、ＭＺ−Ｃ１０１の各ＤＣ電極１０６ａ、１０６ｂ、および１０４により付与する位相差を制御する。この制御において、第１光変調手段１４ａの受光パワーＰ１を最小、且つ第２光変調手段１４ｂの受光パワーＰ２を最大とするように、各ＤＣ電極１０６ａ、１０６ｂ、および１０４を調整する。
その具体的手順は次の通りである。

まず、３つのＤＣ電極１０６ａ、１０６ｂ、および１０４を調整して、受光パワーＰ１とＰ２がともに最大値をとる状態に設定する（第１ステップ）。この時、ＭＺ−Ａ１０２とＭＺ−Ｂ１０３では、それぞれのアームにおける位相差がゼロとなり、各々のサブマッハツェンダー光導波路の出力光強度が最大（但し非対称）になっている。また、ＭＺ−Ｃ１０１においても２つのアームの位相差（各サブマッハツェンダー光導波路の出力光の位相差）はゼロとなっている。

次いで、上記の状態でＭＺ−Ｃ１０１のＤＣ電極１０４を調整して、受光パワーＰ１が最小となる状態に設定する（第２ステップ）。この時、ＭＺ−Ｃ１０１では各サブマッハツェンダー光導波路の出力光の位相差がπとなり、各々の光が逆位相で干渉することによって、光変調器１０の出力光における周波数ｆ_０成分の強度が最小になっている。但し、各サブマッハツェンダー光導波路の出力光強度が非対称のままであるため、周波数ｆ_０成分は残留しておりゼロ（真の最小値）にはなっていない。

そして、ＭＺ−Ａ１０２のＤＣ電極１０６ａおよびＭＺ−Ｂ１０３のＤＣ電極１０６ｂを僅かずつ調整して、受光パワーＰ１が小さくなる方向に変化する方のＤＣ電極（ＤＣ電極１０６ａとする）を選択する。そしてさらに、選択されたＤＣ電極１０６ａを調整することによって、受光パワーＰ１が真の最小値をとる状態に設定する（第３ステップ）。この時、出力光強度が大きいＭＺ−Ａ１０２からの出力光の強度が、ＤＣ電極１０６ａによる位相差調整によって減衰させられて、ＭＺ−Ｂ１０３の出力光強度に揃うようになる。その結果、周波数ｆ_０成分がゼロとなって光変調器１０からは周波数ｆ_＋１およびｆ_−１の成分だけが出力されることとなり、変調信号ｆ_ｍの変調におけるオンオフの高い消光比が実現する。

なお、上記の第１〜第３ステップによる制御を行った後、例えば環境温度の変化等によって、各マッハツェンダー光導波路の出力光の位相状態が経時的に変動してしまうことが起こり得る。この変動分を補正するため、第２および第３ステップの制御を常時、あるいは一定時間毎に繰り返し実行するようにすることで、さらに高精度な光変調を実現することができる。

このように、本実施形態によれば、変調信号ｆ_ｍで変調を行った際に光変調器１０から出力される周波数ｆ_０、ｆ_＋１、およびｆ_−１の各成分を持つ光をモニタし、第２光検出手段１４ｂで全成分のパワーＰ２を測定するとともに第１光検出手段１４ａで分離手段１２により切り出された周波数ｆ_０成分のパワーＰ１を測定して、これら受光パワーＰ１およびＰ２に基づき、光変調器１０の各マッハツェンダー光導波路ＭＺ−Ａ、ＭＺ−Ｂ、ＭＺ−ＣそれぞれのＤＣ電極により付与する位相差を制御している。制御は、受光パワーＰ１を最小、受光パワーＰ２を最大とするように行う。これにより、変調を行いながら消光比を最適化するための位相差制御が可能となり、本光変調装置１が実際に光通信システムで稼動している間であっても、リアルタイムで安定して高い消光比を得ることができる。
さらに、この消光比の高い光変調器１０からの出力光を分離手段１２に入力することにより周波数ｆ_＋１およびｆ_−１成分を分離し、分離した周波数ｆ_＋１およびｆ_−１成分を伝送路へ出力するようにしたので、極めて高い消光比を持った信号光を伝送路へ出力することができる。また、分離手段１２は第１光検出手段１４ａで測定すべき周波数成分の光を得るための手段と兼用する構成となっているため、部品点数も増加することがなく、光変調装置のコスト上昇を抑えることが可能である。

≪第２の実施形態≫
上記の実施形態では、周波数ｆ_０成分のパワーＰ１と全成分のパワーＰ２とを用いて制御を行うようにしていたが、この全成分のパワーＰ２の代わりに、周波数ｆ_＋１およびｆ_−１成分からなる光のパワーＰ３を用いて制御を行うことも可能である。
そこで、本発明の第２の実施形態による光変調装置２は、図５に示す構成を備えている。

図５において、光変調器１０からの出力光は、分離手段１２および分岐手段１１を順に通って本光変調装置２からメイン出力として出力され、伝送路へ送られる。分離手段１２に入力された光変調器１０からの光は、周波数ｆ_０成分からなる光と周波数ｆ_＋１およびｆ_−１成分からなる光の２つに分離される。前者の光は、第３光検出手段１４ｃによりそのパワーＰ１’が測定され、後者の光は、分岐手段１１を介して第４光検出手段１４ｄへ入力され、そのパワーＰ３が測定される。なお、本実施形態では各光検出手段に入力される光のスペクトルは図６に示す状態となっている。

光変調装置２の制御手段１７は、受光パワーＰ１’およびＰ３を基にして光変調器１０の変調動作を制御する。この制御において、第３光変調手段１４ｃの受光パワーＰ１’を最小、且つ第４光変調手段１４ｄの受光パワーＰ３を最大とするように、各ＤＣ電極１０６ａ、１０６ｂ、および１０４を調整する。第１の実施形態の場合と異なる点は、制御に用いる受光パワーがＰ１とＰ２からＰ１’とＰ３に置き換わった点だけであり、制御の具体的手順については前述したとおりである。

このように、本実施形態によれば、変調信号ｆ_ｍで変調を行った際に光変調器１０から出力される周波数ｆ_０、ｆ_＋１、およびｆ_−１の各成分を持つ光をモニタし、第４光検出手段１４ｄで周波数ｆ_＋１、およびｆ_−１のパワーＰ３を測定するとともに第３光検出手段１４ｃで周波数ｆ_０成分のパワーＰ１’を測定して、これら受光パワーＰ１’およびＰ３に基づき、変調を行いながら消光比を最適化するための位相差制御が可能である。
さらに、光変調器１０からの消光比の高い出力光が分離手段１２へ入力され、周波数ｆ_＋１およびｆ_−１成分が分離されて伝送路への出力光となるので、極めて高い消光比を持った信号光を伝送路へ出力することができる。また、分離手段１２は第３光検出手段１４ｃで測定すべき周波数成分の光を得るための手段と兼用する構成となっているため、部品点数も増加することがなく、光変調装置のコスト上昇を抑えることが可能である。

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、上記の光変調器１０は変調信号生成部１５で生成した単一の変調周波数ｆ_ｍによる変調を行っていたが、伝送するデータ信号からなる変調信号を変調信号生成部１５で生成し、このデータ信号による変調を行う場合にも、同様の制御で高い消光比を実現することができる。

また、分離手段１２は、周知の技術に基づく光フィルタ機能を有した部品であればその具体的な構成は限定されない。例えば、多層膜による干渉を利用した誘電体多層膜フィルタなどを適用することもできる。また、その他通常用いられる波長選択性のある光学素子を利用して、周波数ｆ_０成分を反射（または透過）させ、周波数ｆ_＋１およびｆ_−１成分を透過（または反射）させて反射した成分を光サーキュレータで取り出すようにしてもよい。
また、自動制御を行わない場合には、制御手段１７の動作を人間が手動で実行するようにしてもよい。
また、光変調器１０に入力されるレーザ光の光源として、例えば、波長精度＜±１ＧＨｚ、光出力パワー精度＜±０．１ｄＢで安定化制御されたＤＦＢレーザを利用することにより、良好な結果を得ることができる。

本発明の第１の実施形態による光変調装置の機能ブロック図である。 光変調器の構成図である。 分離手段の内部構成図である。 図１の光検出手段に入力される光のスペクトルを示した図である。 本発明の第２の実施形態による光変調装置の機能ブロック図である。 図５の光検出手段に入力される光のスペクトルを示した図である。

符号の説明

１、２…光変調装置 １０…光変調器 １１…分岐手段 １２…分離手段 １４ａ…第１光検出手段 １４ｂ…第２光検出手段 １４ｃ…第３光検出手段 １４ｄ…第４光検出手段 １５…変調信号生成部 １６…ＲＦドライバ １７…制御手段 １０１…メインマッハツェンダー光導波路 １０２…第１サブマッハツェンダー光導波路 １０３…第２サブマッハツェンダー光導波路 １０４…ＤＣ電極 １０５…変調電極 １０６ａ、１０６ｂ…ＤＣ電極 １２１…光サーキュレータ １２２…ファイバグレーティング

Claims (6)

1. 周波数ｆ_０の光が入力されるメインマッハツェンダー光導波路の２つのアームにそれぞれ第１および第２のサブマッハツェンダー光導波路が設けられ、第１の位相差調整手段によって少なくとも一方のサブマッハツェンダー光導波路の両アームを通過する光に位相差を与えて該サブマッハツェンダー光導波路の出力光強度を調整し、さらに第２の位相差調整手段によってメインマッハツェンダー光導波路の両アームを通過する光にバイアスの位相差を付与するとともに変調手段によって該光を変調周波数ｆ_ｍで変調して、メインマッハツェンダー光導波路から周波数ｆ_＋１＝ｆ_０＋ｆ_ｍおよびｆ_−１＝ｆ_０−ｆ_ｍの成分を持つ光を出力する光変調器と、
   この光変調器の出力光を２つに分岐する分岐手段と、
   分岐された一方の光から周波数ｆ_０成分を取り出すとともに周波数ｆ_＋１およびｆ_−１成分からなる光を伝送路へ出力する分離手段と、
   前記取り出された周波数ｆ_０成分からなる光のパワーを測定する第１の光検出手段と、
   周波数ｆ_０、ｆ_＋１、およびｆ_−１の各成分を有する前記分岐されたもう一方の光のパワーを測定する第２の光検出手段と、
   を備え、
   前記光変調器は、前記変調手段により変調周波数ｆ_ｍで変調を行った際に前記第１の光検出手段の受光パワーが最小且つ前記第２の光検出手段の受光パワーが最大となるように、前記第１および第２の位相差調整手段が制御されている
   ことを特徴とする光変調装置。
2. 前記第１の位相差調整手段は、光強度の強い方のサブマッハツェンダー光導波路に対して両アームを通過する光の位相差をずらして光強度を減衰させ、２つのサブマッハツェンダー光導波路の出力光強度が等しくなるように制御される
   ことを特徴とする請求項１に記載の光変調装置。
3. 前記第２の位相差調整手段は、メインマッハツェンダー光導波路の両アームを通過する光の位相差がπとなるように制御される
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光変調装置。
4. 前記光変調器において、
   前記第１および第２の光検出手段の受光パワーがともに最大となる状態に設定される第１のステップと、
   前記第１の光検出器の受光パワーが最小となるよう前記第２の位相差調整手段が制御される第２のステップと、
   前記第１の光検出器の受光パワーがさらに小さくなるよう前記第１の位相差調整手段が制御される第３のステップと、
   が順次実行される
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの項に記載の光変調装置。
5. 前記各マッハツェンダー光導波路は電気光学効果を有する基板上に形成された光導波路によって構成され、
   前記各位相差調整手段および変調手段はこの光導波路に電界を印加するための電極によって構成されている
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの項に記載の光変調装置。
6. 周波数ｆ_０の光が入力されるメインマッハツェンダー光導波路の２つのアームにそれぞれ第１および第２のサブマッハツェンダー光導波路が設けられ、第１の位相差調整手段によって少なくとも一方のサブマッハツェンダー光導波路の両アームを通過する光に位相差を与えて該サブマッハツェンダー光導波路の出力光強度を調整し、さらに第２の位相差調整手段によってメインマッハツェンダー光導波路の両アームを通過する光にバイアスの位相差を付与するとともに変調手段によって該光を変調周波数ｆ_ｍで変調して、メインマッハツェンダー光導波路から周波数ｆ_＋１＝ｆ_０＋ｆ_ｍおよびｆ_−１＝ｆ_０−ｆ_ｍの成分を持つ光を出力する光変調器と、
   この光変調器の出力光を周波数ｆ_０成分からなる光と周波数ｆ_＋１およびｆ_−１成分からなる光の２つに分離する分離手段と、
   前記分離された周波数ｆ_０成分からなる光のパワーを測定する第３の光検出手段と、
   前記分離された周波数ｆ_＋１およびｆ_−１成分からなる光のパワーを測定する第４の光検出手段と、
   前記分離された周波数ｆ_＋１およびｆ_−１成分からなる光を伝送路へ出力する分岐手段と、
   を備え、
   前記光変調器は、前記変調手段により変調周波数ｆ_ｍで変調を行った際に前記第３の光検出手段の受光パワーが最小且つ前記第４の光検出手段の受光パワーが最大となるように、前記第１および第２の位相差調整手段が制御されている
   ことを特徴とする光変調装置。

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