JP6048410B2 - キャリア抑圧光発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、キャリア光を変調してサイドバンド光を発生するに際して、キャリア光を抑圧する技術に関する。
本願は、２０１１年９月３０日に日本に出願された特願２０１１−２１７７９４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

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。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２つの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２つの光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た所謂入れ子型変調器（ＳＳＢ変調器）において、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 特開２００７−２８６５４７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 IEC Publicly Available Specification "Measurement method of a half-wavelength voltage for Mach-Zehnder optical modulators in wireless communication and broadcasting systems," IEC/PAS 62593 Edition 1.0 2008-11

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。

そこで、このような問題に対処することが可能な技術として、特許文献２が知られている。しかしながら、特許文献２では、光変調器の出力光からキャリア光を切り出すために光フィルタを用いているので、キャリア光と変調によるサイドバンド光との波長差が小さい場合には、光フィルタの波長特性が極めて急峻である必要がある。現状、波長特性が急峻なファイバーレーティング方式に限られており、この方式はその特性の維持に光フィルタ部の厳密な温度制御が必要であるとともに高価である。また、この方式は波長調整範囲が限られ、たとえばキャリア光の波長１５４０ｎｍと１５８０ｎｍへの対応を一つの光フィルタでまかなうことはできない。光フィルタの波長の特性を急峻にする技術にも限界があり、特殊な構成のファイバーグレーティングを用いてもキャリア光と変調サイドバンド光の波長差が０．００８ｎｍ（波長１５５０ｎｍ帯において周波数差で１ＧＨｚ）以下となる場合への対応は困難である。またサブマッハツェンダーを有さない所謂シングル型のマッハツェンダー光変調器を用いた場合にも、上述した同様の問題が生じていた。

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、キャリア光を変調してサイドバンド光を発生するに際して、従来の構成と異なるより簡易な構成によりキャリア光を抑圧することが可能なキャリア抑圧光発生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、本発明の第１の態様は、入力されたキャリア光を１Ａおよび１Ｂの２つに分岐する第１の分岐手段と、前記分岐された一方のキャリア光１Ａを変調しサイドバンド光を含む光を出力する光変調器と、前記分岐された他方のキャリア光１Ｂを位相変調する位相変調器と、前記光変調器の出力光を２Ａおよび２Ｂの２つに分岐する第２の分岐手段と、前記第２の分岐手段の一方の出力光２Ａを３Ａおよび３Ｂの２つに分岐する第３の分岐手段と、前記第３の分岐手段の一方の出力光３Ｂと前記位相変調器の出力光を合波する合波手段と、前記合波手段の出力光を検出する第１の光検出手段と、前記第２の分岐手段の他方の出力光２Ｂを検出する第２の光検出手段と、前記第１の光検出手段によって検出される光パワーの時間波形の振幅が最小となり、且つ、前記第２の光検出手段によって検出される光パワーが最大となるように、前記光変調器を制御する制御手段と、を備えることを特徴とするキャリア抑圧光発生装置である。

本発明の第２の態様は、
入力されたキャリア光を１Ａおよび１Ｂの２つに分岐する第１の分岐手段と、
前記分岐された一方のキャリア光１Ａを変調しサイドバンド光を含む光を出力する光変調器と、
前記分岐された他方のキャリア光１Ｂを位相変調する位相変調器と、
前記光変調器の出力光を２Ａおよび２Ｂの２つに分岐する第２の分岐手段と、
前記第２の分岐手段の一方の出力光２Ｂと前記位相変調器の出力光を合波する合波手段と、
前記合波手段の出力光を検出する光検出手段と、
前記合波手段によって前記サイドバンドを含む出力光２Ｂと前記位相変調器の出力光が干渉し、その干渉光が前記位相変調器の変調周波数ｆ_ｋの整数倍の干渉信号を有する光信号として前記光検出手段により検出され電気的信号に変換された後、前記光検出手段から出力される電気的信号から変調周波数ｆ_ｋの整数倍のｆ_０＿ＩＭ成分だけを抽出するｆ_０＿ＩＭフィルタと、
前記光検出手段から出力される前記電気的信号から前記変調周波数ｆ_ｋ以下の周波数成分のみを抽出する平均値出力フィルタと、

前記２つのフィルタからの出力信号に基づいて、制御信号を前記光変調器へ出力する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記ｆ _０＿ＩＭ フィルタからの出力信号の時間波形の振幅が最小となり、且つ、前記平均値出力フィルタからの出力信号の出力が最大となるように、前記光変調器へ制御信号を出力することを特徴とするキャリア抑圧光発生装置である。

本発明の第３の態様は、
入力されたキャリア光を１Ａおよび１Ｂの２つに分岐する第１の分岐手段と、
前記分岐された一方のキャリア光１Ａを変調しサイドバンド光を含む光を出力する光変調器と、
前記分岐された他方のキャリア光１Ｂを位相変調する位相変調器と、
前記光変調器の出力光を２Ａおよび２Ｂの２つに分岐する第２の分岐手段と、
前記第２の分岐手段の一方の出力光２Ｂと前記位相変調器の出力光を合波した後に一定の分岐比でＭ１およびＭ２の２つに分岐する合分波手段と、
前記合分波手段から出力された一方の分岐光Ｍ１を受光し、その光強度に応じて電気的信号を出力する第１の光検出手段と、
前記合分波手段から出力された他方の分岐光Ｍ２を受光し、その光強度に応じて電気的信号を出力する第２の光検出手段と、
前記第１の光検出手段からの電気的信号と前記第２の光検出手段からの電気的信号とを加算して出力する加算手段と、
前記第１の光検出手段からの電気的信号と前記第２の光検出手段からの電気的信号との差分を出力する減算手段と、
前記加算手段からの出力信号と前記減算手段からの出力信号とに基づいて、制御信号を前記光変調器へ出力する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記減算手段からの出力信号の時間波形の振幅が最小となり、且つ、前記加算手段からの出力信号のＤＣ成分が最大になるように、前記光変調器へ制御信号を出力することを特徴とするキャリア抑圧光発生装置である。

また、本発明は、上記のキャリア抑圧光発生装置において、前記光変調器はＳＳＢ変調器であってもよい。

また、本発明の第４の態様は、
入力されたキャリア光を１Ａおよび１Ｂの２つに分岐する第１の分岐手段と、前記分岐された一方のキャリア光１Ａを変調しサイドバンド光を含む光を出力する光変調器と、前記分岐された他方のキャリア光１Ｂを位相変調する位相変調器と、前記光変調器の出力光を２Ａおよび２Ｂの２つに分岐する第２の分岐手段と、前記第２の分岐手段の一方の出力光２Ｂと前記位相変調器の出力光を合波する合波手段と、前記合波手段の出力光を検出する第１の光検出手段と、前記第１の光検出手段によって検出される光パワーの時間波形の振幅が最小となるように、前記光変調器を制御する制御手段と、を備えることを特徴とするキャリア抑圧光発生装置である。

また、本発明は、上記のキャリア抑圧光発生装置において、前記光変調器はシングル型マッハツェンダー光変調器であってもよい。

また、本発明の第１の態様は、上記のキャリア抑圧光発生装置において、前記第３の分岐手段の一方の出力光３Ｂと前記位相変調器の出力光は、前記合波手段で干渉するよう偏波が調整されていてもよい。

また、本発明の第２から第４の態様は、上記のキャリア抑圧光発生装置において、前記第２の分岐手段の一方の出力光２Ｂと前記位相変調器の出力光は、前記合波手段または前記合分波手段で干渉するよう偏波が調整されていてもよい。

また、本発明は、上記のキャリア抑圧光発生装置において、前記第１の分岐手段は分岐比が可変であってもよい。

本発明によれば、キャリア光を変調してサイドバンド光を発生するに際して、簡易な構成によりキャリア光を抑圧することが可能である。また、本発明によれば、特性の温度調整が必要な光フィルタを用いる必要が無く、コスト的なメリットがあるとともに、光フィルタを用いた方式では不可能な光周波数間隔のキャリア抑圧光発生装置の実現が可能となる。

本発明の第１の実施形態によるキャリア抑圧光発生装置の構成図である。 光変調器の構成図である。 第１光検出手段により得られる時間波形を示す図である。 本発明の第２の実施形態によるキャリア抑圧光発生装置の構成図である。 本発明の第３の実施形態によるキャリア抑圧光発生装置の構成図である。 本発明の変形された実施形態によるキャリア抑圧光発生装置の構成図である。

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、本発明の一実施形態によるキャリア抑圧光発生装置１の構成を示す図である。

同図において、キャリア抑圧光発生装置１への入力光である周波数ｆ_０の光（キャリア光）は、分岐手段１１ａによって１Ａおよび１Ｂの２つに分岐されて、その一方１Ａが光変調器１０への入力とされ、もう一方１Ｂが位相変調器１２への入力とされる。

光変調器１０は、変調信号生成部１５によって生成された周波数ｆ_ｍの変調信号に応じて、入力光１Ａを変調する。これにより、光変調器１０からは、キャリア光ｆ_０に加えて、キャリア光と異なる周波数ｆ_＋１およびｆ_−１のサイドバンド光を含む光が出力される。ただし、
ｆ_＋１＝ｆ_０＋ｆ_ｍ
ｆ_−１＝ｆ_０−ｆ_ｍである。なお、周波数ｆ_ｍで変調を行う際、さらなる高次成分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、これらを無視するものとする。

光変調器１０からの出力光は、分岐手段１１ｂによって２Ａおよび２Ｂの２つに分岐されて、その一方２Ａが分岐手段１１ｃへの入力とされ、もう一方２Ｂが第２光検出手段１４ｂへの入力とされる。分岐手段１１ｃへの入力光２Ａは、分岐手段１１ｃによってさらに３Ａおよび３Ｂの２つに分岐されて、その一方３Ａがキャリア抑圧光発生装置１のメイン出力として伝送路へと出力され、もう一方３Ｂが合波手段１３への第１の入力とされる。また、第２光検出手段１４ｂへの入力光２Ｂは、第２光検出手段１４ｂにより受光されて、その受光パワーＰ２に応じた電気的信号が、第２光検出手段１４ｂから制御手段１７へ出力される。

位相変調器１２は、分岐手段１１ａからの分岐光１Ｂを、不図示の変調信号生成部によって生成された位相変調信号に応じて位相変調する。これにより、位相変調器１２からは、位相変調されたキャリア光ｆ_０＿ＰＭが出力される。この位相変調されたキャリア光は、合波手段１３への第２の入力とされる。但し、位相変調信号の変調周波数ｆ_ｋは、光変調器１０の変調周波数ｆ_ｍよりも十分に小さい方が、最終的に得たいサイドバンド光ｆ_＋１およびｆ_−１への影響が少ないためより好ましい。たとえば、位相変調信号の変調周波数ｆ_ｋは、光変調器１０の変調周波数ｆ_ｍに対して１／２以下とするのが好ましく、更に位相変調器１２により位相変調された変調信号が変調周波数ｆ_ｋの整数倍の高調波成分を含むことを考えると１／３以下とするのがより好ましい。
尚、位相変調器は、ドリフト等による干渉信号振幅への影響を少なくするためＶπまたはそれ以上の高い電圧にて変調を行う場合もある。その場合は、位相変調における高調波成分による影響も考慮に入れ、変調周波数ｆ_ｋを光変調器１０の変調周波数ｆｍに対して１／６以下とすることが望ましい。
たとえば、位相変調器１２の変調周波数ｆ_ｋを１０Ｈｚ程度とすれば、光変調器１０の変調周波数ｆ_ｍを１００Ｈｚで駆動して制御することが可能であるが、実際にはレーザの線幅（最先端の超狭幅レーザでも１ＫＨｚ程度）により、変調器１０の変調周波数ｆ_ｍの下限が制限される。

合波手段１３への第１の入力光３Ｂおよび第２の入力光は、合波手段１３によって合波され、その合波光は第１光検出手段１４ａへの入力とされる。この第１光検出手段１４ａへの入力光は、第１光検出手段１４ａにより受光されて、その受光パワーＰ１に応じた電気的信号が、第１光検出手段１４ａから制御手段１７へ出力される。

ここで、合波手段１３への第１の入力光３Ｂは、キャリア光ｆ_０とサイドバンド光ｆ_＋１およびｆ_−１であり、合波手段１３への第２の入力光は、位相変調されたキャリア光ｆ_０＿ＰＭである。よって、この第１の入力光３Ｂと第２の入力光が合波手段１３によって合波されると、第１の入力光３Ｂに含まれるキャリア光ｆ_０と第２の入力光である位相変調されたキャリア光ｆ_０＿ＰＭとが干渉することにより、キャリア光のみが変調周波数ｆ_ｋ（位相変調されたキャリア光ｆ_０＿ＰＭと同じ変調周波数）で強度変調されることになる。キャリア光ｆ_０と位相変調されたキャリア光ｆ_０＿ＰＭは、両者が干渉するように例えば偏波保持ファイバによりそれぞれの偏波が調整されているものとする。尚、偏波の調整は最大の干渉光強度が得られるよう調整するのが望ましいが、最大の干渉光強度が得られなくとも必要な干渉光強度が得られる範囲であれば問題ない。

したがって、合波手段１３からは、周波数ｆ_ｋで強度変調されたキャリア光ｆ_０＿ＩＭと、強度変調されていないサイドバンド光ｆ_＋１およびｆ_−１とが出力され、その結果、第１光検出手段１４ａの受光パワーＰ１には、図３に示すように、強度変調されたキャリア光ｆ_０＿ＩＭに対応した時間波形が現れる。
一方、第２光検出手段１４ｂの受光パワーＰ２は、時間変化しない一定値であり、キャリア光ｆ_０とサイドバンド光ｆ_＋１およびｆ_−１からなるキャリア抑圧光発生装置１のメイン出力のパワーを示す。

なお、分岐手段１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、および合波手段１３は、固定の分岐比を有する例えばファイバ型の光カプラである。また、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）を電気的信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）により構成される。

制御手段１７は、受光パワーＰ１およびＰ２に基づいて制御信号を生成し、この制御信号を光変調器１０へ供給することにより、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、光変調器１０を構成する３つのマッハツェンダー光導波路（ＭＺ−Ａ、ＭＺ−Ｂ、ＭＺ−Ｃ）の各電極に印加する電圧（制御信号）を、個別に調整することによって行われる。

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の一方の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と、ＭＺ−Ｃ１０１のもう一方のアームに設けられた第２サブマッハツェンダー光導波路（ＭＺ−Ｂ）１０３と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、それぞれの両アームを通過する光の位相差を調整するためのＤＣ電極１０６ａ、１０６ｂが設けられ、ＭＺ−Ｃ１０１には、その両アーム（ＭＺ−Ａ１０２、ＭＺ−Ｂ１０３）を通過する光にバイアスの位相差を与えるＤＣ電極１０４と、両アームの通過光を周波数ｆ_ｍで変調するための変調電極１０５とが設けられている。そして、ＤＣ電極１０６ａ、１０６ｂ、１０４へは、制御手段１７からの電圧（制御信号）が印加され、変調電極１０５へは、ＲＦドライバ１６を介して周波数ｆ_ｍの変調信号が印加される。

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のＤＣ電極１０６ａへの印加電圧を変化させると、ＭＺ−Ａ１０２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。これにより、ＭＺ−Ａ１０２から出力される光のパワーを変化させることが可能である。ＭＺ−Ｂ１０３についても同様であり、ＭＺ−Ｂ１０３のＤＣ電極１０６ｂへの印加電圧を変化させると、ＭＺ−Ｂ１０３から出力される光のパワーを変化させることが可能である。

また、ＭＺ−Ｃ１０１のＤＣ電極１０４への印加電圧を変化させると、ＭＺ−Ａ１０２から出力されてＭＺ−Ｃ１０１の一方のアームを通過する光とＭＺ−Ｂ１０３から出力されてＭＺ−Ｃ１０１のもう一方のアームを通過する光の位相差を調整することができる。

ＤＣ電極１０４で位相差πを付与した場合には、ＭＺ−Ｃ１０１の両アームを伝搬した光が合波される際に、キャリア光ｆ_０は逆位相で干渉し、変調により発生したサイドバンド光ｆ_＋１およびｆ_−１は同位相で干渉する。この結果、光変調器１０の出力は、キャリア光ｆ_０が消失してサイドバンド光ｆ_＋１およびｆ_−１のみを含むものとなる。但し、ＭＺ−Ａ１０２とＭＺ−Ｂ１０３の出力光パワーが一致していないときは、逆位相のキャリア光ｆ_０は干渉しても完全には打ち消しあわず、光変調器１０の出力にキャリア光ｆ_０が残留してしまう。

そこで、本実施形態のキャリア抑圧光発生装置１では、光変調器１０からキャリア光ｆ_０が抑圧された出力光を得るために、第１光検出手段１４ａによる受光パワーＰ１と第２光検出手段１４ｂによる受光パワーＰ２とに基づいて、受光パワーＰ１の時間波形の振幅が最小、且つ、受光パワーＰ２が最大となるよう、制御手段１７が各ＤＣ電極１０６ａ、１０６ｂ、および１０４への印加電圧を制御する。
制御の具体的な手順は、次の３段階のステップからなる。なお、以下の各ステップにおいて、変調電極１０５へは常時、変調信号を印加しておくものとする。

まず、３つのＤＣ電極１０６ａ、１０６ｂ、および１０４の印加電圧を調整して、受光パワーＰ１の時間波形の振幅が最大となり、且つ、受光パワーＰ２が最大値をとる状態に設定する（第１ステップ）。この設定により、ＭＺ−Ａ１０２とＭＺ−Ｂ１０３では、それぞれの両アームにおける位相差がゼロとなり、ＭＺ−Ａ１０２およびＭＺ−Ｂ１０３の出力光パワーがいずれも最大（但し両者のパワーは一致しない）になる。また、ＭＺ−Ｃ１０１においても２つのアームの位相差（ＭＺ−Ａ１０２とＭＺ−Ｂ１０３の出力光の位相差）はゼロとなる。

次に、上記の状態でＤＣ電極１０４の印加電圧を調整して、受光パワーＰ１の時間波形の振幅が最小（この段階での最小であり最終的な最小ではない）となる状態に設定する（第２ステップ）。この設定により、ＭＺ−Ｃ１０１では２つのアームの位相差がπとなるため、光変調器１０の出力光に含まれるキャリア光ｆ_０のパワーが最小になる。但し、ＭＺ−Ａ１０２およびＭＺ−Ｂ１０３の出力光パワーが一致していないため、キャリア光ｆ_０は完全には消失せず残留している。

最後に、ＤＣ電極１０６ａおよび１０６ｂの印加電圧を僅かずつ調整して、受光パワーＰ１の時間波形の振幅がさらに小さくなる方向に変化する方のＤＣ電極を選択し、選択したＤＣ電極の印加電圧を調整することによって、受光パワーＰ１の時間波形の振幅が最終的な最小となる状態に設定する（第３ステップ）。この設定により、出力光パワーが大きい方のサブマッハツェンダー光導波路（ＭＺ−Ａ１０２とＭＺ−Ｂ１０３の一方）からの出力光のパワーが減衰させられて、もう一方のサブマッハツェンダー光導波路（ＭＺ−Ａ１０２とＭＺ−Ｂ１０３のもう一方）からの出力光パワーに揃うようになる。その結果、光変調器１０からの出力光は、キャリア光ｆ_０が完全に抑圧され、サイドバンド光ｆ_＋１およびｆ_−１のみを含んだ光となる。

尚、第１の分岐手段１１ａの分岐比については第３の分岐手段１１ｃから合波手段１３への出力光強度と位相変調器１２のキャリア光強度が等しい方が、得られる干渉光の直流成分が少なくなり且つ振幅が大きくなるため、より高精度に電極バイアスの設定が可能となる。このため前記各ステップにおいて光変調器１０と位相変調器１２のキャリア光強度の比が略１：１となるように可変型の分岐手段を用いてもよい。尚、第１の分岐手段１１ａの分岐比は固定のものであっても本発明の効果を逸脱しない範囲であれば用いることができる。

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、リアルタイムで高精度な光変調を実現することができる。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態によるキャリア抑制光発生装置１の構成を示す図である。

同図において、キャリア抑圧光発生装置１への入力光である周波数ｆ_０の光（キャリア光）は、分岐手段１１ａによって１Ａおよび１Ｂの２つに分岐されて、その一方１Ａが光変調器１０への入力とされ、もう一方１Ｂが位相変調器１２への入力とされる。

光変調器１０は、変調信号生成部１５によって生成された周波数ｆ_ｍの変調信号に応じて、入力光１Ａを変調する。光変調器１０は、第１の実施形態と同様のものを用いることができる。

光変調器１０からの出力光は、分岐手段１１ｃによって２Ａおよび２Ｂの２つに分岐されて、その一方２Ａがキャリア抑圧光発生装置１のメイン出力として伝送路へと出力され、もう一方２Ｂが合波手段１３への第１の入力とされる。

位相変調器１２は、分岐手段１１ａからの分岐光１Ｂを、不図示の変調信号生成部によって生成された位相変調信号に応じて位相変調する。位相変調器１２は、第１の実施形態と同様のものを用いることができる。これにより、位相変調器１２からは、位相変調されたキャリア光ｆ_０＿ＰＭが出力される。この位相変調されたキャリア光は、合波手段１３への第２の入力とされる。

合波手段１３への第１の入力光２Ｂおよび第２の入力光は、合波手段１３によって合波され、その合波光は光検出手段１４への入力とされる。この光検出手段１４への入力光は、光検出手段１４により受光される。

ここで、合波手段１３への第１の入力光２Ｂは、キャリア光ｆ_０とサイドバンド光ｆ_＋１およびｆ_−１であり、合波手段１３への第２の入力光は、位相変調されたキャリア光ｆ_０＿ＰＭである。この第１の入力光２Ｂと第２の入力光とが合波手段１３によって合波されると、第１の入力光２Ｂに含まれるキャリア光ｆ_０と第２の入力光である位相変調されたキャリア光ｆ_０＿ＰＭとが干渉することにより、キャリア光のみが変調周波数ｆ_ｋ（位相変調されたキャリア光ｆ_０＿ＰＭと同じ変調周波数）で強度変調されることになる。合波手段１３からは、周波数ｆ_ｋで強度変調されたキャリア光ｆ_０＿ＩＭと、強度変調されていないサイドバンド光ｆ_＋１およびｆ_−１とが出力される。

光検出手段１４からは、入力された光強度に応じた電気的信号が出力され２分岐される。２分岐された電気的信号の各々は、それぞれ平均値フィルタ１８ａおよびｆ_０＿ＩＭ抽出フィルタ１８ｂの入力とされる。これらのフィルタは、電気的信号に含まれる不要な信号成分による制御エラーを抑止するために配置される。平均値フィルタ１８ａは、所定の周波数成分以下の周波数成分のみを抽出することにより、入力された電気的信号のうちパワー平均値｜ｆ_＋１＋ｆ_−１｜を出力する機能を有する。ｆ_０＿ＩＭ抽出フィルタ１８ｂは、ｆ_０＿ＩＭ成分（位相変調器の変調周波数ｆ_ｋの整数倍）のみを抽出することにより、入力された電気的信号のうち時間波形の振幅成分ｆ_０＿ＩＭを出力する機能を有する。２つのフィルタから出力された電気的信号は、それぞれ制御手段１７の入力とされる。

ここでｆ_０＿ＩＭフィルタ１８ｂによるｆ_０＿ＩＭ成分の抽出についてより詳しく説明する。ｆ_０＿ＩＭフィルタ１８ｂに光検出手段１４から電気的信号が入力されるのに先立って、合波手段１３によってサイドバンドｆ_＋１およびｆ_−１を含む出力光２Ｂと位相変調器１２の出力光が干渉し、その干渉光が位相変調器１２の変調周波数ｆ_ｋの整数倍の干渉信号を有する光信号として光検出手段１４により検出され電気的信号に変換される。その後、ｆ_０＿ＩＭフィルタ１８ｂでは、光検出手段１４から出力される電気的信号から変調周波数ｆ_ｋの整数倍のｆ_０＿ＩＭ成分だけを抽出する。

キャリア光ｆ_０の前記干渉信号の成分には、位相変調器１２の駆動の基本波である変調周波数ｆ_ｋの成分だけでなく、ｆ_ｋの二倍高調波成分や、三倍高調波成分などの高調波も含まれる。キャリア抑圧光発生装置１に入力されたキャリア光ｆ_０が分岐手段１１ａで分岐されてから合波手段１３で合波されるまでの構成は一種の光干渉計の構成であり、光変調器１０側の光路と位相変調器１２側の光路との実効光路長差（伝搬するキャリア光が感じる位相差）や、位相変調器１２を駆動する電圧によっては、基本波ｆ_ｋの成分よりも高調波の成分の方が大きくなる場合がある。前記の実効光路長差（位相差）は、特に二倍高調波２ｆ_ｋの成分の発生に影響を与える。実効光路長差（位相差）がほぼ９０°（光の波長の４分の１に相当）である場合は、二倍高調波２ｆ_ｋの成分は小さいが、二倍高調波２ｆ_ｋの成分は、前記の構成の光干渉計における環境変化や外乱による微小な温度変化や微弱な振動、機械的歪みなどに起因する実効光路長差（位相差）の変動にともなって、大きく変化する。一方、位相変調器１２の駆動電圧の大きさは特に三倍高調波３ｆ_ｋの成分の発生に影響を与え、駆動電圧が大きいほど三倍高調波３ｆ_ｋの成分が大きくなる。なお、上記の光干渉計における高調波成分の発生については、非特許文献２に記載されている。

以上のようにｆ_ｋの高調波成分への対策として、環境変化や外乱への対応をしたり、位相変調器１２の駆動条件を変えながら光変調器１０の制御最適化を行ったりする場合には、位相変調器１２の駆動の基本波ｆ_ｋの成分だけでなく、その高調波成分も含めてモニタすることが有効である。このとき、ｆ_０＿ＩＭフィルタ１８ｂが、基本波成分とその高調波成分とを通過させるものであって、その出力信号が基本波成分および高調波成分が混ざったものであってもよい。この場合には、いずれの成分についても時間波形信号の振幅成分を最小化するように光変調器１０を制御するため、制御上の問題はない。なお、環境変化や外乱の影響が少ない場合や、位相変調器１２を特定の条件で駆動する場合には、基本波成分あるいは特定の高調波成分の信号を選択して光変調器１０の制御が可能であることは、言うまでもない。また、位相変調器１２の駆動電圧が大きい場合には、四次以上の高調波成分も発生するが、その比率は二次、三次の成分に比べて小さいため、実用上は三次以下の成分を抽出していれば光変調器１０の制御に必要な信号は得られる。

なお、位相変調器１２をＶπあるいはＶπの整数倍で駆動する場合は、光検出手段１４で受光する光信号の平均レベルの安定化の効果や、位相変調器１２のドリフトに起因する不安定性の低減効果があるとともに、二倍高調波２ｆ_ｋの成分の発生の低減の効果がある。

ｆ_０＿ＩＭ抽出フィルタ１８ｂとして高調波成分を通すフィルタを選択することは、環境変化や外乱による光路差の変動への耐性改善の点や、位相変調器１２の駆動条件を特に選ばないで済むようにする点で合理的である。また、高調波成分を含めて通すバンドパスフィルタは、設計製造が容易でかつ低価格で入手可能であり、コスト低減についてのメリットがある。平均値フィルタ１８ａとｆ_０＿ＩＭ抽出フィルタ１８ｂは個別のものを用いて光検出手段１４からの入力信号を分岐して用いる必要は無く、入力信号部が共通で一体になったタイプのものを用いてもよいし、モニタタイミングに合わせて時間的に相互に切替えて用いても良いことは、言うまでもない。

なお、分岐手段１１ａ、１１ｃ、および合波手段１３としては、第１の実施形態のものと同様のものを用いることができる。

制御手段１７は、平均値フィルタ１８ａおよびｆ_０＿ＩＭ抽出フィルタ１８ｂから出力された電気的信号に基づいて制御信号を生成し、この制御信号を光変調器１０へ供給することにより、光変調器１０の変調動作を制御する。この制御は、第１の実施形態と同様に、光変調器１０を構成する３つのマッハツェンダー光導波路（ＭＺ−Ａ、ＭＺ−Ｂ、ＭＺ−Ｃ）の各電極に印加する電圧（制御信号）を、個別に調整することによって行われる。

本実施形態での光変調器１０の変調動作は、第１の実施形態における第１光検出手段１４ａによる受光パワーＰ１と第２光検出手段１４ｂによる受光パワーＰ２とに代えて、平均値フィルタ１８ａおよびｆ_０＿ＩＭ抽出フィルタ１８ｂから出力されたそれぞれの電気的信号を用いることにより、第１の実施形態と同様に行なうことができる。制御手段１７は、ｆ_０＿ＩＭ抽出フィルタ１８ｂから出力された時間波形の振幅成分ｆ_０＿ＩＭが最小、且つ、平均値フィルタから出力されたパワー平均値｜ｆ_＋１＋ｆ_−１｜が最大となるよう、制御手段１７が各ＤＣ電極１０６ａ、１０６ｂ、および１０４への印加電圧を制御する。これにより、キャリア抑圧光発生装置１では、光変調器１０からキャリア光ｆ_０が抑圧された出力光を得ることができる。

第２の実施形態における構成は、第１の実施形態の構成と比べて分岐手段１１ｂを削減することができるため、構成を簡略化することができるとともにコストを削減することも可能となる。

また平均値フィルタ１８ａでは、所定の周波数成分以下の周波数成分のみを抽出することによりパワー平均値｜ｆ_＋１＋ｆ_−１｜を出力することができるものであればよいが、ｆ_０＿ＩＭ成分の１／２以下の周波数成分のみを抽出するようにすると、更に不要な信号成分による制御エラーを抑止できるためより効果的である。尚、本実施形態では光検出手段１４からの電気的信号を２分岐して制御手段１７に入力しているが、２分岐せず制御手段１７へ入力し、制御手段１７の中で２分岐してそれぞれの分岐路に上記２種類のフィルタを組み込んでもよい。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態によるキャリア抑制光発生装置１の構成を示す図である。
この実施形態は、第２の実施形態の構成における合波手段１３に代えて、２つの入力光を合波後に一定の分岐比で２つの出力光を出力する合分波手段１３Ａを採用し、その２つの出力光をディファレンシャルＰＤなどの差動型検出手段１９で受光する構成としたものである。

キャリア抑圧光発生装置１への入力光が合分波手段１３ａに入力されるまでの構成は、第２の実施形態と同様のため、説明を省略する。
分岐手段１１ｃおよび位相変調器１２のそれぞれから合分波手段１３ａへ入力された第１の入力光２Ｂおよび第２の入力光は、合分波手段１３ａによって合波、干渉された後、一定の分岐比によって分岐された２つの分岐光Ｍ１およびＭ２として出力される。一方の分岐光Ｍ１としては、周波数ｆ_ｋで干渉によって強度変調されたキャリア光ｆ_０＿ＩＭと、干渉によって強度変調されていないサイドバンド光ｆ_＋１およびｆ_−１とが合分波手段１３ａから出力され、その分岐光Ｍ１は差動型検出手段１９の第１光検出手段１９ａへの入力とされる。また、他方の分岐光Ｍ２としては、周波数ｆ_ｋで干渉によって強度変調されたキャリア光であってｆ_０＿ＩＭとは逆位相であるｆ_{−０＿ＩＭ}と、干渉によって強度変調されていないサイドバンド光ｆ_＋１およびｆ_−１とが合分波手段１３ａから出力され、その分岐光Ｍ２は差動型検出手段１９の第２光検出手段１９ｂへの入力とされる。

第１光検出手段１９ａでは、合分波手段１３ａからの分岐光Ｍ１が受光されて、その受光パワーに応じた電気的信号が２つに分岐されて加算手段１９ｃおよび減算手段１９ｄにそれぞれ出力される。第２光検出手段１９ｂでは、合分波手段１３ａからの入力光Ｍ２が受光されて、その受光パワーに応じた電気的信号が２つに分岐されて加算手段１９ｃおよび減算手段１８ｄにそれぞれ出力される。

加算手段１９ｃでは、第１光検出手段１９ａおよび第２光検出手段１９ｂからの電気的信号がそれぞれ入力され、その２つの信号が加算されて出力され、これが制御手段１７への入力とされる。減算手段１９ｄでは、第１光検出手段１９ａおよび第２光検出手段１９ｂからの電気的信号がそれぞれ入力され、その２つの信号の差分が出力されて、これが制御手段１７への入力とされる。

なお、合分波手段１３ａは、固定の分岐比を有する例えばファイバ型の光カプラである。また、第１および第２光検出手段１９ａ、１９ｂは、受光した光のパワー（強度）を電気的信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）により構成される。

制御手段１７は、差動型検出手段１９から出力された２つの電気的信号に基づいて制御信号を生成し、この制御信号を光変調器１０へ供給することにより、光変調器１０の変調動作を制御する。この制御は、第１の実施形態と同様に、光変調器１０を構成する３つのマッハツェンダー光導波路（ＭＺ−Ａ、ＭＺ−Ｂ、ＭＺ−Ｃ）の各電極に印加する電圧（制御信号）を、個別に調整することによって行われる。

本実施形態での光変調器１０の変調動作は、第１の実施形態における第１光検出手段１４ａによる受光パワーＰ１と第２光検出手段１４ｂによる受光パワーＰ２とに代えて、差動型検出手段１９の減算手段１９ｄおよび加算手段１９ｃから出力されたそれぞれの電気的信号を用いることにより、第１の実施形態と同様に行なうことができる。制御手段１７は、差動型検出手段１９の減算手段１９ｄによって検出される光パワー差分成分の時間波形の振幅ｆ_０＿ＩＭが最小となり、且つ、差動型検出手段１９の加算手段１９ｃによって検出される光パワー成分のＤＣ成分から｜ｆ_＋１＋ｆ_−１｜の値が最大になるよう、制御手段１７が各ＤＣ電極１０６ａ、１０６ｂ、および１０４への印加電圧を制御する。これにより、キャリア抑圧光発生装置１では、光変調器１０からキャリア光ｆ_０が抑圧された出力光を得ることができる。

第３実施形態による構成では、特殊なフィルタを用意することなく必要な信号成分を制御手段１７に入力できるため、構成を簡略化することができるとともにコストを削減することも可能となる。
尚、第２の実施形態と同様に、差動光検出手段１９と制御手段１７との間に、パワー平均値を透過する平均値フィルタや時間波形の振幅成分ｆ_０＿ＩＭを透過するｆ_０＿ＩＭ抽出フィルタを配置してもよい。この場合、Ｓ/Ｎが向上し制御精度を向上することができる。

以上、図面を参照して本発明の各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、本発明は、光変調器の導波路構成がシングル型マッハツェンダー光導波路である場合にも適用可能である。シングル型マッハツェンダー光導波路とは、図２、図５または図６において第１サブマッハツェンダー光導波路１０２と第２サブマッハツェンダー光導波路１０３が直線導波路に置き換わった構成である。このような導波路構成の光変調器１０’を用いたキャリア抑圧光発生装置２の構成を図６に示す。このキャリア抑圧光発生装置２は、図１に示したキャリア抑圧光発生装置１から分岐手段１１ｂと第２光検出手段１４ｂを省略した構成である。本キャリア抑圧光発生装置２においては、光変調器１０’からキャリア光ｆ_０が抑圧された出力光を得るために、第１光検出手段１４ａによる受光パワーＰ１に基づいて、受光パワーＰ１の時間波形の振幅が最小となるよう、制御手段１７がＤＣ電極１０４への印加電圧を制御する。この制御により、光変調器１０’のシングル型マッハツェンダー光導波路の２つのアーム（図２のメインマッハツェンダー光導波路１０１の２つのアームに相当）の位相差がπとなるようにＤＣ電極１０４への印加電圧が調整され、キャリア光ｆ_０が抑圧される。

本発明によれば、キャリア光を変調してサイドバンド光を発生するに際して、簡易かつ低コストな構成によりキャリア光を安定して抑圧することが可能である。また、従来、キャリア光と変調サイドバンド光の波長差の下限は、光フィルタの帯域幅や波長特性が急峻に制限されていたが、本方式の場合には、キャリア光の線幅程度まで拡張できる。以上のように、本発明は、キャリア抑圧光発生装置に用いることができ、産業上極めて有用である。

１、２…キャリア抑圧光発生装置
１０、１０’…光変調器
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ…分岐手段
１２…位相変調器
１３…合波手段
１３ａ…合分波手段
１４…光検出手段
１４ａ…第１光検出手段
１４ｂ…第２光検出手段
１５…変調信号生成部
１６…ＲＦドライバ
１７…制御手段
１８ａ…平均値フィルタ
１８ｂ…ｆ_０＿ＩＭ抽出フィルタ
１９…差動型検出手段
１９ａ…第１光検出手段
１９ｂ…第２光検出手段
１９ｃ…加算手段
１９ｄ…減算手段
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

Claims (9)

1. 入力されたキャリア光を１Ａおよび１Ｂの２つに分岐する第１の分岐手段と、
   前記分岐された一方のキャリア光１Ａを変調しサイドバンド光を含む光を出力する光変調器と、
   前記分岐された他方のキャリア光１Ｂを位相変調する位相変調器と、
   前記光変調器の出力光を２Ａおよび２Ｂの２つに分岐する第２の分岐手段と、
   前記第２の分岐手段の一方の出力光２Ａを３Ａおよび３Ｂの２つに分岐する第３の分岐手段と、
   前記第３の分岐手段の一方の出力光３Ｂと前記位相変調器の出力光を合波する合波手段と、
   前記合波手段の出力光を検出する第１の光検出手段と、
   前記第２の分岐手段の他方の出力光２Ｂを検出する第２の光検出手段と、
   前記第１の光検出手段によって検出される光パワーの時間波形の振幅が最小となり、且つ、前記第２の光検出手段によって検出される光パワーが最大となるように、前記光変調器を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とするキャリア抑圧光発生装置。
2. 入力されたキャリア光を１Ａおよび１Ｂの２つに分岐する第１の分岐手段と、
   前記分岐された一方のキャリア光１Ａを変調しサイドバンド光を含む光を出力する光変調器と、
   前記分岐された他方のキャリア光１Ｂを位相変調する位相変調器と、
   前記光変調器の出力光を２Ａおよび２Ｂの２つに分岐する第２の分岐手段と、
   前記第２の分岐手段の一方の出力光２Ｂと前記位相変調器の出力光を合波する合波手段と、
   前記合波手段の出力光を検出する光検出手段と、
   前記合波手段によって前記サイドバンドを含む出力光２Ｂと前記位相変調器の出力光が干渉し、その干渉光が前記位相変調器の変調周波数ｆ_ｋの整数倍の干渉信号を有する光信号として前記光検出手段により検出され電気的信号に変換された後、前記光検出手段から出力される電気的信号から変調周波数ｆ_ｋの整数倍のｆ_０＿ＩＭ成分だけを抽出するｆ_０＿ＩＭフィルタと、
   前記光検出手段から出力される前記電気的信号から前記変調周波数ｆ_ｋ以下の周波数成分のみを抽出する平均値出力フィルタと、
   前記２つのフィルタからの出力信号に基づいて、制御信号を前記光変調器へ出力する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記ｆ _０＿ＩＭ フィルタからの出力信号の時間波形の振幅が最小となり、且つ、前記平均値出力フィルタからの出力信号の出力が最大となるように、前記光変調器へ制御信号を出力することを特徴とするキャリア抑圧光発生装置。
3. 入力されたキャリア光を１Ａおよび１Ｂの２つに分岐する第１の分岐手段と、
   前記分岐された一方のキャリア光１Ａを変調しサイドバンド光を含む光を出力する光変調器と、
   前記分岐された他方のキャリア光１Ｂを位相変調する位相変調器と、
   前記光変調器の出力光を２Ａおよび２Ｂの２つに分岐する第２の分岐手段と、
   前記第２の分岐手段の一方の出力光２Ｂと前記位相変調器の出力光を合波した後に一定の分岐比でＭ１およびＭ２の２つに分岐する合分波手段と、
   前記合分波手段から出力された一方の分岐光Ｍ１を受光し、その光強度に応じて電気的信号を出力する第１の光検出手段と、
   前記合分波手段から出力された他方の分岐光Ｍ２を受光し、その光強度に応じて電気的信号を出力する第２の光検出手段と、
   前記第１の光検出手段からの電気的信号と前記第２の光検出手段からの電気的信号とを加算して出力する加算手段と、
   前記第１の光検出手段からの電気的信号と前記第２の光検出手段からの電気的信号との差分を出力する減算手段と、
   前記加算手段からの出力信号と前記減算手段からの出力信号とに基づいて、制御信号を前記光変調器へ出力する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記減算手段からの出力信号の時間波形の振幅が最小となり、且つ、前記加算手段からの出力信号のＤＣ成分が最大になるように、前記光変調器へ制御信号を出力することを特徴とするキャリア抑圧光発生装置。
4. 前記光変調器はＳＳＢ変調器であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のキャリア抑圧光発生装置。
5. 入力されたキャリア光を１Ａおよび１Ｂの２つに分岐する第１の分岐手段と、
   前記分岐された一方のキャリア光１Ａを変調しサイドバンド光を含む光を出力する光変調器と、
   前記分岐された他方のキャリア光１Ｂを位相変調する位相変調器と、
   前記光変調器の出力光を２Ａおよび２Ｂの２つに分岐する第２の分岐手段と、
   前記第２の分岐手段の一方の出力光２Ｂと前記位相変調器の出力光を合波する合波手段と、
   前記合波手段の出力光を検出する第１の光検出手段と、
   前記第１の光検出手段によって検出される光パワーの時間波形の振幅が最小となるように、前記光変調器を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とするキャリア抑圧光発生装置。
6. 前記光変調器はシングル型マッハツェンダー光変調器であることを特徴とする請求項５に記載のキャリア抑圧光発生装置。
7. 前記第３の分岐手段の一方の出力光３Ｂと前記位相変調器の出力光は、前記合波手段で干渉するよう偏波が調整されていることを特徴とする請求項１に記載のキャリア抑圧光発生装置。
8. 前記第２の分岐手段の一方の出力光２Ｂと前記位相変調器の出力光は、前記合波手段または前記合分波手段で干渉するよう偏波が調整されていることを特徴とする請求項２、３および６のいずれか１項に記載のキャリア抑圧光発生装置。
9. 前記第１の分岐手段は分岐比が可変であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のキャリア抑圧光発生装置。

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