(57)【要約】  第一生成部及び第二生成部を備えた生成部であって、前記第一生成部が、所定の位相に変調され、第一の光強度を有する位相変調光を生成するように構成され、前記第二生成部が、所定の位相に変調され、前記第一の光強度とは異なる第二の光強度を有する位相変調光を生成するように構成された、前記生成部と、前記生成部によって生成された前記２つの位相変調光を互いに垂直な偏光方向にすると共に、前記２つの位相変調光を偏波合成して、変調信号光を出力するように構成された光合成部とを備える光変調器。
2014051096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一生成部及び第二生成部を備えた生成部であって、前記第一生成部が、所定の位相に変調され、第一の光強度を有する位相変調光を生成するように構成され、前記第二生成部が、所定の位相に変調され、前記第一の光強度とは異なる第二の光強度を有する位相変調光を生成するように構成された、前記生成部と、  前記生成部によって生成された前記２つの位相変調光を互いに垂直な偏光方向にすると共に、前記２つの位相変調光を偏波合成して、変調信号光を出力するように構成された光合成部と
を備える光変調器。
【請求項２】
前記光合成部は、
前記２つの位相変調光のうち第一位相変調光の偏光方向を変換するように構成された偏波回転素子と、
前記偏波回転素子によって偏光方向が変換された前記第一位相変調光と、前記第一位相変調光とは異なる第二位相変調光とを偏波合成するように構成された偏光ビームスプリッターと
を有する
請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記生成部は、
入力光を光強度の異なる一対の分岐光に分岐するように構成された光分岐部と、
前記光分岐部で分岐された前記一対の分岐光をそれぞれ位相変調し、前記第一位相変調光および第二位相変調光を出力するように構成された位相変調部と
有する
請求項２に記載の光変調器。
【請求項４】
前記光分岐部は、ビームスプリッターを有する
請求項３に記載の光変調器。
【請求項５】
前記生成部は、
入力光を、第一分岐光、第二分岐光、第三分岐光、および第四分岐光に分岐するように構成された光分岐部と、
前記第一分岐光、第二分岐光、第三分岐光、および第四分岐光をそれぞれ位相変調し、前記第一分岐光と第二分岐光とを合成して前記第一位相変調光を出力し、前記第三分岐光と第四分岐光とを合成して前記第二位相変調光を出力するように構成された位相変調部と
有する
請求項２に記載の光変調器。
【請求項６】
前記生成部は、
入力光を光強度の異なる一対の分岐光に分岐するように構成された光分岐部と、
前記一対の分岐光を集光するように構成されたロッドレンズと、
集光された前記一対の分岐光をそれぞれ位相変調し、前記第一位相変調光および第二位相変調光を出力するように構成された位相変調部と
有する
請求項２に記載の光変調器。
【請求項７】
所定の位相に変調され光強度が互いに異なる２つの位相変調光を生成し、
生成された前記２つの位相変調光を互いに垂直な偏光方向にすると共に、前記２つの位相変調光を偏波合成して、変調信号光を出力する
光変調方法。
【請求項８】
前記変調信号光を出力することは、
前記２つの位相変調光のうち第一位相変調光の偏光方向を変換することと、
前記偏光方向が変換された前記第一位相変調光と、前記第一位相変調光とは異なる第二位相変調光とを偏波合成することと
を含む
請求項７に記載の光変調方法。
【請求項９】
前記２つの位相変調光を生成することは、
入力光を光強度の異なる一対の分岐光に分岐することと、
前記分岐された前記一対の分岐光をそれぞれ位相変調し、前記第一位相変調光および第二位相変調光を出力することと
を含む
請求項８に記載の光変調方法。
【請求項１０】
前記２つの位相変調光を生成することは、
入力光を、第一分岐光、第二分岐光、第三分岐光、および第四分岐光に分岐することと、
前記第一分岐光、第二分岐光、第三分岐光、および第四分岐光をそれぞれ位相変調し、前記第一分岐光と第二分岐光とを合成して前記第一位相変調光を出力し、前記第三分岐光と第四分岐光とを合成して前記第二位相変調光を出力することと
を含む
請求項８に記載の光変調方法。
【請求項１１】
前記２つの位相変調光を生成することは、
入力光を光強度の異なる一対の分岐光に分岐することと、
ロッドレンズにより前記一対の分岐光を集光することと、
集光された前記一対の分岐光をそれぞれ位相変調し、前記第一位相変調光および第二位相変調光を出力することと
含む
請求項８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、直交振幅変調（ＱＡＭ：quadrature amplitude modulation）信号を出力する光変調器に関するものである。
本願は、２０１２年９月２８日に日本に出願された特願２０１２−２１５６７５に基づく優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
多値変調方式の変調器として、ＱＡＭ変調器が知られている（例えば、特許文献１及び２参照）。【０００３】
特許文献１記載の変調器は、片側のアーム出力部に損失部（６ｄＢ）を設け、出力差が６ｄＢのＱＰＳＫ信号同士を重ね合わせることにより１６ＱＡＭ信号を得ていた。また、入出力の分岐部をガラス基板上の平面光導波路（ＰＬＣ）として形成し、このガラス基板をニオブ酸リチウム基板と光学的に接続した構成が採用されていた。一方、特許文献２記載の光変調器においても、片側のアームに光パワー調整部を設け、−６ｄＢの光減衰量を与えることで光パワー比を１／４に調整していた。また、光のパワー分岐比は特許文献１の構成では２：１、特許文献２の構成では１：１が望ましいとしているが、実際には光分岐部において理想的にパワー分岐されることは少なく、製造誤差などによりばらつきを伴う。このため、光のパワー分岐比のばらつきと光パワー調整部での減衰による調整が光の損失となる。  
仮にこれらの光のパワー分岐比とＱＰＳＫ変調部のバランスが崩れると望ましいＱＡＭ信号のコンスタレーション図形が得られず、シンボル間の振幅・位相距離が崩れてＱＡＭ信号の読み取り精度が下がり、結果として伝送距離の低下に繋がる。【０００４】
特許文献１及び２記載の変調器においては、光の分岐部のパワー分岐比がばらつきを伴い、さらに片側のアームにおいて光信号を減衰させていたため光損失が大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２００９−９４９８８号公報
【特許文献２】日本国特開２００９−２４４６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一態様は、光損失を抑制するように構成された光変調器及び光変調方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様の光変調器は、第一生成部及び第二生成部を備えた生成部であって、前記第一生成部が、所定の位相に変調され、第一の光強度を有する位相変調光を生成するように構成され、前記第二生成部が、所定の位相に変調され、前記第一の光強度とは異なる第二の光強度を有する位相変調光を生成するように構成された、前記生成部と、前記生成部によって生成された前記２つの位相変調光を互いに垂直な偏光方向にすると共に、前記２つの位相変調光を偏波合成して、変調信号光を出力するように構成された光合成部とを備える。【０００８】
本発明の一態様の光変調器は、前記光合成部は、前記２つの位相変調光のうち第一位相変調光の偏光方向を変換するように構成された偏波回転素子と、前記偏波回転素子によって偏光方向が変換された前記第一位相変調光と、前記第一位相変調光とは異なる第二位相変調光とを偏波合成するように構成された偏光ビームスプリッターとを有する。【０００９】
本発明の一態様の光変調器は、前記生成部は、入力光を光強度の異なる一対の分岐光に分岐するように構成された光分岐部と、前記光分岐部で分岐された前記一対の分岐光をそれぞれ位相変調し、前記第一位相変調光および第二位相変調光を出力するように構成された位相変調部と有する。【００１０】
本発明の一態様の光変調器は、前記光分岐部は、ビームスプリッターを有する。【００１１】
本発明の一態様の光変調器は、前記生成部は、入力光を、第一分岐光、第二分岐光、第三分岐光、および第四分岐光に分岐するように構成された光分岐部と、前記第一分岐光、第二分岐光、第三分岐光、および第四分岐光をそれぞれ位相変調し、前記第一分岐光と第二分岐光とを合成して前記第一位相変調光を出力し、前記第三分岐光と第四分岐光とを合成して前記第二位相変調光を出力するように構成された位相変調部と有する。【００１２】
本発明の一態様の光変調器は、前記生成部は、入力光を光強度の異なる一対の分岐光に分岐するように構成された光分岐部と、前記一対の分岐光を集光するように構成されたロッドレンズと、集光された前記一対の分岐光をそれぞれ位相変調し、前記第一位相変調光および第二位相変調光を出力するように構成された位相変調部と有する。【００１３】
本発明の一態様の光変調方法は、所定の位相に変調され光強度が互いに異なる２つの位相変調光を生成し、生成された前記２つの位相変調光を互いに垂直な偏光方向にすると共に、前記２つの位相変調光を偏波合成して、変調信号光を出力する。【００１４】
本発明の一態様の光変調方法は、前記変調信号光を出力することは、前記２つの位相変調光のうち第一位相変調光の偏光方向を変換することと、前記偏光方向が変換された前記第一位相変調光と、前記第一位相変調光とは異なる第二位相変調光とを偏波合成することとを含む。【００１５】
本発明の一態様の光変調方法は、前記２つの位相変調光を生成することは、入力光を光強度の異なる一対の分岐光に分岐することと、前記分岐された前記一対の分岐光をそれぞれ位相変調し、前記第一位相変調光および第二位相変調光を出力することとを含む。【００１６】
本発明の一態様の光変調方法は、前記２つの位相変調光を生成することは、入力光を、第一分岐光、第二分岐光、第三分岐光、および第四分岐光に分岐することと、前記第一分岐光、第二分岐光、第三分岐光、および第四分岐光をそれぞれ位相変調し、前記第一分岐光と第二分岐光とを合成して前記第一位相変調光を出力し、前記第三分岐光と第四分岐光とを合成して前記第二位相変調光を出力することとを含む。【００１７】
本発明の一態様の光変調方法は、前記２つの位相変調光を生成することは、入力光を光強度の異なる一対の分岐光に分岐することと、ロッドレンズにより前記一対の分岐光を集光することと、集光された前記一対の分岐光をそれぞれ位相変調し、前記第一位相変調光および第二位相変調光を出力することと含む。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一態様によれば、ＱＡＭ変調器において、所定の位相に変調され光強度の異なる２つの位相変調光を互いに垂直となる偏光方向にすると共に、偏光方向が垂直となった２つの位相変調光を偏波合成することで、片側のアームに損失を生じさせる方式に比べて、光損失を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態に係る光変調器の平面図。
【図２】第２実施形態に係る光変調器を示す図。
【図３】第３実施形態に係る光変調器を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（第１実施形態）  
以下、本発明の一態様の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１は、第１実施形態に係る光変調器の平面図である。本第１実施形態の光変調器１００は、直交振幅変調（ＱＡＭ：quadrature amplitude modulation）信号を出力する。
【００２２】
光変調器１００は、光分岐部１１０と、マイクロレンズアレイ１２０と、光導波路素子１３０と、を備えている。光変調器１００の光入力側には、光変調器１００にコリメート光を入射させる光ファイバーコリメーター１５が配置されている。光ファイバーコリメーター１５には、基端側を図示略のレーザー光源に接続された光ファイバー１１が接続されている。光変調器１００の光出力側には、光ファイバー１２が接続されており、光ファイバー１２は処理装置１７に接続されている。
【００２３】
光分岐部１１０は、ガラス基材１１１の内部に、互いに平行に配置されたビームスプリッター１１２と、ミラー１１３とが設けられた構成を有する。光分岐部１１０は、入射するレーザー光をビームスプリッター１１２により２本のレーザー光に分岐させ、ビームスプリッター１１２を透過したレーザー光と、ビームスプリッター１１２及びミラー１１３で反射されたレーザー光とを射出する。本第１実施形態の場合、ビームスプリッター１１２は、光ファイバーコリメーター１５から入力されるレーザー光に対して、透過率８０％、反射率２０％に設定されている。ミラー１１３は全反射ミラーである。光分岐部１１０の光入射面や光射出面には、反射防止膜（ＡＲコート）などが形成されていてもよい。
【００２４】
マイクロレンズアレイ１２０は、直方体状の透明な基体１２１と、基体１２１の一方の面（光分岐部１１０側の面）に形成された２つのマイクロレンズ１２２、１２３とを有する。２つのマイクロレンズ１２２、１２３のそれぞれの光軸は、光分岐部１１０から射出される２本のレーザー光の光軸と同軸に配置されている。基体１２１のマイクロレンズ１２２、１２３と反対側の面は、光導波路素子１３０と光学的に接着されている。基体１２１は、マイクロレンズ１２２、１２３の焦点距離に相当する厚さを有する。マイクロレンズ１２２、１２３に入射したレーザー光は、光導波路素子１３０の側端面に形成された光導波路の入力端に集光される。
【００２５】
光導波路素子１３０は、基板１３１と、基板１３１上に形成された光導波路及び電極とを有する。基板１３１は、本第１実施形態の場合、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）基板である。基板１３１としては、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）、及び石英系の材料、及びこれらの組み合わせが利用可能である。
【００２６】
光変調部１４０は、ネスト型マッハツェンダー導波路１３４、１３５を有する。ネスト型マッハツェンダー導波路１３４は、位相変調部１４１、１４２を有する。ネスト型マッハツェンダー導波路１３５は、位相変調部１４３、１４４を有する。位相変調部１４１〜１４４は、それぞれマッハツェンダー導波路と電極とを有する。
【００２７】
基板１３１のマイクロレンズアレイ１２０と接合された辺端から、２本の入力導波路１３２、１３３が延びている。入力導波路１３２、１３３は、２本のアームを有するネスト型マッハツェンダー導波路１３４、１３５にそれぞれ接続されている。ネスト型マッハツェンダー導波路１３４の各々のアームには位相変調部１４１、１４２が設けられている。
ネスト型マッハツェンダー導波路１３４の出力端側にバイアス電極部１３４ａが設けられている。ネスト型マッハツェンダー導波路１３５の各々のアームには位相変調部１４３、１４４が設けられている。ネスト型マッハツェンダー導波路１３５の出力端側にはバイアス電極部１３５ａが設けられている。
【００２８】
位相変調部１４１〜１４４は、入力される光信号に対して二位相変調（ＢＰＳＫ）を施して出力する。位相変調部１４１、１４２は、それらの位相変化が互いに直交するように動作設定される。また位相変調部１４３、１４４も、それらの位相変化が互いに直交するように動作設定される。ネスト型マッハツェンダー導波路１３４、１３５は、それぞれＱＰＳＫ（四相位相偏移変調）方式の光変調器を構成している。ネスト型マッハツェンダー導波路１３４、１３５でそれぞれ変調された光信号は、出力導波路１３６、１３７を介して出力される。
【００２９】
また、光導波路素子１３０は、出力導波路１３６、１３７側にマイクロレンズアレイ１４５を有する。マイクロレンズアレイ１４５は、直方体状の透明な基体１４６と、基体１４６の一方の面（光合成部１５０側の面）に形成された２つのマイクロレンズ１４７、１４８とを有する。２つのマイクロレンズ１４７、１４８のそれぞれの光軸は、光出力導波路１３６、１３７から射出される２本のレーザー光の光軸と同軸に配置されている。基体１４６のマイクロレンズ１４７、１４８と反対側の面は、光導波路素子１３０と光学的に接着されている。基体１４６は、マイクロレンズ１４７、１４８の焦点距離に相当する厚さを有する。マイクロレンズ１４７、１４８に入射したレーザー光は、光合成部１５０へ出力される。
【００３０】
光合成部１５０は、偏光方向を９０°回転させる偏波回転素子としての半波長板１５１と、ガラス基材の内部に互いに平行に配置されたビームスプリッター１５４及びミラー１５３が設けられた偏光ビームスプリッター１５２と、光を結合する光ファイバーコリメーター１６と、を有する。なお、偏波回転素子として、上記の半波長板１５１以外の他の素子を用いてもよい。半波長板１５１は、マイクロレンズ１４７から射出されたレーザー光の偏光方向を９０°回転させて射出する。ミラー１５３は、半波長板１５１から射出されたレーザー光をビームスプリッター１５４側へ反射する。ビームスプリッター１５４は、ミラー１５３で反射されたレーザー光を反射すると共に、マイクロレンズ１４８から射出されるレーザー光を透過する。このため、偏光ビームスプリッター１５２は、２つのレーザー光を干渉させずに合成する。偏光ビームスプリッター１５２から射出された２つのレーザー光は、光ファイバーコリメーター１６に入力されて結合される。このように、ネスト型マッハツェンダー導波路１３４、１３５から出力される光信号ＱＰＳＫ１、ＱＰＳＫ２は、それらの強度比を維持するように光合成部１５０において合成され、１６ＱＡＭ対応信号光が生成される。１６ＱＡＭ対応信号を生成する２つの光信号ＱＰＳＫ１と光信号ＱＰＳＫ２とは、光ファイバーコリメーター１６に入力されることにより光ファイバー１２に結合され、光ファイバー１２を介して処理装置１７に送信される。処理装置１７は、１６ＱＡＭ対応信号に基づいて１６ＱＡＭ信号を求める処理を行う。
【００３１】
次に、上記構成を備えた本第１実施形態の光変調器１００について説明する。
光変調器１００には、光ファイバー１１を介して供給され、光ファイバーコリメーター１５により所定の径に広げられたレーザー光が入射される。入射光は、光分岐部１１０のビームスプリッター１１２に入射する。ビームスプリッター１１２は、入射光の８０％を透過し、２０％を反射する。
【００３２】
ビームスプリッター１１２を透過した光は、マイクロレンズ１２２に入射し、マイクロレンズ１２２により入力導波路１３２の入力端に集光される。一方、ビームスプリッター１１２で反射された光は、ミラー１１３で反射された後、マイクロレンズ１２３に入射し、マイクロレンズ１２３により入力導波路１３３の入力端に集光される。
【００３３】
入力導波路１３２に導入された光は、ネスト型マッハツェンダー導波路１３４の入力端で分岐された後、位相変調部１４１、１４２で変調後、バイアス電極部１３４ａへの電圧印加により、所定の位相差（π／２）となるように調整される。位相差を調整された光は、ネスト型マッハツェンダー導波路１３４の出力端で合成されて光信号ＱＰＳＫ１となる。光信号ＱＰＳＫ１は、マイクロレンズ１４７によって平行化され、光合成部１５０の半波長板１５１によって偏光方向が９０°変換された後、ミラー１５３によってビームスプリッター１５４へ反射される。
【００３４】
入力導波路１３３に導入された光は、ネスト型マッハツェンダー導波路１３５の入力端で分岐された後、位相変調部１４３、１４４で変調後、バイアス電極部１３５ａへの電圧印加により、所定の位相差（π／２）となるように調整される。位相差を調整された光は、ネスト型マッハツェンダー導波路１３５の出力端で合成されて光信号ＱＰＳＫ２となる。光信号ＱＰＳＫ２は、マイクロレンズ１４８によって平行化され、偏光方向が変換されること無く、ビームスプリッター１５４へ出力される。
【００３５】
光信号ＱＰＳＫ１及び光信号ＱＰＳＫ２は、ビームスプリッター１５４において干渉することなく合成され、光ファイバーコリメーター１６に入力されることにより偏波合成される。
【００３６】
本第１実施形態の場合、入力導波路１３３に導入される光は、ビームスプリッター１１２で分岐された強度２０％の光である。そのため、ネスト型マッハツェンダー導波路１３５から出力される光信号ＱＰＳＫ２は、強度８０％の光から生成された光信号ＱＰＳＫ１に対してパワーが１／４になる。そして、光合成部１５０において、上記のパワー比の光信号ＱＰＳＫ１と光信号ＱＰＳＫ２とが合成されることにより、１６ＱＡＭ対応信号が生成される。
【００３７】
光信号ＱＰＳＫ１、ＱＰＳＫ２のパワー比率（４：１）は、光変調器１００の製造誤差によって多少ずれていてもよい。例えば、上記比率が３：１や５：１となる場合もある。上記比率は、光分岐部１１０におけるビームスプリッター１１２の透過率及び反射率により調整することもできる。
【００３８】
以上、本第１実施形態によれば、所定の位相に変調され光強度の異なる２つの光信号ＱＰＳＫ１及び光信号ＱＰＳＫ２を互いに垂直な偏光方向にすると共に、偏光方向が垂直となった２つの光信号ＱＰＳＫ１及び光信号ＱＰＳＫ２を偏波合成することで、片側のアームに損失を生じさせる方式に比べて、光損失を抑制することができる。
【００３９】
なお、本第１実施形態の光変調器１００では、光分岐部１１０において所定のパワー比でレーザー光を分岐し、これらのレーザー光を、マイクロレンズアレイ１２０を介して光導波路素子１３０に導入している。光分岐部１１０では、レーザー光を分岐する際に光損失がほとんど生じないため、ニオブ酸リチウム基板上に光信号のパワー調整部を設けていた従来構成と比較して光損失を大幅に低減することができる。
【００４０】
具体的に、入射されたレーザー光を２つに分岐してそれぞれＱＰＳＫ信号を生成した後、一方のＱＰＳＫ信号の強度を１／４に調整する場合、出力される１６ＱＡＭ対応信号の強度は、入射されたレーザー光に対して６２．５％となる。このような構成に対しては、本第１実施形態の光変調器１００は、理論上の光損失分だけで１．６ｄＢ（３７．５％）の改善となる。
【００４１】
また、従来構成における上記のようなパワー調整部は、ニオブ酸リチウム基板上に形成されるのに対して、本第１実施形態ではパワー調整部を備えないＱＰＳＫ変調器と光合成部とを設ければよい。したがって、パワー調整部を設けた構成に対して、ニオブ酸リチウム等からなる基板１３１を小型化することができる。
【００４２】
また本第１実施形態の光変調器１００では、光分岐部１１０で分岐したレーザー光を、マイクロレンズ１２２、１２３により入力導波路１３２、１３３に集光させて光導波路素子１３０に導入している。したがって、異種基板上に形成された光導波路同士を接続する場合のような製造の困難性もなく、基板同士の膨張率差による破損や、接合ズレに起因する光損失の問題も生じない。
【００４３】
（第２実施形態）  
次に、図２を参照しつつ第２実施形態について説明する。  
図２は、第２実施形態に係る光変調器を示す図である。  
以下の実施形態において、先の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付し、それらについての詳細な説明は簡略化又は省略する。
【００４４】
本第２実施形態の光変調器２００は、図２に示すように、光分岐部１１０Ａと、マイクロレンズアレイ１２０Ａと、光導波路素子１３０Ａとを有する。
【００４５】
光分岐部１１０Ａは、ガラス基材１１１の内部に、互いに平行に配置されたビームスプリッター１１４、１１５、１１６と、ミラー１１３とが設けられた構成を有する。光分岐部１１０Ａは、入射するレーザー光をビームスプリッター１１４〜１１６により４本のレーザー光に分岐させ、外部へ射出する。光分岐部１１０Ａの光入射面や光射出面には、反射防止膜（ＡＲコート）などが形成されていてもよい。
【００４６】
光分岐部１１０Ａからは、ビームスプリッター１１４を透過したレーザー光と、ビームスプリッター１１４及びビームスプリッター１１５で反射されたレーザー光と、ビームスプリッター１１５を透過した後、ビームスプリッター１１６で反射されたレーザー光と、ビームスプリッター１１６を透過した後、ミラー１１３で反射されたレーザー光とが射出される。
【００４７】
本第２実施形態の場合、ビームスプリッター１１４は、入射光に対して透過率４０％、反射率６０％に設定されている。ビームスプリッター１１５は、入射光に対して透過率３３％、反射率６７％に設定されている。ビームスプリッター１１６は、入射光に対して透過率５０％、反射率５０％に設定されている。ミラー１１３は全反射ミラーである。
【００４８】
マイクロレンズアレイ１２０Ａは、直方体状の透明な基体１２１と、基体１２１の一方の面（光分岐部１１０Ａ側の面）に形成された４つのマイクロレンズ１２４、１２５、１２６、１２７とを有する。４つのマイクロレンズ１２４〜１２７のそれぞれの光軸は、光分岐部１１０Ａから射出される４本のレーザー光の光軸と同軸に配置されている。
【００４９】
基体１２１のマイクロレンズ１２４〜１２７と反対側の面は、光導波路素子１３０Ａと光学的に接着されている。基体１２１は、マイクロレンズ１２４〜１２７の焦点距離に相当する厚さを有する。マイクロレンズ１２４〜１２７に入射したレーザー光は、光導波路素子１３０Ａの側端面に形成された光導波路の入力端に集光される。
【００５０】
光導波路素子１３０Ａは、基板１３１と、基板１３１上に形成された光導波路及び電極とを有する。これらの光導波路及び電極により、光変調部１４０Ａが形成されている。
【００５１】
光変調部１４０Ａは、４つの位相変調部１４１〜１４４を有する。  
基板１３１のマイクロレンズアレイ１２０Ａと接合された辺端から、４本の入力導波路２３１〜２３４が延びている。入力導波路２３１は位相変調部１４１の入力端に接続されている。入力導波路２３２は位相変調部１４２の入力端に接続されている。入力導波路２３３は位相変調部１４３の入力端に接続されている。入力導波路２３４は位相変調部１４４の入力端に接続されている。
【００５２】
位相変調部１４１、１４２の出力側は、光合成点２４７において接続されている。また位相変調部１４３、１４４の出力側は、光合成点２４８において接続されている。
【００５３】
位相変調部１４１〜１４４は、入力される光信号に対して二位相変調（ＢＰＳＫ）を施して出力する。位相変調部１４１、１４２は、それらの位相変化が互いに直交するように動作設定される。また位相変調部１４３、１４４も、それらの位相変化が互いに直交するように動作設定される。
【００５４】
本第２実施形態の場合、位相変調部１４１、１４２と光合成点２４７とによりＱＰＳＫ方式の光変調器が構成され、位相変調部１４３、１４４と光合成点２４８とによりＱＰＳＫ方式の光変調器が構成されている。上記それぞれの光変調器で変調された光信号は、出力導波路１３６、１３７側に配置されたマイクロレンズアレイ１４５のマイクロレンズ１４７、１４８を介して光合成部１５０へ出力される。
【００５５】
光導波路素子１３０Ａは、第１実施形態と同様、出力導波路１３６、１３７側にマイクロレンズアレイ１４５を有する。マイクロレンズアレイ１４５は、基体１４６、２つのマイクロレンズ１４７、１４８を有する。２つのマイクロレンズ１４７、１４８のそれぞれの光軸は、光出力導波路１３６、１３７から射出される２本のレーザー光の光軸と同軸に配置されている。基体１４６のうちマイクロレンズ１４７、１４８と反対側の面は、光導波路素子１３０Ａと光学的に接着されている。
【００５６】
光合成部１５０は、第１実施形態と同様、半波長板１５１、偏光ビームスプリッター１５２及び光ファイバーコリメーター１６を有する。光合成部１５０は、光信号ＱＰＳＫ１、ＱＰＳＫ２の強度比を維持するようにこれらを合成し、１６ＱＡＭ対応信号光を生成する。１６ＱＡＭ対応信号を生成する２つの光信号ＱＰＳＫ１と光信号ＱＰＳＫ２とは、光ファイバーコリメーター１６に入力されることにより光ファイバー１２に結合され、光ファイバー１２を介して処理装置１７に送信される。処理装置１７は、１６ＱＡＭ対応信号に基づいて１６ＱＡＭ信号を求める処理を行う。
【００５７】
上記構成を備えた本第２実施形態の光変調器２００では、光ファイバーコリメーター１５から光分岐部１１０Ａのビームスプリッター１１４にレーザー光が入射する。ビームスプリッター１１４は、入射光の４０％を透過し、６０％を反射する。
【００５８】
ビームスプリッター１１４を透過した光は、マイクロレンズ１２４に入射し、マイクロレンズ１２４により入力導波路２３１の入力端に集光される。一方、ビームスプリッター１１４で反射された光は、ビームスプリッター１１５に入射する。ビームスプリッター１１５は入射光の３３％を透過し、６７％を反射する。
【００５９】
ビームスプリッター１１５で反射された光は、マイクロレンズ１２５に入射し、マイクロレンズ１２５により入力導波路２３２の入力端に集光される。一方、ビームスプリッター１１５を透過した光は、ビームスプリッター１１６に入射する。ビームスプリッター１１６は、入射光の５０％を透過し、５０％を反射する。
【００６０】
ビームスプリッター１１６で反射された光は、マイクロレンズ１２６に入射し、マイクロレンズ１２６により入力導波路２３３の入力端に集光される。一方、ビームスプリッター１１６を透過した光は、ミラー１１３で反射された後、マイクロレンズ１２７に入射し、マイクロレンズ１２７により入力導波路２３４の入力端に集光される。
【００６１】
入力導波路２３１、２３２に導入された光は、位相変調部１４１、１４２で変調後、バイアス電極部１３４ａへの電圧印加により所定の位相差（π／２）に調整される。その後、光合成点２４７で合成されて光信号ＱＰＳＫ１となり、光合成部１５０へ出力される。
【００６２】
入力導波路２３３、２３４に導入された光は、位相変調部１４３、１４４で変調後、バイアス電極部１３５ａへの電圧印加により所定の位相差（π／２）に調整される。その後、光合成点２４８で合成されて光信号ＱＰＳＫ２となり、光合成部１５０へ出力される。
【００６３】
本第２実施形態の場合、入力導波路２３１、２３２に導入される光は、光ファイバーコリメーター１５から入力された光に対してそれぞれ強度４０％の光である。一方、入力導波路２３３、２３４に導入される光は、それぞれ強度１０％の光である。したがって、光合成点２４８で生成される光信号ＱＰＳＫ２は、光信号ＱＰＳＫ１に対してパワーが１／４になる。
【００６４】
光合成部１５０において、上記パワー比の光信号ＱＰＳＫ１と光信号ＱＰＳＫ２とが、それらの強度比を維持するように合成されることにより、１６ＱＡＭ対応信号が生成される。１６ＱＡＭ対応信号を生成する２つの光信号ＱＰＳＫ１と光信号ＱＰＳＫ２とは、光ファイバーコリメーター１６に入力されることにより光ファイバー１２に結合され、光ファイバー１２を介して処理装置１７に送信される。処理装置１７では、この１６ＱＡＭ対応信号に基づいて１６ＱＡＭ信号が生成される。
【００６５】
なお、光信号ＱＰＳＫ１、ＱＰＳＫ２のパワー比率（４：１）は、光変調器２００の製造誤差によって多少ずれていてもよい。例えば、上記比率が３：１や５：１となる場合もある。上記パワー比率は、光分岐部１１０Ａにおけるビームスプリッターの透過率及び反射率により調整することもできる。
【００６６】
本第２実施形態の光変調器２００は、光分岐部１１０Ａにおいてレーザー光を４分岐し、それぞれのレーザー光をマイクロレンズアレイ１２０Ａにより位相変調部１４１〜１４４に導入するように構成される。すなわち、第１実施形態に係る光変調器１００においてネスト型マッハツェンダー導波路１３４、１３５に設けられていたレーザー光の分岐点を、本第２実施形態では光分岐部１１０Ａとして基板外に設けている。
【００６７】
これにより、光導波路における光損失の原因となる光分岐点を減らすことができ、光導波路の製造誤差によって起こる特性のばらつきがさらに許容され得る。そして第１実施形態と比較しても光損失の少ない光変調器とすることができる。また、光分岐のための導波路構造が不要であるため、ニオブ酸リチウム等からなる基板１３１を小型化することができる。
【００６８】
また本第２実施形態の光変調器２００においても、光分岐部１１０Ａで分岐したレーザー光を、マイクロレンズ１２４〜１２７により入力導波路２３１〜２３４に集光させて光導波路素子１３０Ａに導入している。したがって、異種基板上に形成された光導波路同士を接続する場合のような製造の困難性もなく、基板同士の膨張率差による破損や、接合ズレに起因する光損失の問題も生じない。
【００６９】
以上の本第２実施形態においては、第一実施形態と同様に、所定の位相に変調され光強度の異なる２つの光信号ＱＰＳＫ１及び光信号ＱＰＳＫ２を互いに垂直な偏光方向にすると共に、偏光方向が垂直となった２つの光信号ＱＰＳＫ１及び光信号ＱＰＳＫ２を偏波合成することで、片側のアームに損失を生じさせる方式に比べて、光損失を抑制することができる。
【００７０】
（第３実施形態）  
次に、図３を参照しつつ第３実施形態について説明する。  
図３は、第３実施形態に係る光変調器を示す図である。  
以下の実施形態において、先の実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付し、それらについての詳細な説明は簡略化又は省略する。
【００７１】
本第３実施形態の光変調器３００は、図３に示すように、光分岐部１１０と、ロッドレンズ１２０Ｂと、光導波路素子１３０Ｂとを有する。光分岐部１１０は、第１実施形態と共通である。
【００７２】
ロッドレンズ１２０Ｂは、曲面形状のレンズ面を有する。ロッドレンズ１２０Ｂは、上記レンズ面と反対側の平坦面を光導波路素子１３０Ｂの側端面に光学的に接着されている。ロッドレンズ１２０Ｂのレンズ面には、光分岐部１１０で分岐され射出された２本のレーザー光が入射される。ロッドレンズ１２０Ｂに入射したレーザー光は、光導波路素子１３０Ｂの側端面に形成された光導波路の入力端に集光される。
【００７３】
光導波路素子１３０Ｂは、基板１３１と、基板１３１上に形成された光導波路及び電極とを有する。これらの光導波路及び電極により、光変調部１４０Ｂが形成されている。
【００７４】
光変調部１４０Ｂは、第１実施形態に係る光変調部１４０とほぼ同様の構成であり、互いに交差する入力導波路２３６、２３７を備えた点において異なっている。入力導波路２３６、２３７は、ロッドレンズ１２０Ｂが接合される基板１３１の側端面に入力端を有し、基板１３１の端縁から内側に延びた位置で互いに交差した後、各々ネスト型マッハツェンダー導波路１３４、１３５に接続されている。
【００７５】
光導波路素子１３０Ｂは、第一実施形態と同様、出力導波路１３６、１３７側にマイクロレンズアレイ１４５を有する。マイクロレンズアレイ１４５は、基体１４６、２つのマイクロレンズ１４７、１４８を有する。２つのマイクロレンズ１４７、１４８のそれぞれの光軸は、光出力導波路１３６、１３７から射出される２本のレーザー光の光軸と同軸に配置されている。基体１４６のうちマイクロレンズ１４７、１４８と反対側の面は、光導波路素子１３０Ｂと光学的に接着されている。
【００７６】
光合成部１５０は、第１実施形態と同様、半波長板１５１、偏光ビームスプリッター１５２及び光ファイバーコリメーター１６を有する。光合成部１５０は、光信号ＱＰＳＫ１、ＱＰＳＫ２の強度比を維持するようにこれらを合成し、１６ＱＡＭ対応信号光を生成する。１６ＱＡＭ対応信号を生成する２つの光信号ＱＰＳＫ１と光信号ＱＰＳＫ２とは、光ファイバーコリメーター１６に入力されることにより光ファイバー１２に結合され、光ファイバー１２を介して処理装置１７に送信される。処理装置１７は、１６ＱＡＭ対応信号に基づいて１６ＱＡＭ信号を求める処理を行う。
【００７７】
上記構成を備えた本第３実施形態の光変調器３００では、光ファイバーコリメーター１５から射出されたレーザー光が光分岐部１１０のビームスプリッター１１２に入射する。ビームスプリッター１１２は、入射光の８０％を透過し、２０％を反射する。
【００７８】
ビームスプリッター１１２を透過した光は、ロッドレンズ１２０Ｂに入射し、ロッドレンズ１２０Ｂにより入力導波路２３７の入力端に集光される。入力導波路２３７に導入された光は、ネスト型マッハツェンダー導波路１３５に入力される。
【００７９】
一方、ビームスプリッター１１２で反射された光は、ミラー１１３で反射された後、ロッドレンズ１２０Ｂに入射し、ロッドレンズ１２０Ｂにより入力導波路２３６の入力端に集光される。入力導波路２３６に導入された光は、ネスト型マッハツェンダー導波路１３４に入力される。
【００８０】
したがって、本第３実施形態の光変調器３００では、ネスト型マッハツェンダー導波路１３４、１３５に入力される光の強度比が第１実施形態とは逆になる。
【００８１】
ネスト型マッハツェンダー導波路１３４に導入された光は、入力端で分岐された後、位相変調部１４１、１４２で変調後、バイアス電極部１３４ａへの電圧印加により所定の位相差（π／２）となるように調整される。その後、ネスト型マッハツェンダー導波路１３４の出力端で合成されて光信号ＱＰＳＫ１となり、マイクロレンズ１４７を介して光合成部１５０へ出力される。
【００８２】
ネスト型マッハツェンダー導波路１３５に導入された光は、入力端で分岐された後、位相変調部１４３、１４４で変調後、バイアス電極部１３５ａへの電圧印加により所定の位相差（π／２）となるように調整される。その後、ネスト型マッハツェンダー導波路１３５の出力端で合成されて光信号ＱＰＳＫ２となり、マイクロレンズ１４８を介して光合成部１５０へ出力される。
【００８３】
本第３実施形態の場合、入力導波路２３６に導入される光は、ビームスプリッター１１２で分岐された強度２０％の光であるため、ネスト型マッハツェンダー導波路１３４から出力される光信号ＱＰＳＫ１は、ネスト型マッハツェンダー導波路１３５において強度８０％の光から生成された光信号ＱＰＳＫ２に対してパワーが１／４になる。
【００８４】
そして、光合成部１５０において、上記パワー比の光信号ＱＰＳＫ１と光信号ＱＰＳＫ２とが、それらの強度比を維持するように合成されることにより、１６ＱＡＭ対応信号が生成される。１６ＱＡＭ対応信号を生成する２つの光信号ＱＰＳＫ１と光信号ＱＰＳＫ２とは、光ファイバーコリメーター１６に入力されることにより光ファイバー１２に結合され、光ファイバー１２を介して処理装置１７に送信される。処理装置１７では、当該１６ＱＡＭ対応信号に基づいて１６ＱＡＭ信号が生成される。
【００８５】
光信号ＱＰＳＫ１、ＱＰＳＫ２のパワー比率（１：４）は、光変調器３００の製造誤差によって多少ずれていてもよく、また出力された信号が偏波合成部に到達するまでにパワー比率を調節する必要もない。例えば、上記比率が１：３や１：５となる場合もある。上記パワー比率は、光分岐部１１０におけるビームスプリッター１１２の透過率及び反射率により調整することもでき、これらは導波路の分岐部とは異なり、使用する部品の交換により容易に変更することができる。
【００８６】
なお、本第３実施形態の光変調器３００では、光分岐部１１０において所定のパワー比でレーザー光を分岐し、これらのレーザー光をロッドレンズ１２０Ｂを介して光導波路素子１３０Ｂに導入している。ロッドレンズ１２０Ｂを用いた場合にも、先の第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００８７】
以上の本第３実施形態においては、上記第１および第２実施形態と同様に、所定の位相に変調され光強度の異なる２つの光信号ＱＰＳＫ１及び光信号ＱＰＳＫ２を互いに垂直な偏光方向にすると共に、偏光方向が垂直となった２つの光信号ＱＰＳＫ１及び光信号ＱＰＳＫ２を偏波合成することで、片側のアームに損失を生じさせる方式に比べて、光損失を抑制することができる。
【００８８】
上述の実施形態おいては光強度が異なる２つの位相変調光としてＱＰＳＫ変調器を用いた４値の位相変調光を例として１６値ＱＡＭ対応信号光の生成する方式を示したが、位相変調光として他の多値変調光を生成する方式も適用可能である。位相シフト量がπ／３である６値位相変調器を用いる場合、３６値のＱＡＭ対応信号光が生成可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１００、２００、３００    光変調器
１１０    光分岐部
１２０    マイクロレンズアレイ
１３０、１３０Ａ、１３０Ｂ    光導波路素子
１４１〜１４４    位相変調部
１４５    マイクロレンズアレイ
１５０    光合成部
１５１    半波長板
１５２    偏光ビームスプリッター
１５３    ミラー
１５４    ビームスプリッター
【図１】
2014051096.tif 000003
【図２】
2014051096.tif 000004
【図３】
2014051096.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月24日(2014.3.24)
【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】
直交振幅変調信号を出力する光変調器であって、
入力光を光強度の異なる分岐光に分岐するビームスプリッターと、
前記ビームスプリッターで分岐された前記分岐光をそれぞれ集光する第１のレンズと、
前記第１のレンズを介して入力される前記分岐光をそれぞれ位相変調し、２つの位相変調光を出力する位相変調部と、
前記２つの位相変調光が入力される第２のレンズと、
前記第２のレンズから出力される前記２つの位相変調光を合成して、変調信号光を出力する光合成部と、
を有し、
前記光合成部は、
前記２つの位相変調光のうち第一位相変調光の偏光方向を変換する偏波回転素子と、
前記偏波回転素子によって偏光方向が変換された前記第一位相変調光と、前記第一位相変調光とは異なる第二位相変調光と、を偏波合成する偏光ビームスプリッターと、
を有することを特徴とする光変調器。
【請求項２】
前記ビームスプリッターは、前記入力光を、第一分岐光、第二分岐光、第三分岐光、および第四分岐光に分岐し、
前記位相変調部は、前記第一分岐光、第二分岐光、第三分岐光、および第四分岐光をそれぞれ位相変調し、前記第一分岐光と第二分岐光とを合成して前記第一位相変調光を出力し、前記第三分岐光と第四分岐光とを合成して前記第二位相変調光を出力する請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記第１のレンズは、ロッドレンズである請求項１に記載の光変調器。
【請求項４】
直交振幅変調信号を生成する光変調方法であって、
ビームスプリッターを用いて入力光を光強度の異なる分岐光に分岐することと、
第１のレンズを用いて前記ビームスプリッターで分岐された前記分岐光を集光することと、
前記第１のレンズを介して入力される前記分岐光をそれぞれ位相変調し、２つの位相変調光を第２のレンズに出力することと、
前記第２のレンズから出力される前記２つの位相変調光を合成して、変調信号光を出力することと、
を含み、
前記２つの位相変調光を合成して、変調信号光を出力することは、
偏波回転素子を用いて前記２つの位相変調光のうち第一位相変調光の偏光方向を変換することと、
偏光ビームスプリッターを用いて、前記偏波回転素子によって偏光方向が変換された前記第一位相変調光と、前記第一位相変調光とは異なる第二位相変調光と、を偏波合成することと、
を含むことを特徴とする光変調方法。
【請求項５】
前記光強度の異なる分岐光に分岐することは、前記入力光を、第一分岐光、第二分岐光、第三分岐光、および第四分岐光に分岐することを含み、
前記分岐光をそれぞれ位相変調することは、前記第一分岐光、第二分岐光、第三分岐光、および第四分岐光をそれぞれ位相変調することと、前記第一分岐光と第二分岐光とを合成して前記第一位相変調光を出力することと、前記第三分岐光と第四分岐光とを合成して前記第二位相変調光を出力することと、を含む請求項４に記載の光変調方法。
【請求項６】
前記第１のレンズは、ロッドレンズである請求項４に記載の光変調方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の一態様の光変調器は、直交振幅変調信号を出力する光変調器であって、入力光を光強度の異なる分岐光に分岐するビームスプリッターと、前記ビームスプリッターで分岐された前記分岐光をそれぞれ集光する第１のレンズと、前記第１のレンズを介して入力される前記分岐光をそれぞれ位相変調し、２つの位相変調光を出力する位相変調部と、前記２つの位相変調光が入力される第２のレンズと、前記第２のレンズから出力される前記２つの位相変調光を合成して、変調信号光を出力する光合成部と、を有し、前記光合成部は、前記２つの位相変調光のうち第一位相変調光の偏光方向を変換する偏波回転素子と、前記偏波回転素子によって偏光方向が変換された前記第一位相変調光と、前記第一位相変調光とは異なる第二位相変調光と、を偏波合成する偏光ビームスプリッターと、を有することを特徴とする。
本発明の一態様の光変調器は、第一生成部及び第二生成部を備えた生成部であって、前記第一生成部が、所定の位相に変調され、第一の光強度を有する位相変調光を生成するように構成され、前記第二生成部が、所定の位相に変調され、前記第一の光強度とは異なる第二の光強度を有する位相変調光を生成するように構成された、前記生成部と、前記生成部によって生成された前記２つの位相変調光を互いに垂直な偏光方向にすると共に、前記２つの位相変調光を偏波合成して、変調信号光を出力するように構成された光合成部とを備える。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の一態様の光変調方法は、直交振幅変調信号を生成する光変調方法であって、ビームスプリッターを用いて入力光を光強度の異なる分岐光に分岐することと、第１のレンズを用いて前記ビームスプリッターで分岐された前記分岐光を集光することと、前記第１のレンズを介して入力される前記分岐光をそれぞれ位相変調し、２つの位相変調光を第２のレンズに出力することと、前記第２のレンズから出力される前記２つの位相変調光を合成して、変調信号光を出力することと、を含み、前記２つの位相変調光を合成して、変調信号光を出力することは、偏波回転素子を用いて前記２つの位相変調光のうち第一位相変調光の偏光方向を変換することと、偏光ビームスプリッターを用いて、前記偏波回転素子によって偏光方向が変換された前記第一位相変調光と、前記第一位相変調光とは異なる第二位相変調光と、を偏波合成することと、を含むことを特徴とする。
本発明の一態様の光変調方法は、所定の位相に変調され光強度が互いに異なる２つの位相変調光を生成し、生成された前記２つの位相変調光を互いに垂直な偏光方向にすると共に、前記２つの位相変調光を偏波合成して、変調信号光を出力する。
【国際調査報告】
2014051096.tif 000006
2014051096.tif 000007
2014051096.tif 000008
2014051096.tif 000009