(57)【要約】入力光１０１を３つの光経路に分岐し、第１光経路では無変調信号を生成し、第２、第３光経路では、単相ＭＺ光位相変調器を用いて２値位相変調光を生成し、これらを電界振幅比１：ａ：ｂで、同位相で干渉させることにより、符号間干渉の無い４値の振幅変調光１１１を生成する光変調器。
2008026326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光経路と、
上記入力光経路から入力された光信号をＮ本（Ｎは２以上の整数）の光経路に分岐する光分岐器と、
上記Ｎ本の光経路のうちの少なくともＮ−１本の光経路に配置された多値数ＫのＭ個（ＭはＮ−１以上の整数）の光位相変調器と、
上記Ｎ本の光経路の出力光を同一の偏波状態で互いに干渉させ、出力光経路に送出する光結合器とからなり、
少なくとも２本の光経路の出力光を同一位相、または、±π／２以外の任意位相角で干渉させることによって、上記光出力経路に、ＫのＭ乗値以下の振幅値を持った振幅変調光、またはＫのＭ乗値以下の位相点を持った振幅と位相の両方が変調された多値振幅・位相変調光を出力することを特徴とする光変調器。
【請求項２】
入力光経路からの入力光をＮ本（Ｎは２以上の整数）の光経路に分岐し、これらの光経路からの出力光を互いに干渉させて、出力光経路に変調光信号を生成する光変調器であって、
上記Ｎ本の光経路の少なくとも１つに２値光位相変調器を有し、
上記２値光位相変調器をもつ光経路を含む少なくとも２本の光経路の出力光を同一位相、または、±π／２以外の任意位相角で干渉させることによって、上記入力光経路に入力された光に２値以上の多値振幅変調、または振幅と位相の両方が変調された３値以上の多値振幅・位相変調を与えることを特徴とする光変調器。
【請求項３】
前記Ｎ本の光経路の少なくとも２本に前記２値光位相変調器を有し、該２値光位相変調器の全てがマッハツェンダ型光位相変調器であることを特徴とする請求項２に記載の光変調器。
【請求項４】
前記Ｎ本の光経路のうちの少なくとも１本に、他の特定の光経路の出力光との間の位相差を調整するための光位相調整器を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項５】
前記干渉した光信号の振幅変調成分が最大となるように、前記光位相調整器を自動制御する位相制御部を備えたことを特徴とする請求項４に記載の光変調器。
【請求項６】
前記位相制御部が、互いに異なる光経路に配置された複数の光位相調整器と接続され、
前記干渉して出力される光信号の振幅変調成分が最大となるよう上記各光位相調整器が制御されることを特徴とする請求項５に記載の光変調器。
【請求項７】
１対の光経路から出力される光信号を干渉させた後に、更に別の光経路から出力される光信号と干渉させるように、前記Ｎ本の光経路が多段に配置された複数の結合器で結合されており、
前記位相制御部が、上記各光結合器から出力される光信号の振幅変調成分が最大となるように、互いに異なる光経路に配置された複数の光位相調整器を異なる光結合器の出力光に基いて個別に制御することを特徴とする請求項６に記載の光変調器。
【請求項８】
少なくとも前記光位相変調器が配置された光経路に、光信号の振幅を調整するための可変光減衰器を有し、
前記Ｎ本の光経路からの出力光を所定の振幅比で干渉させることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項９】
前記Ｎ本の光経路のうちの少なくとも１本が、他の特定の光経路の出力光との間の位相差を調整するための光位相調整器を備え、
少なくとも前記光位相変調器が配置された光経路に、光信号の振幅を調整するための可変光減衰器を備えることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項１０】
前記出力光経路に縦続接続して第２の光変調器を有し、上記第２の光位相変調器から出力される変調光の多値数または位相点配置を変えるようにしたことを特徴とする請求項９に記載の光変調器。
【請求項１１】
前記光位相変調器が、波形歪抑圧型の２値位相変調器からなることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光変調器に関し、特に、光ファイバを介して行われる光情報伝送に適した多値光変調器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、一本の光ファイバで伝送可能な情報量（伝送容量）は、波長多重数の増加や、光信号の変調速度の高速化によって増加してきた。しかしながら、伝送容量は、略１０Ｔ（テラ）bit/sに達した時点で限界に達した感がある。その理由は、光伝送に使用可能な波長帯域が、光ファイバアンプの波長帯域（Ｃ、Ｌ、Ｓバンドを合わせて、約８０ｎｍ＝１０ＴＨｚ相当）で決まる限界値に到達し、波長数の増加余地がなくなったためである。【０００３】
光ファイバの伝送容量を更に拡張するためには、変調方式を工夫し、周波数帯域の利用効率を向上する必要がある。無線通信の分野では、１９６０年代から多値変調技術が広く使われており、周波数利用効率が１０を越えるような高効率の伝送が可能となっている。多値変調は、光ファイバを利用した光信号伝送においても有望であり、これまでにも多くの検討が行われきた。【０００４】
例えば、"10Gb/s Optical Differential Quadrature Phase Shift Key (DQPSK) Transmission using GaAs/AlGaAs Integration," OFC2002, paper PD-FD6, 2003（非特許文献１）には、４値の位相変調を行うＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）方式が提案されている。また、本発明者等は、"Proposal and Demonstration of 10-Gsymbol/sec 16-ary (40 Gbit/s) Optical Modulation / Demodulation Scheme," paper We3.4.5, ECOC 2004, 2004（非特許文献２）において、４値の振幅変調と４値の位相変調を組み合わせた１６値の振幅・位相変調を提案している。【０００５】
このように様々な光多値変調が検討されているが、多値光変調の実用化を妨げている要因の一つとして、送信波形の符号間干渉がある。また、光ファイバ通信で用いられる信号ビットレートは、１０Gbit/s 〜４０ Gbit/sに達しており、非常に高速度の多値光変調技術が必要となっている。多値光変調信号の速度は、典型的な多値無線信号の１００〜１０００倍であり、多値光変調信号の生成過程において、光変調器および高周波部品の周波数特性や、高周波信号同士の加算処理によって、信号波形が著しく劣化する。【０００６】
後述する本発明の理解を助けるために、多値光信号の生成過程で生じる波形劣化と符号間干渉について、図４を参照して説明しておく。
図４（Ａ）は、多値信号の生成に用いられる１０Gbit/sの２値電気波形のアイパターンを示している。このような単純なデジタル波形であっても、信号ビットレートが１０Gbit/s以上になると、理想的な矩形波形を得ることが困難となり、デジタル波形の上、下２つのレベル、すなわち、マークとスペースが、符号間干渉（ＩＳＩ）によって劣化し、図示したように、上下方向に或る程度の幅を持つのが一般的である。この結果、波形の中央部に位置したアイ開口の高さが減少し、受信感度や波長分散耐力の劣化に繋がることが知られている。【０００７】
信号ビットレートが１０Gbit/sを越えると、多値信号の直接的な生成が困難となるため、このような高速の多値信号は、一般的に、振幅値の異なる２値電気デジタル信号を加算することによって生成される。例えば、高速の４値電気デジタル信号を生成する場合、同一のビットレートを持つ独立した２列の２値デジタル信号を生成し、ビットタイミングを合わせた状態で、振幅比２：１で加算すればよい。【０００８】
例えば、図４（Ａ）に示した振幅「２」の２値電気信号と、（Ｂ）に示した振幅「１」の２値電気信号を高周波ディバイダを用いて加算すると、（Ｃ）に示すように、等間隔に配置された４つの電圧レベルを持つ４値電気信号が生成される。この場合、２列の高周波信号を加算した時、回路部品で起こる信号反射や回路部品の周波数特性などが原因となって符号間干渉が増大し、結果的に多値信号（この例では４値信号）の波形に、図（Ｃ）に示すような大きな劣化が生じる。【０００９】
一方、多値振幅変調光を生成するためには、上述した多値電気信号を高速の光変調器に印加して、光振幅変調を行う必要がある。一般に、光変調器の駆動に必要な電圧振幅は２〜５Ｖであり、高周波信号にとっては極めて大きな振幅値となっている。このため、光変調器の駆動には、ドライバアンプを用いた電圧増幅が必要となるが、アンプ特性の非線形性や、出力飽和、周波数帯域、ピーキングなどの制限によって、多値波形には更に大きな劣化が発生する。【００１０】
光変調に広く用いられているマッハツェンダ（ＭＺ）型の光変調器は、光変調に付随して発生する光位相の揺らぎを高精度に制御でき、広帯域で良好な変調特性（駆動電圧に対する光透過率）を実現できるという特徴がある。しかしながら、ＭＺ型光変調器の変調特性は、図５のグラフに示すように、印加電圧に対して正弦波状となる。【００１１】
高速の光ファイバ通信で広く用いられている単純な２値振幅変調においては、電気信号のマークとスペースのレベルを、図５に示す正弦波状の変調特性のボトムとピークに合致させるのが一般的である。この場合、マークレベルとスペースレベルの電圧値が、符号間干渉によって或る程度ばらついたとしても、光信号の強度揺らぎが抑圧されているため、極めて良好な出力波形が得られる。これは、ボトムとピークの両点で、印加電圧に対する変調特性の傾きが略ゼロとなるからであり、ＭＺ変調器の波形整形効果として知られている。【００１２】
ＭＺ型光変調器を４値光振幅変調に用いる場合は、図５に示すように、４値電気信号がもつ４つの電圧レベルと対応して異なった光強度が得られるように、４値電気信号を正弦波状の変調特性の肩の部分に合致させる。このとき、４値電気信号の両端の２つの電圧レベルを消光特性のピークとボトムに合致させることによって、上述したＭＺ変調器の波形整形効果を得ることができる。しかしながら、４値電気信号の中央の２つの電圧レベルでは、波形整形効果がないため、符号間干渉を抑圧できないという問題がある。【００１３】
非特許文献２が示すように、高効率の光多値信号伝送では、光信号に振幅変調と同時に位相変調を印加する多値振幅・位相変調が検討されている。ここで用いられる光振幅変調では、光位相情報を常に利用可能にするため、最小振幅値をもつ光レベルＬ０がゼロより大きくなるように、光信号の消光比を意図的に低く設定する必要がある。この場合、図５に示すように、強度が最も弱い光レベルＬ０でも、波形整形効果を得ることができなくなり、出力光の４値波形に更に大きな波形劣化が生じる。このように、光振幅変調の生成においては、符号間干渉の発生が大きな問題となっている。【００１４】
一方、光位相変調の分野では、符号間干渉を抑圧した変調器が提案されている。最も基本的な構成は、図６に示すような単相無チャープＭＺ型の光変調器を用いた変調量πの２値光位相変調器である。【００１５】
図６に示した単相無チャープＭＺ型光変調器１２０では、入力光経路１０２から入力された無変調の入力光１０１が、変調器内の導波路構造を伝搬し、光分岐器１０３によって２つの光導波路１２７−１と１２７−２に分離される。これらの光導波路を通過した２つの光は、光結合器１０９で合成され、変調度πの２値位相変調を受けた出力光１２６として、出力光経路１１０に出力される。【００１６】
変調器の基板上面には、２つの導波路１２７−１、１２７−２の間に位置して、変調信号用の進行波形電極１２１が配置されている。進行波形電極１２１の一端には、変調信号入力端子１２２が接続され、他端には、終端抵抗１２５が接続されている。変調信号入力端子１２２に印加された高速の２値電気デジタル信号は、電極１２１を伝搬した後、終端抵抗１２５に吸収される。進行波形電極１２１を伝搬する過程で、２値電気デジタル信号が生じた電界が、２つの導波路１２７−１、１２７−２に電気光学効果を引き起こす。その結果、両導波路に位相差が生じ、進行波形電極１２１に印加される信号電圧Ｖに応じて、光信号の透過強度が、図７に示すように正弦波状に変化する。【００１７】
上記単相ＭＺ変調器では、２つの導波路１２７−１、１２７−２に生ずる位相差が互いに逆相になるため、光波形の強度変化に伴う位相揺らぎを無視でき（無チャープ）、図７に示すように、光信号強度がゼロとなる点で、出力光信号の位相がπだけ瞬時に切り替わることが知られている。また、上記正弦波の位相は、端子１２４を介してバイアス用電極１２３に印加されるバイアス電圧によって、任意の電圧位置に移動させることができる。【００１８】
上述した単相無チャープＭＺ変調器を２値光位相変調に用いる場合、進行波形電極１２１に印加される２値電気デジタル信号の振幅を光透過特性の正弦波周期（２Ｖπ）に合致させ、且つ、バイアス電圧を調整することによって、図７に示すように、２値電気デジタル信号のスペースの平均レベルＬ０とマークの平均レベルＬ１を、正弦波状光透過特性の２つのピークに一致させる。これによって、光信号の位相は、２値電気デジタル信号がスペースの時にゼロ、マークの時にπに切り替えられることになる。マークとスペースの電圧は、両方ともＭＺ変調器のピーク部分に合致しているため、電圧波形の変動に対して波形整形効果が得られ、光強度の変動を抑圧できる。【００１９】
図８（Ａ）は、単相無チャープＭＺ型光変調器を用いた２値光位相変調器において、実験で得られた光強度波形を示す。この波形から、光強度が変動するのは各ビットの境界部分のみであり、波形の中央付近では、強度変動が抑圧され、光強度が一定となっていることがわかる。【００２０】
図８（Ｂ）は、上記２値光位相変調器における光信号の位相点配置を示す。これは、複素平面状に光信号のビット中央時刻での複素電界をプロットしたものであり、原点からの距離（半径）が電界振幅を示し、Ｉ軸からの角度が位相を示している。この２値光位相変調器では、Ｉ軸上の振幅が一定で、位相０と位相πの２点に位相点が配置され、振幅方向にも位相方向にも殆んど広がりの無い、ほぼ理想的な（符号間干渉の無い）位相変調光が得られる。【００２１】
尚、上述した変調度πの２値光位相変調は、変調器内部の２つの光導波路にそれぞれ個別の変調電極を持つ両相のＭＺ変調器においても、略同様に生成できることが知られている。この場合、２つの変調電極に、同一の振幅（Ｖπ）で互いに逆相の２値デジタル信号を同一のタイミングで印加することによって、同じ動作点で変調動作が実行されるようにすればよい。【００２２】
図９は、上記２値位相変調器を用いて構成された従来の直交４値の光位相変調器１３３を示す。此の種の直交位相変調器は、例えば、半導体光ＭＺ変調器を用いたものが非特許文献１に記載されている。【００２３】
入力光経路１０２から入力された無変調の入力光１０１は、光分岐器１０３で２つの光経路１０４−１、１０４−２に分岐される。光経路１０４−１、１０４−２は、光導波路によって構成されており、各経路には、上述した単相ＭＺ型２値光位相変調器１０５−１、１０５−２が配置され、それぞれの変調信号入力端子１１２−１、１１２−２に、互いに独立した同一ビットレートの２値電気デジタル信号が印加されている。これらの２値電気デジタル信号は、ビットタイミングが互いに一致するように、信号遅延量が調整されている。上記２値電気デジタル信号の印加によって、光経路１０４−１、１０４−２の通過光には、それぞれ変調度πの２値位相変調が加えられる。【００２４】
一方の光経路１０４−１には、２値光位相変調器１０５−１の後方にπ／２光位相シフタ１３１が設けてあり、２値位相変調光の位相がπ／２だけ回転するようになっている。この結果、光経路１０４−１を通過した２値位相変調光１０７−１の位相点配置は、図１０（Ａ）のようになり、他方の光経路１０４−２を通過した２値位相変調光１０７−２の位相点配置は、図８（Ｂ）のようになる。【００２５】
これらの２値位相変調光は、同一の光強度で光結合器１０９に入力され、互いに干渉する。上記２値位相変調光の位相は、瞬時的には、図１０（Ａ）または図８（Ｂ）に示した２つの位相点の何れかとなるため、光結合器１０９からの出力光１３４の位相点配置は、図１０（Ｂ）に示すように、図１０（Ａ）と図８（Ｂ）の位相点をベクトル合成したものとなる。出力光１３４の位相点は、互いに９０度ずつずれたπ／４、３π／４、−３π／４、−π／４の４点であり、出力光１３４は直交４値の位相変調光となる。【００２６】
上記直交４値位相変調器１３３では、位相点の拡がり（符号間干渉）の無い２つの２値位相変調光をベクトル合成しているため、合成角度が安定であれば、出力光１３４は、符号間干渉の無い理想的な４値位相変調光となる。【００２７】
図１１は、特開２００４−３４８１１２号（US 6,798,557：特許文献１）に示された任意変調度をもつ２値光位相変調器１３０の構成を示す。
ここに示した２値光位相変調器１３０は、図９に示した直交４値位相変調器１３３と略同一の構造となっているが、π／２光位相シフタ１３１が設けられた光経路１０４−２には光変調器が存在していない。従って、光結合器１０９において、２値位相変調光１０７と無変調光１０８とが合成される。２値位相変調光１０７と無変調光１０８は、強度が同一ではなく、その振幅比が意図的に１：ａに設定されている。【００２８】
図１２（Ａ）に、振幅「１」の無変調光１０８の位相点配置を、また、図１２（Ｂ）に、２値位相変調光１０７の位相点配置を示す。無変調光１０８は、π／２の位相シフトを受けた結果、Ｑ軸上の点（０，１）に頂点を持つ。また、２値位相変調光１０７の位相点は、（−ａ，０）と（ａ，０）の何れかである。よって、これら２つの光信号を光結合器１０９で干渉して得られた出力光１３２の位相点は、図１２（Ｃ）に示すように、（−ａ，１）と（ａ，１）の何れかになる。これら２点は、互いに原点からの距離が等しく、位相角が±φ＝ａｒｃｔａｎ（ａ）だけ変化しており、変調量２φの位相変調光となっていることがわかる。【００２９】
上記２値光位相変調器１３０は、２つの光信号１０７、１０８の比率ａを調整することによって、変調位相角φを任意に設定でき、前述した直交変調器と同様、位相方向と振幅方向の両方で、符号間干渉の発生を抑圧できる特徴がある。特許文献１では、位相変調量をそれぞれπ、π／２、π／４に設定した任意位相変調器を２進法的に多段縦続接続することによって、８値、１６値などの多値位相変調器を構成できることを開示している。【００３０】
【非特許文献１】R. A. Griffin, et. al., "10Gb/s Optical Differential Quadrature Phase Shift Key (DQPSK) Transmission using GaAs/AlGaAs Integration," OFC2002, paper PD-FD6, 2003.
【非特許文献２】Kenro Sekine, Nobuhiko Kikuchi, Shinya Sasaki, Shigenori Hayase and Chie Hasegawa, "Proposal and Demonstration of 10-Gsymbol/sec 16-ary (40 Gbit/s) Optical Modulation / Demodulation Scheme," paper We3.4.5, ECOC 2004, 2004.
【特許文献１】特開２００４−３４８１１２号（US 6,798,557：Sep. 28,2004 "Direct optical N-state phase shift keying" Appl. No.: 443328, Filed: May 22, 2003）
【特許文献２】特開２００２−３２８３４７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
上述したように、位相変調に関しては、符号間干渉を略完全に抑圧する波形生成技術が知られていたが、振幅変調と、振幅と位相を同時に変調する２値および多値の光変調技術は報告されていない。例えば、特許文献１では、強度変調波形の生成法については、全く触れていない。【００３２】
一方、多値振幅変調における波形歪の低減は重要視されており、例えば、特開２００２−３２８３４７号（特許文献２）には、ＭＺ変調器の２つの電極に互いに変調度の異なる２値電気信号を印加することによって、４値光信号を生成する方法が示されている。しかしながら、この方法では、２つの電気信号を直接加算する場合に比較して、加算時に生ずる波形劣化を抑制できるという利点はあるものの、ＭＺ変調器の消光特性の傾斜部分が使われているため、元の２値電気信号の持っている波形歪を抑圧することはできない。また、２つの電極での独立した変調動作に伴って、位相方向に大きな揺らぎを発生するという問題がある。【００３３】
尚、２値の振幅変調においては、２値電気デジタル信号のマークとスペースをＭＺ変調器の正弦波状の変調特性のピークとボトムに一致させることによって、符号間干渉を抑圧した強度波形が簡単に生成できると認識されていた。しかしながら、一般の多値光位相変調で用いられる２値の光変調においては、強度変調でデジタル信号のスペースを送信する時、光強度をゼロにはできないため、スペースレベルを変調特性のボトムに一致させることができず、スペース部で波形整形効果が得られないという問題がある。【００３４】
従って、本発明の第１の目的は、符号間干渉の発生を抑圧し、振幅と位相の双方に歪の無い信号波形をもつ２値または多値の振幅変調光の生成できる光変調器を提供することにある。
本発明の第２の目的は、光多値振幅・位相変調においても、符号間干渉の発生を抑圧することにある。【００３５】
従来技術における多値光変調における多値数の最大値は、非特許文献２で報告されている１６値振幅・位相変調である。このような多値数の多い光変調では、変調時に発生する振幅と位相の符号間干渉が障害となって、受信感度や波長分散耐力などの伝送特性が制限され、１６値以上の多値数をもつ光変調が困難となっていた。【００３６】
本発明の第３の目的は、多値数を増加でき、必要に応じて多値数を柔軟に変更可能で、情報を効率的に送信できる多値光変調器を提供することにある。
光多値振幅・位相変調には、光信号の位相点を同心円状、あるいは格子状に配置する手法が知られている。しかしながら、大きい多値数をもつ現実的な光波形の生成方法については、殆んど検討されていない。無線通信で使われているように、多値信号同士を最終段でベクトル合成する直交合成法を光波形生成に適用することも、理論上は可能である。しかしながら、光信号の変調に直交合成法を用いると、複雑な多値光変調器を含む干渉系を構成する必要があり、その小型化が困難になるという問題点がある。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
図９、図１１で説明した従来の光変調器は、無変調光と位相変調器（ＢＰＳＫ）を通過した２値位相変調光、またはそれぞれが位相変調器を通過した２つの２値位相変調光を互いにπ／２だけ位相をずらして干渉させることによって、２値または４値の位相変調光を生成している。【００３８】
本発明は、位相変調器を適用して、振幅変調光、または振幅と位相の両方が変調された３値以上の多値振幅・位相変調光を生成できるようにしたものであり、少なくとも１つの光経路に光位相変調器が配置されている複数の光経路からの出力光を同一位相、または、±π／２以外の任意位相角で干渉させることを特徴とする。【００３９】
更に詳述すると、本発明の光変調器は、入力光経路と、上記入力光経路から入力された光信号をＮ本（Ｎは２以上の整数）の光経路に分岐する光分岐器と、上記Ｎ本の光経路のうちの少なくともＮ−１本の光経路に配置された多値数ＫのＭ個（ＭはＮ−１以上の整数）の光位相変調器と、上記Ｎ本の光経路の出力光を同一の偏波状態で互いに干渉させ、出力光経路に送出する光結合器とからなり、少なくとも２本の光経路の出力光を同一位相、または、±π／２以外の任意位相角で干渉させることによって、上記光出力経路に、ＫのＭ乗値以下の振幅値を持った振幅変調光、またはＫのＭ乗値以下の位相点を持った振幅と位相の両方が変調された多値振幅・位相変調光を出力することを特徴とする。【００４０】
また、本発明は、入力光経路からの入力光をＮ本（Ｎは２以上の整数）の光経路に分岐し、これらの光経路からの出力光を互いに干渉させて、出力光経路に変調光信号を生成する光変調器において、上記Ｎ本の光経路の少なくとも１つに２値光位相変調器を有し、上記２値光位相変調器をもつ光経路を含む少なくとも２本の光経路の出力光を同一位相、または、±π／２以外の任意位相角で干渉させることによって、上記入力光経路に入力された光に２値以上の多値振幅変調、または振幅と位相の両方が変調された３値以上の多値振幅・位相変調を与えることを特徴とする。【００４１】
本発明によれば、特定タイプの変調器、例えば、マッハツェンダ型２値光位相変調器を構成要素として、光振幅変調器、あるいは光振幅・位相変調器を構成できる。また、位相変調器として、変調時に符号間干渉の発生しない変調器、例えば、単相型または両相型のＭＺ変調器を用いた変調度πの２値位相変調器、任意変調度の２値位相変調器、直交型４値位相変調器を適用すると、これらの変調器で生成された光信号のベクトル合成によって生成される多値振幅変調光、多値振幅・位相変調光の符号間干渉を略完全に抑圧できる。【００４２】
光位相変調器として、例えば、π変調電圧がＶπの単相無チャープマッハツェンダ型光変調器を使用する場合、該光位相変調器に対して、略２Ｖπの振幅を有し、マークの平均レベルとスペースの平均レベルが、それぞれ該光位相変調器の光出力強度が最大となる２つの隣接する電圧点に合致した２値高速電気デジタル信号を入力する。【００４３】
光位相変調器として、例えば、π変調電圧がＶπの両相マッハツェンダ型光変調器を適用する場合、該光位相変調器に対して、略Ｖπの振幅を有する互いに反転した２列の２値高速電気デジタル信号を入力し、マークとスペースの送信時に、該光位相変調器の動作点がそれぞれ上記マッハツェンダ型光変調器の光出力強度が最大となる２つの隣接する電圧点に合致させる。【００４４】
本発明の他の特徴は、上述した光変調器の出力光経路に第２の変調器を縦続接続した構成にある。この構成によれば、後述する実施例から明らかなように、１６ＱＡＭ信号などの複雑な位相点配置を持った光信号を容易に生成できる。本発明の光変調器は、本発明を適用した他の光変調器と組み合わせても良い。【００４５】
本発明の更に他の特徴は、入力光が分岐されるＮ本の光経路のうちの少なくとも１本に、他の特定の光経路の出力光との間の位相差を調整するための光位相調整器を配置し、少なくとも光位相変調器が配置された光経路に、光信号の振幅を調整するための可変光減衰器を配置したことにある。合成される光信号の電界振幅比と位相差を変えることによって、光変調器の出力光波形における振幅開口値や位相点配置を変更できる。この場合、振幅比を適切に設定することによって、1対の位相点が重なった位相点配置とし、意図的にＭのＮ乗（ＮはＭ値位相変調器の個数）以下の任意の多値数をもった多値光信号や、光パーシャルレスポンス信号を生成できる。【００４６】
上記構成において、例えば、出力光経路に第２の光位相変調器を縦続接続した場合、光位相調整器と可変光減衰器を制御することによって、上記第２の光位相変調器から出力される変調光の多値数、位相点配置を変えることができる。
複数の光経路から出力された光信号を同位相で合成したい時、位相ずれが発生すると、波形劣化の原因となるが、この問題は、実施例で詳述するように、合成された出力光における振幅変調成分が最大になるように、光信号の位相を自動制御することによって解消できる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明によれば、複数光経路の出力光を同一位相、または、±π／２以外の任意位相角で干渉させることによって、位相変調器を適用して、振幅変調光、または振幅と位相の両方が変調された３値以上の多値振幅・位相変調光を生成できる。また、多値光振幅変調において、振幅方向の符号間干渉を抑圧することによって、２値電気信号に波形劣化があった場合でも、波形劣化の少ない多値光信号を生成でき、多値光信号波形のアイ開口を拡大できるため、効率的な情報伝送が可能となり、受信装置側で光信号の受信感度も大幅に改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００４９】
図１は、本発明の第１実施例として、４値光振幅変調器１００の構成を示す。
入力光経路１０２から供給された入力光１０１は、光分岐器１０３で第１光経路１０４−１、第２光経路１０４−２、第３光経路１０４−３に分岐される。これらの光経路のうち、第２光経路１０４−２と第３光経路１０４−３には、それぞれ単相ＭＺ型の２値光位相変調器１０５−１、１０５−２が配置され、第１光経路１０４−１と第３光経路１０４−３には、それぞれ光位相調整器１０６−１、１０６−２が設けてられている。【００５０】
２値光位相変調器１０５−１、１０５−２の変調信号入力端子１１２−１、１１２−２には、それぞれ個別の２値電気デジタル信号が印加されている。これらの電気信号は、ビットレートが等しく、互いにビットタイミングが合致するように、信号遅延量が調整されている。これによって、第２光経路１０４−２と第３光経路１０４−３を通過する光には、それぞれ変調度πの２値位相変調が加えられる。【００５１】
光位相調整器１０６−１、１０６−２には、それぞれバイアス端子１１３−１、１１３−２を介して、外部からバイアス信号を印加され、これによって、各光経路から出力される光信号の位相状態が調整される。本実施例では、上記バイアス信号によって、それぞれ光経路１０４−１、１０４−２、１０４−３を通過した３つの光信号、すなわち、無変調光１０８と２値位相変調信号１０７−１、１０７−２の位相が互いに完全に一致する（位相差がゼロとなる）ように調整される。【００５２】
位相が揃った状態で、上記光信号１０８、１０７−１、１０７−２を光結合器１０９で相互干渉させることによって、出力光経路１１０に出力される出力光１１１に４値振幅変調を生じさせることができる。この時、光信号１０８、１０７−１、１０７−２は、電界振幅比率が「１：ａ：ｂ」となっている。尚、各光信号の瞬時光強度は、電界振幅の二乗となるため、瞬時光強度の比率は「１：ａ＾２：ｂ＾２」となる。【００５３】
図２を参照して、上記４値光振幅変調器１００における４値光振幅変調の生成原理を説明する。
図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ無変調光１０８、２値位相変調光１０７−１、２値位相変調光１０７−２の位相点配置を示している。これらの光信号は、それぞれの光位相が互いに一致するように位相調整されている。基準位相をＩ軸とすると、無変調光１０８の位相点は、図２（Ａ）に示すように座標（１，０）、２値位相変調光１０７−１の位相点は、図２（Ｂ）に示すように（−ａ，０）または（ａ，０）、２値位相変調光１０７−２の位相点は、図２（Ｃ）に示すように（−ｂ，０）または（ｂ，０）となる。従って、これら３つの光信号を合成（干渉）して得られる出力光１１１の位相点配置は、（１−ａ−ｂ，０）、（１−ａ＋ｂ，０）、（１＋ａ−ｂ，０）、または（１＋ａ＋ｂ，０）の４点となる。【００５４】
ここで、振幅比ａ、ｂを０＜ｂ＜ａ＜１とすると、出力光１１１の位相点配置は、、図２（Ｄ）に黒丸で示すように、Ｉ軸上の原点からの距離（電界振幅）が異なる４点となり、出力光信号１１１は、異なる４つの強度レベル（１−ａ−ｂ）＾２、（１−ａ＋ｂ）＾２、（１＋ａ−ｂ）＾２、（１＋ａ＋ｂ）＾２を持つ４値振幅変調光となる。【００５５】
光結合器１０９に入力される光信号は、無変調光１０８と、符号間干渉（位相点の拡がり）の無い理想的な２値位相変調光１０７−１、１０７−２となっているため、これらの光信号をベクトル加算して得られる出力光信号（４値振幅変調光）１１１も、符号間干渉が抑圧された理想的な波形となる。また、出力光信号１１１は、全ての位相点がＩ軸上に配置されているため、変調時に位相揺らぎが発生しない。【００５６】
本実施例によれば、変調器１００から出力される４値振幅変調光の信号レベルは、上述したように、電界振幅比ａ、ｂによって決まるため、これらの強度を適切に設定することにより、所望のレベル比の光信号を得ることができる。例えば、ａ＝２／３、ｂ＝１／３とすると、出力信号の４つの強度レベルは、電界比で、下から順に０：２／３：４／３：２＝０：１：２：３となり、最低レベル（電界振幅１−ａ−ｂ）の光強度を０として、各レベルの光電界の間隔を一定にすることができる。【００５７】
このように電界を等間隔に配置すると、各レベルの光強度比は、０：１：４：９のように、二乗ルールで上のレベルほど間隔が広がっていく。光増幅器を用いた光伝送システムでは、光増幅器からの雑音光が受信感度の制限要因となるため、光強度レベルをこのように二乗ルールに従って配置すると、受信感度の面で最も理想的となる。【００５８】
本実施例で得られた４値強度変調光は、無チャープであるため、これを利用して、光位相変調を加えた多値振幅・位相変調光を生成することが可能となる。この場合、最低レベルの光強度がゼロにならないように、例えば、ａ＝０．４，ｂ＝０．２とする。このとき、出力光信号の４つのレベルは、電界比で下から順に０．４：０．８：１．２：１．６＝１：２：３：４となり、最低レベルを含めて、上述した二乗ルールを実現できる。但し、下側のアイ開口が小さくなり過ぎると、受信特性が劣化するため、実際の応用においては、光強度レベルが等間隔配置と二乗ルール配置との中間ぐらいになるように、レベル設定するのが望ましい。【００５９】
図３は、本実施例の変調方法で実験により生成された４値強度変調光の信号波形を示している。
実験系は、図１と同じように、光信号を３つに分岐した後に、第２、第３の光経路に、それぞれ単相ＭＺ型光変調器を配置し、無変調光と、単相ＭＺ型光変調器を通過した２つの２値位相変調光を再び光結合する構成となっている。これらの部品は、略同一長さの光ファイバで結合され、単相ＭＺ型光変調器に印加するデータ信号のビットレートは、１０Ｇｂｉｔ／ｓとし、その振幅は、理想的な振幅値２Ｖπのおよそ９０％としてある。また、干渉計で結合された３つの光経路には、それぞれ光アッテネータを挿入し、３つの光信号１０８、１０７−１、１０７−２の強度比を凡そ「１：−１１．４ｄＢ：−１６．５ｄＢ」とし、電界比で「１：０．２６：０．１５」とした。４値光信号の各レベルの強度比は、計算上では、Ｌ０：Ｌ１：Ｌ２：Ｌ３＝１：２．２：３．５３：５．６６となる。【００６０】
図３（Ａ）が、実際に生成された４値強度変調光のアイパターンを示す。電圧振幅の不足のため、ビットの前半などで、各レベルに多少の拡がりが見られるものの、どのレベルも略同一の太さの良好なアイ開口が得られており、符号間干渉の抑圧効果が確認できる。【００６１】
図３（Ｂ）は、この４値強度変調光をパルス化した光波形、図３（Ｃ）は、従来の電気信号の合成で生成した４値光波形を示している。後者は、符号間干渉による波形劣化のために、各光強度レベルの幅が増大し、アイ開口幅が縮小しているが、前者は、符号間干渉が抑圧されて、各レベルの幅が十分狭くなっており、極めて良好なアイ開口が得られることが確認できる。このように、本実施例によれば、符号間干渉を抑圧した理想的な光強度変調波形を生成することができる。【００６２】
本実施例は、実装において、各経路の光信号をコヒーレントに干渉させ、且つ、光位相雑音が光強度雑音に変換されることを防ぐために、各光経路長の差をできるだけ短く（レーザ光源の線幅にもよるが、通常は数１０ｃｍ以内）保つ必要がある。また、３つの光信号を効率よく干渉させるため、光信号の偏波状態を一定に保つ必要である。これらの条件は、偏波保持光ファイバ干渉系を用いて実現可能であるが、装置をより小型化するためには、空間光学系を用いた干渉系を使用し、複数の光部品を集積化して導波路で結合する構成とすればよい。【００６３】
図１に示した４値光振幅変調器１００の構成は、既に、ＬＮ結晶や半導体チップ上で集積化されている図９に示した直交４値位相変調器と略同一規模の光回路であり、製品を実現上での問題はない。小型の集積回路構造とすることによって、温度の変化等による干渉系の位相ずれを小さくし、安定に動作する光振幅変調器を実現できる。これは、後述する本発明による光多値振幅・位相変調器においても同様である。【００６４】
図１において、位相調整器１０６（１０６−１、１０６−２）は、光信号の位相を波長以下のレベルで微調整する部分であり、その機能は、電気光学効果やシュタルク効果などを利用した光位相変調器の採用、遅延線または光導波路の一部に高屈折領域を設けたりレーザトリミング技術など、種々の手法で実現できる。また、本実施例では、光経路１０４−１と１０４−３に位相調整器１０６を配置しているが、結果的に３本の光経路の位相差を相対的に調整できればよいため、位相調整器１０６は、実施例とは異なった位置に配置してもよい。【００６５】
尚、４値光振幅変調器１００の製造時点で、例えば、経路長の高精度管理、温度依存性の排除技術などによって、３本の光経路に位相差が生じない構造となっていれば、位相調整器１０６の配置は不要となる。従って、位相調整器１０６は、本実施例における必須の構成要件ではない。
単相ＭＺ型２値光位相変調器１０５の代わりに、従来技術として説明した両相ＭＺ型２値位相変調器を適用してもよい。但し、後者は、２系統の互いに反転した２値電気デジタル信号を必要としているため、これらのデジタル信号間で振幅差が発生すると、前者に比較して、符号間干渉の抑制効果が低下する可能性がある。【００６６】
本実施例では、４値振幅変調信号を生成しているが、並列に配置される光経路の本数と変調器の個数を増やすことによって、例えば、８値、１６値など、多値数の高い光振幅変調を実現できる。電界振幅比ａ、ｂの値は、生成すべき光信号の位相点配置に応じて、広い範囲で変更可能であり、例えば、ａとｂの大小関係を逆転したり、ａとｂの値を等しくてもよい。また、基準となる電界振幅の値を１より大きくしても構わない。【００６７】
これらの電界振幅比の大きさは、例えば、光分岐器１０３の分岐比、光結合器１０９の結合比を変えることによって、所望の値に設定できる。電界振幅比の調整には、光経路１０４−１〜１０４−３、２値光変調器１０５−１〜１０５−２、光位相調整部１０６−１〜１０６−２における損失差や、後述するように、光強度調節に専用の光アッテネータや光増幅器を利用してもよい。光経路にＭＺ型や電界吸収型などの光変調器を配置し、電極に直流電圧を印加することによって光損失を制御する構造を採用してもよい。【００６８】
尚、本実施例の構成では、位相ずれが丁度πとなっても、符号間干渉の無い４値振幅変調波形を生成できるが、この場合、伝送される２値デジタル信号の極性が反転するという問題がある。
しかしながら、このような符号反転は、受信側で検出できるため、例えば、受信器側の復号器に符号補正回路を設けることによって、符号反転を自動的に補正することができる。別の方法として、送信器側に、４値光振幅変調器１００で生成した光信号から符号反転を検出する光検出器を設けておき、符号反転を送信側で修正するようにしてもよい。【００６９】
符号反転の発生は、例えば、各光位相変調器に印加するバイアス信号に低周波のディザリング信号を重畳しておき、出力光の一部を送信器内に設けた低速光受信器で受信して、ディザリング信号の位相を調べることによって検出するようにしてもよい。
【実施例２】
【００７０】
図１３は、本発明の第２実施例として、自動位相調整機能を備えた４値光振幅変調器１００Ａを示す。
光結合器１０９に接続される各光経路の長さが、例えば、環境温度の変化や経年変化によって変動すると、光結合器１０９から出力される光多値強度変調波形のアイ開口の大きさが変化し、伝送特性が劣化する。アイ開口が大きく変化すると、デジタル信号の論理値が反転し、信号伝送が不能となる可能性がある。この場合、各位相点が位相方向にも変化し、波形のチャープによる伝送劣化や、位相変調結果にも大きな劣化が生じる可能性がある。【００７１】
第２実施例では、これらの現象を防止するため、光結合器１０９の出力光１１１の一部を光経路１１０−２を介して光検出器（ＰＤ）１４２に導き、出力光１１１の振幅変調成分を電気信号に変換する。光検出器１４２の出力信号は、高周波検出器１４３に入力され、振幅を示す直流電気信号に変換される。この信号は、Ａ／Ｄ変換器１４４でディジタル信号に変換した後、最大値制御部１４５に入力される。【００７２】
最大値制御部１４５は、Ａ／Ｄ変換器１４４の出力が示す振幅値が最大となるように、１対の制御信号Ｖｐ１、Ｖｐ２を生成する。制御信号Ｖｐ１、Ｖｐ２は、それぞれＤ／Ａ変換器１４６−１、１４６−２でアナログ信号に変換した後、光位相調整器１０６−１、１０６−２のバイアス端子１１３−１、１１３−２に印加される。【００７３】
図１４は、最大値制御部１４５が実行する制御アルゴリズムを示すフローチャートである。
最大値制御部１４５は、高周波検出器１４３で観測される１つの検出信号に基いて、２つの光位相調整器１０６−１、１０６−２を制御する必要があり、ここでは、変数ｉの値を判定して（ステップ１４０１）、２つ光位相調整器を時分割で制御している。【００７４】
すなわち、変数ｉが奇数の場合は、ステップ１４０２〜１４０６からなる制御シーケンスで、光位相調整器１０６−１の制御信号Ｖｐ１を調整し、変数ｉが偶数の場合は、ステップ１４１２〜１４１６からなる制御シーケンスで、光位相調整器１０６−２の制御信号Ｖｐ１を調整している。変数ｉの値は、各制御シーケンスの実行の都度、インクリメント（ｉ＝ｉ＋１）される。【００７５】
例えば、変数ｉが奇数の場合、制御信号Ｖｐ１を一定値ΔＶだけ増加して（１４０２）、高周波検出器１４３の出力（Ａ／Ｄ変換器１４４の出力）が増加したか否かを判定する（１４０３）。検出器出力が増加していれば、変数ｉをインクリメントして、他方の制御シーケンスに移行する。逆に、検出器出力が減少した場合は、制御信号Ｖｐ１を元の値からΔＶだけ減少させ（１４０４）、高周波検出器１４３の出力が増加したか否かを判定する（１４０５）。検出器出力が増加していれば、変数ｉをインクリメントして、他方の制御シーケンスに移行する。検出器出力が減少した場合は、制御信号Ｖｐ１の値を元に戻して（１４０６）、他方の制御シーケンスに移行する。【００７６】
変数ｉが偶数の場合、ステップ１４１２〜１４１６からなる制御シーケンスが実行される。ステップ１４１２〜１４１６は、制御信号がＶｐ２に変わっただけで、ステップ１４０２〜１４０６と対応している。
上記最大値制御によれば、例えば、各光経路での光位相が温度変化によって変化した場合でも、光強度変調成分が最大となるように光位相調整器１０６−１、１０６−２の状態が自動的に調整されるため、４値光強度変調波形の劣化を最小限に抑えられる。【００７７】
光位相調整器１０６−１、１０６−２の制御には、例えば、最大傾斜法を利用した制御アルゴリズムのように、本例以外の他の制御アルゴリズムを適用してもよい。実施例では、１つの検出信号に基いて、２つの制御信号Ｖｐ１とＶｐ２を生成したが、例えば、制御信号Ｖｐ１とＶｐ２に周波数の異なるディザリングをかけておき、これらのディザリング成分を別々に抽出することによって、独立した検出信号を得るようにしてもよい。ここでは、２変数制御の例を示しているが、光経路や変調器の個数を増加した場合でも、同様の制御アルゴリズムを適用可能である。【００７８】
上述した最大振幅制御に用いる光検出器１４２は、光信号の強度変調成分を或る程度受信できれば十分であり、各変調器１０５に印加される電気２値デジタル信号のビットレートよりも帯域の狭い廉価な検出器を適用できる。その理由は。通信に用いる２値デジタル信号のデータパターンは略ランダムであり、電気２値デジタル信号には、高周波から低周波までの広い周波数成分が含まれているためである。例えば、図３の実験例では、帯域１．５ＧＨｚ程度の光検出器を用いて、図１４のアルゴリズムによる自動制御を行い、問題なく動作することを確認している。【００７９】
光強度検出器１４２、高周波検出器１４３、Ａ／Ｄ変換機１４４からなる回路部は、光信号の持つ振幅変調成分を抽出するためのものであり、他の回路構成に置き換え可能である。例えば、光検出器１４２の直後にＤフリップフロップを設け、出力電気信号を非同期でサンプリングすることによって、出力データの分布幅や最大・最小レベルを調べ、これらが最大・最小となるように制御してもよい。また、光スペクトル成分を観測し、変調に対応したスペクトル成分が最大となるように制御してもよい。【００８０】
本実施例では、結果的に出力光の振幅変調成分が最大にできればよいため、最大値制御部１４５の代わりに、例えば、最小値制御回路や、一定値制御回路など、他の機能回路が使用されてもよい。【００８１】
尚、図１３では、光信号経路１０４−２、１０４−３に光アッテネータ１４０−１、１４０−２を配置し、制御端子１４１−１、１４１−２に外部から減衰量制御信号を与えることによって、光信号の振幅を調整できるようにしている。光アッテネータ１４０−１、１４０−２での振幅減衰量は、光振幅変調器１００を装備した送信器の出荷時に、所望の出力波形が得られるように調整し、最適減衰量に固定してもよいし、例えば、光結合器１０９の直前で各光経路の光信号の強度を観測し、それぞれの信号強度が常に所定値になるように減衰量を自動制御するようにしてもよい。更には、光検出器１４２で、多値振幅変調光の強度レベルを直接観察し、それぞれの強度レベルが所定値になるように光アッテネータ１４０−１、１４０−２をフィードバック制御するようにしてもよい。【００８２】
上記光アッテネータによって、例えば、製造誤差や経時劣化によって、各光経路の信号強度が変動した場合でも、合成時の光振幅比を一定の値に維持し、所定の振幅比を持った多値振幅変調波形を得ることが可能となる。また、用途に応じて光信号の振幅を可変し、最適な多値振幅変調波形を得ることが可能となる。
【実施例３】
【００８３】
図１５は、本発明の第３実施例として、８値光振幅・位相変調器（振幅２値、位相４値）２００の構成例を示す。本実施例では、本発明の基本的な形態である２値光振幅変調器１５３が使用されている。【００８４】
半導体レーザ光源１５０から出力された無変調光１５１は、公知の直交４値光位相変調器（ＱＰＳＫ）１３３に入力され、直交４値の位相変調光１５２−１に変換される。直交４値位相変調光１５２−１は、２値光振幅変調器１５３に入力され、無チャープの２値振幅変調を受ける。２値光振幅変調器１５３の内部では、入力された直交４値光位相変調光１５２−１が、第１光経路１０４−１と第２光経路１０４−２に分岐される。第１光経路１０４−１の入力光は、無変調のまま光結合器１０９に入力される。一方、第２光経路１０４−２の入力光は、単相ＭＺ型２値光位相変調器１０５で２値位相変調を受けた後、可変減衰器１４０、位相調整器１０６によって振幅をａ、位相差を０に調整した光信号１３５となって、光結合器１０９に入力される。【００８５】
ここでは、理解を容易にするため、２値光振幅変調器１５３への入力光１５２−１が無変調であったと仮定する。この場合の２値光振幅変調器１５３の出力光を２値強度変調光１１１と呼ぶ。このとき、第２光経路の出力光信号１３５は、２値の位相変調光となり、位相ずれがなければ、その位相点配置は、図１６（Ａ）に示す黒丸の２点（半径：ａ、位相：０またはπ）となる。もし、光位相が所定値よりθだけずれた場合、位相点配置は、図１６（Ａ）に示す白丸の２点（半径：ａ、位相：θまたはπ＋θ）となる。【００８６】
位相ずれが無い場合、第１光経路１０４−１を通過した振幅１の無変調光１５２−２と、第２光経路の出力光信号１３５を光結合器１０９で合成すると、２値強度変調光１１１の位相点は、図１６（Ｂ）の左図に示すように（１−ａ，０）、（１＋ａ，０）の２点となる。このとき、２値強度変調光１１１は、図１６（Ｂ）の右図に示すように、符号間干渉が抑圧された理想的な２値振幅変調光となる。【００８７】
本実施例では、振幅比ａによってスペースレベルＬ０の消光比を自由に設定可能であり、例えば、ａ＝１のときは完全消光（Ｌ０＝０）、ａ＝０．５にすると消光比１／３となる。通常のＭＺ型光振幅変調器を用いた場合、消光を劣化させるに伴ってスペースレベルでの波形整形効果が失われてしまうが、本実施例では、符号間干渉を常に抑圧した良好な波形を生成できる。【００８８】
図１６（Ｃ）の左図は、位相ずれθがあった場合の２値強度変調光１１１の位相点を示す。この場合、２つの位相点は、白丸で示すように、（１，０）を中心に角度θだけ回転してしまう。２値強度変調光１１１の強度波形は、図１６（Ｃ）の右図に示すように、角度θの位相回転によって、内側の位相点（座標：「１−ａ，０」、強度：Ｌ０）が原点から遠ざかり、外側の位相点（座標：「１＋ａ，０」、強度：Ｌ１）が原点に近づく。その結果、それぞれの強度レベルが「Ｌ０’」、「Ｌ１’」となって、強度波形の振幅が減少するため、この振幅を常に最大に保つことによって、常に最適の２値光振幅変調波形を保つことができる。これが本発明において光振幅変調波形の生成に用いる最大値制御の原理であり、この制御は２値を越える振幅変調の際にも同様に適用できる。【００８９】
また、上記制御は、入力光１５２−１に他の変調、例えば、図１５に示したように、直交４値位相変調が加えられていた場合にも有効となる。入力光１５２−１が４値位相変調光の場合、位相ずれが無ければ、出力光１５７は、正しい８値振幅・位相変調となる。
８値振幅・位相変調光の位相点配置は、図１６（Ｄ）に８つの黒丸で示すように、放射状２重の同心円配置（位相４値、振幅２値）となる。また、２値光振幅変調器１５３で位相ずれθがあった場合、内側円上と外側円上の２個の位相点が対になって、位相点配置は、図１０（Ｂ）に示した元の４値位相変調の位相点を中心にθだけ回転し、図１６（Ｄ）に白丸で示すような不完全な配置に遷移する。この遷移によって、内側円上と外側円上の位相点の距離が縮まり、振幅変調成分が小さくなる。【００９０】
この場合、上述したように振幅変調成分が最大となるように制御すれば、位相ずれの影響を抑圧できる。上記最大値制御は、入力光に４値位相変調以外の他の複雑な変調が加えられていた場合でも有効であり、これによって常に良好な位相点配置を維持できる。
【実施例４】
【００９１】
図１７は、本発明の第４実施例として、振幅２値、位相２値に変調された４値光振幅・位相変調器１５４の構成例を示す。
本実施例では、入力光１０１が、光分岐器１０３で第１光経路１０４−１と第２光経路１０４−２に分岐されている。第１、第２光経路１０４−１、１０４−２には、それぞれ単相ＭＺ型２値光位相変調器（ＢＰＳＫ）１０５−１、１０５−２と、可変光減衰器１４０−１、１４０−２とが配置されている。第２光経路１０３−２には、更に、光位相調整器１０６が配置され、第１、第２光経路から出力される２値位相変調光１０７−１、１０７−２が、光結合器１０９で合成されている。また、光位相調整器１０６は、図１３に示した第２実施例と同様、最大値制御部１４５によって、制御されている。【００９２】
上記構成は、一見すると、図９に示した従来の直交４値光位相変調器と類似している。しかしながら、本実施例は、光結合器１０９が、第１、第２光経路の出力光信号を位相差０で合成（干渉）し、この状態を維持するように光位相調整器１０６が自動制御されている点で、従来の直交４値光位相変調器と相違している。また、本実施例は、光結合器１０９に入力される２つの光信号（２値位相変調光）の一方、この例では第２光経路の光信号を可変減衰器１４０−２で意図的に減衰することによって、光結合器１０９が２つの光信号を異なった振幅比ａ：ｂで合成している点で、従来の直交４値光位相変調器と相違している。【００９３】
ここで、図１８を参照して、４値振幅・位相変調の原理について説明する。
第１光経路の２値位相変調光１０７−１の位相点配置は、図２（Ｂ）と同一であり、第２光経路の２値変調光１０７−２の位相点配置は、図１８（Ａ）の黒丸のようになる。【００９４】
図１８（Ａ）で、白丸は、光信号の位相がθだけずれた場合の位相点を示している。
ここで、振幅ｂ＜ａと仮定すると、光信号１０７−１と１０７−２を合成して得られた光信号１５６の位相点は、座標（−ａ−ｂ，０）、（−ａ＋ｂ，０）、（ａ−ｂ，０）、（ａ＋ｂ，０）の４点となる。【００９５】
これらの位相点は、図１８（Ｂ）の左図に示すように、実軸上に配置された振幅位相変調光（振幅は、ａ−ｂ、ａ＋ｂの２値、位相は、０またはπ）となる。図１８（Ｂ）の右図は、上記振幅位相変調光の強度波形であり、レベルＬ０が振幅ａ−ｂの位相点に対応し、レベルＬ１が振幅ａ＋ｂの位相点に対応している。【００９６】
図１８（Ｃ）の左図は、光信号の位相がθだけずれた場合の位相点配置を示す。前述したように、位相ずれθ分だけ、各位相点が、元の２値位相変調光１０７−１の位相点の周りに回転した形となっている。この結果、強度波形は、図１８（Ｃ）の右図に示すように、上側の開口が縮小する。従って、本実施例でも、出力波形の振幅変調成分を高周波検出器１４３で検出し、これが最大となるように、最大値制御回路１４５で光位相調整器１０６を制御することによって、図１８（Ｂ）に示すように位相歪の無い最良の位相点配置を維持することができる。【００９７】
本実施例では、比率ａ：ｂを調整することによって、任意の消光比（Ｌ０／Ｌ１）を持った光多値振幅・位相変調光１５６を生成できる。尚、ここでは、振幅値ａ、ｂを異なる値としたが、仮に、従来の直交４値光位相変調器のようにａ＝ｂであったと仮定すると、合成された出力光信号１５６の位相点配置は、原点に近い２つの位相点が互いに重なって、図１８（Ｄ）に示すように３値になり、所望の変調光が得られない。
【実施例５】
【００９８】
図１９は、本発明の第５実施例として、３値の光多値振幅・位相変調器の一種である光デュオバイナリ変調器１５５の構成を示す。本実施例では、第４実施例で振幅値がａ＝ｂの時に縮退した３点の位相点配置を積極的に利用している。このため、ここに示した光デュオバイナリ変調器１５５の構成は、図１７に示した４値光振幅・位相変調器１５４と類似している。本実施例では、単相ＭＺ型２値光位相変調器１０５−１、１０５−２の変調信号入力端子１１２−１、１１２−２に、デュオバイナリ符号器１６１の出力Ｄ０、Ｄ１が供給されている。【００９９】
図２０（Ａ）は、光デュオバイナリ変調信号の位相点配置を示す。これは、図１８（Ｄ）に示した位相点配置と一致している。光デュオバイナリ変調信号は、光多値信号の位相、振幅の冗長性を利用したパーシャルレスポンス符号であり、データ信号入力端子１６０に入力された２値デジタル信号Ｄをデュオバイナリ符号器１６１で符号化することによって、単相ＭＺ型２値光位相変調器１０５−１、１０５−２に供給すべき２値の電気デジタル信号Ｄ０、Ｄ１が生成される。【０１００】
図２０（Ｂ）は、デュオバイナリ符号器１６１の符号化規則を示している。ここで、ｎは、入力データのビット番号を示しており、第ｎビットのデジタル値をＤ（ｎ）＝０またはＤ（ｎ）＝１で表す。デュオバイナリ符号ＤＢ（ｎ）の符号化規則は、
ＤＢ（ｎ）＝Ｄ（ｎ）＋Ｄ（ｎ−１）
である。【０１０１】
上記符号化規則から、ＤＢ（ｎ）の値は、入力デジタル値Ｄ（ｎ）、Ｄ（ｎ−１）の組み合わせに対応して、図２０（Ｂ）が示すように、０、１、２の３値となる。これらの３つの状態は、図２０（Ａ）が示す３つの位相点（−２ａ，０）、（０，０）、（２ａ，０）に順に割り当てることができる。【０１０２】
この場合、各位相点を生成するために単相ＭＺ型２値位相変調器１０５−１、１０５−２に実際に印加すべきデジタル信号Ｄ０（ｎ）、Ｄ１（ｎ）の組み合わせは、Ｄ（ｎ）、Ｄ（ｎ−１）の組み合わせから逆算して、Ｄ０（ｎ）＝Ｄ（ｎ−１）、Ｄ１（ｎ）＝Ｄ（ｎ）にすればよい。従って、デュオバイナリ符号器１６１は、図２０（Ｃ）に示すように、入力デジタルＤ（ｎ）をそのままＤ１（ｎ）として出力し、Ｄ（ｎ）の１ビット遅延信号をＤ０（ｎ）として出力する構成にすればよい。【０１０３】
本実施例は、４値光振幅・位相変調器の変形（３値の光多値振幅・位相変調器）によって、光デュオバイナリ信号１６２を生成できる。本実施例によれば、従来技術のようにローパスフィルタ、電気信号の加算器のような特別なデュオバイナリエンコーダが不要になる。また、図２０（Ａ）の右図に示すように、光波形が矩形に近くなるため、従来技術で生成される光デュオバイナリ波形に比べて、受信感度の劣化が少ない。【０１０４】
尚、光信号の波形が矩形に近づき過ぎると、光信号のスペクトル帯域幅が拡がる可能性があるが、この問題は、変調信号入力線１１２の途中に帯域制限用の低域透過フィルタを配置するか、狭帯域光バンドパスフィルタで出力光信号から余分な帯域を削減することによって解消できる。【０１０５】
図１９の実施例では、２値デジタル信号から３つの光位相点をもつ光デュオバイナリ波形を生成したが、同一ルールで更に複雑な光デュオバイナリ波形（例えば、振幅３値、位相点５値）を生成することも可能である。従って、本実施例によれば、より伝送効率の高い符号を適用した通信が可能となる。
【実施例６】
【０１０６】
図２１は、本発明の第６実施例として、第１実施例における光結合器１０９を複数のサブ光結合器１０９−１、１０９−２に分割し、異なる光経路を通過した光信号をこれらのサブ光結合器で逐次に干渉させ、各サブ光結合器の出力から抽出した個別の検出信号に基づいて、光位相調整器に与える制御信号を生成するようにした多値光振幅変調器１００Ｂを示す。【０１０７】
ここでは、第１実施例と同様、入力光を第１、第２、第３の光経路１０４−１、１０４−２、１０４−３に分岐し、第１、第３光経路１０４−１、１０４−３には光位相調整器１０６−１、１０６−２を配置し、第２、第３光経路１０４−２、１０４−３に単相ＭＺ型２値位相変調器１０５−１、１０５−２を配置している。第２、第３光経路は、第５実施例と同様の構成となっている。従って、第２、第３光経路を結合するサブ光結合器１０９−２からは、消光度の高い３値の振幅・位相変調光１６２が出力される。【０１０８】
サブ光結合器１０９−２の出力光１６２は、サブ光結合器１０９−１によって、第１光経路１０４−１の出力光と合成され、多値光振幅変調器１００Ｂの出力光１６５となる。尚、第１光経路１０４−１の出力光信号の振幅を１としたとき、第２、第３光経路１０４−２、１０４−３の出力光信号の振幅ａ、ｂは、可変減衰器１４１−１、１４１−２によって、それぞれ０．５に調整され、光位相は互いに合致させてある。【０１０９】
本実施例では、第２、第３光経路１０４−２、１０４−３の出力光をサブ光結合器１０９−２で合成する。サブ光結合器１０９−２の出力光１６２は、図２０（Ａ）に示した位相点配置を持つ３値の振幅・位相変調光であり、その一部が光検出器１４２−２に入力され、高周波検出器１４３−２、Ａ／Ｄ変換器１４４−２、最大値制御部１４５−２、Ｄ／Ａ変換器１４６−２によって、位相調整器１０６−２に印加すべきバイアス電圧Ｖｐ２に変換される。【０１１０】
サブ光結合器１０９−２から出力された３値の振幅・位相変調光１６２は、サブ光結合器１０９−１で、第１光経路を通過した無変調光１０８と合成（干渉）され、出力光１６５となる。出力光１６５の位相点配置は、図２２（Ａ）の左図に示す黒丸のようになる。【０１１１】
本実施例では、振幅ａ＝０．５、ｂ＝０．５とすることによって、振幅最小の位相点を原点に合致させ、変調光の消光度を高めている。出力光１６５の強度波形は、図２２（Ａ）の右図に示すように、最低レベルの強度Ｌ０が０となり、３つの信号レベルＬ０、Ｌ１、Ｌ２の間に、上下２つのアイ開口をもっている。【０１１２】
出力光１６５の一部は、光検出器１４２−１に入力され、高周波検出器１４３−１、Ａ／Ｄ変換器１４４−１、最大値制御回路１４５−１、Ｄ／Ａ変換器１４６−１によって、位相調整器１０６−１に印加すべきバイアス電圧Ｖｐ１に変換される。【０１１３】
本実施例では、サブ光結合器を多段に接続することによって、位相調整器１０６−１、１０６−２の制御系を独立させている。この構成によれば、各位相調整器が、個別の観測量（検出量）に基づいて制御されるため、位相ずれの制御精度が向上し、制御誤差の少ない、劣化の小さい波形を生成することが可能となる。【０１１４】
尚、図２２（Ａ）の左図に示した３つの位相点は、本来は、図１８（Ｂ）に示すように、４個ある位相点のうちの２つの位相点が同じ位置に重なったものであり、見かけ上で３値の光信号となっているに過ぎない。そこで、本実施例では、伝送すべき３値の電気データ信号１６３を符号器１６４に入力し、この符号器１６４で、２つの単相ＭＺ型光位相変調器１０５−１、１０５−２に入力すべき２値の電気デジタル信号Ｄ０とＤ１を生成している。符号器１６４は、図２２（Ｂ）の真理値表に従って、真の３値光振幅変調信号を生成する。
本実施例は、上述したように、光信号の位相点の一部を互いに重ね合わせ縮退させ、符号器によって適切な多値符号化を行うことによって、２のべき乗に限らない任意の多値数を持った光多値信号伝送にも適用できる。【０１１５】
次に、上記図２１に示した変調器構成で、グレイ符号化を適用した４値の振幅多値信号を伝送する例について説明する。
図２１の回路構成において、第２、第３光経路の光信号振幅比がｂ＜ａ＜０となるように可変減衰器１４０−１、１４０−２を調整すると、多値振幅・位相変調光１５６の位相点配置は、図２３（Ａ）に示すように、４値の振幅・位相変調光となる。これに第１光経路を通過した振幅１の無変調光１０８を加算すると、生成された出力光１６５の位相点配置は、図２３（Ｂ）に示すように、４値の振幅変調光となる。【０１１６】
上記出力光１６５は、４値の多値信号伝送に使用可能であるが、このままでは、例えば、雑音によって受信側で光信号の判定を誤り、隣接する位相点を正しく判定できなかった場合に、２ビット分の誤りが発生する可能性がある。この場合、符号器１６４としてグレイ符号器を使用し、入力データを図２３（Ｃ）に示す真理値表に従ってグレイ符号に変換するとよい。グレイ符号器を使用すると、２ビット単位の４値の入力信号１６３を、４つの位相点「１−ａ−ｂ」、「１−ａ＋ｂ」、「１＋ａ−ｂ」、「１＋ａ＋ｂ」に割り当てることができ、位相点（レベル）の判定ミスによって生じるビット誤りを１ビットに制限することが可能となる。入力信号のこのような符号化は、本実施例に限らず、本発明の他の実施例が示す多値振幅・位相変調に全般的に適用できる。
【実施例７】
【０１１７】
図２４は、本発明の第７実施例として、４値振幅・位相変調器を使用した１６ＱＡＭ光送信器２０１を示す。光１６ＱＡＭ信号は、位相と振幅を複雑に組み合わせたものであり、本実施例では、中心４回点対称性を利用して１６ＱＡＭ信号を生成する。
１６ＱＡＭ光送信器２０１は、半導体レーザ光源１５０と、４値振幅・位相変調器１７１と、直交４値位相変調器（ＱＰＳＫ）１３３−２とからなる。【０１１８】
半導体レーザ光源１５０から出力された無変調光１５１は、４値振幅・位相変調器１７１に入力され、その出力光１７２が直交４値位相変調器（ＱＰＳＫ）１３３−２に入力され、１６ＱＡＭ変調の光信号１７３として出力される。
４値振幅・位相変調器１７１に入力された無変調光１５１は、光分岐器１０３で第１、第２の光経路１０４−１、１０４−２に分岐される。第１光経路１０４−１に分岐した無変調光は、可変光減衰器１４０−１を通って、振幅１の無変調光１０８となって光結合器１０９に入力される。第２光経路１０４−２に分岐した無変調光は、直交４値位相変調器（ＱＰＳＫ）１３３−１で４値位相変調光に変換され、可変光減衰器１４０−１と光位相調整器１０６を通して、振幅ａの４値位相変調光１３４となって、光結合器１０９に入力さる。【０１１９】
図２５（Ａ）は、無変調光１０８の位相点配置を示し、図２５（Ｂ）は、電界振幅をａ＝０．５とした場合の４値位相変調光１３４の位相点配置を示している。光結合器１０９で上記２つの光信号を同相で干渉させると、出力光１７２は、図２５（Ｃ）に示すように、４値振幅・位相変調光となる。また、この４値振幅・位相変調光１７２に、直交４値位相変調器１３３−２で４値の直交位相変調をかけると、出力光１７３は、図２５（Ｄ）に示すように、１６個の位相点が格子状に配置された１６ＱＡＭ信号となる。【０１２０】
このように、本発明の多値振幅・位相変調器１７１に位相変調器１３３−２を縦続接続することによって、原点中心にＮ回の回転対称性を持つ複雑な位相点配置を生成することが可能となる。尚、多値振幅・位相変調器１７１に縦続接続される位相変調器１３３−２として、例えば、従来例で示した単相ＭＺ型２値位相変調器、直交４値位相変調器、任意変調量の位相変調器のように、符号間干渉を抑圧した位相変調器を適用することによって、符号間干渉を完全に抑圧した理想的な多値変調光を生成することが可能となる。【０１２１】
図２６は、上記第７実施例における出力光（第２の光多値信号）１７３の生成原理の説明図である。
図２４において、位相調整器１０６で入力光信号の位相をπ／２だけずらし、電界振幅をａ＝０．３程度に設定すると、４値位相変調光１３４の位相点配置は、図２６（Ｂ）のようになる。４値位相変調光１３４を図２６（Ａ）に示す位相点配置をもつ無変調光１０８と干渉させると、光結合器１０９の出力光１７２の位相点配置は、図２６（Ｃ）に示すようにＩ軸に沿ってシフトする。この出力光１７２に、直交４値位相変調器１３３−２で４値の直交位相変調を加えると、直交４値位相変調器１３３−２の出力光１７３の位相点配置は、図２６（Ｄ）のようになり、図２５（Ｄ）とは異なった位相点配置となる。【０１２２】
このように、本実施例では、光位相調整器１０６による位相のシフト量や、可変光減衰器１４０による減衰量を変えることによって、異なる位相点配置を持った光多値振幅・位相変調光を生成できるため、柔軟性のある光送信器を実現できる。
【実施例８】
【０１２３】
図２７は、本発明の第８実施例として、同心円状の位相点配置をもつ８値の光振幅・位相変調信号１５７を生成する８値光振幅・位相変調器１５６の構成を示す。
８値光振幅・位相変調器１５６の左半分は、図９に示した従来の直交位相変調器と類似しているが、本実施例では、２値光位相変調器（ＢＰＳＫ）１０５−１、１０５−２から出力された２値位相変調光１０７−１、１０７−２が、図２８（Ａ）に示すように、位相を意図的に一定値角度θだけずらして合成されている点が、従来例とは異なっている。この結果、出力光１７２は、振幅と位相の両方が変調された光信号となり、その位相点配置は、図２８（Ｂ）に示すように、原点を中心とした菱形配置となる。【０１２４】
本実施例では、上記出力光１７２が、変調量が９０度に設定された変調度可変の２値位相変調器（ＢＰＳＫ）１３０に入力される。この結果、ＢＰＳＫ１３０の出力光１５７は、図２８（Ｃ）に黒丸と白丸で表される８つの位相点が同心円状に配置された８値の振幅位相変調光（振幅２値、位相４値）となる。振幅変調の大きさは、合成角θを変えることによって調整できる。【０１２５】
本実施例のような８値位相変調光の生成は、例えば、最初に、図１７の構成によって、図１８（Ｂ）に示す原点を中心に４つ位相点を全てＩ軸上に配置した振幅・位相変調光を生成しておき、次に、変調度可変の２値位相変調器で９０度の位相変調を加えるようにしてもよい。このように、本発明の光振幅変調器や多値光振幅・位相変調器は、従来の位相変調器、特に符号間干渉を抑圧する特性をもった位相変調器と縦続接続することによって、符号間干渉を抑圧した複雑な多値振幅・位相変調光の生成に適用できる。【０１２６】
尚、従来の多値位相変調器は、位相変調光しか生成できないため、本実施例のように位相変調器と縦続接続した場合でも、出力光としては位相変調光しか得られず、本発明と同等の効果を得ることはできない。また、従来の光振幅変調器や多値光振幅・位相変調器は、本発明とは異なって、符号間干渉を完全に抑圧することができないため、これを従来の位相変調器と組み合わせたとしても、波形の劣化が大きく、不完全な多値信号しか生成できない。
【実施例９】
【０１２７】
図２９は、本発明の第９実施例として、図２４に示した光送信器２０１を使用した可変多値光送信器１８０を示す。
図２４と同様、レーザ光源１５０から出力された無変調光１５１は、４値光振幅・位相変調器（ＭＯＤ４）１７１に入力され、変調器１７１から出力された多値光信号１８２が、後続の直交４値位相変調器（ＱＰＳＫ）１３３に入力され、光出力経路１１０に多値光信号１８３が出力される。可変多値光送信器１８０は、ＣＰＵ１８１と、可変符号器１８６を備えており、ＣＰＵ１８１が、通信経路１８７を介して外部からの受けた指令に応じて、送信多値信号の位相点配置を変更する。【０１２８】
具体的には、ＣＰＵ１８１は、制御信号１８４−１、１８４−２によって、４値光振幅・位相変調器１７１に内蔵される可変光減衰器または位相調整器の設定値を変更し、所望の位相点配置を生成する。上記設定値の変更に伴って、ＣＰＵ１８１は、可変符号器１８６における電気データ信号１８８の符号化処理が位相点配置に適合するように、符号切替信号１８５によって可変符号器１８６の動作モードを変更する。これによって、可変符号器１８６から、適切に符号化処理されたデータ信号がデータ信号入力端子１６０−１〜４に供給される。【０１２９】
図３０は、第９実施例における位相点配置の変更例を示す。
ここでは、ＣＰＵ１８１は、図２４に示した４値光振幅・位相変調器１７１の可変光減衰器１４１−２の設定を変更することによって、直交４値位相変調光の振幅ａを変更している。ａ＝０．５の場合、出力光１８３は、図３０（Ａ）に示す位相点配置をもった１６ＱＡＭ変調光となる。ａ＝１．０に変更すると、出力光１８３は、例えば、図３０（Ｂ）に示すように、一部の位相点が互いに重なって９つの位相点が格子状に配置された９ＱＡＭ変調光となる。逆に、ａ＝０にすると、４値光振幅・位相変調器１７１の出力１８２が無変調光となり、出力光１８３は、図３０（Ｃ）に示す位相点配置をもった直交４値位相変調光となる。【０１３０】
多値光信号は、多値数が少ないほど伝送できる情報量は小さくなるが、反面、受信感度が高くなり、光ファイバの波長分散や非線形効果などの伝送劣化に強くなる。従って、伝送路のＳＮ比や伝送距離に応じて、最適の位相点配置を選択することが望ましい。本実施例によれば、例えば、伝送距離が長く、ＳＮや波形劣化が大きい場合は、４値位相変調を選択し、伝送距離が短い区間では、例えば、１６値位相変調のように２倍の情報伝送が可能な位相点配置を選択することが可能となる。
【実施例１０】
【０１３１】
図３１は、本発明の第１０実施例として、上記可変多値光送信器１８０を適用した波長多重光伝送装置１９０−１、１９０−２からなる波長多重光伝送系の構成例を示す。
光伝送装置１９０−１は、波長合波器１９２−１に接続された可変多値光送信器１８０−１〜１８０−３と、波長分波器１９５−２に接続された可変多値光受信器１９６−４〜１９６−６とを備え、光伝送装置１９０−２は、波長合波器１９２−２に接続された可変多値光送信器１８０−４〜１８０−６と、波長分波器１９５−１に接続された可変多値光受信器１９６−１〜１９６−３を備えている。波長合波器１９２−１と波長分波器１９５−１、波長合波器１９２−２と波長分波器１９５−２は、それぞれ上り下り２組の光ファイバ伝送路１９４−１〜１９４−２、および１９４−３〜１９４−４によって、対向接続されている。また各光ファイバ伝送路の途中には、光信号の損失を補償する光増幅器１９３−１〜１９３−４が配置されている。【０１３２】
各光ファイバ伝送路には、異なる３波長λ１〜λ３、およびλ４〜λ６がそれぞれ波長多重されている。各送信器１８０（１８０−１〜１８０−３、１８０−４〜１８０−６）の出力光は、波長合波器１９２−１または１９２−２で合波された後、光ファイバ伝送路に入力され、対向する波長多重伝送装置内で、波長分波器１９５−１または１９５−２によって、波長毎に分離して可変多値光受信器１９６（１９６−１〜１９６−３、１９６−４〜１９６−６）で受信される。波長多重伝送装置１９０−１、１９０−２には、それぞれ光波長多重端局制御部１９１−１、１９１−２が設けられている。【０１３３】
例えば、波長多重光伝送装置１９０−１（１９０−２）において、光波長多重端局制御部１９１−１（１９１−２）は、各受信器１９６−４〜１９６−６（１９６−１〜１９６−３）の直後に設けられた伝送品質抽出装置１９７−４〜１９７−６（１９７−１〜１９７−３）が出力する伝送品質信号１９８によって、受信信号の品質劣化を監視する。監視結果は、破線で示す通信回線１９９を介して、対向する光波長多重端局制御部１９１−２（１９１−１）に通知される。光波長多重端局制御部１９１−２（１９１−１）は、上記監視結果に基いて、伝送品質劣化の少ない波長でデータ送信中の光送信器における多値数を増やすことによって、より多くの情報伝送を可能にする。【０１３４】
伝送品質抽出回路装置１９７としては、例えば、Ｑ値や波形のモニタ、ＳＮモニタなどの専用の検出回路、または伝送信号の誤り率算出部などを利用してもよい。また、通信回線１９９は、光ファイバ伝送路とは別の通信回線であってもよいし、光ファイバ伝送路で通信される光信号のオーバーヘッド部や監視パケットを用いたインチャネル形式としてもよい。【０１３５】
図３２は、光波長多重端局制御部１９１（１９１−１、１９１−２）の起動時に実行される多値数設定ルーチンのフローチャート例を示す。
制御部１９１は、全ての可変多値光送信器１８０の多値数を最小状態にして（ステップ３０１）、通信を開始する。その後、チャネル（可変多値光送信器１８０）を特定するためのパラメータｉを初期値「１」に設定し、パラメータｉの値がチャネル数Ｎ（図３１ではＮ＝３）を超えたか否かを判定する（３０２）。ｉの値がＮを超えた場合は、このルーチンを終了する。【０１３６】
ｉの値がＮを超えていなければ、制御部１９１は、第ｉチャネルの送信器１８０−ｉの多値数を１ステップ増加し、対向伝送装置に対して第ｉチャネルの多値数の設定状態を通知する（３０３）。制御部１９１は、対向伝送装置が検出した伝送品質情報を受信すると（３０４）、伝送品質が十分か否かを判定する（３０５）。伝送品質が十分であれば、制御部１９１は、ステップ３０３と３０４を繰り返し、第ｉチャネルの伝送品質が許容限度を超えた時点で、多値数の増加を停止する。この時、制御部１９１は、第ｉチャネルの送信器１８０−ｉの多値数を伝送品質が許容限度を超える直前の値に戻し、これを対向伝送装置に通知して（３０６）、パラメータｉの値をインクリメントしてステップ３０２を実行する。【０１３７】
上記実施例では、波長多重伝送装置が、伝送品質の検出機能と送信器の多値数変更機能を備える場合について示したが、同様の機能は、１対の可変多値光送信器と可変多値光受信器からなる可変多値光トランスポンダに実装することみできる。この場合、各トランスポンダは、対向する可変多値光トランスポンダとの間で、互いに伝送品質情報を交換しながら、それぞれが最適な多値数をもつ変調器を構成するようにすればよい。【０１３８】
以上の複数の実施例から明らかなように、本発明では、複数光経路の出力光を同一位相、または、±π／２以外の任意位相角で干渉させることによって、位相変調器を適用して、振幅変調光、または振幅と位相の両方が変調された３値以上の多値振幅・位相変調光を生成できる。【０１３９】
実施例で示したように、位相変調器として波形歪抑制型のものを適用した場合、位相方向の揺らぎを抑圧できるので、位相変調と振幅変調とを組み合わせて、多値数が大きく、伝送効率の高い多値光振幅・位相変調が可能になる。また、多値光強度変調の位相揺らぎ（チャープ）と、位相方向の符号間干渉を抑圧することによって、光ファイバで光信号を伝送したときに生じる波長分散による波形劣化を最小にとどめ、伝送距離を拡大できる。
【産業上の利用可能性】
【０１４０】
本発明は、光ファイバを利用した光伝送システムにおいて、符号間干渉の発生を抑圧した光変調信号の送信に有効となる。
【図面の簡単な説明】
【０１４１】
【図１】本発明の第１実施例の４値光振幅変調器の構成図。
【図２】第１の実施例における４値光振幅変調信号の生成原理の説明図。
【図３】第１の実施例の実験結果を示す信号波形図。
【図４】光多値信号の生成過程で生ずる波形劣化と符号間干渉の説明図。
【図５】多値信号の変調特性を説明するための図。
【図６】単相ＭＺ型光変調器を用いた従来の２値光位相変調器の構成図。
【図７】単相ＭＺ型光変調器の変調特性を説明するための図。
【図８】単相ＭＺ型光変調器を用いた従来の２値光位相変調器の光強度波形と位相点配置を示す図。
【図９】従来の直交４値光位相変調器の構成図。
【図１０】従来の直交４値光位相変調器における２値光位相変調光の位相点配置と直交４値光位相変調光の位相点配置を示す図。
【図１１】任意変調量をもつ従来の２値光位相変調器の構成図。
【図１２】任意変調量をもつ従来の２値光位相変調器の動作説明のための位相点配置図。
【図１３】本発明の第２実施例である自動位相調整回路を備えた４値光振幅変調器の構成図。
【図１４】第２実施例における最大値制御アルゴリズムを示すフローチャート。
【図１５】本発明の第３実施例である８値光振幅・位相変調器の構成図。
【図１６】第３実施例における多値光信号の生成原理を説明するための図。
【図１７】本発明の第４実施例である４値光振幅・位相変調器の構成図。
【図１８】第４実施例における多値振幅・位相変調信号の生成原理を説明するための図。
【図１９】本発明の第５実施例である光デュオバイナリ変調器の構成図。
【図２０】第５実施例における光デュオバイナリ変調信号の生成原理を説明するための図。
【図２１】本発明の第６実施例である多値光変調器の構成図。
【図２２】第６実施例における多値光信号の生成原理を説明するための図。
【図２３】第６実施例の多値光変調器にグレイ符号器を使用した場合の説明図。
【図２４】本発明の第７実施例である１６ＱＡＭ光送信器の構成図。
【図２５】第７実施例における第１の多値光信号の生成原理を説明するための位相点配置図。
【図２６】第７実施例における第２の多値光信号の生成原理を説明するための位相点配置図。
【図２７】本発明の第８実施例である８値光振幅・位相変調器の構成図。
【図２８】第８実施例における多値光信号の生成原理を説明するための位相点配置図。
【図２９】本発明の第９実施例である可変多値光送信器の構成図。
【図３０】第９実施例における可変多値光信号の位相点配置図。
【図３１】本発明の第１０実施例である可変多値光変調器を用いた波長多重光伝送システムの構成図。
【図３２】第１０実施例における多値数設定ルーチンのフローチャート。
【符号の説明】
【０１４２】
１００：本発明の４値光振幅変調器、１０１：入力光、１０２：入力光経路、
１０３：光分岐器、１０４：光経路、１０５：単相ＭＺ型２値光位相変調器、
１０６：光位相調整器、１０７：２値位相変調光、１０８：無変調光、１０９：光結合器、１１０：出力光経路、１１１：４値振幅変調の印加された出力光、１１２：変調信号入力端子、１１３：バイアス端子、１２０：単相無チャープＭＺ型光変調器、１３０：２値光位相変調器、１３３：直交４値位相変調器、１４０：可変光減衰器、１４１：減衰量制御端子、１４２：光検出器、１４３：高周波検出器、１４４：Ａ／Ｄ変換器、１４５：最大値制御回路、１４６：Ｄ／Ａ変換器、１５０：半導体レーザ光源、１５１：無変調光、
１５２：直交４値位相変調（ＱＰＳＫ）光、１５３：本発明の２値光振幅変調器、
１５４：本発明の４値光振幅・位相変調器、１５５：本発明のデュオバイナリ変調器、
１５６、２００：本発明の８値光振幅・位相変調器、２０１：本発明の１６ＱＡＭ光送信器、１７１：本発明の４値振幅・位相光変調器、１８０：本発明の可変多値光送信器、
１９０：本発明の光波長多重伝送装置、１９１：光波長多重端局制御部、
１９２：波長合波器、１９３：光増幅器、１９４：光ファイバ伝送路、１９５：波長分波器、１９６：可変多値光受信器、１９７：伝送品質抽出装置、、１９９：通信回線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年5月30日(2007.5.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光経路と、
上記入力光経路から入力された光信号をＮ本（Ｎは２以上の整数）の光経路に分岐する光分岐器と、
上記Ｎ本の光経路のうちのＮ−１本以下の光経路に配置された多値数ＫのＭ個（ＭはＮ−１以上の整数）の光位相変調器と、
上記Ｎ本の光経路の出力光を同一の偏波状態で互いに干渉させ、出力光経路に送出する光結合器とからなり、
上記光位相変調器を配置した光経路の出力光の少なくとも１つを光位相変調器を持たない光経路の出力光に対して±π／２以外の任意位相角で干渉させることによって、上記光出力経路に、ＫのＭ乗値以下の振幅値を持った振幅変調光、またはＫのＭ乗値以下の位相点を持った振幅と位相の両方が変調された多値振幅・位相変調光を出力することを特徴とする光変調器。
【請求項２】
入力光経路からの入力光をＮ本（Ｎは２以上の整数）の光経路に分岐し、これらの光経路からの出力光を互いに干渉させて、出力光経路に変調光信号を生成する光変調器であって、
上記Ｎ本の光経路のうちのＮ−１本以下の光経路に２値光位相変調器を有し、
上記光位相変調器を配置した光経路の出力光の少なくとも１つを光位相変調器を持たない光経路の出力光に対して±π／２以外の任意位相角で干渉させることによって、上記入力光経路に入力された光に２値以上の多値振幅変調、または振幅と位相の両方が変調された３値以上の多値振幅・位相変調を与えることを特徴とする光変調器。
【請求項３】
前記Ｎ本の光経路の少なくとも２本に前記２値光位相変調器を有し、該２値光位相変調器の全てがマッハツェンダ型光位相変調器であることを特徴とする請求項２に記載の光変調器。
【請求項４】
前記Ｎ本の光経路のうちの少なくとも１本に、他の特定の光経路の出力光との間の位相差を調整するための光位相調整器を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項５】
前記干渉した光信号の振幅変調成分が最大となるように、前記光位相調整器を自動制御する位相制御部を備えたことを特徴とする請求項４に記載の光変調器。
【請求項６】
前記位相制御部が、互いに異なる光経路に配置された複数の光位相調整器と接続され、
前記干渉して出力される光信号の振幅変調成分が最大となるよう上記各光位相調整器が制御されることを特徴とする請求項５に記載の光変調器。
【請求項７】
１対の光経路から出力される光信号を干渉させた後に、更に別の光経路から出力される光信号と干渉させるように、前記Ｎ本の光経路が多段に配置された複数の結合器で結合されており、
前記位相制御部が、上記各光結合器から出力される光信号の振幅変調成分が最大となるように、互いに異なる光経路に配置された複数の光位相調整器を異なる光結合器の出力光に基いて個別に制御することを特徴とする請求項６に記載の光変調器。
【請求項８】
少なくとも前記光位相変調器が配置された光経路に、光信号の振幅を調整するための可変光減衰器を有し、
前記Ｎ本の光経路からの出力光を所定の振幅比で干渉させることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項９】
前記Ｎ本の光経路のうちの少なくとも１本が、他の特定の光経路の出力光との間の位相差を調整するための光位相調整器を備え、
少なくとも前記光位相変調器が配置された光経路に、光信号の振幅を調整するための可変光減衰器を備えることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【請求項１０】
前記出力光経路に縦続接続して第２の光位相変調器を有し、上記第２の光位相変調器から出力される変調光の多値数または位相点配置を変えるようにしたことを特徴とする請求項９に記載の光変調器。
【請求項１１】
前記光位相変調器が、符号間干渉を抑圧する機能をもつ波形歪抑圧型の２値位相変調器からなることを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
【国際調査報告】
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