JP5316593B2 - 光送信装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の変調部を備えた光送信装置に関し、特に、温度変動による駆動信号間の遅延ずれを補償可能な光送信装置に関する。

近年、次世代の４０Ｇｂｉｔ／ｓ光伝送システム導入の要求が高まっており、しかも１０Ｇｂｉｔ／ｓシステムと同等の伝送距離や周波数利用効率が求められている。その実現手段として、従来１０Ｇｂｉｔ／ｓ以下のシステムで適用されてきたＮＲＺ（Non Return to Zero）変調方式に比べて、光信号対雑音比（ＯＳＮＲ）耐力、非線形性耐力に優れた変調方式である、ＲＺ−ＤＰＳＫ（Differential Phase Shift Keying）変調またはＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ変調の研究開発が活発になっている（例えば、非特許文献１、２参照）。更には、上述の変調方式に加えて、狭スペクトル（高周波数利用効率）の特長を持ったＲＺ−ＤＱＰＳＫ（Differential Quadrature Phase-Shift Keying）変調またはＣＳＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調といった位相変調方式の研究開発も活発になっている。

図２２は、４３Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＰＳＫまたはＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ変調方式を採用した光送信装置および光受信装置の構成例を示す図である。また、図２３は、ＲＺ−ＤＰＳＫまたはＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ変調された光信号を送受信する場合の光強度および光位相の状態を示す図である。
図２２において、光送信装置１１０は、４３Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＰＳＫまたはＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ変調方式の光信号を送信するものであり、例えば、送信データ処理部１１１、ＣＷ（Continuous Wave）光源１１２、位相変調器１１３およびＲＺパルス化用強度変調器１１４を備えている。

具体的に、送信データ処理部１１１は、入力されるデータについてフレーム化するフレーマとしての機能、および誤り訂正符号を付与するＦＥＣ（Forward Error Correction）エンコーダとしての機能を備えるとともに、１ビット前の符号と現在の符号との差情報が反映された符号化処理を行なうＤＰＳＫプリコーダとしての機能を備えている。
位相変調器１１３は、ＣＷ光源１１２からの連続光を、送信データ処理部１１１からの符号化データに従って位相変調し、光強度は一定であるが２値の光位相に情報が乗った光信号、即ちＤＰＳＫ変調された光信号を出力する（図２３の下段参照）。

ＲＺパルス化用強度変調器１１４は、位相変調器１１３からの光信号をＲＺパルス化するものである（図２３の上段参照）。特に、データのビットレートと同一の周波数（４３ＧＨｚ）で、かつ、消光電圧（Ｖπ）の１倍の振幅を有するクロック駆動信号を用いてＲＺパルス化された光信号をＲＺ−ＤＰＳＫ信号といい、また、データのビットレートの半分の周波数（２１．５ＧＨｚ）で、かつ、消光電圧（Ｖπ）の２倍の振幅を有するクロック駆動信号を用いてＲＺパルス化された光信号をＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ信号という。

また、光受信装置１３０は、光送信装置１１０に伝送路１２０および光中継器１２１を介して接続され、光中継伝送された光送信装置１１０からの（ＣＳ）ＲＺ−ＤＰＳＫ信号についての受信信号処理を行なうものであり、例えば、遅延干渉計１３１、光電変換部１３２、再生回路１３３および受信データ処理部１３４を備えている。
具体的に、遅延干渉計１３１は、例えばマッハツェンダ干渉計により構成され、伝送路１２０を通じて伝送されてきた（ＣＳ）ＲＺ−ＤＰＳＫ信号について１ビット時間（図２２の構成例では２３．３ｐｓ）の遅延成分と０ｒａｄの位相制御がなされた成分とを干渉（遅延干渉）させて、その干渉結果を２つの出力としている。なお、上記のマッハツェンダ干渉計は、一方の分岐導波路が他方の分岐導波路よりも１ビット時間に相当する伝搬長だけ長くなるように形成されているとともに、他方の分岐導波路を伝搬する光信号を位相制御するための電極が形成されている。

光電変換部１３２は、遅延干渉計１３１からの各出力をそれぞれ受光することにより差動光電変換検出（balanced detection）を行なうデュアルピンフォトダイオードにより構成される。なお、光電変換部１３２で検出された受信信号についてはアンプにより適宜増幅される。
再生回路１３３は、光電変換部１３２において差動光電変換検出された受信信号から、データ信号およびクロック信号を抽出するものである。

受信データ処理部１３４は、再生回路で抽出されたデータ信号およびクロック信号を基に、誤り訂正等の信号処理を行うものである。
図２４は、４３Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＱＰＳＫまたはＣＳＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式を採用した光送信装置および光受信装置の構成例を示す図である。また、図２５は、ＲＺ−ＤＱＰＳＫまたはＣＳＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調された光信号を送受信する場合の光強度および光位相の状態を示す図である。なお、ＲＺ−ＤＱＰＳＫまたはＣＳＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式に対応した光送受信装置の構成については、例えば特許文献１に詳しく説明されているため、ここではその概略を説明することにする。

図２４において、光送信装置２１０は、例えば、送信データ処理部２１１、１：２分離部（ＤＥＭＵＸ）２１２、ＣＷ光源２１３、π／２移相器２１４、２つの位相変調器２１５Ａ，２１５Ｂ、およびＲＺパルス化用強度変調器２１６を備えている。
具体的に、送信データ処理部２１１は、図２２に示した送信データ処理部１１１と同様に、フレーマおよびＦＥＣエンコーダとしての機能を備えるとともに、１ビット前の符号と現在の符号との差情報が反映された符号化処理を行なうＤＱＰＳＫプリコーダとしての機能を備えている。

１：２分離部２１２は、送信データ処理部２１１からの４３Ｇｂｉｔ／ｓの符号化データを、２１．５Ｇｂｉｔ／ｓの２系列の符号化データ♯１，♯２に分離するものである。
ＣＷ光源２１３は、連続光を出力するものであり、該出力された連続光は２つに分離されて、一方の光が位相変調器２１５Ａに入力され、他方の光がπ／２移相器２１４を介して位相変調器２１５Ｂに入力される。

位相変調器２１５Ａは、ＣＷ光源２１３からの連続光を１：２分離部２１２で分離した一方の系列の符号化データ♯１で変調して、２値の光位相（０ｒａｄまたはπｒａｄ）に情報が乗った光信号を出力する。また、位相変調器２１５Ｂは、π／２移相器２１４においてＣＷ光源２１３からの連続光をπ／２だけ位相シフトした光が入力され、この入力光を１：２分離部２１２で分離した他方の系列の符号化データ♯２で変調して、２値の光位相（π／２ｒａｄまたは３π／２ｒａｄ）に情報が乗った光信号を出力する。上記各位相変調器２１５Ａ，２１５Ｂで変調された光は合波された後に後段のＲＺパルス化用強度変調器２１６に出力される。つまり、各位相変調器２１５Ａ，２１５Ｂからの変調光が合波されることにより、光強度は一定であるが４値の光位相に情報が乗った光信号（図２５の下段参照）、即ちＤＱＰＳＫ変調された光信号がＲＺパルス化用強度変調器２１６に送られる。

ＲＺパルス化用強度変調器２１６は、図２２に示したＲＺパルス化用強度変調器１１４と同様に、位相変調器２１５Ａ，２１５ＢからのＤＱＰＳＫ変調された光信号をＲＺパルス化するものである。特に、データ＃１，＃２のビットレートと同一の周波数（２１．５ＧＨｚ）かつ消光電圧（Ｖπ）の１倍の振幅のクロック駆動信号を用いてＲＺパルス化された光信号をＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号といい、また、データ＃１，＃２のビットレートの半分の周波数（１０．７５ＧＨｚ）かつ消光電圧（Ｖπ）の２倍の振幅のクロック駆動信号を用いてＲＺパルス化された光信号をＣＳＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号という。

また、光受信装置２３０は、光送信装置２１０に伝送路２２０および光中継器２２１を介して接続され、光中継伝送された光送信装置２１０からの（ＣＳ）ＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号についての受信信号処理を行なうものであり、例えば、受信した光信号を２分岐する分岐部２３１を備えるとともに、分岐された各光信号が伝搬する光信号経路上には、それぞれ、遅延干渉計２３２Ａ，２３２Ｂ、光電変換部２３３Ａ，２３３Ｂ、再生回路２３４Ａ，２３４Ｂを備えている。更に、各再生回路２３４Ａ，２３４Ｂで再生されたデータ信号を多重する２：１多重部（ＭＵＸ）２３５および受信データ処理部２３６を備えている。

具体的に、各遅延干渉計２３２Ａ，２３２Ｂには、伝送路２２０および光中継器２２１を通じて伝送されてきた（ＣＳ）ＲＺ−ＤＱＰＳＫ信号を分岐部２３１で２分岐した光信号がそれぞれ入力される。遅延干渉計２３２Ａは、１ビット時間（図２４の構成例では４６．５ｐｓ）の遅延成分とπ／４ｒａｄの位相制御がなされた成分とを干渉（遅延干渉）させて、その干渉結果を２つの出力としている。また、遅延干渉計２３２Ｂは、１ビット時間の遅延成分と−π／４ｒａｄの位相制御がなされた成分（遅延干渉計２３２Ａの同成分とは位相がπ／２ｒａｄずれている）とを干渉（遅延干渉）させて、その干渉結果を２つの出力としている。ここでは、上記の各遅延干渉計２３２Ａ，２３２Ｂがそれぞれマッハツェンダ干渉計により構成され、各々のマッハツェンダ干渉計は、一方の分岐導波路が他方の分岐導波路よりも１ビット時間に相当する伝搬長だけ長くなるように形成されているとともに、他方の分岐導波路を伝搬する光信号を位相制御するための電極が形成されている。

各光電変換部２３３Ａ，２３３Ｂは、各遅延干渉計２３２Ａ，２３２Ｂからの各々の出力を受光することで差動光電変換検出を行なうデュアルピンフォトダイオードによりそれぞれ構成される。なお、各光電変換部２３３Ａ，２３３Ｂで検出された受信信号についてはアンプにより適宜増幅される。
再生回路２３４Ａは、光電変換部２３３Ａにおいて差動光電変換検出された受信信号から、クロック信号およびデータ信号についての同相（In-phase）成分Ｉを再生するものである。また、再生回路２３４Ｂは、光電変換部２３３Ｂにおいて差動光電変換検出された受信信号から、クロック信号およびデータ信号についての直交（Quadrature-phase）成分Ｑを再生するものである。

２：１多重部２３５は、各再生回路２３４Ａ，２３４Ｂからの同相成分Ｉおよび直交成分Ｑが入力されて、それらをＤＱＰＳＫ変調前の４３Ｇｂｉｔ／ｓデータ信号に変換する。
受信データ処理部２３６は、２：１多重部２３５からのデータ信号を基に、誤り訂正等の信号処理を行うものである。

ところで、上述したような（ＣＳ）ＲＺ−ＤＰＳＫ変調方式および（ＣＳ）ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式の光送信装置は、いずれも複数の光変調器が直列に配置された構成になる。このような複数の光変調器を用いた変調方式においては、複数の光変調器の間で生じる光信号遅延量の変動が信号劣化を引き起こす恐れがあり問題となる。このような問題点は、複数の光変調器を用いる変調方式において４０Ｇｂｉｔ／ｓ等の高いビットレートの伝送を行う場合に共通するものであり、上述した（ＣＳ）ＲＺ−ＤＰＳＫ変調方式および（ＣＳ）ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式の他にも、ＲＺ（Return-to-zero）変調方式（例えば、非特許文献３参照）や、ＣＳ−ＲＺ（Carrier-suppressed Return-to-zero）変調方式（例えば、非特許文献４参照）、ＯＴＤＭ（Optical time domain multiplexing）変調方式（例えば、非特許文献５参照）などの変調方式においても、複数の光変調器間で生じる光信号遅延量の変動が信号劣化を引き起こす可能性がある。

上記のような問題点に対処した従来の技術としては、例えば図２６に示すように、ＣＷ光源３１１と出力端子との間に順に接続された位相変調器３１２および強度変調器３１３に印加される各クロック信号の位相をミキサ３１４で比較し、その位相比較結果に基づいて、両クロック信号間の位相関係が一定値となるように、自動遅延補償回路（ＡＤＣ）３１５が移相器３１６の移相量を制御する構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特表２００４−５１６７４３号公報 特開２００２−３５３８９６号公報

T. Hoshida et al., "Optimal 40 Gb/s Modulation Formats for Spectrally Efficient Long-Haul DWDM Systems", Journal of Lightwave Technology, Vol.20, No.12, pp.1989-1996, Dec. 2002 O. Vassilieva et al., "Non-Linear Tolerant and Spectrally Efficient 86Gbit/s RZ-DQPSK Format for a System Upgrade", OFC 2003, ThE7, 2003. A. Sano et al., "Performance Evaluation of Prechirped RZ and CS-RZ Formats in High-Speed Transmission Systems With Dispersion Management", Journal of Lightwave Technology, Vol. 19, No. 12, pp.1864-1871, DECEMBER 2001 Y. Miyamoto et al., "1.2 Tbit/s (30×42.7 Gbit/s ETDM optical channel) WDM transmission over 376 km with 125 km spacing using forward error correction and carrier-suppressed RZ format", Optical Fiber Communication Conference 2000 (OFC 2000), Pd26, 2000. G. Ishikawa et al., "80-Gb/s (2x40-Gb/s) Transmission experiments over 667-km Dispersion-shifted fiber using Ti:LiNbO3OTDM modulation and demultiplexer", ECOC'96 ThC3.3, 1996.

しかしながら、上記のような従来の技術は、複数の変調器に印加される駆動信号を直接モニタして相対的な位相関係（遅延差）を検出し、その検出結果を基にフィードバック制御を行う方式であり、電気レベルでの遅延ずれを補償することはできるものの、光レベルでの遅延ずれを補償することができないという課題がある。光レベルでの遅延ずれとしては、例えば図２７に示すように、光変調器４１２，４１３の間を接続する偏波保持光ファイバ（ＰＭＦ；Polarization maintaining fiber）４１４の光伝播遅延量が温度によって変化することが問題になる。図２８は、ファイバ被覆としてポリエステルエラストマーを用いたＰＭＦについて、温度変化（基準温度：２５℃）に対する遅延量を測定した結果の一例である。なお、光の波長は１５５０ｎｍとしている。図２８の測定結果より、温度上昇によって遅延量が増大することが分かる。

図２９は、様々な種類のＰＭＦおよびＰＭＦ付きＬＮ変調器で生じる遅延の温度依存性を測定した結果をまとめたものである。図２９より、ＰＭＦの被覆の種類に依存して、ＰＭＦでの遅延変動量が変化することが分かる。具体的には、被覆径９００μｍのポリエステルエラストマーを用いたＰＭＦに比べて、被覆径４００μｍの紫外線硬化型樹脂（ＵＶ）を用いたＰＭＦの遅延変動量は小さくなる。また、ＰＭＦ単体に比べて、ＰＭＦ付きＬＮ変調器での遅延変動量が大きくなり、ＬＮ変調器自体での遅延量も温度依存性を持っている。この原因としては、例えば、導波路基板と光ファイバの固定部分の熱膨張や、導波路長の熱膨張等が考えられる。

次の表１は、光ファイバ芯線および被覆材料の熱膨張係数と、その値から換算される温度変動時の光遅延差をまとめたものである。

上記の表１より、石英（光ファイバ芯線）の熱膨張係数は非常に小さく、光ファイバ芯線自体の温度変動で生じる光遅延差の値は、前述の図２９に示した測定結果に比べて非常に小さい。一方、ファイバ被覆材料の熱膨張係数は大きく、被覆材料の温度変動で生じる光遅延差の値は、前述の図２９に示した測定結果に比べて大きい。よって、熱膨張したファイバ被覆がファイバ芯線を引き伸ばすことで、結果的に中間的な遅延差が光信号に与えられる結果になると考えられる。

図３０および図３１は、４３Ｇｂｉｔ／ｓのＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ変調方式のシステムについて、送信側の各光変調器の駆動信号（データ／クロック）間の位相ずれトレランスおよび受信信号波形を測定した結果の一例である。また、図３２および図３３は、４３Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式のシステムについて、送信側の各光変調器の駆動信号（データ／クロック）間の位相ずれトレランスおよび受信信号波形を測定した結果の一例である。

位相ずれトレランスは、許容Ｑペナルティを０．３ｄＢとした場合、ＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ変調方式（図３０）では±２ｐｓとなり、ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式（図３２）では±５ｐｓとなっていて、いずれの変調方式においても厳しい値となる。このため、前述の図２８で示したようなＰＭＦの温度変化による遅延ずれが発生すると、上記トレランスに比べて温度変化による遅延ずれが無視できない値となり、信号劣化を生じることが分かる（図３１および図３３）。

また、上述したような複数の光変調器間を接続するＰＭＦにおける遅延量の温度変動のみならず、電子回路や電気信号伝送路（例えば、電気同軸ケーブル等）における遅延量の温度変動も信号劣化を生じさせる原因となる。
すなわち、電子回路に用いられる能動デバイスおよび受動デバイスは、その特性が温度により変化し、これらを用いた増幅器においてバイアス電流やバイアス電圧が変動することで、遅延時間が温度により変化する。図３４は、電子集積回路（クロック分配ＩＣやロジックＩＣ等を含む）で発生する遅延量変動の温度依存性を測定した一例である。この一例の場合、温度の上昇に伴って遅延時間が増加する特性を示している。

また、電気信号を伝送する経路の遅延時間は、その経路の実効比誘電率の平方根と光速の比、および経路の長さから算出されるが、経路の長さや実効比誘電率が温度により変化するため、経路の遅延時間も温度により変化する。具体的に、経路の実効比誘電率は、経路に用いられる誘電体の誘電率と形状により決定され、誘電率は一般的に知られているように温度に対して変化し、また、経路の形状そのものも温度による変化が生じる。このため、電気信号を伝送する経路の遅延時間は温度依存性を有する。図３５は、高周波同軸ケーブルにおける遅延時間の温度変動を測定した一例である。

さらに、上述したようなＰＭＦや電子回路、電気信号伝送路の有する遅延量の温度依存性のみならず、複数の光変調器間を接続するＰＭＦの長さが各光変調器の実装配置やスプライス処理によって変わるために、各々の駆動信号間で遅延ずれが発生するという課題もある。このような課題は、各光変調器に印加される駆動信号間の遅延ずれを直接モニタしてフィードバック制御を行う従来の技術では解決することが困難である。

加えて、従来の技術では、遅延ずれのモニタのために高価な高速デバイスが必要となるため、光送信装置の高コスト化を招いてしまうという欠点もある。
本発明は上記の点に着目してなされたもので、複数の光変調部に対する駆動信号間の温度変動による遅延ずれを確実に補償できる低コストの光送信装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため本発明の一態様は、光を変調する複数の光変調部と、入力される変調信号に従って前記光変調部を駆動する駆動信号を出力する複数の駆動部と、前記複数の駆動部にそれぞれ入力される変調信号のうちの少なくとも１つの変調信号に対して可変の遅延量を与えることにより、前記複数の光変調部にそれぞれ与えられる駆動信号間の相対的なタイミングを調整する遅延量可変部と、を備えた光送信装置であって、前記複数の光変調部が被覆付き偏波保持光ファイバコードを介して直列に接続され、前記被覆付き偏波保持光ファイバコードは、その遅延特性を表す２次関数の最小点が信号波長帯にある光ファイバであり、且つ、光信号の伝搬速度の熱依存係数が０．００７ｐｓ／℃／ｍ以下であることを特徴とする。

上記のような光送信装置では、複数の駆動部において変調信号に従って生成された駆動信号が対応する光変調部に出力され、各々の光変調部において光変調が行われる。このとき、複数の光変調部の間を接続する被覆付き偏波保持光ファイバコードとして、光信号の伝搬速度の熱依存係数が０．００７ｐｓ／℃／ｍ以下のものが適用されることにより、該偏波保持光ファイバコードの温度変化による遅延量のばらつきが小さくなって各光変調部に対しての適切なタイミングで駆動信号が与えられるようになるため、駆動信号間の遅延ずれによる信号劣化を防ぐことができるようになる。

上記のように本発明によれば、複数の光変調器を用いる変調方式において４０Ｇｂｉｔ／ｓ等の高いビットレートの光信号を送信する場合でも、装置内の温度変化に影響されることなく、高品質の光信号を安定して送信できる低コストの光送信装置を提供することが可能になる。

本発明に関連する光送信装置の第１構成を示すブロック図である。 本発明に関連する光送信装置の第２構成を示すブロック図である。 本発明に関連する光送信装置の第３構成を示すブロック図である。 本発明に関連する光送信装置の第４構成を示すブロック図である。 本発明に関連する光送信装置の第５構成を示すブロック図である。 本発明に関連する光送信装置の第１の具体例を示すブロック図である。 上記具体例における遅延量可変部の回路構成を示す図である。 上記具体例における遅延量可変部の他の回路構成を示す図である。 上記具体例における遅延量可変部の別の回路構成を示す図である。 遅延量制御部で用いる関係式の係数の一例を示す図である。 被覆外径９００μｍのＰＭＦについての遅延ずれ量の測定結果を示す図である。 被覆外径４００μｍのＰＭＦについての遅延ずれ量の測定結果を示す図である。 遅延量制御部で用いる関係式の係数を波長の関数とする場合の適用方法を説明する図である。 遅延量制御部で折れ線近似式を用いた場合の遅延ずれ量の測定結果を示す図である。 １．５５μｍ零分散ＰＭＦを用いたときの波長間の遅延差を示す図である。 本発明に関連する光送信装置の第２の具体例を示すブロック図である。 本発明に関連する光送信装置の第３の具体例を示すブロック図である。 本発明に関連する光送信装置の第４の具体例を示すブロック図である。 本発明に関連する光送信装置の第５の具体例を示すブロック図である。 本発明に関連する光送信装置の第６の具体例を示すブロック図である。 上記第１〜６の具体例に関連した応用を説明するための図である。 （ＣＳ）ＲＺ−ＤＰＳＫ変調方式を採用したシステムの構成例を示す図である。 図２２のシステムにおける光強度および光位相の状態を示す図である。 （ＣＳ）ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式を採用したシステムの構成例を示す図である。 図２４のシステムにおける光強度および光位相の状態を示す図である。 複数の光変調器間の遅延ずれに対処した従来の光送信装置の構成を示す図である。 従来の光送信装置における課題を説明する図である。 ＰＭＦにおける遅延量の温度依存性を示す図である。 種類の異なるＰＭＦにおける遅延量の温度依存性を示す図である。 ＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ変調方式の従来システムにおけるデータ／クロック間の位相ずれトレランスの測定結果を示す図である。 ＣＳＲＺ−ＤＰＳＫ変調方式の従来システムにおける信号波形を示す図である。 ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式の従来システムにおけるデータ／クロック間の位相ずれトレランスの測定結果を示す図である。 ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式の従来システムにおける信号波形を示す図である。 電子集積回路における遅延量の温度依存性の測定結果を示す図である。 高周波同軸ケーブルにおける遅延時間の温度依存性の測定結果を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。なお、全図を通して同一の符号は同一または相当部分を示すものとする。
図１は、本発明に関連する光送信装置の第１構成を示すブロック図である。
図１において、本光送信装置は、上述した（ＣＳ）ＲＺ−ＤＰＳＫ変調方式や（ＣＳ）ＲＺ変調方式のように、ＣＷ光源１１と出力ポートＯＵＴの間に、複数（ここではＮ個とする）の光変調部１２_１〜１２_Ｎを直列に配置する場合に本発明を適用した一例である。

各光変調部１２_１〜１２_Ｎは、ここでは位相変調器や強度変調器などの個々に独立した光変調器が用いられ、各々の入出力ポートが光ファイバ１３_１〜１３_Ｎ−１を介して直列に接続されている。各光変調部１２_１〜１２_Ｎには、各々に対応する駆動部１４_１〜１４_Ｎが設けられており、各駆動部１４_１〜１４_Ｎから出力される駆動信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎによって各光変調部１２_１〜１２_Ｎが変調駆動される。

各駆動部１４_１〜１４_Ｎは、所要のビットレートのデータやそれに対応したクロックなどの変調信号Ｍ_１〜Ｍ_Ｎが遅延量可変部１５_１〜１５_Ｎを介してそれぞれ入力され、変調信号Ｍ_１〜Ｍ_Ｎを基に生成した駆動信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎを各光変調部１２_１〜１２_Ｎに出力する。
各遅延量可変部１５_１〜１５_Ｎは、各駆動部１４_１〜１４_Ｎに入力される変調信号Ｍ_１〜Ｍ_Ｎに対して可変の遅延量を与える。各遅延量可変部１５_１〜１５_Ｎにおける遅延量は、温度モニタ部１６_１〜１６_Ｎ−１から出力される温度モニタ信号Ｔ_１〜Ｔ_Ｎ−１に基づいて遅延量制御部１７で生成される各制御信号Ｃ_１〜Ｃ_Ｎに従って制御される。

温度モニタ部１６_１〜１６_Ｎ−１は、ここでは各光変調部１２_１〜１２_Ｎの間を接続する光ファイバ１３_１〜１３_Ｎ−１の近傍または接触位置に設けられ、光ファイバ１３_１〜１３_Ｎ−１の温度をモニタする。
遅延量制御部１７は、各温度モニタ部１６_１〜１６_Ｎ−１からの温度モニタ信号Ｔ_１〜Ｔ_Ｎ−１を基に、各光変調部１２_１〜１２_Ｎに与えられる駆動信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ間の遅延差が温度の変化に関わらす一定となるように、各遅延量可変部１５_１〜１５_Ｎにおける遅延量の補正値を演算し、その演算結果を示す制御信号Ｃ_１〜Ｃ_Ｎを出力する。

上記のような構成の光送信装置では、ＣＷ光源１１から出力される連続光が各光変調部１２_１〜１２_Ｎで順に変調されて出力ポートＯＵＴより外部に出力される。このとき、光変調部１２_１〜１２_Ｎの間を接続する光ファイバ１３_１〜１３_Ｎ−１に温度変化が生じると、上述の図２８および図２９に例示した偏波保持光ファイバ（ＰＭＦ）の場合のように、各光ファイバ１３_１〜１３_Ｎ−１を伝搬する光信号の遅延量が変化してしまい、各光変調部１２_１〜１２_Ｎに与えられる駆動信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ間の遅延差を最適化しないと、遅延ずれによる信号劣化を招くことになる（図３０および図３２参照）。

上記のような光ファイバ１３_１〜１３_Ｎ−１における遅延量の温度変動に応じた信号劣化を防ぐため、第１構成では、各光ファイバ１３_１〜１３_Ｎ−１に対応させて温度モニタ部１６_１〜１６_Ｎ−１が設けられ、各光ファイバ１３_１〜１３_Ｎ−１の温度がモニタされる。そして、各温度モニタ部１６_１〜１６_Ｎ−１から出力される温度モニタ信号Ｔ_１〜Ｔ_Ｎ−１が遅延量制御部１７に与えられ、該温度モニタ信号Ｔ_１〜Ｔ_Ｎ−１を基に各遅延量可変部１５_１〜１５_Ｎにおける遅延量の補正値が演算されて、遅延ずれの温度補償が行われる。

この遅延量制御部１７での遅延量の補正値の演算は、例えば、各光ファイバ１３_１〜１３_Ｎ−１の遅延量の温度特性データを利用して、各温度モニタ部１６_１〜１６_Ｎ−１でモニタされた光ファイバの温度に対応する遅延量を求め、該遅延量の温度変動によって生じる駆動信号間の遅延差を補償するのに必要となる遅延量の補正値を各遅延量可変部１５_１〜１５_Ｎについて算出することによって行われる。また、各光ファイバ１３_１〜１３_Ｎ−１の遅延量の温度特性データを利用する代わりに、駆動信号間の遅延差を温度の関数として表した関係式を用いて、各温度モニタ部１６_１〜１６_Ｎ−１でモニタされた光ファイバの温度に対応した遅延差を算出することも可能である。なお、遅延量制御部１７における演算処理の具体例について後で詳しく説明することにする。

上記のようにして各光ファイバ１３_１〜１３_Ｎ−１の温度に対応した遅延量の補正値が各遅延量可変部１５_１〜１５_Ｎについて演算されると、その演算結果を示す制御信号Ｃ_１〜Ｃ_Ｎが遅延量制御部１７から各遅延量可変部１５_１〜１５_Ｎに出力され、各遅延量可変部１５_１〜１５_Ｎにおける遅延量が制御信号Ｃ_１〜Ｃ_Ｎに従って制御される。これにより、各駆動部１４_１〜１４_Ｎから各光変調部１２_１〜１２_Ｎに出力される駆動信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ間の遅延差が温度変化に関係なく一定に制御されるようになり、光ファイバ１３_１〜１３_Ｎ−１における遅延量の温度依存性に起因した信号劣化を防ぐことが可能になる。また、本光送信装置では、駆動信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎのタイミング制御が温度のモニタ結果に基づいて行われるため、上述した従来技術のように高価な高速デバイスを用いて駆動信号を直接モニタする必要がなく、低コストの光送信装置を実現することができる。

なお、上記の第１構成では、複数の光変調部のすべてに対応させて遅延量可変部を設けるようにしたが、遅延ずれの温度補償は各光変調部に与えられる駆動信号の相対的なタイミングを最適化すればよいので、例えば、図１において駆動部１４_１から出力される駆動信号Ｄ_１を基準にして他の駆動信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ間の遅延差を最適化するようにすれば、遅延量可変部１５_１は省略することが可能である。

また、複数の光変調部の間を接続する各光ファイバ１３_１〜１３_Ｎ−１について温度モニタ部１６_１〜１６_Ｎ−１をそれぞれ配置する構成例を示したが、温度モニタ部は必ずしもすべての光ファイバに対応させて設ける必要はなく、光送信装置内の温度分布等を考慮して適宜な位置に温度モニタ部を配置するようにしてもよい。

次に、本発明に関連する光送信装置の第２構成について説明する。
図２は、上記光送信装置の第２構成を示すブロック図である。
図２において、本光送信装置は、上述した（ＣＳ）ＲＺ−ＤＱＰＳＫ変調方式のように、ＣＷ光源２１と出力ポートＯＵＴの間に、多値光位相変調器およびパルス化用光変調器を直列に配置するとともに、多値光位相変調器の内部には複数（Ｎ個）の位相変調部２２_１〜２２_Ｎを並列に配置して、各位相変調部２２_１〜２２_Ｎで位相変調した光を合波し２Ｎ値位相変調された光信号を送信する場合に本発明を適用した一例である。各位相変調部２２_１〜２２_Ｎには、各々に対応する駆動部２４_１〜２４_Ｎが設けられており、各駆動部２４_１〜２４_Ｎから出力される駆動信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎによって各位相変調部２２_１〜２２_Ｎが駆動される。なお、各位相変調部２２_２〜２２_Ｎで位相変調された光信号は、各々の位相が各位相シフト部２３_２〜２３_Ｎでそれぞれシフトされた後に、位相変調部２２_１で位相変調された光信号と合波される。

各駆動部２４_１〜２４_Ｎは、前述した第１構成の駆動部１４_１〜１４_Ｎと同様に、変調信号Ｍ_１〜Ｍ_Ｎが遅延量可変部２５_１〜２５_Ｎを介してそれぞれ入力され、変調信号Ｍ_１〜Ｍ_Ｎを基に生成した駆動信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎを各位相変調部２２_１〜２２_Ｎに出力する。
各遅延量可変部２５_１〜２５_Ｎは、各駆動部２４_１〜２４_Ｎに入力される変調信号Ｍ_１〜Ｍ_Ｎに対して可変の遅延量を与える。各遅延量可変部２５_１〜２５_Ｎにおける遅延量は、温度モニタ部２６_１〜２６_Ｎから出力される温度モニタ信号Ｔ_１〜Ｔ_Ｎに基づいて遅延量制御部２７で生成される各制御信号Ｃ_１〜Ｃ_Ｎに従って制御される。なお、多値光位相変調器の後段に接続されるパルス化用光変調器についても、変調電極２８に印加される駆動信号Ｄ_Ｎ＋１を出力する駆動部２４_Ｎ＋１、および該駆動部２４_Ｎ＋１に入力される変調信号Ｍ_Ｎ＋１に可変の遅延量を与える遅延量可変部２５_Ｎ＋１が設けられている。

温度モニタ部２６_１〜２６_Ｎは、ここでは駆動部２４_１〜２４_Ｎおよび遅延量可変部２５_１〜２５_Ｎを含む電子回路部の近傍にそれぞれ配置され、電子回路部の温度をモニタする。
遅延量制御部２７は、各温度モニタ部２６_１〜２６_Ｎからの温度モニタ信号Ｔ_１〜Ｔ_Ｎを基に、各位相変調部２２_１〜２２_Ｎおよびパルス化用光変調器の変調電極２８に与えられる駆動信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ＋１間の遅延差が温度の変化に関わらす一定となるように、各遅延量可変部２５_１〜２５_Ｎ＋１における遅延量の補正値を演算し、その演算結果を示す制御信号Ｃ_１〜Ｃ_Ｎ＋１を出力する。

上記のような構成の光送信装置では、ＣＷ光源２１から出力される連続光が多値光位相変調器に入力されてＮ分岐された後に、各位相変調部２２_１〜２２_Ｎでそれぞれ位相変調される。各位相変調部２２_１〜２２_Ｎから出力される光信号は、位相変調部２２_２〜２２_Ｎからの光信号については各位相シフト部２３_２〜２３_Ｎで位相がシフトされた後に、それぞれが合波されて、２Ｎ値位相変調された光信号がパルス化用光変調器に送られる。パルス化用光変調器では、２Ｎ値位相変調された光信号を強度変調することでパルス化された光信号が生成されて出力ポートＯＵＴより外部に出力される。

上記の多値光位相変調器における変調動作の際、駆動部２４_１〜２４_Ｎおよび遅延量可変部２５_１〜２５_Ｎを含む電子回路部に温度変化が生じると、上述したように駆動部２４_１〜２４_Ｎおよび遅延量可変部２５_１〜２５_Ｎを構成する各電子回路に用いられる能動デバイスや受動デバイスの特性、或いは、該電子回路に接続された電気信号伝送路の遅延量が変化してしまい、各位相変調部２２_１〜２２_Ｎに与えられる駆動信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ間の遅延差を最適化しないと、遅延ずれによる信号劣化を招くことになる。そこで、第２構成では、各位相変調部２２_１〜２２_Ｎに対応した電子回路部の近傍に温度モニタ部２６_１〜２６_Ｎが設けられ、各電子回路部の温度がモニタされる。そして、各温度モニタ部２６_１〜２６_Ｎから出力される温度モニタ信号Ｔ_１〜Ｔ_Ｎが遅延量制御部２７に与えられ、前述した第１構成の場合と同様にして、温度モニタ信号Ｔ_１〜Ｔ_Ｎを基に各遅延量可変部２５_１〜２５_Ｎにおける遅延量の補正値が演算されて、遅延ずれの温度補償が行われる。これにより、各駆動部２４_１〜２４_Ｎから各位相変調部２２_１〜２２_Ｎに出力される駆動信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ間の遅延差が温度変化に関係なく一定に制御されるようになり、各位相変調部２２_１〜２２_Ｎに対応した電子回路部の温度特性に起因した信号劣化を防ぐことが可能になる。このような構成は従来技術のように高価な高速デバイスを必要としないため、光送信装置の低コスト化を図ることができる。

なお、ここではパルス化用光変調器側の遅延量可変部２５_Ｎ＋１における遅延量についても温度モニタ信号Ｔ_１〜Ｔ_Ｎを基に遅延量制御部２７で補正値の演算が行われるものとする。また、多値光位相変調器とパルス化用光変調器の間が光ファイバで接続されている場合には、上述した第１構成の場合と同様にして、該光ファイバの温度変化に応じた遅延ずれの補償を行うようにするのが望ましい。

また、上記の第２構成についても、上述した第１構成の場合と同様に、複数の位相変調部のすべてに対応させて遅延量可変部を設ける必要はなく、例えば図２において駆動部２４_１から出力される駆動信号Ｄ_１を基準にして他の駆動信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ間の遅延差を最適化するようにすれば、遅延量可変部２５_１は省略することが可能である。さらに、多値光位相変調された光信号をパルス化せずに出力する変調方式にも対応可能であり、その場合にはパルス化用光変調器は省略される。

加えて、各位相変調部２２_１〜２２_Ｎに対応した電子回路部について温度モニタ部２６_１〜２６_Ｎをそれぞれ配置する構成例を示したが、温度モニタ部は必ずしもすべての電子回路部に対応させて設ける必要はなく、光送信装置内の温度分布等を考慮して適宜な位置に温度モニタ部を配置するようにしてもよい。

次に、本発明に関連する光送信装置の第３構成について説明する。
図３は、上記光送信装置の第３構成を示すブロック図である。
図３において、本光送信装置は、複数（ｎ個）の光変調部３２_１〜３２_Ｎを並列に配置し、各光変調部３２_１〜３２_Ｎにおいて強度変調を行い、該強度変調された光信号を合波して光時分割多重（ＯＴＤＭ）変調を行う場合に本発明を適用した一例である。各光変調部３２_１〜３２_Ｎに対しては、ＣＷ光源３１からの連続光を光分岐器３８でＮ分岐した光がそれぞれ入力され、各々から出力される強度変調された光信号は各光ファイバ３３_１〜３３_Ｎを介して光合波器３９に送られ、光合波器３９で合波されて出力ポートＯＵＴより外部に出力される。各光変調部３２_１〜３２_Ｎには、各々に対応する駆動部３４_１〜３４_Ｎが設けられており、各駆動部３４_１〜３４_Ｎから出力される駆動信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎによって各光変調部３２_１〜３２_Ｎが駆動される。

各駆動部３４_１〜３４_Ｎは、前述した第１構成の駆動部１４_１〜１４_Ｎと同様に、変調信号Ｍ_１〜Ｍ_Ｎが遅延量可変部３５_１〜３５_Ｎを介してそれぞれ入力され、変調信号Ｍ_１〜Ｍ_Ｎを基に生成した駆動信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎを各光変調部３２_１〜３２_Ｎに出力する。
各遅延量可変部３５_１〜３５_Ｎは、各駆動部３４_１〜３４_Ｎに入力される変調信号Ｍ_１〜Ｍ_Ｎに対して可変の遅延量を与える。各遅延量可変部３５_１〜３５_Ｎにおける遅延量は、温度モニタ部３６_１〜３６_Ｎから出力される温度モニタ信号Ｔ_１〜Ｔ_Ｎに基づいて遅延量制御部３７で生成される各制御信号Ｃ_１〜Ｃ_Ｎに従って制御される。

温度モニタ部３６_１〜３６_Ｎは、ここでは各光変調部３２_１〜３２_Ｎと光合波器３９との間を接続する各々の光ファイバ３３_１〜３３_Ｎの近傍または接触位置に設けられ、各光ファイバ３３_１〜３３_Ｎの温度をモニタする。
遅延量制御部３７は、各温度モニタ部３６_１〜３６_Ｎからの温度モニタ信号Ｔ_１〜Ｔ_Ｎを基に、各光変調部３２_１〜３２_Ｎに与えられる駆動信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ間の遅延差が温度の変化に関わらす一定となるように、各遅延量可変部３５_１〜３５_Ｎにおける遅延量の補正値を演算し、その演算結果を示す制御信号Ｃ_１〜Ｃ_Ｎを出力する。

上記のような構成の光送信装置では、ＣＷ光源３１から出力される連続光が光分岐器３８でＮ分岐された後に、各光変調部３２_１〜３２_Ｎにおいてそれぞれ時分割で強度変調される。各光変調部３２_１〜３２_Ｎから出力される光信号は、対応する光ファイバ３３_１〜３３_Ｎをそれぞれ伝搬して光合波器３９で合波され、時分割多重された光信号が出力ポートＯＵＴより外部に出力される。

このとき、各光変調部３２_１〜３２_Ｎからの出力光が伝搬する光ファイバ３３_１〜３３_Ｎに温度変化が生じると、各光ファイバ３３_１〜３３_Ｎ−１を伝搬する光信号の遅延量が変化してしまい、各光変調部１２_１〜１２_Ｎに与えられる駆動信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ間の遅延差を最適化しないと、各光信号が正しいタイミングで合波されなくなり時分割多重光の劣化を招くことになる。そこで、第３構成では、各光ファイバ３３_１〜３３_Ｎに対応させて温度モニタ部３６_１〜３６_Ｎが設けられ、各光ファイバ３３_１〜３３_Ｎの温度がモニタされる。そして、各温度モニタ部３６_１〜３６_Ｎから出力される温度モニタ信号Ｔ_１〜Ｔ_Ｎが遅延量制御部３７に与えられ、上述した第１構成の場合と同様にして、温度モニタ信号Ｔ_１〜Ｔ_Ｎを基に各遅延量可変部３５_１〜３５_Ｎにおける遅延量の補正値が演算されて、遅延ずれの温度補償が行われる。これにより、各駆動部３４_１〜３４_Ｎから各光変調部３２_１〜３２_Ｎに出力される駆動信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎのタイミングが温度変化に関係なく一定に制御されるようになり、光ファイバ３３_１〜３３_Ｎにおける遅延量の温度依存性に起因した時分割多重光の劣化を防ぐことが可能になる。このような構成は従来技術のように高価な高速デバイスを必要としないため、光送信装置の低コスト化を図ることができる。

なお、上記の第３構成についても、上述した第１構成の場合と同様に、複数の光変調部のすべてに対応させて遅延量可変部を設ける必要はなく、例えば図３において駆動部３４_１から出力される駆動信号Ｄ_１を基準にして他の駆動信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ間の遅延差を最適化するようにすれば、遅延量可変部３５_１は省略することが可能である。また、温度モニタ部は必ずしもすべての光ファイバに対応させて設ける必要はなく、光送信装置内の温度分布等を考慮して適宜な位置に配置するようにしても構わない。

次に、本発明に関連する光送信装置の第４構成について説明する。
図４は、上記光送信装置の第４構成を示すブロック図である。
図４において、本光送信装置は、両側駆動変調器を用いる場合に本発明を適用した一例である。両側駆動変調器は、例えば、ＮＲＺ変調や（ＣＳ）ＲＺ変調において、マッハツェンダ干渉計の各分岐導波路４２_１,４２_２上に形成された変調電極４３_１,４３_２に対して正転および反転の信号を印加してプッシュプル駆動することにより、ビット内波長変動（チャーピング）を零にした変調信号を生成することができる。このような両側駆動変調器は、分岐導波路４２_１および変調電極４３_１からなる光変調部と、分岐導波路４２_２および変調電極４３_２からなる光変調部とが並列に接続されていると見なすことができ、各変調電極４３_１,４３_２に与えられる駆動信号の温度変化による遅延ずれを補償するのに本発明の適用が有効である。

具体的には、各変調電極４３_１,４３_２に対応した駆動部４４_１,４４_２について、入力される変調信号Ｍ_１，Ｍ_２に可変の遅延量を与える遅延量可変部４５_１,４５_２を設ける。なお、遅延量可変部４５_１,４５_２のいずれか一方は省略することも可能である。また、駆動部４４_１,４４_２および遅延量可変部４５_１,４５_２を含む電子回路部の近傍に温度モニタ部４６_１,４６_２を配置し、各電子回路部の温度をモニタする。そして、各温度モニタ部４６_１,４６_２から出力される温度モニタ信号Ｔ_１，Ｔ_２に基づいて、各遅延量可変部４５_１,４５_２における遅延量の補正値を遅延量制御部４７で演算し、温度変化による遅延ずれの補償を行う。これにより、各変調電極４３_１,４３_２に与えられる駆動信号Ｄ_１，Ｄ_２間の位相関係を温度変化に関係なく最適化することが可能になる。

次に、本発明に関連する光送信装置の第５構成について説明する。上述した第１構成では、個々に独立した複数の光変調部（光変調器）を光ファイバを用いて直列に接続する場合について説明した。第５構成では、これと同じ機能を持つ複数の光変調部を１つの導波路基板上に一括して形成した集積化光変調器を用いた場合について説明する。

図５は、上記光送信装置の第５構成を示すブロック図である。
図５において、本光送信装置は、ＣＷ光源５１と出力ポートＯＵＴの間に導波路基板５２が設けられ、該導波路基板５２上には直列に配置された複数（Ｎ個）の光変調部５２_１〜５２_Ｎが形成されている。ここでは各光変調部５２_１〜５２_Ｎの間は導波路によって接続されることになるため、第１構成の場合のような各光変調部間を接続する光ファイバの温度変化による遅延ずれは生じない。一方、各光変調部５２_１〜５２_Ｎに対応させて設けられた各駆動部５４_１〜５４_Ｎおよび各遅延量可変部５５_１〜５５_Ｎを含む電子回路部については、上述した第２構成の場合と同様に、電子回路部に用いられる能動デバイスや受動デバイスの特性、或いは、電気信号伝送路の遅延量が温度に依存して変化し、各光変調部５２_１〜５２_Ｎに与えられる駆動信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎに遅延ずれが生じる可能性がある。このため、ここでは各電子回路部の近傍に温度モニタ部５６_１〜５６_Ｎが配置され、電子回路部の温度がモニタされる。遅延量制御部５７は、各温度モニタ部５６_１〜５６_Ｎから出力される温度モニタ信号Ｔ_１〜Ｔ_Ｎを基に各遅延量可変部５５_１〜５５_Ｎにおける遅延量の補正値を演算し、遅延ずれの温度補償を行う。これにより、各駆動部５４_１〜５４_Ｎから各光変調部５２_１〜５２_Ｎに出力される駆動信号Ｄ_１〜Ｄ_Ｎ間の遅延差が温度変化に関係なく一定に制御されるようになり、各光変調部５２_１〜５２_Ｎに対応した電子回路部の温度特性に起因した信号劣化を防ぐことが可能になる。

なお、上述した第１、３構成の場合には電子回路部の温度特性に起因した遅延ずれについて特に考慮しなかったが、上記第５構成の場合と同様にして第１、３構成についても電子回路の近傍に温度モニタ部を設けることは、温度補償の精度向上を図るのに有効である。また、上記の第５構成では、第１構成について集積化光変調器を用いた一例を示したが、上述した第２、３構成についても複数の光変調部を１つの導波路基板上に一括して形成した集積化光変調器を適用することが可能である。

次に、上述した第１〜５構成についての具体例を説明する。なお、以下では複数の光変調器を直列に配置するようにした第１構成に対応する具体例を中心に説明を行うことにするが、他の構成についても同様の具体例を適用することが可能である。

図６は、本発明に関連する光送信装置の第１の具体例を示すブロック図である。
図６に示す具体例では、ＣＷ光源６１と出力ポートＯＵＴの間に、データ信号ＤＡＴＡに従って駆動される位相変調器６２_１と、クロック信号ＣＬＫに従って駆動される（ＣＳ）ＲＺパルス化用強度変調器６２_２とが、偏波保持光ファイバ（ＰＭＦ）６３を介して直列に接続され、伝搬する光信号の遅延量が温度に依存して変化するＰＭＦ６３の近傍または接触位置に設けられた熱電対等の温度センサ（ＴＳ）６６_１により、ＰＭＦ６３の温度が常時モニタされる構成となっている。

位相変調器６２_１は、例えば、マッハツェンダ干渉計の各分岐導波路上に形成された１組の変調電極を有し、各変調電極に対して各駆動部（ＤＲＶ）６４_１１，６４_１２から出力される駆動信号が印加される。各駆動部６４_１１，６４_１２には、例えば４３Ｇｂｉｔ／ｓや２１．５Ｇｂｉｔ／ｓ等のデータ信号ＤＡＴＡが遅延量可変部（φ）６５_１１，６５_１２を介して入力される。また、ＲＺパルス化用強度変調器６２_２も、上記の位相変調器６２_１と同様に、マッハツェンダ干渉計の各分岐導波路上に形成された１組の変調電極を有し、各変調電極に対して各駆動部６４_２１，６４_２２から出力される駆動信号が印加される。各駆動部６４_２１，６４_２２には、例えば４３ＧＨｚや２１．５ＧＨｚ、１０．７５ＧＨｚ等のクロック信号ＣＬＫが遅延量可変部６５_２１，６５_２２を介して入力される。

各遅延量可変部６５_１１〜６５_２２は、例えば、遅延量可変回路と、該遅延量調整回路の損失を補償するための増幅回路とから構成される。具体的な回路構成としては、例えば図７に示すように、増幅回路が内蔵された機能回路６５Ａ，６５Ｂを遅延量可変回路６５Ｃの前後に接続した構成を適用することができる。前段の機能回路６５Ａには、電圧制御発振器（ＶＣＯ）やクロック分配ＩＣ、ロジックＩＣ等が使用され、後段の機能回路６５Ｂには、クロック分配ＩＣやロジックＩＣ等が使用される。また、例えば図８に示すように、前段および後段の機能回路６５Ａ，６５Ｂの間に複数の遅延量可変回路６５Ｃを直列に接続し、各遅延量可変回路６５Ｃの出力端に増幅回路６５Ｄをそれぞれ配置した構成を適用してもよい。さらに、例えば図９に示すように９０度ハイブリッド回路を利用した構成を適用することも可能である。

上記のような各遅延量可変部６５_１１〜６５_２２における遅延量は、温度センサ６６_１からの温度モニタ信号Ｔ_１を基に遅延量制御部（ＣＯＮＴ）６７から出力される制御信号Ｃ_１１〜Ｃ_２２に従ってそれぞれ制御され、ＰＭＦ６３における遅延量の温度依存性に起因した遅延ずれの補償が行われる。なお、遅延量制御部６７による遅延量の制御は、位相変調器６２_１側の遅延量可変部６５_１１，６５_１２、およびＲＺパルス化用強度変調器６２_２側の遅延量可変部６５_２１，６５_２２の少なくとも一方について行われれば、遅延ずれの温度補償が可能である。

ここで、遅延量制御部６７における演算処理の具体例について詳しく説明する。
温度センサ６６_１によってモニタされた温度がt℃であるとき、データ信号ＤＡＴＡおよびクロック信号ＣＬＫ間の遅延差は、例えば、次の式（１）に示す１次関数の関係式に従って算出することができる。
Ｄｅｌａｙ（ＣＬＫ）−Ｄｅｌａｙ（ＤＡＴＡ）
＝ΔＤ_２５℃＋Ｓｌｏｐｅ×（ｔ−２５） …式（１）
ただし、Ｄｅｌａｙ（ＣＬＫ）［ｐｓ］はクロック信号の遅延量、Ｄｅｌａｙ（ＤＡＴＡ）［ｐｓ］はデータ信号の遅延量、ΔＤ_２５℃［ｐｓ］は２５℃におけるデータ信号およびクロック信号間の遅延差（０次の定数項）、Ｓｌｏｐｅ［ｐｓ／℃］は温度ｔに対するデータ信号およびクロック信号間の遅延差の傾き（１次の係数）を示している。

具体的に、図６に示したＰＭＦ６３として例えば被覆外径が４００μｍの偏波保持光ファイバを用いたときに、上記の式（１）を適用してデータ信号およびクロック信号間の遅延差を求める場合を想定すると、０次の定数項ΔＤ_２５℃および１次の係数Ｓｌｏｐｅの最適値は、例えば図１０に示すような値になる。なお、図１０より、ΔＤ_２５℃およびＳｌｏｐｅは波長によって異なることが分かる。これは主にＰＭＦの波長分散のために生じるものである。そこで、式（１）におけるΔＤ_２５℃およびＳｌｏｐｅの決め方としては、ΔＤ_２５℃およびＳｌｏｐｅを波長に関わらす固定する（例えば、１５５０ｎｍでの値）か、または、ΔＤ_２５℃およびＳｌｏｐｅを波長の関数にするのがよい。前者を適用する場合、波長による遅延ずれは許容することになり、後者を適用する場合には、高精度な補償を行うことが可能になる。

図１１および図１２は、温度に対する遅延ずれ量を測定した結果の一例である。図１１の測定結果は、ポリエステルエラストマーを用いた被覆の外径が９００μｍのＰＭＦについて、（０）遅延ずれの温度補償なしの場合、（１）ΔＤ_２５℃およびＳｌｏｐｅを波長に関わらす固定として遅延ずれの温度補償を行った場合、（２）ΔＤ_２５℃およびＳｌｏｐｅを波長の関数として遅延ずれの温度補償を行った場合、をそれぞれ示している。また、図１２の測定結果は、紫外線硬化型樹脂（ＵＶ）を用いた被覆の外径が４００μｍのＰＭＦについての同様の結果を示している。各図より、ΔＤ_２５℃およびＳｌｏｐｅを波長の関数として遅延ずれの温度補償を行うことにより、遅延ずれ量をより小さくできることが分かる。

実際に、ΔＤ_２５℃およびＳｌｏｐｅを波長の関数とする場合の適用方法に関しては、例えば、製品製造時に波長が決まり、その波長に応じた遅延量を与えることが考えられる。また例えば、図１３に示すようなシステムにおいて、システム立ち上げ時（故障修理後の再立ち上げ時を含む）および波長切替時に、システム全体の制御系から波長情報を取得して波長可変光源６１’の波長を設定するとともに、その波長に応じた遅延量を与えることも考えられる。

また、温度に対するデータ信号およびクロック信号間の遅延差は、例えば、次の式（２）に示す温度の多項式に従って算出することも可能であり、これを適用すれば遅延ずれの温度補償の精度を更に高めることができる。

上記の式（２）において、ａ_ｉ［ｐｓ／℃］は温度ｔに対するデータ信号およびクロック信号間の遅延差のi次の傾きを示している。
さらに、温度に対するデータ信号およびクロック信号間の遅延差は、上記の式（１）や式（２）の他にも、例えば、温度ｔに対する折れ線近似を用いて算出することが可能である。図１４は、折れ線近似を用いた場合に温度に対する遅延ずれ量を測定した結果の一例である。折れ線は、例えば、多数の光ファイバの温度対遅延量の分布特性から、各温度での遅延変動の最大値と最小値の中心、または平均値をとるように決めることができる。図１４の（２）に示したように、折れ線近似を用いた場合に遅延ずれ量が低減されることが分かる。

なお、前述の図１１に示したポリエステルエラストマーを用いた被覆の外径が９００μｍのＰＭＦの場合の測定結果と、前述の図１２に示した紫外線硬化型樹脂を用いた被覆の外径が４００μｍのＰＭＦの場合の測定結果とを比較すると、被覆外径の小さいＰＭＦを用いた場合の方が、遅延量の絶対値および温度変化による遅延量のばらつきが小さくなることが分かる。これは、被覆の径が小さい光ファイバの方が、被覆が熱膨張を起こした際にファイバ芯線を引き伸ばす力が小さいためと考えられる。よって、光送信装置に適用する光ファイバの被覆の種類（材質、径）に注目し、遅延量の温度変動が小さい光ファイバを選択的に使用することでより効果的に遅延ずれの温度補償を行うことが可能になる。特に、上記のような紫外線硬化型樹脂を用いた被覆の外径が４００μｍのＰＭＦを使用する場合、図１２の（０）に示したように、温度のモニタ結果に基づいた補償を行わなくても遅延ずれが比較的小さなレベルに抑えられるため、遅延ずれ量の許容範囲によっては、図６の構成例における各遅延量可変部６５_１１〜６５_２２、温度センサ６６_１および遅延量制御部６７を省略することも可能になる。そこで、本発明による光送信装置の一実施形態は、遅延ずれの温度補償が不要になる可能性のある被覆付き偏波保持光ファイバコードを使用して各光変調部間を接続する。このような被覆付き偏波保持光ファイバコードとしては、光信号の伝搬速度の熱依存係数が０．００７ｐｓ／℃／ｍ以下であることが条件となる。具体的には、紫外線硬化型樹脂を被覆材とする偏波保持光ファイバであること、または、被覆外径が４００μｍ以下の偏波保持光ファイバであること、などが条件となる。

また、先に図１０を参照して説明したように、主にＰＭＦの波長分散に起因して、式（１）におけるΔＤ_２５℃およびＳｌｏｐｅが波長によって異なるという課題があり、ΔＤ_２５℃およびＳｌｏｐｅの決め方としての２通りの方法を例示したが、このような課題に対しては、例えば、信号波長帯の１．５５μｍで波長分散が零となるＰＭＦを選択する方法も有効である。すなわち、図１５に示すように、通常用いられる１．３μｍ零分散ＰＭＦの遅延特性は、１．３μｍを最小点とする２次関数の形状を持ち、１．５５μｍの信号波長帯での遅延量の波長間の差は大きくなる。これに対して、１．５５μｍ零分散ＰＭＦの遅延特性は、２次関数の最小点が信号波長帯にあるために、遅延量の波長間の差が小さく抑えられる。したがって、１．５５μｍ付近を信号波長帯とする場合に、複数の光変調器間を接続するＰＭＦとして１．５５μｍ零分散ＰＭＦを適用することは、上記のような波長分散に起因した課題の解消に有効となる。

次に、第２の具体例について説明する。
図１６は、本発明に関連する光送信装置の第２の具体例を示すブロック図である。
図１６に示す具体例では、前述した第１の具体例（図６）について、位相変調器６２_１および（ＣＳ）ＲＺパルス化用強度変調器６２_２にそれぞれ用いられている導波路基板と偏波保持光ファイバ６３との固定部分の熱膨張や、各変調器６２_１，６２_２における導波路長の熱膨張等により、各々の変調器自体が発生する遅延差の温度変動を補償するために、温度センサ６６_１１，６６_１２が追加されている。温度センサ６６_１１は、位相変調器６２_１の温度変動が生じ易い部分の近傍または接触位置に、例えば熱電対等が設けられ、位相変調器６２_１の温度を常時モニタし、その結果を示す温度モニタ信号Ｔ_１１を遅延量制御部６７に出力する。また、温度センサ６６_１２も、（ＣＳ）ＲＺパルス化用強度変調器６２_２の温度変動が生じ易い部分の近傍または接触位置に、例えば熱電対等が設けられ、（ＣＳ）ＲＺパルス化用強度変調器６２_２の温度を常時モニタし、その結果を示す温度モニタ信号Ｔ_１２を遅延量制御部６７に出力する。

遅延量制御部６７では、各温度センサ６６_１，６６_１１，６６_１２から出力される温度モニタ信号Ｔ_１，Ｔ_１１，Ｔ_１２を基に、前述したような関係式や折れ線近似を用いて、データ信号およびクロック信号間の遅延差が求められる。なお、温度モニタ信号Ｔ_１１，Ｔ_１２を基に各変調器単体における遅延ずれの温度変動を求める場合、前述したような関係式の係数を調整することによって、ＰＭＦの場合と同様にして演算を行うことが可能である。そして、各温度モニタ信号Ｔ_１，Ｔ_１１，Ｔ_１２に対応した遅延差が求められると、それらを合算した値に応じて各遅延量可変部６４_１１〜６４_２２における遅延量の補正値が算出され、その結果を示す制御信号Ｃ_１１〜Ｃ_２２が各遅延量可変部６４_１１〜６４_２２に出力される。これにより、遅延ずれの温度補償がＰＭＦ６３だけでなく各変調器６２_１，６２_２における遅延量の温度依存性をも考慮して行われるようになり、より高い精度の温度補償が可能になる。

次に、第３の具体例について説明する。
図１７は、本発明に関連する光送信装置の第３の具体例を示すブロック図である。
図１７に示す具体例では、前述した第１の具体例（図６）について、各駆動部６４_１１〜６４_２２をそれぞれ構成する電子回路で発生する遅延差の温度変動を補償するために、各駆動部６４_１１〜６４_２２に対応した温度センサ６６_１１〜６６_２２が追加されている。各温度センサ６６_１１〜６６_２２は、ここでは各駆動部６４_１１〜６４_２２を構成する電子回路内に設けられていて、各々の電子回路の温度を常時モニタし、その結果を示す温度モニタ信号Ｔ_１１〜Ｔ_２２を遅延量制御部６７にそれぞれ出力する。各温度センサ６６_１１〜６６_２２の具体的な構成としては、例えば、Texas Instrument社製の製品名「ＴＭＰ１２３」（ＵＲＬ：http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tmp123.pdf）などの温度センサＩＣを使用することが可能である。

遅延量制御部６７では、各温度センサ６６_１，６６_１１〜６６_２２から出力される温度モニタ信号Ｔ_１，Ｔ_１１〜Ｔ_２２を基に、前述したような関係式や折れ線近似式を用いて、データ信号およびクロック信号間の遅延差が求められる。なお、温度モニタ信号Ｔ_１１〜Ｔ_２２を基に各駆動部を構成する電子回路における遅延量の温度変動を求める場合も、前述したような関係式の係数を調整することによって、ＰＭＦの場合と同様にして演算を行うことが可能である。そして、各温度モニタ信号Ｔ_１，Ｔ_１１〜Ｔ_２２に対応した遅延差が求められると、それらを合算した値に応じて各遅延量可変部６４_１１〜６４_２２における遅延量の補正値が算出され、その結果を示す制御信号Ｃ_１１〜Ｃ_２２が各遅延量可変部６４_１１〜６４_２２に出力される。これにより、遅延ずれの温度補償がＰＭＦ６３だけでなく各駆動部６４_１１〜６４_２２における遅延量の温度依存性をも考慮して行われるようになり、より高い精度の温度補償が可能になる。

次に、第４の具体例について説明する。
図１８は、本発明に関連する光送信装置の第４の具体例を示すブロック図である。
図１８に示す具体例では、前述した第３の具体例（図１７）について、シリアライザ（ＳＥＲ）６８が追加されている。このシリアライザ６８は、本光送信装置に入力される低速インターフェース信号を多重化して、例えば４３Ｇｂｉｔ／ｓや２１．５Ｇｂｉｔ／ｓ等のデータ信号ＤＡＴＡと、４３ＧＨｚや２１．５ＧＨｚ、１０．７５ＧＨｚ等のクロック信号ＣＬＫとを生成する。このシリアライザ６８を構成する電子回路においても、出力するデータ信号ＤＡＴＡおよびクロック信号ＣＬＫ間の遅延差が温度に依存して変化する。このため、シリアライザ６８の温度を常時モニタする温度センサ６６_３が、シリアライザ６８を構成する電子回路内に設けられていて、該温度センサ６６_３から遅延量制御部６７に温度モニタ信号Ｔ_３が出力される。遅延量制御部６７では、各温度センサ６６_１，６６_１１〜６６_２２，６６_３から出力される温度モニタ信号Ｔ_１，Ｔ_１１〜Ｔ_２２，Ｔ_３を基に、前述した第３の具体的な構成例の場合と同様にして、各遅延量可変部６４_１１〜６４_２２における遅延量の補正値が算出され、遅延ずれの温度補償が行われる。

次に、第５の具体例について説明する。
図１９は、本発明に関連する光送信装置の第５の具体例を示すブロック図である。
図１９に示す構成は、前述した第４の具体例（図１８）を変形した一例であって、ここでは、位相変調器６２_１の各変調電極に与えられる駆動信号が共通の駆動部６４_１で生成され、該駆動部６４_１と各変調電極との間をそれぞれ接続する電気同軸ケーブルの近傍に温度センサ６６_１０が配置されている。また、（ＣＳ）ＲＺパルス化用強度変調器６２_２の各変調電極に与えられる駆動信号も共通の駆動部６４_２で生成され、該駆動部６４_２と各変調電極との間をそれぞれ接続する電気同軸ケーブルの近傍にも温度センサ６６_２０が配置されている。さらに、シリアライザ６８は、例えば４３Ｇｂｉｔ／ｓのデータ信号ＤＡＴＡおよび反転データ信号／ＤＡＴＡを、遅延量可変部６５_１１，６５_１２を介して駆動部６４_１に出力すると共に、２１．５ＧＨｚのクロック信号ＣＬＫを分岐部６９に出力する。分岐部６９は、シリアライザ６８からのクロック信号ＣＬＫを２つに分岐し、一方のクロック信号ＣＬＫを遅延量可変部６５_１３および周波数ダブラ７０を介して駆動部６４_１に送り、他方のクロック信号ＣＬＫを遅延量可変部６５_２を介して駆動部６４_２に送る。さらに、シリアライザ６８の出力側に接続された電気同軸ケーブルの近傍には温度センサ６６_３１が配置され、分岐部６９および駆動部６４_２の間を接続する電気同軸ケーブルの近傍には温度センサ６６_３２が配置されている。

このような構成では、伝搬する電気信号の遅延量が温度に依存して変化する電気同軸ケーブルの温度が各温度センサ６６_１０，６６_２０，６６_３１，６６_３２によって常時モニタされ、該各温度センサ６６_１０，６６_２０，６６_３１，６６_３２から出力される温度モニタ信号Ｔ_１０，Ｔ_２０，Ｔ_３１，Ｔ_３２が遅延量制御部６７に送られて、各遅延量可変部６５_１１，６５_１２，６５_１３，６６_２における遅延量の制御が行われるようになる。これにより、ＰＭＦ６３だけでなく各電気同軸ケーブルにおける遅延量の温度変動も考慮した高い精度の温度補償を行うことが可能になる。

次に、第６の具体例について説明する。
図２０は、本発明に関連する光送信装置の第６の具体例を示すブロック図である。
図２０に示す構成は、前述した第１〜３の具体例を変形した一例であって、各変調器６２_１，６２_２の間を接続するＰＭＦ６３の近傍に位置する電子回路基板７１上に、温度センサＩＣ６６を設けるようにしたものである。電子回路基板７１は、各駆動部６４_１１〜６４_２２、各遅延量可変部６５_１１〜６５_２２および遅延量制御部６７をそれぞれ搭載した共通の基板である。電子回路基板７１上に温度センサＩＣ６６を実装するのは、ＰＭＦ６３に熱電対等を取り付ける場合よりも作業が容易であり、電子回路基板７１上のＰＭＦ６３近傍に位置する部分に温度センサＩＣ６６を設けておくことで、ＰＭＦ６３の温度を比較的簡単にモニタすることができる。また、電子回路基板７１上の温度分布にばらつきが小さければ、駆動部６４_１１〜６４_２２等を構成する電子回路の温度も温度センサＩＣ６６によってモニタすることができる。したがって、上記のような構成を適用することにより、遅延ずれの温度補償が可能な光送信装置をさらに低コストで提供することが可能になる。

なお、上述した第１〜６の具体例については、例えば図２１に示すように、各変調器６２_１，６２_２の間を接続するＰＭＦ６３の長さ（設計値をＬ１とする）が、スプライス作業や実装配置の変更などにより、設計値とは異なる長さＬ２（図２１の一例ではＬ２＜Ｌ１）ことがある。具体的には、スプライスミスやスプライスの長さ精度のばらつき、光変調器の配置の変更、ＰＭＦの取り巻き位置の変更などが原因となって、上記のような状況が発生する。このようなＰＭＦ６３の長さが設計値Ｌ１から変わってしまった場合でも、本光送信装置の構成では、ＰＭＦの実際の長さＬ２に応じて遅延量可変部における遅延量を制御する（典型例としては、Ｌ２／Ｌ１倍の遅延差をデータ信号およびクロック信号間に与える）ことにより、上記のようなＰＭＦ６３の長さの変更によるデータ信号およびクロック信号間の遅延ずれを容易に補償することが可能である。

１１，２１，３１，４１，５１，６１…ＣＷ光源
１２，３２，５２…光変調部
１３，３３…光ファイバ
１４，２４，３４，４４，５４，６４…駆動部
１５，２５，３５，４５，５５，６５…遅延量可変部
１６，２６，３６，４６，５６…温度モニタ部
１７，２７，３７，４７，５７，６７…遅延量制御部
２２…位相変調部
２３…位相シフト部
２８，４３…変調電極
３８…光分岐器
３９…光合波器
４２…分岐導波路
６２_１…位相変調器
６２_２…（ＣＳ）ＲＺパルス化用強度変調器
６３…偏波保持光ファイバ
６６…温度センサ
６８…シリアライザ

Claims (3)

1. 光を変調する複数の光変調部と、
   入力される変調信号に従って前記光変調部を駆動する駆動信号を出力する複数の駆動部と、
   前記複数の駆動部にそれぞれ入力される変調信号のうちの少なくとも１つの変調信号に対して可変の遅延量を与えることにより、前記複数の光変調部にそれぞれ与えられる駆動信号間の相対的なタイミングを調整する遅延量可変部と、を備えた光送信装置であって、
   前記複数の光変調部が被覆付き偏波保持光ファイバコードを介して直列に接続され、
   前記被覆付き偏波保持光ファイバコードは、その遅延特性を表す２次関数の最小点が信号波長帯にある光ファイバであり、且つ、光信号の伝搬速度の熱依存係数が０．００７ｐｓ／℃／ｍ以下であることを特徴とする光送信装置。
2. 請求項１に記載の光送信装置であって、
   前記被覆付き偏波保持光ファイバコードは、紫外線硬化型樹脂を被覆材とする偏波保持光ファイバであることを特徴とする光送信装置。
3. 請求項１に記載の光送信装置であって、
   前記被覆付き偏波保持光ファイバコードは、被覆外径が４００μｍ以下の偏波保持光ファイバであることを特徴とする光送信装置。