JP6620409B2 - 光送信器、光伝送システム、及び光通信制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、光送信装置、光伝送システム、及び光通信制御方法に関する。

次世代の長距離・大容量通信システムを実現するために、送信器においてディジタル信号処理を利用して光変調信号を生成する技術が研究されている。ディジタル信号処理を利用することで、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation：直交振幅変調）やＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数多重）といった変調信号を生成するだけではなく、分散予等化信号などの任意の光波形を生成することができる。またディジタル信号処理により、異なる変調方式のための電気信号を生成することで、ひとつの光変調器を用いて、複数の変調方式間を切り換えることができる。

一般的な光伝送システムでは、送信信号を安定化するために、光変調器に対して安定化のための制御が行われており、ディジタル信号処理を適用したシステムでも、同様に安定化の技術が望まれる。安定化技術として、ＬＮ（LiNbO3：ニオブ酸リチウム）変調器に対して行われる自動バイアス制御（ＡＢＣ：Automatic Bias Control）がある。ＡＢＣ制御により、ＬＮ変調器に印加されるバイアス電圧のドリフトに起因する伝送信号の劣化を防いでいる。

ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）や１６ＱＡＭといった４値の位相変化を利用する変調方式では、光変調器のＩ（In-phase）アームとＱ（Quadrature-phase）アームのそれぞれについて、電気駆動信号に基づいて光変調信号が生成され、２つの光変調信号の間に相対的な位相差が与えられる。ＱＰＳＫや１６ＱＡＭの場合は、一般的にＩアームとＱアームの間にπ／２の位相差を与える位相シフト部が配置される。位相シフト部には位相差をπ／２に保つための自動バイアス制御が適用されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００７−０８２０９４号公報

ディジタル信号処理により電気駆動信号を生成することで、ＱＰＳＫ、１６ＱＡＭなどの４値以上の位相変化を利用した変調方式と、ＢＰＳＫ（Binary Phase Shift Keying）のように２つの位相を用いる変調方式を切り換えることができる。ＢＰＳＫ変調方式とする場合は、ＩアームとＱアームのどちらか一方のアームに対して電気駆動信号を供給して光位相変調を行い、他方のアームは消光状態となる。光変調器が理想的な特性を持つ場合には、位相シフト部により２つのアーム間に与えられる位相差は任意の値でよい。しかし、光変調器の消光比が有限である場合は、光位相変調を行っていないアームで完全な消光を得られない。位相シフト部による位相差によっては光変調器の出力段で信号が干渉し、信号特性が劣化する。

そこで、ひとつの光変調器で複数の変調方式または変調フォーマット間を切り換える際に、安定した特性の光変調信号を生成することを課題とする。

一つの態様として、光送信装置は、
入力データから電気駆動信号を生成する電気信号生成部と、
第１導波路対と、第２導波路対と、前記第１導波路対を伝搬する光と前記第２導波路対を伝搬する光の間に位相差を与える位相シフト部とを有し、前記電気駆動信号で入力光を変調する光変調器と、
前記光変調器による変調方式が４つ以上の位相を用いる変調方式から２つの位相を用いる変調方式に変更されるときに前記位相シフト部の位相シフト量を０＋ｎπ（ｎは整数）に設定する制御部と、
を有し、
前記制御部は、前記光変調器の出力に含まれる交流成分を検出し、前記交流成分のパワーが最小となるように前記位相シフト部に与えられるバイアス電圧を調整することで、前記位相シフト量を０＋ｎπ（ｎは整数）に設定する。

ひとつの光変調器で複数の変調方式または変調フォーマット間を切り換える際に、安定した特性の光変調信号を生成することができる。

ディジタル信号処理を利用した光送信装置で変調方式を変更する際に生じる問題点を説明する図である。 変調方式の変更により生成された光変調信号の波形とコンスタレーションを示す図である。 実施形態の原理を説明する図である。 実施形態の原理を説明する図である。 実施形態の光送信装置の基本構成図である。 実施例１の光送信装置の概略図である。 位相シフト量とモニタ信号強度の消光比依存性を示す図である。 実施例１の制御フローを示す図である。 実施例２の光送信装置の概略図である。 位相シフト量と低周波成分の強度の関係を示す図である。 実施例２の制御フローを示す図である。 実施形態の光送信装置を偏波多重変調方式に適用する例を示す図である。

実施形態を説明する前に、図１を参照して発明者が見出した技術課題を説明する。光伝送システム２００は、光送信装置１５０と、外部制御部１００を含む。光送信装置１５０は、電気信号生成部１０と、光変調器２０と、バイアス制御部１４０を有する。電気信号生成部１０は、ディジタル信号処理部（ＤＳＰ）１１と、ディジタル−アナログコンバータ（ＤＡＣ）１２Ｉ、１２Ｑと、電気アンプ１３Ｉ，１３Ｑを有する。ディジタル信号処理部１１は、入力信号から電気駆動信号を生成する。ＤＡＣ１２Ｉ、１２Ｑは、電気駆動信号をそれぞれアナログ信号に変換する。電気アンプ１３Ｉと１３Ｑは、ＤＡＣ１２Ｉと１２Ｑから出力される電気駆動信号を光変調器２０にとって適切な駆動振幅となるように増幅する。この意味で、電気アンプ１３Ｉ，１３Ｑをドライバと呼んでもよい。電気アンプ１３Ｉ、１３Ｑは電気信号生成部１０の外部に配置されてもよい。電気アンプ１３Ｉからの電気駆動信号は光変調器２０のＩアーム２１に入力され、電気アンプ１３Ｑからの駆動信号は光変調器のＱアーム２２に入力される。

光源１５は搬送光として連続光を生成する。光変調器２０は、搬送光を電気駆動信号で変調して光変調信号を生成する。位相シフト部２３は、Ｉアーム２１からの光信号とＱアーム２２からの光信号にπ／２の位相差を与え、π／２の位相差を有する光信号が合波されて光変調器２０から出力される。光変調器２０の出力光の一部が光カプラ３１で分岐され、フォトダイオード等の光検出器（ＰＤ）３２でモニタされる。光検出器３２からのモニタ信号はバイアス制御部１４０に入力される。光変調部２０にＩアームとＱアームの合波の漏れ光を検出する光検出器２５を設ける場合は、光検出器３２の代わりに光検出器２５からのモニタ信号をバイアス制御部１４０に入力してもよい。

バイアス制御部１４０は、モニタ信号に基づいて位相シフト部２３の電極２３１と、Ｉアーム２１とＱアーム２２の少なくとも一方に印加されるバイアス電圧を制御する。図１では、図示の便宜上、Ｉアーム２１を構成する２つの導波路に配置される電極２１１，２１２と、Ｑアーム２２を構成する２つの導波路に配置される電極２２１，２２２は一本のバーとして描がれているが、電気駆動信号が入力される電極部分と、バイアス電圧が印加される電極部部分は別々に形成されてもよい。

伝搬環境等に応じて変調方式が変更される場合、外部制御部１００から光送信装置１５０に変調方式変更指令が通知される。外部制御部１００は、たとえばネットワーク側に配置される制御装置である。変調方式変更指令は、たとえば光変調信号種別情報として電気信号生成部１０に入力される。一例として１６ＱＡＭ方式からＢＰＳＫ方式に変更する場合を考える。電気信号生成部１０は、１６ＱＡＭ方式の光変調を行っているときは、Ｉアーム２１とＱアーム２２のそれぞれについて、４つの異なる強度レベルを有する電気駆動信号を生成する。光変調器２０は、４つの振幅で駆動される光信号に対し、４つの位相変化を与えて１６値の光信号を出力する。

１６ＱＡＭからＢＰＳＫへ変更する旨の光変調種別変更情報が電気信号生成部１０に入力されると（処理(1)）、電気信号生成部１０は、ＤＡＣ１２Ｑの出力をＯＦＦにし、ＤＡＣ１２Ｉの出力を４つの異なる振幅の４値電気信号から、２値電気信号へ変更する（処理(2)）。光変調器２０ではＱアーム２１が消光状態となることが期待されるが、一般的な光変調器２０での消光比は高々３０ｄＢ程度であり、完全な消光状態にはならない。そのため、光変調器２０の出力段でＩアーム２１とＱアーム２２の間で干渉が生じ、ＢＰＳＫ光変調信号が劣化する（(3)）。

図２は、ＢＰＳＫ光変調信号の波形の劣化を示す図である。図２（Ａ）は、期待されるＢＰＳＫ光変調信号の波形、図２（Ｂ）は図１の光送信装置１５０で生成されるＢＰＳＫ光変調信号の波形である。図２（Ｂ）の点線の領域に示されるように、信号干渉の影響で振幅差にばらつきが生じ、光送信信号が劣化する。図２（Ｃ）に示すように、Ｉアームでは０ラジアンとπラジアンに信号点がくるが、Ｑアームでは消光比の影響で完全に消光せず、直交軸（Ｑチャネル）上に信号点が残るからである。

図３と図４は、実施形態の原理を説明する図である。実施形態では、位相シフト部２３に対するバイアス制御を行うことで、消光比の影響による信号劣化を防止する。図３は、光変調器２０の消光比が２５ｄＢのときの出力光波形を示し、図４は消光比が理想的な値（ここでは無限大とする）のときの出力光波形を示す。光変調器が理想的な消光比（無限大）を有する場合は、位相シフト量によらず良好な出力光波形となり、特別な制御は不要である。しかし、現状で一般に用いられている光変調器の消光比は２５ｄＢであり、良くても３０ｄＢ程度である。したがって、図３のように位相シフト量によってビット間で振幅差が生じ、出力光波形が変動する。

図３において、コンスタレーション上の破線の丸印は位相シフト前の信号点、実線の丸印が位相シフト後の信号点である。Ｉアームは２値電気信号で変調されており、Ｑアームの電気信号はＯＦＦになっている。しかし、直交軸の原点近傍に破線の丸印で示されるようにＱアームは完全に消光になっていない。Ｑアームに残る光がＩアームの光信号に合波されて、光変調信号に影響を与える。すなわち、位相シフト後の信号点に向かう矢印（ベクトル）には、Ｑアームに残る光が合算されている。コンスタレーション上の矢印の長さが各ビットの振幅に対応する。

ＩアームとＱアームの間の位相シフト量がゼロのときは、０ラジアンの方向に向かうベクトルとπラジアンの方向に向かうベクトルの長さがほぼ等しくなり、ビット間の振幅差が抑制されている。位相シフト量がπ／４のときは、π／４方向と５π／４方向でベクトルの長さが異なる。同様に、位相シフト量が−π／４のときは−π／４方向と３π／４方でベクトルの長さが異なる。位相シフト量がπ／２のときは、π／２方向と３π／２方向でのベクトルの長さの差がさらに増大し、光波形の変動が大きくなる。

この結果から、光変調器２３のＩアームとＱアームの間の位相シフト量が０＋ｎπ（ｎは整数）になるように位相シフト部２３を制御することで、安定した光信号出力が得られるとの技術思想に至る。

図５は、実施形態の光送信装置１の基本構成を示す。図１と同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。光送信装置１は、電気信号生成部１０と、光変調器２０と、変調方式変更指令受信部３０と、バイアス制御部４０Ａを有する。電気信号生成部１０は、ディジタル信号処理部（ＤＳＰ）１１と、ＤＡＣ１２Ｉ、１２Ｑと、電気アンプ１３Ｉ、１３Ｑを有する。電気アンプ１３Ｉ，１３Ｑは電気信号生成部１０の外部に設けられてもよい。ディジタル信号処理部１１は入力信号から変調方式に応じた電気駆動信号を生成する。ディジタル信号処理部１１は、プロセッサとメモリから構成されてもよいし、ハードウェア回路であってもよいし、これらの組み合わせであってもよい。ＤＡＣ１２Ｉ、１２Ｑは電気駆動信号をアナログ信号に変換する。電気アンプ１３Ｉと１３Ｑは、ＤＡＣ１２Ｉと１２Ｑから出力される電気駆動信号を、光変調器２０にとって適切な駆動振幅となるように増幅する。電気アンプ１３Ｉからの電気駆動信号は光変調器のＩアーム２１に入力され、電気アンプ１３Ｑからの駆動信号は光変調器のＱアーム２２に入力される。Ｉアーム２１とＱアーム２２は、それぞれマッハツェンダ型の導波路対で形成され、導波路対に互いに逆相の電気駆動信号が入力される。

光源１５は搬送光として連続光を生成する。光変調器２０は、搬送光を電気駆動信号で変調して光変調信号を生成する。位相シフト部２３は、Ｉアーム２１からの光信号とＱアーム２２からの光信号に所定の位相差を与え、互いにπ／２の位相差を有する光信号が合波されて光変調器２０から出力される。バイアス制御部４０Ａは、光変調器２０の出力信号に基づいて、光変調器２０に与えるバイアス電圧を制御する。

図５の構成の特徴として、光送信装置１は、変調方式変更指令受信部３０で外部制御装置１００（図１参照）から変調方式変更指令を受信すると、電気信号生成部１０の他に、必要に応じてバイアス制御部４０Ａに光変調信号種別情報を供給する（処理(a)）。たとえば、１６ＱＡＭ方式からＢＰＳＫ方式に変調方式を変更する場合、電気信号生成部１０はＤＡＣ１２Ｑの出力をＯＦＦにし、ＤＡＣ１２Ｉの出力を４値電気信号から２値電気信号へ変更する（処理(ｂ)）。バイアス制御部４０Ａは、光変調種別変更情報に応じて、位相シフト部２３の位相シフト量が０＋ｎπ（ｎは整数）となるように位相シフト部２３のバイアス電圧を設定する（処理(c)）。任意で、Ｉアーム２１に対するバイアス電圧を制御してもよい。位相シフト部２３の位相シフト量を０＋ｎπ（ｎは整数）に制御することで、光波形の変動が抑制され、光変調器２０から安定したＢＰＳＫ光変調信号が出力される。

図６は、図５のバイアス制御を実現する具体例を示す。光送信装置２は、電気信号生成部１０と、光変調器２０と、変調方式変更指令受信部３０と、バイアス制御部４０Ｂを有する。電気信号生成部１０、光変調器２０、及び変調方式変更指令受信部３０の構成は、図５と同様である。光送信装置２は、変調方式変更指令受信部３０で外部制御部１００から変調方式変更指令を受信すると、電気信号生成部１０とバイアス制御部４０Ｂに光変調信号種別情報を供給する。たとえば、１６ＱＡＭからＢＰＳＫに変調方式を変更する場合、電気信号生成部１０はＤＡＣ１２Ｑの出力をＯＦＦにし、ＤＡＣ１２Ｉの出力を４値電気信号から２値電気信号へ変更し、バイアス制御部４０Ｂは、光変調器２０の位相シフト部２３の位相シフト量が０＋ｎπ（ｎは整数）となるように、位相シフト部２３に与えられるバイアス電圧を制御する。

バイアス制御部４０Ｂは、光変調器２０の出力光のモニタ結果を示すモニタ信号を光検出器３２から受け取る。光変調器２０上にモニタＰＤ２５が配置されている場合は、光り検出器３２からのモニタ信号に替えて、モニタＰＤ２５からの検出情報を用いてもよい。バイアス制御部４０Ｂにおいて、交流（ＡＣ）成分抽出部４２はモニタ信号に含まれる交流（ＡＣ）成分を抽出し、抽出した交流成分をＡＣ成分パワー検出部４３に供給する。ＡＣ成分抽出部４２は、たとえばモニタ信号の直流成分を除去するコンデンサである。ＡＣ成分パワー検出部４３は、抽出された交流成分のパワーを検出し、検出結果を処理部４４に出力する。処理部４４は、検出された交流成分のパワーに基づいて、位相シフト部２３に対するバイアス電圧を制御する。任意で、ＡＣ成分抽出部４２の前段に、帯域制限のためのローパスフィルタ（ＬＰＦ）４１を挿入してもよい。

図７は、位相シフト量と交流成分強度の関係を示す。実線は消光比が２５ｄＢのときの交流成分強度を示し、破線は消光比を無限大としたときの交流成分強度を示す。消光比が無限大であれば、位相シフト量にかかわらずモニタ信号に含まれる交流成分は一定の低い値を示す。消光比が２５ｄＢの場合は、位相シフト量が０度のときに交流成分強度が最も小さくなって、消光比が無限大のときとほぼ同程度のパワーレベルになる。位相シフト量が±９０度で交流成分の強度が最も大きくなり、位相シフト量が±１８０度で最小になると予想される。モニタ信号に含まれる交流成分は、Ｑアームに残る消光比の影響による振幅変動を表わすと考えられ、図３のシミュレーション結果と一致する。

図７の関係から、バイアス制御部４０Ｂの処理部４４は、４つ以上の位相を用いる変調方式から２つの位相を用いる変調方式に変更されたときに、モニタ信号に含まれる交流成分のパワーが最小になるように位相シフト部２３に対するバイアス電圧を制御する。これにより、位相シフト部２３の位相シフト量を０＋ｎπ（ｎは整数）に制御して、振幅ばらつきが抑制された良好なＢＰＳＫ光変調信号を出力する。

なお、バイアス制御部４０Ｂにおいて、従前の１６ＱＡＭ変調方式で位相シフト部２３の位相シフト量をπ／２に制御するバイアス制御を交流成分のモニタ結果に基づいて行っている場合は、バイアス制御部４０Ｂに光変調信号種別情報を供給しなくてもよい。この場合は、バイアス制御部４０Ｂは、１６ＱＡＭで検出される交流成分が最小になるように制御することで、位相シフト部２３の位相シフト量をπ／２に制御しているからである。この状態でＢＰＳＫに変調方式が変更された場合、バイアス制御部４０Ｂは交流成分強度を最小にする位相バイアス制御を継続することで、位相シフト部２３の位相シフト量を最適（０＋ｎπ；ｎは整数）に制御することができる。

バイアス制御部４０Ｂの処理部４４は、プロセッサとメモリにより実現されてもよいしハードウエア回路で実現されてもよい。あるいは、プロセッサとメモリを含むプロセッサシステムとハードウエア回路の組み合わせで実現されてもよい。

図８は、バイアス制御部４０Ｂで実行される制御フローを示す。図８の制御フローは、光送信装置２が用いられる光通信システムの運用中に継続して実施されるため、終了の処理は入っていない。まず、制御の開始により、位相シフト部２３の電極２３１に印加するバイアス電圧（Ｖｂ）の初期電圧値を設定し、初期電圧値でモニタ信号に含まれる交流成分を検出し、交流成分の強度（パワーレベル）Ｍ１を取得して保存する（Ｓ１１）。位相シフト部２３に与えられる初期電圧値は、たとえば０ボルトとする（Ｖｂ＝０）。なお、図８では、「モニタ信号に含まれる交流成分の強度」を「モニタ信号強度」と略称している。

次に、位相シフト部２３のバイアス電圧ＶｂをＶｂ＋ΔＶに設定し、そのときのモニタ信号中の交流成分の強度（パワーレベル）Ｍ２を取得し保存する（Ｓ１２）。交流成分の強度Ｍ１とＭ２を比較して、バイアス印加により交流成分の強度が増加したか否かを判断する（Ｓ１３）。強度が増加していない場合（Ｓ１３でＮＯ）、つまり交流成分の強度が減少または同じ値である場合は、制御の方向が適正であると判断する。この場合、Ｓ１２に戻ってバイアス電圧ＶｂをＶｂ＋ΔＶに変更する。変更後のバイアス電圧下でモニタ信号中の交流成分の強度（Ｍ３）を取得し保存する。Ｓ１３で交流成分の強度が増加した場合は（Ｓ１３でＹＥＳ）、制御の方向が逆向きになっていることを示す。この場合はバイアス電圧ＶｂをＶｂ−ΔＶに設定し、そのときの交流成分の強度Ｍ３を取得し保存する（Ｓ１４）。交流成分の強度が増大しているか否かを判断し（Ｓ１５）、強度が増大している場合は（Ｙ１５でＹＥＳ）、制御の方向が逆になっているとして、Ｓ１２に戻って、バイアス電圧ＶｂをＶｂ＋ΔＶに設定して交流成分の強度を取得する。Ｓ１５で交流成分の強度が前回と同等または減少している場合は（Ｓ１５でＮＯ）、同じ方向に制御を続けるためバイアス電圧ＶｂをＶｂ−ΔＶに設定して交流成分の強度を取得する。

この制御により、モニタ信号に含まれる交流成分の強度が最小となるように位相シフト部２３に与えるバイアス電圧を制御することで、位相シフト部２３の位相シフト量を０＋ｎπ（ｎは整数）に制御することができる。

図９は、図５のバイアス制御を実現する別の具体例を示す。光送信装置３は、電気信号生成部１０と、光変調器２０と、変調方式変更指令受信部３０と、バイアス制御部４０Ｃを有する。電気信号生成部１０、光変調器２０、及び変調方式変更指令受信部３０の構成は、図５及び図６と同様である。変調方式変更指令受信部３０は、外部制御部１００から変調方式変更指令を受信すると、電気信号生成部１０とバイアス制御部４０Ｃに光変調信号種別情報を供給する。１６ＱＡＭからＢＰＳＫに変調方式を変更する場合、電気信号生成部１０はＤＡＣ１２Ｑの出力をＯＦＦにし、ＤＡＣ１２Ｉの出力を４値電気信号から２値電気信号へ変更する。バイアス制御部４０Ｃは、光変調器２０の位相シフト部２３の位相シフト量が０＋ｎπ（ｎは整数）となるように、位相シフト部２３に与えられるバイアス電圧を制御する。実施例２では、バイアス制御部４０Ｃは、位相シフト部２３に与えるバイアス電圧に低周波信号を重畳し、モニタ信号に含まれる低周波信号に基づいて位相シフト部２３のバイアス電圧を制御する。

バイアス制御部４０Ｃは、低周波発生部４７と、検出部４５と、処理部４６を有する。処理部４６は、低周波発生部４７で生成された低周波信号を直流（ＤＣ）バイアス電圧に重畳して、位相シフト部２３に与えるバイアス電圧を生成する。低周波信号は、データレートまたはシンボルレートと比較して十分に低速の信号であり、たとえばＮＲＺ（Non-Return-to-Zero）変調方式の自動バイアス制御で一般に用いられる数ｋＨｚの周波数である。

検出部４５は、モニタ信号に含まれる低周波成分を低周波信号で同期検波し、低周波成分の強度と位相を検出する。たとえば、検出された低周波成分の位相が生成された低周波信号と同相である場合は、同期検波された信号の符号は正（プラス）であり、検出された低周波成分の位相が生成された低周波信号と逆相である場合は、同期検波された信号の符号は負（マイナス）となる。処理部４６は、検出部４５の検出結果に基づいて、低周波成分の強度がゼロに近づくように、位相シフト部２３に与えるバイアス電圧を調整する。処理部４６は、プロセッサとメモリにより実現されてもよいし、ハードウエア回路で実現されてもよいし、プロセッサとメモリを含むプロセッサシステムとハードウエア回路の組み合わせで実現されてもよい。任意で、検出部４５の前段に帯域制限のためのＬＰＦ４１と直流成分を除去するＡＣ成分抽出部４５を挿入してもよい。

図１０は、位相シフト部２３の位相シフト量と検出される同期検波された低周波（f0）信号成分の強度の関係を示す図である。位相シフト部２３の位相シフト量が０＋ｎπ（ｎは整数）であるときに、検出される低周波成分の強度はゼロとなる。バイアス制御部４０Ｃは、検出される低周波成分の強度がゼロに近づくように位相シフト部２３に与えるバイアス電圧を制御することで、位相シフト量を０＋ｎπ（ｎは整数）に制御することができる。

図１１は、バイアス制御部４０Ｃで実行される制御フローを示す。図１１の制御フローは光送信装置３が用いられる光通信システムの運用中に継続して実施されるため、終了の処理は入っていない。まず、位相シフト部２３に与えるバイアス電圧に低周波信号を重畳する（Ｓ２１）。光変調器２０の出力をモニタし、モニタ信号に含まれる低周波成分を同期検波する（Ｓ２２）。同期検波の結果に基づいて、位相シフト部２３のバイアス電圧を設定する（Ｓ２３）。たとえば、処理部４６は、同期検波された低周波成分の位相が、バイアス電圧に重畳された低周波信号と同相（プラス）であれば、設定されているバイアス電圧が最適バイアスよりも低いと判断して、バイアス電圧を大きくする方向（プラス方向）に設定する。同期検波された低周波成分の位相が、バイアス電圧に重畳された低周波信号と逆相（マイナス）であれば、設定されているバイアス電圧が最適バイアスよりも高いと判断して、バイアス電圧を小さくする方向（マイナス方向）に設定する。この制御を、低周波成分の強度の傾きが負の領域の制御（位相シフト量を０ラジアンに近づける制御）とすると、低周波成分の強度の傾きが正の領域（位相シフト量を±πラジアンに近づける制御）では、逆向きの制御となる。すなわち、同期検波された低周波成分の位相が、バイアス電圧に重畳された低周波信号と同相（プラス）であれば、設定されているバイアス電圧が最適バイアスよりも高いと判断して、バイアス電圧を小さくする方向（マイナス方向）に設定する。同期検波された低周波成分の位相が、バイアス電圧に重畳された低周波信号と逆相（マイナス）であれば、設定されているバイアス電圧が最適バイアスよりも低いと判断して、バイアス電圧を大きくする方向（プラス方向）に設定する。
＜その他の適用例＞
図１２は、実施形態の構成を偏波多重変調に適用する例を示す。光送信装置４は、電気信号生成部５０と、光変調部６０と、バイアス制御部４０Ｄと、変調方式変更指令受信部３０を有する。変調方式変更指令受信部３０の構成は、実施例１，２と同様である。電気信号生成部５０において、ディジタル信号処理部（ＤＳＰ）５１は入力データから電気駆動信号ＸＩ、ＸＱ、ＹＩ、ＹＱを生成する。ＤＡＣ５１Ｉ，５１Ｑ，５２Ｉ，５２Ｑは各電気駆動信号をアナログ信号に変換する。アナログ電気駆動信号は、電気アンプ５１１、５１２、５１３、５１４でそれぞれ適切な振幅に調整され、光変調部６０に入力される。

光変調部６０は、Ｘ偏波用の光変調器６１と、Ｙ偏波用の光変調器６２を有する。電気駆動信号ＸＩとＸＱは、光変調器６１のＩアーム６１２とＱアーム６１３にそれぞれ入力される。電気駆動信号ＹＩとＹＱは、光変調器６２のＩアーム６２１とＱアーム６２２にそれぞれ入力される。光変調器６１が電気駆動信号ＸＩとＸＱで光源１５からの光を変調し、光変調器６２は電気駆動信号ＹＩとＹＱで光源１５からの光を変調する。光変調器６１と６２からの出力は合波され、偏波多重変調信号が出力される。偏波多重変調信号の一部がＰＤ３２でモニタされる。光変調部６０で、Ｘ偏波光信号の漏れ光とＹ偏波光信号の漏れ光をＰＤ６１５及び６２５で検出して、モニタ信号に反映させてもよい。

変調方式変更指令受信部３０は、外部制御部１００から変調方式をたとえば偏波多重１６ＱＡＭ（ＤＰ−１６ＱＡＭ）から偏波多重ＢＰＳＫ（ＤＰ−ＢＰＳＫ）に変更する旨の通知を受信すると、電気信号生成部５０とバイアス制御部４０Ｄに光変調信号種別情報を供給する。電気信号生成部５０は、ＤＡＣ５１ＱとＤＡＣ５２Ｑの出力をＯＦＦにし、ＤＡＣ５１ＩとＤＡＣ５２Ｉの出力レベルを４値から２値に変更する。

バイアス制御部４０Ｄは、Ｘ偏波側の光変調器６１の位相シフト部６３Ｘの位相シフト量と、Ｙ偏波側の光変調器６２の位相シフト部６３Ｙの位相シフト量を０＋ｎπ（ｎは整数）に設定する。バイアス制御部４０Ｄの動作は実施例１のように交流成分に基づく制御であってもよいし、実施例２のように低周波成分に基づく制御であってもよい。この制御により、振幅変動が抑制された偏波多重ＢＰＳＫ光変調信号が出力される。

なお、偏波多重１６ＱＡＭから片偏波（たとえばＸ偏波）ＢＰＳＫへの変更であっても同様の処理が行われる。Ｘ偏波ＢＰＳＫへ変更する場合は、ＤＡＣ５１Ｑ、５２Ｉ、５２ＱがＯＦＦにされ、位相シフト部６３Ｘの位相シフト量が０＋ｎπ（ｎは整数）に制御される。

上述した実施形態では、１６ＱＡＭからＢＰＳＫへの変更とＤＰ−１６ＱＡＭからＤＰ−ＢＰＳＫへの変更を例にとって説明したが、４つ以上の位相を用いる任意の変調方式から、２つの位相を用いる任意の変調方式への変更に適用でできる。たとえば、ＱＰＳＫ、ＤＰ−ＱＰＳＫ（Dural Polarization ＱＰＳＫ）、ＤＱＰＳＫ（Differential QPSK）、６４ＱＡＭ等から、ＤＢＰＳＫに変更する場合にも適用される。

実施形態の構成、手法により、多値の電気信号で変調を行うディジタル信号処理部を有する光送信装置において、変調方式を切り換える際の信号特性の劣化を改善することができる。

以上の記載に対し以下の付記を提示する。
（付記１）
入力データから電気駆動信号を生成する電気信号生成部と、
第１導波路対(21)と、第２導波路対と、前記第１導波路対を伝搬する光と前記第２導波路対を伝搬する光の間に位相差を与える位相シフト部(23)とを有し、前記電気駆動信号で入力光を変調する光変調器と、
前記光変調器による変調方式が４つの位相を用いる変調方式から２つの位相を用いる変調方式に変更されるときに前記位相シフト部の前記位相差を０＋ｎπ（ｎは整数）に設定する制御部と、
を有することを特徴とする光送信装置。
（付記２）
前記制御部は、前記光変調器の出力に含まれる交流成分を検出し、前記交流成分のパワーが最小となるように前記位相シフト部に与えられるバイアス電圧を調整することで前記位相差を０＋ｎπ（ｎは整数）に設定することを特徴とする付記１に記載の光送信装置。
（付記３）
前記制御部は、前記位相シフト部に与えられるバイアス電圧に低周波信号を重畳し、前記光変調器の出力に含まれる低周波成分を検出し、前記低周波成分の強度がゼロに近づくように前記バイアス電圧を調整することで、前記位相差を０＋ｎπ（ｎは整数）に設定することを特徴とする付記１に記載の光送信装置。
（付記４）
前記電気信号生成部は、前記変調方式が変更されるときに、前記第１導波路対と前記第２導波路対のいずれか一方に供給される前記電気駆動信号をオフにし、他方に供給される前記電気駆動信号を４つの振幅値をもつ４値電気信号から、２つの振幅値をもつ２値電気信号に切り換えることを特徴とする付記１〜３のいずれかに記載の光送信装置。
（付記５）
前記光送信装置の外部から変調方式変更指令を受信する受信部、
をさらに有し、
前記制御部は、前記変調方式変更指令に基づいて前記位相シフト部の前記位相差を０＋ｎπ（ｎは整数）に設定する、ことを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の光送信装置。
（付記６）
前記電気信号生成部は、前記入力信号から前記電気駆動信号を生成するディジタル信号処理部を有し、
前記ディジタル信号処理部は、前記光送信装置の外部から供給される変調方式変更指令に基づいて、前記電気駆動信号の生成を制御することを特徴とする付記１〜４のいずれかに記載の光送信装置。
（付記７）
第１の偏波を位相変調する第１の光変調器と、第１の偏波と直交する第２の偏波を位相変調する第２光変調器と、を有し、
前記制御部は、前記変調方式が４つの位相を用いる変調方式から２つの位相を用いる変調方式に変更されたときに、前記第１の光変調器に設けられる第１位相シフト部に設定される位相差と、前記第２の光変調器に設けられる第２位相シフト部に設定される位相差を０＋ｎπ（ｎは整数）に設定することを特徴とする付記１に記載の光送信装置。
（付記８）
付記１〜７のいずれかに記載の光送信装置と、
前記光送信装置に前記変調方式の変更を指示する制御信号を供給する外部制御装置と、
を有する光伝送システム。
（付記９）
入力データから電気駆動信号を生成し、
第１導波路対と、第２導波路対と、前記第１導波路対を伝搬する光と前記第２導波路対を伝搬する光の間に位相差を与える位相シフト部とを有する光変調器に前記電気駆動信号を供給して入力光を変調し、
前記光変調器による変調方式が４つの位相を用いる変調方式から２つの位相を用いる変調方式に変更されるときに前記位相シフト部の前記位相差を０＋ｎπ（ｎは整数）に設定する、
ことを特徴とする光通信制御方法。
（付記１０）
前記光変調器の出力に含まれる交流成分を検出し、
前記交流成分のパワーが最小となるように前記位相シフト部に与えられるバイアス電圧を調整することで、前記位相差を０＋ｎπ（ｎは整数）に設定することを特徴とする付記９に記載の光通信制御方法。
（付記１１）
前記位相シフト部に与えられるバイアス電圧に低周波信号を重畳し、
前記光変調器の出力に含まれる低周波成分を検出し、
前記低周波成分の強度がゼロに近づくように前記バイアス電圧を調整することで、前記位相差を０＋ｎπ（ｎは整数）に設定することを特徴とする付記９に記載の光通信制御方法。

１、２、３、４ 光送信装置
１０、５０ 電気信号生成部
１１、５１ ディジタル信号処理部
１２Ｉ、１２Ｑ、５１Ｉ、５１Ｑ、５２Ｉ、５２Ｑ ＤＡＣ
１３Ｉ、１３Ｑ、５１１、５１２、５１３、５１４ 電気アンプ
１５ 光源
２０、６１、６２ 光変調器
２１ Ｉアーム（第１の導波路対）
２２ Ｑアーム（第２の導波路対）
２３、６３Ｘ、６３Ｙ 位相シフト部
３０ 変調方式変更指令受信部
３２ 光検出部（ＰＤ）
４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ バイアス制御部
６０ 光変調部
１００ 外部制御部（外部制御装置）
２００ 光伝送システム

Claims (5)

1. 入力データから電気駆動信号を生成する電気信号生成部と、
   第１導波路対と、第２導波路対と、前記第１導波路対を伝搬する光と前記第２導波路対を伝搬する光の間に位相差を与える位相シフト部とを有し、前記電気駆動信号で入力光を変調する光変調器と、
   前記光変調器による変調方式が４つ以上の位相を用いる変調方式から２つの位相を用いる変調方式に変更されるときに前記位相シフト部の位相シフト量を０＋ｎπ（ｎは整数）に設定する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記光変調器の出力に含まれる交流成分を検出し、前記交流成分のパワーが最小となるように前記位相シフト部に与えられるバイアス電圧を調整することで、前記位相シフト量を０＋ｎπ（ｎは整数）に設定することを特徴とする光送信装置。
2. 前記電気信号生成部は、前記変調方式が変更されるときに、前記第１導波路対と前記第２導波路対のいずれか一方に供給される前記電気駆動信号をオフにし、他方に供給される前記電気駆動信号を４つの振幅値をもつ４値電気信号から、２つの振幅値をもつ２値電気信号に切り換えることを特徴とする請求項１に記載の光送信装置。
3. 前記光送信装置の外部から変調方式変更指令を受信する受信部、
   をさらに有し、
   前記制御部は、前記変調方式変更指令に基づいて前記位相シフト部の前記位相シフト量を０＋ｎπ（ｎは整数）に設定する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の光送信装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の光送信装置と、
   前記光送信装置に前記変調方式の変更を指示する制御信号を供給する外部制御装置と、
   を有する光伝送システム。
5. 入力データから電気駆動信号を生成し、
   第１導波路対と、第２導波路対と、前記第１導波路対を伝搬する光と前記第２導波路対を伝搬する光の間に位相差を与える位相シフト部とを有する光変調器に前記電気駆動信号を供給して入力光を変調し、
   前記光変調器による変調方式が４つ以上の位相を用いる変調方式から２つの位相を用いる変調方式に変更されるときに前記位相シフト部の位相シフト量を０＋ｎπ（ｎは整数）に設定し、
   前記設定は、前記光変調器の出力に含まれる交流成分を検出し、前記交流成分のパワーが最小となるように前記位相シフト部に与えられるバイアス電圧を調整することで、前記位相シフト量を０＋ｎπ（ｎは整数）に設定する、
   ことを特徴とする光通信制御方法。

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