(57)【要約】  本発明にかかる光送信システムは、第１の光変調器（１１a）、第２の光変調器（１０A）、第３の光変調器（１３a）を備えている。さらに、第１の光変調器（１１a）に対して入力信号に応じた駆動信号を出力する信号出力手段（１１S）と、第２の光変調器（１０A）に対して第１の波形整形信号を出力する第１の波形整形信号出力手段（１２S）と、第３の光変調器（１３a）に対して第２の波形整形信号を出力する第２の波形整形信号出力手段（１３S）と備えている。第２の光変調器（１０A）に対しては、第１の光変調器（１１a）が出力する信号よりも相対的に遅いタイミングで第１の波形整形信号を出力する。第３の光変調器（１３a）に対しては、第１の光変調器（１１a）が出力する信号よりも相対的に早いタイミングで第２の波形整形信号を出力する。
2014057598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光に対して光変調処理を実行する第１の光変調器と、
前記入力光に対して光変調処理を実行する第２の光変調器と、
前記入力光に対して光変調処理を実行する第３の光変調器と、
前記第１の光変調器に対して入力信号に応じた駆動信号を出力する信号出力手段と、
前記第２の光変調器に対して第１の波形整形信号を出力する第１の波形整形信号出力手段と、
前記第３の光変調器に対して第２の波形整形信号を出力する第２の波形整形信号出力手段と備え、
前記第１の波形整形信号出力手段は、前記第１の光変調器が出力する信号よりも相対的に遅いタイミングで前記第１の波形整形信号を出力し、
前記第２の波形整形信号出力手段は、前記第１の光変調器が出力する信号よりも相対的に早いタイミングで前記第２の波形整形信号を出力する、
光送信システム。
【請求項２】
前記第１の波形整形信号は、前記第１の光変調器が出力する信号の立上り及び立下り直後の部分を整形し、
前記第２の波形整形信号は、前記第１の光変調器が出力する信号の立上り及び立上り直前の部分を整形する、請求項１記載の光送信システム。
【請求項３】
前記第１の波形整形信号は、前記第１の光変調器が出力する信号の立上り及び立下り直後の部分が急峻になるように整形し、
前記第２の波形整形信号は、前記第１の光変調器が出力する信号の立上り及び立上り直前の部分が急峻になるように整形する、請求項２記載の光送信システム。
【請求項４】
前記第１および第２の波形整形信号出力手段は、前記入力信号を受けて符号を反転する制御をし、さらに、前記入力信号より小さい振幅の信号に変換して、第１および第２の波形整形信号として出力する、
請求項３に記載の光送信システム。
【請求項５】
前記第２の波形整形信号出力手段は、前記入力信号の立上り時及び立下り時より一定時間早期に符号が反転されたパルス状の信号を生成する制御をし、
前記第１の波形整形信号出力手段は、前記入力信号の立上り時及び立下り時より一定時間遅延してパルス状の信号を生成する制御をする、
請求項３記載の光送信システム。
【請求項６】
前記入力信号は多値レベルを表現可能なＮビットのデジタル信号であり、入力信号を受けて多値信号に変換する第１のＤＡＣと、
それぞれ符号反転処理されたデジタル信号を多値信号に変換する第２および第３のＤＡＣを備え、
前記第１のＤＡＣは信号出力手段に接続され、前記第２及び第３のＤＡＣはそれぞれ第１、第２の波形整形信号出力手段に接続されている、
請求項１〜３いずれかに記載の光送信システム。
【請求項７】
入力光に対して光変調処理を実行する第１の光変調器と、
前記入力光に対して光変調処理を実行する第２の光変調器と、
前記入力光に対して光変調処理を実行する第３の光変調器と、
前記第１の光変調器に対して入力信号に応じた駆動信号を出力する信号出力手段と、
前記第２の光変調器に対して第１の波形整形信号を出力する第１の波形整形信号出力手段と、
前記第３の光変調器に対して第２の波形整形信号を出力する第２の波形整形信号出力手段と備え、
前記第１の波形整形信号出力手段は、前記第１の光変調器が出力する信号よりも相対的に遅いタイミングで前記第１の波形整形信号を出力し、
前記第２の波形整形信号出力手段は、前記第１の光変調器が出力する信号よりも相対的に早いタイミングで前記第２の波形整形信号を出力する、
光位相変調器。
【請求項８】
前記第１の波形整形信号は、前記第１の光変調器が出力する信号の立上り及び立下り直後の部分を整形し、
前記第２の波形整形信号は、前記第１の光変調器が出力する信号の立上り及び立上り直前の部分を整形する、請求項７記載の光位相変調器。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の光位相変調器を２つ組み合わせたマッハツェンダ型光位相変調器。
【請求項１０】
入力信号に応じた駆動信号と、第１の波形整形信号と、第２の波形整形信号に基づいて、入力光を変調する光変調方法であって、
前記入力光に対して前記駆動信号により光変調を実行し、
前記駆動信号よりも相対的に早いタイミングで前記第２の波形整形信号により前記入力光に対して波形整形を実行し、
前記駆動信号よりも相対的に遅いタイミングで前記第１の波形整形信号により前記入力光に対して波形整形を実行する、
光変調方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ファイバ通信技術に関し、光送信システム、光位相変調器、及び光変調方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
インターネットや映像配信等の広帯域マルチメディア通信サービスの爆発的な需要増加に伴い、幹線系やメトロ系（都市間）に、より長距離大容量かつ高信頼な高密度波長多重光ファイバ通信システムの導入が進んでいる。また、加入者系にも光ファイバアクセスサービスの普及が急速に進んでいる。こうした光ファイバを使用した通信システムは、光伝送路である光ファイバの敷設コスト低減や、光ファイバ１本当たりの伝送帯域利用効率を高めることが重要である。【０００３】
このため、複数の異なる波長の光信号を多重化して伝送する、波長多重技術が広く用いられている。さらに近年は、波長多重技術だけでは増大するトラフィックに対応しきれなくなり、１波長チャンネル当りの伝送容量拡大への要求もより一層強くなってきている。この１波長チャンネル当りの伝送容量拡大にあたっては、スペクトル利用効率および光ファイバの波長分散や偏波モード分散に対する耐性の観点から、通常の２値光強度変調方式に比べて光変調スペクトル帯域幅がより狭い、多値光変調信号方式が有利である。【０００４】
例えば、近年実用化されつつあるデジタルコヒーレント方式を用いた光通信システムは、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）信号を適用している。また、更なる大容量化に向けては１６ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）等のより多値の信号を扱った光通信システム等が検討されている。また、さらに１波長チャンネル当りの伝送容量拡大のためにデータのシンボル周波数を向上させることも必要である。データのシンボル周波数を向上させるためには、素子の帯域が重要な要素となる。【０００５】
光ファイバ通信システムで一般的に用いられる光素子（例えば、光変調器）を例とすると、実際の光変調器は素子自体が静電容量を持っているため、その応答速度は有限であり理想的な応答特性ではない。したがって、光変調器を駆動する駆動装置の帯域、すなわち電気信号の過渡応答速度（立上りおよび立下り時間）や、光変調器自体の帯域特性によって位相変調の過渡応答波形が決まるため、１０Ｇｂ／ｓを超える高速化には限界があった。【０００６】
このような問題を解決するため、関連する技術として特許文献１に示す技術が提案されている。関連する技術の位相変調部分のコンセプトを図１４A、図１４Bに示す。図１４Aには構成図を、図１４B（a）、（ｂ）には、位相変調の様子を波形で図示している。関連する技術は、光導波路上に第１の光変調器１０１および第２の光変調器１０２を設けて、それぞれに電圧を印加することで、光導波路１０３を通過する光に位相変調を与えている。【０００７】
ここでは、第１の光変調器１０１には所望の電気入力信号ＤＩＮを印加し、第２の光変調器１０２には前記電気入力信号ＤＩＮとは符号が反転し、タイミングがτだけ遅延した信号ＤＩＮＢを印加する。このときＤＩＮＢの振幅を前記電気入力信号ＤＩＮよりも小さい値で適切に選ぶ。そうすると、図１４B（ａ）に示すように、もともとの位相変調波形に対して、波形の立上り・立下り直後にオーバーシュートならびにアンダーシュートをかけることができる。図１４B（ａ）は、説明を分かりやすくするために、応答速度が無限大の理想矩形波形で示している。しかし、実際の光変調器においては、駆動装置および光変調器の帯域が有限であることから、図１４B（ｂ）に示すような波形となる。【０００８】
このように、関連する技術は、装置構成を用いて遅延量τおよびＤＩＮＢの振幅を適切に設定することで、駆動電気装置および光変調器自体の動作速度がそれほど高速でない場合も、オーバーシュートおよびアンダーシュート量を適切に制御可能な波形整形処理を施すことにより、高速な光位相変調を実現している。【０００９】
しかし、この様な光位相変調器は、位相変調波形の立上り直後、ならびに立下り直後のオーバーシュート／アンダーシュートを制御することはできるが、波形の立上り直前および立下り直前の波形を制御することができない。すなわち、位相変調波形をアイパターンで見たときに、アイパターンの始まりの部分の波形整形は出来るものの、アイパターンの終盤部分の波形整形は出来ない、という問題を生ずる。【００１０】
また、上記の技術による装置によって波形整形されたパルス波形は、左右非対称な波形となる。このことは、様々な要因によって影響を受ける駆動装置ならびに光変調器の周波数特性を、完全に補正することができず、所望の波形を得られない。また、関連する技術は、符号反転信号ＤＩＮＢをもともとの波形から差し引くことにより、オーバーシュート／アンダーシュートを生成している。これは、ディエンファシス技術であり、振幅を減少させるという問題を生ずる。【００１１】
よって所望の位相変化量（波形の振幅）を得るためには、ＤＩＮＢによる位相変化分だけ、予めＤＩＮ信号の振幅を増大しておく必要がある。これは、駆動装置の大幅な電力増大を招く。更に、関連する技術においては、今後主流となるであろう、多値位相変調の波形整形に対応することができないという問題を生ずる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】再特ＷＯ２００８／０２３４８０号公報
【特許文献２】特開平７−１３１１２号公報
【特許文献３】特開平５−２８９０３３号公報
【特許文献４】特開平５−２５７１０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上記の様に、光信号を遅延し符号を反転して光信号を合成する方法は、波形の立上り直前および立下り直前の波形を制御することができず、信号の波形が非対称となる。また、光信号の振幅を減少させるので、予め振幅減少分の電圧を増大しておく必要があり、消費電力が増大する。【００１４】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、駆動装置ならびに光変調器自体の動作速度がそれほど高速でなくても、パルス波形を対称性良く波形整形して高速な波形応答を実現する光送信システム、光位相変調器、および光変調方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
一態様にかかる光送信システムは、入力光に対して光変調処理を実行する第１の光変調器と、前記入力光に対して光変調処理を実行する第２の光変調器と、前記入力光に対して光変調処理を実行する第３の光変調器と、前記第１の光変調器に対して入力信号に応じた駆動信号を出力する信号出力手段と、前記第２の光変調器に対して第１の波形整形信号を出力する第１の波形整形信号出力手段と、前記第３の光変調器に対して第２の波形整形信号を出力する第２の波形整形信号出力手段と備え、前記第１の波形整形信号出力手段は、前記第１の光変調器が出力する信号よりも相対的に遅いタイミングで前記第１の波形整形信号を出力し、前記第２の波形整形信号出力手段は、前記第１の光変調器が出力する信号よりも相対的に早いタイミングで前記第２の波形整形信号を出力する。【００１６】
一態様にかかる光位相変調器は、入力光に対して光変調処理を実行する第１の光変調器と、前記入力光に対して光変調処理を実行する第２の光変調器と、前記入力光に対して光変調処理を実行する第３の光変調器と、前記第１の光変調器に対して入力信号に応じた駆動信号を出力する信号出力手段と、前記第２の光変調器に対して第１の波形整形信号を出力する第１の波形整形信号出力手段と、前記第３の光変調器に対して第２の波形整形信号を出力する第２の波形整形信号出力手段と備え、前記第１の波形整形信号出力手段は、前記第１の光変調器が出力する信号よりも相対的に遅いタイミングで前記第１の波形整形信号を出力し、前記第２の波形整形信号出力手段は、前記第１の光変調器が出力する信号よりも相対的に早いタイミングで前記第２の波形整形信号を出力する。【００１７】
一態様にかかる光変調方法は、入力信号に応じた駆動信号と、第１の波形整形信号と、第２の波形整形信号に基づいて、入力光を変調する光変調方法であって、前記入力光に対して前記駆動信号により光変調を実行し、前記駆動信号よりも相対的に早いタイミングで前記第２の波形整形信号により前記入力光に対して波形整形を実行し、前記駆動信号よりも相対的に遅いタイミングで前記第１の波形整形信号により前記入力光に対して波形整形を実行する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、駆動装置ならびに光変調器自体の動作速度がそれほど高速でなくても、パルス波形を対称性良く波形整形して高速な波形応答を実現する光送信システム、光位相変調器、および光変調方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態に係る光変調器の基本構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る光変調器の具体的な構成図である。
【図３】第１の実施形態に係る光変調器の動作説明図である。
【図４】第２の実施形態に係る光変調器の構成図である。
【図５Ａ】第２の実施形態に係る光変調器の第１、第２の波形整形信号生成装置の構成図である。
【図５Ｂ】第２の実施形態に係る光変調器の第１、第２の波形整形信号生成装置の構成図である。
【図６】第２の実施形態に係る光変調器の動作説明図である。
【図７Ａ】第２の実施形態に係る光変調器の第１、第２の波形整形信号生成装置の別の構成図である。
【図７Ｂ】第２の実施形態に係る光変調器の第１、第２の波形整形信号生成装置の別の構成図である。
【図８】第３の実施形態に係る多値光変調器の構成図である。
【図９】第３の実施形態に係る光変調器の動作説明図である。
【図１０】第４の実施形態に係る多値光変調器の構成図である。
【図１１】第４の実施形態に係る光変調器の動作説明図である。
【図１２】第５の実施形態に係るマッハツェンダ型光変調器の構成図である。
【図１３】第６の実施形態に係る光送受信システムの構成図である。
【図１４Ａ】関連する技術に係る光変調器の構成図および動作説明図である。
【図１４Ｂ】関連する技術に係る光変調器の構成図および動作説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
発明の実施の形態１．
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる光位相変調器１０の基本構成図である。図のように、光位相変調器１０は、入力光信号を導波する光導波路１０ａと、信号出力手段１１Ｓと、第２の波形整形信号出力手段１２Ｓと、第３の波形整形信号出力手段１３Ｓと、第１〜第３の光変調器（１１ａ、１２ａ、１３ａ）より構成されている。
【００２１】
信号出力手段１１Ｓは、入力信号ＤＩＮを遅延させる第１の電気遅延装置１１ｃと、前記第１の電気遅延装置１１ｃの出力を受けて光変調器を駆動するための電気信号ＤＩＮ＿ＭＡＩＮを出力する第１の駆動装置１１ｂより構成されている。
【００２２】
第１の波形整形信号出力手段１２Ｓは、第２の駆動装置１２ｂと、第２の電気遅延装置１２ｃと、第１の波形整形信号生成装置１２ｄを備えている。
第２の駆動装置１２ｂは、第２の電気遅延装置１２ｃの出力を受けて光変調器１２ａを駆動するための電気信号ＤＩＮ＿ＰＯＳＴを出力する。
第２の電気遅延装置１２ｃは、第１の波形整形信号生成装置１２ｄの出力を遅延させる。
第１の波形整形信号生成装置１２ｄは、入力信号ＤＩＮを元に波形整形用信号を生成する。
【００２３】
第２の波形整形信号出力手段１３Ｓは、第３の駆動装置１３ｂと、第３の電気遅延装置１３ｃと、第２の波形整形信号生成装置１３ｄを備えている。
第３の駆動装置１３ｂは、第３の電気遅延装置１３ｃの出力を受けて光変調器１３ａを駆動するための電気信号ＤＩＮ＿ＰＲＥを出力する。
第３の電気遅延装置１３ｃは、第２の波形整形信号生成装置１３ｄの出力を遅延させる。
第２の波形整形信号生成装置１３ｄは、入力信号ＤＩＮを元に波形整形用信号を生成する。
【００２４】
第１の光変調器１１ａは、前記信号出力手段１１Ｓの出力である電気信号ＤＩＮ＿ＭＡＩＮを受けて、光導波路１０ａを通過する光に位相変調を施して出力する。
【００２５】
第２の光変調器１２ａは、前記第１の波形整形信号出力手段１２Ｓの出力である電気信号ＤＩＮ＿ＰＯＳＴを受けて光導波路１０ａを通過する光に位相変調を施して出力する。
【００２６】
第３の光変調器１３ａは、前記第２の波形整形信号出力手段１３Ｓの出力である電気信号ＤＩＮ＿ＰＲＥを受けて光導波路１０ａを通過する光に位相変調を施して出力する。
【００２７】
関連する技術との違いは、第１および第２の光変調器（１０１、１０２）に加え、第３の光変調器１３aを備えていることである。そして、前記第１〜第３の光変調器を駆動する３つの電気信号の出力タイミングが、ＤＩＮ＿ＰＲＥ、ＤＩＮ＿ＭＡＩＮ、ＤＩＮ＿ＰＯＳＴの順番となるよう第１〜第３の電気遅延装置（１１ｃ、１２ｃ、１３ｃ）の遅延量を設定することである。すなわち、関連する技術と違って、メインとなる第１の光変調器１１ａの駆動タイミングよりも遅延した信号で駆動する第２の光変調器１２ａに加えて、前記第１の光変調器１１ａの駆動タイミングよりも所定時間だけ早いタイミングで駆動する第３の光変調器１３ａを備えていることである。
【００２８】
図２に、第１の実施形態のより詳細な構成図ならびに図３に、第１の実施形態の動作説明図を示す。まず入力信号となる電気信号ＤＩＮは、第１の電気遅延装置１１ｃ、第１、２の波形整形信号生成装置へと３分岐される。第１の電気遅延装置１１ｃは、入力信号ＤＩＮが所定時間だけ遅延され、第１の駆動装置１１ｂへと伝達される。前記第１の駆動装置１１ｂは、その信号を所定の振幅に増幅し、第１の光変調器１１aを駆動する。ここで、第１の光変調器１１aを駆動する電気信号をＤＩＮ＿ＭＡＩＮとし、その信号によって施される光の位相変調量を図３（ａ）に示す。
【００２９】
次に、第１の波形整形信号生成装置１２ｄは、入力信号ＤＩＮを符号反転させて第２の電気遅延装置１２ｃに伝達する。第２の電気遅延装置１２ｃは、その信号を所定時間だけ遅延させて第２の駆動装置１２ｂへと伝達する。第２の駆動装置１２ｂは、その信号を所定の振幅で振幅し、第２の光変調器１２ａを駆動する。ここで第２の光変調器１２ａを駆動する電気信号をＤＩＮ＿ＰＯＳＴとし、その信号によって施される光の位相変調量を図３（ｂ）に示す。更に、第２の波形整形信号生成装置１３ｄは、第１の波形整形信号生成装置と同様に入力信号ＤＩＮを符号反転させて第３の電気遅延装置１３ｃに伝達する。
【００３０】
第３の電気遅延装置１３ｃは、その信号を所定時間だけ遅延させて第３の駆動装置１３ｂへと伝達する。第３の駆動装置１３ｂは、その信号を所定の振幅で振幅し、第３の光変調器１３ａを駆動する。ここで第３の光変調器１３ａを駆動する電気信号をＤＩＮ＿ＰＲＥとし、その信号によって施される光の位相変調量を図３（ｃ）に示す。このとき、第１、第２、第３の電気遅延装置（１１ｃ、１２ｃ、１３ｃ）の遅延量をそれぞれ、τpre、(τpre+τpost)、０とすることにより、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、ＤＩＮ＿ＰＲＥ、ＤＩＮ＿ＭＡＩＮ、ＤＩＮ＿ＰＯＳＴの順番で第１〜第３の光変調器（１１a、１２a、１３a）を各々駆動することになる。
【００３１】
その結果、第１〜第３の光変調器（１１ａ、１２ａ、１３ａ）を通過した光位相変調量は、図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の位相変化波形を全て加算した波形となり、最終的に図３（ｄ）に示す波形が得られる。図３（ｄ）に示す波形は、関連する技術による位相変化と違い、立上り・立下り直後のオーバーシュートおよびアンダーシュート効果だけではなく、立上り・立下り直前にもアンダーシュートおよびオーバーシュート効果を得ることができる。これは、メインとなる第１の光変調器１１ａの位相変化信号よりも早いタイミングで駆動する第３の光変調器を追加したことによる効果である。
【００３２】
また、図２は、ＤＩＮ＿ＰＲＥ、ＤＩＮ＿ＭＡＩＮ、ＤＩＮ＿ＰＯＳＴの位相変調量が、相対的に０．２５：１：０．２５となるよう、第１〜第３の駆動装置１３ｂの振幅をそれぞれ設定した場合の波形応答を示している。この振幅の比を変えることで、振幅方向のオーバーシュートおよびアンダーシュート量を調整することができる。さらには、第１〜第３の遅延量を調整することによって時間軸方向のオーバーシュート、アンダーシュート量も調整できるため、光変調器や駆動装置の帯域に応じて、振幅、遅延量を適宜設定することにより、あらゆる条件の光変調器、駆動装置の条件に対しても適切な波形整形を行うことができる。
【００３３】
図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、理解しやすいよう、各波形の立上り、立下りの応答時間が無限大（∞）の、理想波形で示した。実際の有限の応答時間の波形は、図３（ｅ）で示すような波形となり、点線で示すような第１の光変調器１１ａのみで駆動した単純な波形応答に対して、立上り・立下りの応答を急峻にさせることができる。更に、本実施形態の光変調器は、関連する技術の波形整形とは違い、波形の対称性が損なわれること無く、立上り・立下りの応答を急峻にすることができ、理想的な波形整形効果を得ることが可能となる。
【００３４】
さらに、ここでは、説明の簡便化のため、第１〜第３の光変調器（１１a、１２a、１３a）は、各々単一の電極で構成されている場合を示したが、複数の電極で構成してもよい。例えば、第２、第３の光変調器に関しては、メインとなる第１の光変調器１１aの波形応答の過渡応答時間に応じて、複数の光変調器を設け、それぞれタイミングの異なる駆動信号によって位相変調を行うことで、最終的な合成位相変調波形を、より適切な波形に整形することが可能となる。
【００３５】
発明の実施の形態２．
次に、本発明の第２の実施形態について図４を用いて説明する。本実施例の形態は、第１の実施形態の構成における第１および第２の波形整形信号生成装置（１２ｄ、１３ｄ）を、単純な符号反転ではなく、エッジ検出装置を適用することを特徴とする。ここでは第１、第２の波形整形信号生成装置（１２ｄ１、１３ｄ１）として、図５A、図５Bに示すアナログ微分装置２０を用いている。また図６に第２の実施形態の動作説明図を示す。第１の実施形態と同様に、入力信号ＤＩＮは、各々第１の電気遅延装置１１ｃと、第１、第２の波形整形信号生成装置（１２ｄ１、１３ｄ１）へと３分岐される。
【００３６】
まず第１の波形整形信号生成装置１２ｄ１は、入力信号ＤＩＮを受けて、ＤＩＮ波形のエッジ検出を行い、図５A、図５Bに示すアナログ微分装置２０の動作に従って、ＤＩＮ波形の立上り・立下りに対応するエッジ検出信号を生成する。一方、第２の波形整形信号生成装置１３ｄ１は、同様にアナログ微分装置２０の動作に従ってＤＩＮ波形の立上り・立下りに対応するエッジ検出信号を生成したのち、符号反転処理を行う。次に、第１、第２の波形整形信号生成装置（１２ｄ１、１３ｄ１）にて生成されたエッジ検出信号は、それぞれ第２、第３の電気遅延装置１３ｃおよび第２、第３の駆動装置（１２ｂ、１３ｂ）を介して第２、第３の光変調器を（１２a、１３a）駆動する。
【００３７】
このとき、第２の電気遅延装置は、図６（ｂ）に示すように、メインとなる第１の光変調器１１aの位相波形（図６（ａ））の立上り・立下り直後に、エッジ検出信号がくるよう、適切な遅延量を与えてタイミングを揃える。一方、第３の電気遅延装置１３ｃは、図６（ｃ）に示すように、メインとなる第１の光変調器１１aの位相波形（図６（ａ））の立上り・立下り直前に、エッジ検出信号がくるよう、適切な遅延量を与えてタイミングを揃える。その結果、第１〜第３の光変調器の位相波形が合成されて、最終的には、図６（ｄ）に示す光位相変調波形を得ることができる。
【００３８】
図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、応答速度が無限大の理想波形を示している。しかし、実際の有限の応答時間波形は図６（ｅ）に示すような波形となる。本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、第１の光変調器１１aのみで駆動する光位相変調波形に対して、パルス波形の対称性が損なわれること無く、立上り・立下りの応答を急峻にすることができ、理想的な波形整形効果を得ることが可能となる。また、本実施形態によれば、駆動装置の振幅を調整すれば、振幅方向のオーバーシュートおよびアンダーシュート量を調整することが可能であり、光変調器、駆動装置の帯域に応じて適切な波形整形を行うことができる。
【００３９】
次に、本実施形態の更なる利点として、電力効率がある。関連する技術あるいは、第１の実施形態の方法は、オーバーシュートおよびアンダーシュート波形を得るために、もともとの第１の光変調器１１aの波形の振幅を減少させることによって実現している。従って、所望の振幅の波形を得るためには、メインとなる第１の光変調器１１aの位相変調振幅を予め増大しておく必要があり、余分な電力を消費する。一方、本実施形態の光変調器を用いると、メインとなる第１の光変調器１１aの位相変調波形に、第１、第２の波形整形信号生成装置（１２ｄ、１３ｄ）で生成したエッジ検出信号を足し合わせて、オーバーシュートおよびアンダーシュートを実現している。
【００４０】
そのため、第１の光変調器１１aの位相変調振幅を予め増大しておく必要が無い。すなわち、第２、第３の光変調器の位相変調波形を生成するのに消費された電力は、すべてオーバーシュートおよびアンダーシュートの電力のために費やされるため、関連する技術に比べて電力効率が高い構成となっている。また、第１、第２の波形整形信号生成装置（１２ｄ１、１３ｄ１）に用いるエッジ検出装置として、図５A、図５Bに示したアナログ微分装置２０ではなく、図７A、図７Bに示すデジタル装置３０を用いたエッジ検出装置を用いても良い。
【００４１】
発明の実施の形態３．
次に、第３の実施形態の光変調器の構成を、図８に示す。第３の実施形態は、今後の伝送容量の大容量化で期待されている多値変調信号にも対応するため、第１〜第３の各光変調器をDigital−to−Analog  Converter（ＤＡＣ）を用いて振幅多値信号で駆動するものである。第１〜第３の光変調器を駆動する電気信号ＤＩＮ＿ＰＲＥ、ＤＩＮ＿ＭＡＩＮ、ＤＩＮ＿ＰＯＳＴが、第１の実施例のように２値のＮＲＺ（Non Return to Zero）信号ではなく、第１〜第３のＤＡＣ（１１ｅ、１２ｅ、１３ｅ）で生成されたＮ値の振幅値を持った電気信号である以外は、基本的な動作原理は、第１の実施形態と同じである。入力信号は多値の信号を表現するため、Ｎビットのデジタル信号から構成され、それぞれ、第１のＤＡＣ１１ｅ、第１、第２の波形整形信号生成装置（１２ｄ、１３ｄ）へと３分岐される。
【００４２】
ここで、Ｎは所望の多値変調の階調以上のビット数を有するものする。第１、第２の波形整形信号生成装置（１２ｄ、１３ｄ）は、Ｎビットの入力信号ＤＩＮを受けて、その符号を反転し、各々第１、第３のＤＡＣ（１１ｅ、１３ｅ）へと伝達する。第１〜第３のＤＡＣ（１１ｅ、１２ｅ、１３ｅ）から出力された信号は、第１〜第３の遅延装置（１１ｃ、１２ｃ、１３ｃ）を介して、第１〜第３の駆動装置（１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ）へ伝達され、それぞれ第１〜第３の光変調器（１１ａ、１２ａ、１３ａ）を駆動する。具体的な動作を説明するため、図９に第３の実施形態の動作説明図を示す。
【００４３】
ここでは、説明の簡便化のために、４値の位相変調の場合について説明する。メインとなる第１の光変調器１１aは、例えば、図９（ａ）に示すような４レベルの振幅値を有する光位相変調が行われる。また、第２、第３の光変調器（１２ａ、１３ａ）においては、第１の光変調器１１aにおける光位相変調波形よりも振幅が小さく符号が反転し、尚且つ、第２の光変調器１２ａにおいては、駆動タイミングが第１の光位相変調波形よりτpostだけ遅延した光位相変調波形、さらに、第３の光変調器においては、駆動タイミングが第１の光位相変調波形よりτpreだけ進んだ光位相変調波形が得られる。
【００４４】
この結果、最終的な合成波形は、図９（ｄ）に示す波形となり、第１〜第２の実施形態の波形と同様に、対称性を損なうことなく、立上り・立下りを急峻にすることが可能となる。また、第２、第３の光変調器を駆動する信号ＤＩＮ＿ＰＯＳＴ、ＤＩＮ＿ＰＲＥの振幅を適切に選ぶことにより、オーバーシュートならびにアンダーシュートを適切に設定することができる。なお、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、応答速度が無限大の理想波形で示している。
【００４５】
実際の有限の応答時間波形は図９（ｅ）に示すような波形となり、第１、第２の実施形態と同様に、多値変調においても、適切な波形整形を施すことが可能となる。また、多値位相変調を行う手法として、特許文献２〜４のような、複数の分割電極により実現する方法が提案されている。本実施例においても、第１〜第３の光変調器（１１ａ、１２ａ、１３ａ）にこれらの複数の分割電極を用いた多値光変調器を適用することも可能である。
【００４６】
次に、第４の実施形態の光変調器の構成を図１０に示す。第２の実施例と同様に、第３の実施例である多値光変調器においても、第１、第２のエッジ検出装置（１２ｄ１、１３ｄ１）を用いた波形整形が可能である。図１０は、図４に示す第２の実施例の構成と概ね同じである。相違点は、最初に、入力信号ＤＩＮを多値振幅の電気信号に変換するためのＤＡＣ１１ｅ１を備えていることである。このＤＡＣ１１ｅ１より後段の処理は第２の実施形態と同様であるため詳細説明は省略する。例として図１１に、４値の光位相変調の場合の動作説明図を示す。図１１（ａ）には、メインとなる第１の光変調器１１aの位相変調波形を、図１１（ｂ）、（ｃ）には、第２、第３の光変調器（１２ａ、１３ａ）による波形整形のための光位相変調波形を示した。
【００４７】
その結果、最終的な合成波形は、図１１（ｄ）に示す波形となり、第１〜第２の実施形態の波形と同様、対称性のよい立上り・立下りの急峻な波形を得ることができる。図１１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、応答速度が無限大の理想波形で示している。実際の有限の応答時間波形は図１１（ｅ）に示すような波形となり、本実施例においても、第３の実施例と同様な効果が得られる。
【００４８】
次に、本発明の第５の実施形態である、マッハツェンダ型光変調器について図１２を用いて説明する。本実施形態は、前記実施形態１〜４の光変調器を２つ用いたマッハツェンダ型の光変調器である。これは、入力光を分波する光合分波器と、分波された光を導波する２つの光導波路（１０ａ、１０ｂ）と、前記２つの光導波路上にそれぞれ形成された第１〜第４の実施形態のいずれかの光変調器群と、前記２つの光変調器によって位相変調された光を合波する光合分波器から構成されるマッハツェンダ型の光変調器である。
【００４９】
図１２は図面簡略化のため、第２の光変調器群は、光変調器部分のみ記載している。実際は、第１の光変調器１１a群と同様な構成である。前述までの説明においては、本光変調器を位相変調器として説明しているが、本実施例のようにマッハツェンダ干渉計の構成を用いることで、光振幅変調器として使用することが可能となる。このとき光振幅変調器として使用したときも、同様に任意な波形整形が可能であることは言うまでもない。
【００５０】
ただし、このような光振幅変調信号を受信する際は、広く一般的に用いられている単一の受信フォトダイオードによって受信することも可能であるが、２乗検波の原理に従って光を電気信号に変換するため、光キャリア位相が反転したマイナス側の複素振幅がプラス側に折り返されてしまう。従って、波形整形後のアンダーシュートがマイナス側の振幅にならないように、予めオフセットを掛けておけばよい。
【００５１】
一方、ＤＰＳＫ、ＤＱＰＳＫ光通信システムなどに用いられている遅延干渉計と２つのフォトダイオードによるバランスドレシーバを用いて受信するシステム構成をとれば、マイナス側の複素振幅も表現が可能となり、上記のようなオフセットを掛ける必要はなくなる。また、本マッハツェンダ型光変調器をさらに２つ組み合わせてＩ／Ｑ光変調器を構成しても良い。また、更に前記Ｉ／Ｑ変調器を２つ組み合わせて、近年実用化が進んでいる100G伝送システムの偏波多重ＱＰＳＫに対応する光変調器を構成してもよい。
【００５２】
次に、本発明の第６の実施形態にかかる光送受信システムについて図１３を用いて説明する。図１３の光送受信システム２００は、前記実施形態１〜５の光変調器のいずれかを用いた光送受信システムである。光送受信システム２００は、光位相変調器２０１、光受信器２０２、光伝送路２０３、光増幅器２０４を有する。光位相変調器２０１には、前記実施形態１〜５の光変調器のいずれかを用い、例えば四位相偏移変調された、ＱＰＳＫ光信号を出力する。
【００５３】
光位相変調器２０１と光受信器２０２との間は、光伝送路２０３により光学的に接続され、ＱＰＳＫ光信号が伝搬する。光伝送路２０３には、光増幅器２０４が挿入され、光伝送路２０３を伝搬するＱＰＳＫ光信号を増幅する。光受信器２０２は、ＱＰＳＫ光信号を電気信号に復調する。このように、光送受信システム２００は、光信号の伝送を可能とする。
【００５４】
その他の実施形態．
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、第１および第２の波形整形信号生成装置は、ここでは符号反転装置やエッジ検出装置によって構成しているが、これに限ったものではい。例えば、該装置は、期待する波形応答と実際の波形応答との差分を作り出す信号生成装置であればどのような構成を取っても良い。
【００５５】
また、上記実施形態は、実際の波形応答が期待する波形応答に対して遅く鈍っているものを、本発明によって速く急峻にする場合について説明した。しかし、波形整形信号生成装置での処理を変更することで、逆に波形応答が速すぎるものを意図的に遅くして、波形を鈍らせることも可能である。例えば、第１の実施形態は、第１および第２の波形整形信号生成装置での符号反転処理をせずに、駆動させると波形の立上り・立下りを鈍らせる方向に波形整形することができる。
【００５６】
上述のように、本発明によれば、期待する波形応答に応じて、波形整形信号生成装置および電気遅延装置、駆動装置振幅等を適宜調整することにより、あらゆる波形整形処理を行うことができる。この機能を応用すれば、例えば、帯域が狭いＮＲＺの駆動装置を用いてＲＺ(Return to Zero)信号を生成したり、あるいは、余計な高周波成分を除去して光信号のスペクトルを狭窄化すること、また、整形することで、より周波数利用効率の高い光通信システムを実現することが可能となる。
【００５７】
上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。
（付記１）
入力光に対して光変調処理を実行する第１の光変調器と、
前記入力光に対して光変調処理を実行する第２の光変調器と、
前記入力光に対して光変調処理を実行する第３の光変調器と、
前記第１の光変調器に対して入力信号に応じた駆動信号を出力する信号出力手段と、
前記第２の光変調器に対して第１の波形整形信号を出力する第１の波形整形信号出力手段と、
前記第３の光変調器に対して第２の波形整形信号を出力する第２の波形整形信号出力手段と備え、
前記第１の波形整形信号出力手段は、前記第１の光変調器が出力する信号よりも相対的に遅いタイミングで前記第１の波形整形信号を出力し、
前記第２の波形整形信号出力手段は、前記第１の光変調器が出力する信号よりも相対的に早いタイミングで前記第２の波形整形信号を出力する、
光送信システム。
（付記２）
前記第１の波形整形信号は、前記第１の光変調器が出力する信号の立上り及び立下り直後の部分を整形し、
前記第２の波形整形信号は、前記第１の光変調器が出力する信号の立上り及び立上り直前の部分を整形する、付記１記載の光送信システム。
（付記３）
前記第１の波形整形信号は、前記第１の光変調器が出力する信号の立上り及び立下り直後の部分が急峻になるように整形し、
前記第２の波形整形信号は、前記第１の光変調器が出力する信号の立上り及び立上り直前の部分が急峻になるように整形する、付記２記載の光送信システム。
（付記４）
前記第１および第２の波形整形信号出力手段は、前記入力信号を受けて符号を反転する制御をし、さらに、前記入力電気信号より小さい振幅の信号に変換して、第１および第２の波形整形信号として出力する、
付記３に記載の光送信システム。
（付記５）
前記第２の波形整形信号出力手段は、前記入力信号の立上り時及び立下り時より一定時間早期に符号が反転されたパルス状の信号を生成する制御をし、
前記第１の波形整形信号出力手段は、前記入力信号の立上り時及び立下り時より一定時間遅延してパルス状の信号を生成する制御をする、
付記３記載の光送信システム。
（付記６）
前記入力信号は多値レベルを表現可能なＮビットのデジタル信号であり、入力信号を受けて多値信号に変換する第１のＤＡＣと、
それぞれ符号反転処理されたデジタル信号を多値信号に変換する第２および第３のＤＡＣを備え、
前記第１のＤＡＣは信号出力手段に接続され、前記第２及び第３のＤＡＣはそれぞれ第１、第２の波形整形信号出力手段に接続されている、
付記１〜３いずれかに記載の光送信システム。
（付記７）
入力光に対して光変調処理を実行する第１の光変調器と、
前記入力光に対して光変調処理を実行する第２の光変調器と、
前記入力光に対して光変調処理を実行する第３の光変調器と、
前記第１の光変調器に対して入力信号に応じた駆動信号を出力する信号出力手段と、
前記第２の光変調器に対して第１の波形整形信号を出力する第１の波形整形信号出力手段と、
前記第３の光変調器に対して第２の波形整形信号を出力する第２の波形整形信号出力手段と備え、
前記第１の波形整形信号出力手段は、前記第１の光変調器が出力する信号よりも相対的に遅いタイミングで前記第１の波形整形信号を出力し、
前記第２の波形整形信号出力手段は、前記第１の光変調器が出力する信号よりも相対的に早いタイミングで前記第２の波形整形信号を出力する、
光位相変調器。
（付記８）
前記第１の波形整形信号は、前記第１の光変調器が出力する信号の立上り及び立下り直後の部分を整形し、
前記第２の波形整形信号は、前記第１の光変調器が出力する信号の立上り及び立上り直前の部分を整形する、付記７記載の光位相変調器。
（付記９）
前記第１の波形整形信号は、前記第１の光変調器が出力する信号の立上り及び立下り直後の部分が急峻になるように整形し、
前記第２の波形整形信号は、前記第１の光変調器が出力する信号の立上り及び立上り直前の部分が急峻になるように整形する、付記８記載の光位相変調器。
（付記１０）
前記第１および第２の波形整形信号出力手段は、前記入力信号を受けて符号を反転する制御をし、さらに、前記入力信号より小さい振幅の信号に変換して、第１および第２の波形整形信号として出力する、
付記９に記載の光位相変調器。
（付記１１）
前記第２の波形整形信号出力手段は、前記入力信号の立上り時及び立下り時より一定時間早期に符号が反転されたパルス状の信号を生成する制御をし、
前記第１の波形整形信号出力手段は、前記入力信号の立上り時及び立下り時より一定時間遅延してパルス状の信号を生成する制御をする、
付記９記載の光位相変調器。
（付記１２）
前記入力信号は多値レベルを表現可能なＮビットのデジタル信号であり、入力信号を受けて多値信号に変換する第１のＤＡＣと、
それぞれ符号反転処理されたデジタル信号を多値信号に変換する第２および第３のＤＡＣを備え、
前記第１のＤＡＣは信号出力手段に接続され、前記第２及び第３のＤＡＣはそれぞれ第１、第２の波形整形信号出力手段に接続されている、
付記７〜９いずれかに記載の光位相変調器。
（付記１３）
付記７〜１２いずれか１項に記載の光位相変調器を２つ組み合わせたマッハツェンダ型光位相変調器。
（付記１３）
入力信号に応じた駆動信号と、第１の波形整形信号と、第２の波形整形信号に基づいて、入力光を変調する光変調方法であって、
前記入力光に対して前記駆動信号により光変調を実行し、
前記駆動信号よりも相対的に早いタイミングで前記第２の波形整形信号により前記入力光に対して波形整形を実行し、
前記駆動信号よりも相対的に遅いタイミングで前記第１の波形整形信号により前記入力光に対して波形整形を実行する、
光変調方法。
（付記１４）
前記第１の波形整形信号は、前記第１の光変調器が出力する信号の立上り及び立下り直後の部分を整形し、
前記第２の波形整形信号は、前記第１の光変調器が出力する信号の立上り及び立上り直前の部分を整形する、
付記１３記載の光変調方法。
（付記１５）
前記第１の波形整形信号は、前記第１の光変調器が出力する信号の立上り及び立下り直後の部分が急峻になるように整形し、
前記第２の波形整形信号は、前記第１の光変調器が出力する信号の立上り及び立上り直前の部分が急峻になるように整形する、
付記１４記載の光変調方法。
（付記１６）
前記第１および第２の波形整形信号出力手段は、前記入力信号を受けて符号を反転する制御をし、さらに、前記入力電気信号より小さい振幅の信号に変換して、第１および第２の波形整形信号として出力する、
付記１５に記載の光変調方法。
（付記１７）
前記第２の波形整形信号出力手段は、前記入力信号の立上り時及び立下り時より一定時間早期に符号が反転されたパルス状の信号を生成する制御をし、
前記第１の波形整形信号出力手段は、前記入力信号の立上り時及び立下り時より一定時間遅延してパルス状の信号を生成する制御をする、
付記１５記載の光変調方法。
（付記１８）
付記１〜１２いずれか１項に記載の光送信システム又は、光位相変調器を用いた光送受信システム。
【００５８】
以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記によって限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【００５９】
この出願は、２０１２年１０月９日に出願された日本出願特願２０１２−２２４２１４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
【符号の説明】
【００６０】
１０  光変調器
１０Ａ  第２の光変調器
１０ａ  光導波路
１０ｂ  光導波路
１１ａ  第１の光変調器
１１ｂ  第１の駆動装置
１１ｃ  第１の電気遅延装置
１１ｅ  第１のＤＡＣ
１１ｅ１  第１のＤＡＣ
１１Ｓ  信号出力手段
１２ａ  第２の光変調器
１２ｂ  第２の駆動装置
１２ｃ  第２の電気遅延装置
１２ｄ  第１の波形整形信号生成装置
１２ｄ１  第１の波形整形信号生成装置
１２ｅ  第２のＤＡＣ
１２Ｓ  第１の波形整形信号出力手段
１３ａ  第３の光変調器
１３ｂ  第３の駆動装置
１３ｃ  第３の電気遅延装置
１３ｄ  第２の波形整形信号生成装置
１３ｄ１  第２の波形整形信号生成装置
１３ｅ  第３のＤＡＣ
１３Ｓ  第２の波形整形信号出力手段
２０  アナログ微分装置
３０  デジタル装置
４０  光合分波器
４１  光合分波器
４２  正相側被変調光
４３  逆相側被変調光
１０１  第１の光変調器
１０２  第２の光変調器
１０３  光導波路
２００  光送受信システム
２０１  光位相変調器
２０２  光受信器
２０３  光伝送路
２０４  光増幅器
【図１】
2014057598.tif 000003
【図２】
2014057598.tif 000004
【図３】
2014057598.tif 000005
【図４】
2014057598.tif 000006
【図５Ａ】
2014057598.tif 000007
【図５Ｂ】
2014057598.tif 000008
【図６】
2014057598.tif 000009
【図７Ａ】
2014057598.tif 000010
【図７Ｂ】
2014057598.tif 000011
【図８】
2014057598.tif 000012
【図９】
2014057598.tif 000013
【図１０】
2014057598.tif 000014
【図１１】
2014057598.tif 000015
【図１２】
2014057598.tif 000016
【図１３】
2014057598.tif 000017
【図１４Ａ】
2014057598.tif 000018
【図１４Ｂ】
2014057598.tif 000019
【国際調査報告】
2014057598.tif 000020
2014057598.tif 000021