(57)【要約】  【課題】  本発明は，光周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）信号を，光位相シフトキーイング（ＰＳＫ）信号に変換するための光通信システムを提供することを目的とする。  【解決手段】  本発明の光通信システム１は，光周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）変調器２と，前記光ＦＳＫ変調器からの変調信号が入力される光搬送波抑圧両側波帯（ＤＳＢ−ＳＣ）変調器３と，前記光ＤＳＢ−ＳＣ変調器からの出力信号から，所定の周波数成分を取り除くためのバンドパスフィルタ４とを具備し，前記光ＦＳＫ変調器の変調周波数と，前記光ＤＳＢ−ＳＣ変調器の変調周波数とが同一である，光ＦＳＫ信号を光位相シフトキーイング（ＰＳＫ）信号に変換するための光通信システムである。  【選択図】  図１
2006197092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）変調信号発生器と，
前記光ＦＳＫ変調信号発生器からの変調信号が入力される強度変調器と，
前記強度変調器の出力光から所定の周波数成分を取り除くためのバンドパスフィルタとを具備し，
前記光ＦＳＫ変調信号発生器の出力光である上側波帯（ＵＳＢ）信号，及び下側波帯（ＬＳＢ）信号の周波数の差の周波数の半分の周波数と，前記強度変調器の変調周波数とが同一となるように制御される，
光通信システム。
【請求項２】
光ＦＳＫ信号を光位相シフトキーイング（ＰＳＫ）信号に変換するための請求項１に記載の光通信システム。
【請求項３】
前記光ＦＳＫ変調信号発生器は，
第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺA）と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺB）と，
前記ＭＺA及び前記ＭＺBとを含み，光の入力部と，変調された光の出力部とを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺC）と，
前記ＭＺAを構成する２つのアームにラジオ周波数（ＲＦ）信号を入力する第１のＲＦ電極（ＲＦA電極）と，
前記ＭＺBを構成する２つのアームにＲＦ信号を入力する第２のＲＦ電極（ＲＦB電極）と，
メインマッハツェンダー導波路（ＭＺC）に設けられた第３のＲＦ電極（ＲＦC電極）とを具備する光ＦＳＫ変調器である，
請求項１に記載の光通信システム。
【請求項４】
前記光ＦＳＫ変調器は，
基板が，ニオブ酸リチウム基板であり，
導波路がチタン拡散導波路であり，
前記第１のＲＦ電極（ＲＦA電極）と，前記第２のＲＦ電極（ＲＦB電極）とに印加するラジオ周波数信号を生成するための第１の信号源と，
前記第１の信号源からの出力信号の位相を調整するための位相調整器とを具備する，
請求項３に記載の光通信システム。
【請求項５】
前記第１のＲＦ電極（ＲＦA電極）に印加されるラジオ周波数信号と，
前記第２のＲＦ電極（ＲＦB電極）に印加されるラジオ周波数信号とは，その周波数が同じであり，位相が90度ずれた信号である請求項４に記載の光通信システム。
【請求項６】
前記第１のＲＦ電極（ＲＦA電極）に印加されるラジオ周波数信号の周波数と，前記第２のＲＦ電極（ＲＦB電極）に印加されるラジオ周波数信号と周波数とは，ともに12GHz〜13GHzである請求項５に記載の光通信システム。
【請求項７】
前記第３のＲＦ電極（ＲＦC電極）に印加するラジオ周波数信号を生成するための信号源であって，その出力信号の位相を調整することができる第２の信号源を具備する
請求項３に記載の光通信システム。
【請求項８】
前記第３のＲＦ電極（ＲＦC電極）が，進行波型電極である請求項７に記載の光通信システム。
【請求項９】
前記第３のＲＦ電極（ＲＦC電極）が，進行波型電極であり，
動作可能最大周波数が10GHz〜25GHzである請求項７に記載の光通信システム。
【請求項１０】
前記強度変調器が光搬送波抑圧両側波帯（ＤＳＢ−ＳＣ）変調器である，請求項１に記載の光通信システム。
【請求項１１】
前記強度変調器が，
２つのアームを有するマッハツェンダー導波路と，前記マッハツェンダー導波路の２つのアームに取り付けられた電極と，
を具備する請求項１，請求項９又は請求項１０に記載の光通信システム。
【請求項１２】
前記強度変調器が，
２つのアームを有するマッハツェンダー導波路と，前記マッハツェンダー導波路の２つのアームに取り付けられた電極と，
を具備し，
前記強度変調器の２つの電極に印加される信号を発生する第３の信号源と，
前記第３の信号源から出力される信号の位相を調整する位相調整器とを具備する，
請求項４又は請求項９に記載の光通信システム。
【請求項１３】
前記第１の信号源は，前記第３の信号を兼ねる請求項１２に記載の光通信システム。
【請求項１４】
前記強度変調器が，
２つのアームを有するマッハツェンダー導波路と，前記マッハツェンダー導波路の２つのアームに取り付けられた電極と，
を具備し，
前記強度変調器の２つの電極に印加される信号の周波数は，前記第１の信号源の周波数と同じであり，
前記強度変調器の２つの電極に印加される信号の位相は180度異なる，
請求項４，請求項９又は請求項１０に記載の光通信システム。
【請求項１５】
光ＦＳＫ変調器と，
前記光ＦＳＫ変調器の変調信号が変調信号として印加される強度変調器と，
前記光ＦＳＫ変調器の出力光信号と，前記強度変調器の出力光信号とを合波する第１のカプラと，
前記第１のカプラによって合波された光信号を伝播する伝送路と，
前記伝送路を伝播した光信号を，前記光ＦＳＫ変調器の出力光信号成分と前記強度変調器の出力光信号成分とに分波する第２のカプラと，
前記第２のカプラにより分波された前記強度変調器の出力光信号成分を電気信号に変換するための光検出器と，
前記第２のカプラにより分波された前記光ＦＳＫ変調器の出力光信号成分が入力され，前記光検出器から出力される電気信号が変調信号として印加される第２の強度変調器と，
前記第２の強度変調器の出力信号から所定の領域の光信号を選択するバンドパスフィルタと，
を具備する光通信システム。
【請求項１６】
前記第２の強度変調器が，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器である請求項１５に記載の光通信システム。
【請求項１７】
光ＦＳＫ変調器と，
前記光ＦＳＫ変調器の出力信号を伝播する伝送路と，
前記伝送路を伝播した光信号を，分波するカプラと，
前記カプラで分波された光信号から，前記光ＦＳＫ変調器の変調信号の２倍の周波数成分を有する電気信号を抽出するためのクロック再生手段と，
前記クロック再生手段によって抽出された前記光ＦＳＫ変調器の変調信号の２倍の周波数成分を有する電気信号を周波数を半分にする分周器と，
前記カプラにより分波された光ＦＳＫ変調器の出力信号が入力され，前記分周器から出力される電気信号が変調信号として印加される強度変調器と，
前記強度変調器出力信号から所定の領域の光信号を選択するバンドパスフィルタと，
を具備する光通信システム。
【請求項１８】
前記強度変調器が，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器である請求項１７に記載の光通信システム。
【請求項１９】
光ＦＳＫ変調器と，
前記光ＦＳＫ変調器の出力信号を伝播する伝送路と，
前記伝送路を伝播した光信号を，分波するカプラと，
前記カプラで分波された光信号から，前記光ＦＳＫ変調器の変調信号と同じ周波数を有する成分を有する電気信号を抽出するためのクロック再生手段と
前記カプラにより分波された光ＦＳＫ変調器の出力信号が入力され，前記クロック再生手段から出力される電気信号が変調信号として印加される強度変調器と，
前記強度変調器の出力信号から所定の領域の光信号を選択するバンドパスフィルタと，
を具備する光通信システム。
【請求項２０】
前記強度変調器が，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器である請求項１９に記載の光通信システム。
【請求項２１】
光ＦＳＫ変調器と，
前記光ＦＳＫ変調器の出力信号を伝播する伝送路と，
前記光ＦＳＫ変調器の出力信号が入力される強度変調器と，
前記強度変調器の出力光を分波するカプラと，
前記カプラにより分波された光信号を検出する光検出器と，
前記光検出器の出力電気信号の周波数を半分にする分周器と，
前記強度変調器の出力信号から所定の領域の光信号を選択するバンドパスフィルタと，
を具備し，
前記分周器の出力信号が，前記強度変調器の変調信号として入力される光通信システム。
【請求項２２】
前記強度変調器が，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器である請求項２１に記載の光通信システム。
【請求項２３】
光ＦＳＫ変調器と，
前記光ＦＳＫ変調器の出力信号を伝播する伝送路と，
前記光ＦＳＫ変調器の出力信号が入力される強度変調器と，
前記強度変調器の出力光を分波するカプラと，
前記カプラにより分波された光信号を検出する光検出器と，
前記強度変調器の出力信号から所定の領域の光信号を選択するバンドパスフィルタと，
を具備し，
前記光検出器の出力信号が，前記強度変調器の変調信号として入力される光通信システム。
【請求項２４】
前記強度変調器が，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器である請求項２３に記載の光通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，光周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）信号を，光位相シフトキーイング（ＰＳＫ）信号に変換するための光通信システムに関する。本発明の光通信システムは，特に詳しく説明すると，光ＦＳＫ変調器の変調信号を，光搬送波抑圧両側波帯（ＤＳＢ−ＳＣ）変調器に伝えることができるものである。
【背景技術】
【０００２】
光信号の周波数をシフトして出力するものに光単側波帯変調器（光ＳＳＢ（Single Slide-Band）変調器）がある（川西哲也，井筒雅之，"光ＳＳＢ変調器を用いた光周波数シフター"，信学技報，TECHNICAL REPORT OF IEICE, OCS2002-49, PS2002-33, OFT2002-30(2002-08)。
【０００３】
そして，本発明者らは，光ＳＳＢ変調器を改良した光ＦＳＫ変調器を開発した（非特許文献１[T. Kawanishi and M. Izutsu, “Optical FSK modulator using an integrated light wave circuit consisting of four optical phase modulator”, CPT 2004 G-2, Tokyo, Japan, 14-16 Jan.2004]，非特許文献２[川西哲也ら“ＦＳＫ／ＩＭ同時変調の解析および応用”信学技法， Tech. Rep. of IEICE. EMD2004-47, CPM2004-73, OPE2004-130, LQE2004-45(2004-08), pp.41-46] 参照）。光周波数シフトキーイング（光ＦＳＫ）は，光の周波数に変調をかけ，周波数の違いを信号として伝える技術である。ＦＳＫ信号は，一般にその振幅には情報がないので，レベル変動や雑音の影響を受けにくいという特徴がある。
【０００４】
一方，近年の研究では，長距離の光通信では，オンオフキーイング（ＯＯＫ）システムに比べて，差位相シフトキーイング（ＤＰＳＫ）システムの方が優れていることが明らかとなった（例えば，非特許文献３[A. H. Gnauck, G. Raybon, S. Chandrasekhar, J. Leuthold, C. Doerr, L. Stulz, and E. Burrows “25x 40-Gb/s Copolarized DPSK Transmission Over 12x100-km NZDF With 50-GHz Channel Spacing," IEEE Photon. Tech. Lett., 15, 467-469 (2003)]参照。）。このように，光ＰＳＫ信号を用いた光情報通信システムが望まれている。
【０００５】
【非特許文献１】T. Kawanishi and M. Izutsu, “Optical FSK modulator using an integrated light wave circuit consisting of four optical phase modulator”, CPT 2004 G-2, Tokyo, Japan, 14-16 Jan.2004
【非特許文献２】川西哲也ら“ＦＳＫ／ＩＭ同時変調の解析および応用”信学技法， Tech. Rep. of IEICE. EMD2004-47, CPM2004-73, OPE2004-130, LQE2004-45(2004-08), pp.41-46
【非特許文献３】A. H. Gnauck, G. Raybon, S. Chandrasekhar, J. Leuthold, C. Doerr, L. Stulz, and E. Burrows "25x 40-Gb/s Copolarized DPSK Transmission Over 12x100-km NZDF With 50-GHz Channel Spacing," IEEE Photon. Tech. Lett., 15, 467-469 (2003)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は，光周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）信号を，光位相シフトキーイング（ＰＳＫ）信号に変換するための光通信システムを提供することを目的とする。
【０００７】
本発明は，光ＦＳＫ信号を，光ＰＳＫ信号に変換するにあたり，光ＦＳＫ変調器の変調信号周波数を有した電気信号を光ＤＳＢ−ＳＣ変調器に印加でき，これにより光ＦＳＫ変調器の変調信号周波数を調整しても，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器を動作させることができる光通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は，基本的には，光ＦＳＫ変調器からの光ＦＳＫ信号に対して，光ＦＳＫ変調器の変調信号周波数を変調信号とする光ＤＳＢ−ＳＣ変調器で変調し，バンドパスフィルタにより所定の光信号を取り出すと，その光信号は，光信号の位相情報に関する成分を有しているので，これにより光ＰＳＫ信号を得ることができるという知見に基づくものである。
【０００９】
上記のようにして光ＦＳＫ信号を光ＰＳＫ信号に変換する場合，光ＦＳＫ変調信号の変調周波数を有した電気信号を光ＤＳＢ−ＳＣ変調器に印加することとなる。そして，通常，符号器側の光ＦＳＫ変調器と,復号器側の光ＤＳＢ−ＳＣ変調器とは，長距離を隔てて接地されるので，ひとつの信号源によって，これらの変調器に変調信号を印加することは困難となる。本発明は，所定の同期手段を用いることにより，光ＦＳＫ変調信号の変調周波数を有した電気信号を得て，これを光ＤＳＢ−ＳＣ変調器に印加できるので，光ＦＳＫ変調器の変調信号を調整した場合でも，適切に光ＰＳＫ信号を得ることができるという知見に基づくものである。
【００１０】
[１]第１の態様にかかる本発明の光通信システムは，光周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）変調信号発生器と，前記光ＦＳＫ変調信号発生器からの変調信号が入力される強度変調器と，前記強度変調器の出力光から所定の周波数成分を取り除くためのバンドパスフィルタとを具備し，前記光ＦＳＫ変調信号発生器の出力光である上側波帯（ＵＳＢ）信号，及び下側波帯（ＬＳＢ）信号の周波数の差の周波数の半分の周波数と，前記強度変調器の変調周波数とが同一となるように制御される，光通信システムである。
【００１１】
光ＦＳＫ変調信号発生器は，好ましくは後述のとおり光ＦＳＫ変調器である。本発明の実施例などでは，光ＦＳＫ変調信号発生器として，マッハツェンダー導波路を含む光ＦＳＫ変調器を用いたので，本明細書では光ＦＳＫ変調器を中心として光ＦＳＫ変調信号発生器を説明する。
【００１２】
バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）が取り除く，所定の周波数成分として，入力信号を含む成分を抽出し，サイドバンドを取り除くような周波数成分があげられる。たとえば，図１の例では，ｆ0−ｆm〜ｆ0＋ｆmの周波数成分を多く透過し，ｆ0−３ｆm〜ｆ0−ｆmの周波数成分及びｆ0＋ｆm〜ｆ0＋３ｆmの周波数成分を多く取り除くものがあげられる。
【００１３】
光ＦＳＫ変調信号発生器の出力光である上側波帯（ＵＳＢ）信号，及び下側波帯（ＬＳＢ）信号の周波数の差の周波数の半分の周波数とは，光ＦＳＫ変調器などにおける変調信号を意味する。
【００１４】
また，前記光ＦＳＫ変調信号発生器の出力光である上側波帯（ＵＳＢ）信号，及び下側波帯（ＬＳＢ）信号の周波数の差の周波数の半分の周波数と，前記強度変調器の変調周波数とが同一となるように制御されるとは，これらの周波数が厳密な意味で同じでなくても，本発明の光通信システムが機能する程度に同一であればよい。すなわち，図１に記載されるスキームが実現される程度に同一であればよい。
【００１５】
[２]  第１の態様に係る光通信システムは，好ましくは，光ＦＳＫ信号を光位相シフトキーイング（ＰＳＫ）信号に変換するための上記に記載の光通信システムである。後述のとおり，本発明によれば，光ＦＳＫ信号にＤＳＢ変調を施すことにより，もともとの基準周波数を有する信号が位相変調情報を有することとなる。そこで，ＤＳＢ変調されたものの中心周波数成分を取り出すことにより，光ＰＳＫ信号を得ることができる。
【００１６】
[３]  第１の態様に係る光通信システムは，好ましくは，前記光ＦＳＫ変調信号発生器は，  第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺA）と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺB）と，前記ＭＺA及び前記ＭＺBとを含み，光の入力部と，変調された光の出力部とを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺC）と，前記ＭＺAを構成する２つのアームにラジオ周波数（ＲＦ）信号を入力する第１のＲＦ電極（ＲＦA電極）と，前記ＭＺBを構成する２つのアームにＲＦ信号を入力する第２のＲＦ電極（ＲＦB電極）と，メインマッハツェンダー導波路（ＭＺC）に設けられた第３のＲＦ電極（ＲＦC電極）とを具備する光ＦＳＫ変調器である，上記いずれかに記載の光通信システムである。このような構成を有する光ＦＳＫ変調器は，後述の実施例において確認されたとおり，本発明のシステムとして好適に機能する。
【００１７】
[４]  第１の態様に係る光通信システムは，好ましくは，前記光ＦＳＫ変調器は，基板が，ニオブ酸リチウム基板であり，導波路がチタン拡散導波路であり，前記第１のＲＦ電極（ＲＦA電極）と，前記第２のＲＦ電極（ＲＦB電極）とに印加するラジオ周波数信号を生成するための第１の信号源と，前記第１の信号源からの出力信号の位相を調整するための位相調整器とを具備する，上記いずれかに記載の光通信システムである。
【００１８】
[５]  第１の態様に係る光通信システムは，好ましくは，前記第１のＲＦ電極（ＲＦA電極）に印加されるラジオ周波数信号と，前記第２のＲＦ電極（ＲＦB電極）に印加されるラジオ周波数信号とは，その周波数が同じであり，位相が90度ずれた信号である上記いずれかに記載の光通信システムである。ここで周波数が同じとは，印加される信号が厳密に同じでなくても，本発明の光通信システムが機能する程度であればよい。すなわち，これらのラジオ周波数信号は，光ＦＳＫ変調器の変調信号として加えられるものなので，光ＦＳＫ変調器の出力信号が，図１に示されるようにＵＳＢ信号とＬＳＢ信号とに分離される程度であればよい。
【００１９】
[６]  第１の態様に係る光通信システムは，好ましくは，前記第１のＲＦ電極（ＲＦA電極）に印加されるラジオ周波数信号の周波数と，前記第２のＲＦ電極（ＲＦB電極）に印加されるラジオ周波数信号と周波数とは，ともに12GHz〜13GHzである上記いずれかに記載の光通信システムである。ラジオ周波数の周波数領域は，具体的には12.5GHzなどがあげられる。
【００２０】
なお，ＲＦA電極に印加される信号の周波数は，例えば，後述のＲＦC電極に印加される周波数の１倍から２倍があげられ，１．２倍〜１．５倍であれば好ましく，１．２５倍〜１．３倍であれば，適切に光ＦＳＫ信号を出力できるので，より好ましい。
【００２１】
[７]  第１の態様に係る光通信システムは，好ましくは，前記第３のＲＦ電極（ＲＦC電極）に印加するラジオ周波数信号を生成するための信号源であって，その出力信号の位相を調整することができる第２の信号源を具備する上記いずれかに記載の光通信システムである。このＲＦC電極に印加される信号により，ＵＳＢ信号とＬＳＢ信号との切り換えが行われることとなる。
【００２２】
[８]  第１の態様に係る光通信システムは，好ましくは，前記第３のＲＦ電極（ＲＦC電極）が，進行波型電極である上記いずれかに記載の光通信システムである。進行波型電極であれば，高速にＵＳＢ信号とＬＳＢ信号とを切り換えできるので，高速な光情報通信にも対応できることとなる。また，この切り換えに関する関数が，光ＰＳＫ信号となるので，切り換え速度が高速であることは，光ＰＳＫ信号に変換した後の情報速度を速めることにつながる。
【００２３】
[９]  第１の態様に係る光通信システムは，好ましくは，前記第３のＲＦ電極（ＲＦC電極）が，進行波型電極であり，動作可能最大周波数が10GHz〜25GHzである上記いずれかに記載の光通信システムである。
【００２４】
[１０]  第１の態様に係る光通信システムは，好ましくは，前記強度変調器が光ＤＳＢ−ＳＣ変調器である，上記いずれかに記載の光通信システムである。強度変調器は，通常ＤＳＢ変調器として機能する。その中でも，キャリア周波数を抑圧したＤＳＢ−ＳＣ変調器であれば，よりきれいに信号を分離でき，図１に示したスキームを実現できるので好ましい。
【００２５】
[１１]  第１の態様に係る光通信システムは，好ましくは，前記強度変調器が，２つのアームを有するマッハツェンダー導波路と，前記マッハツェンダー導波路の２つのアームに取り付けられた電極と，を具備する上記いずれかに記載の光通信システムである。このような構成を有する強度変調器であれば，電極に印加する信号を制御することにより容易に，ＤＳＢ変調（特にＤＳＢ−ＳＣ）変調を施すことができることとなる。このような構成を有する強度変調器は，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器であることが好ましい。
【００２６】
[１２]  第１の態様に係る光通信システムは，好ましくは，前記強度変調器が，２つのアームを有するマッハツェンダー導波路と，前記マッハツェンダー導波路の２つのアームに取り付けられた電極と，を具備し，前記強度変調器の２つの電極に印加される信号を発生する第３の信号源と，前記第３の信号源から出力される信号の位相を調整する位相調整器とを具備する，上記いずれかに記載の光通信システムである。このような構成を有していれば，強度変調器を構成する２つの電極に印加される信号の位相を調整できるので，容易に，ＤＳＢ変調（特にＤＳＢ−ＳＣ）変調を施すことができることとなる。このような構成を有する強度変調器は，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器であることが好ましい。
【００２７】
[１３]  第１の態様に係る光通信システムは，好ましくは，前記第１の信号源は，前記第３の信号を兼ねる上記いずれかに記載の光通信システムである。
【００２８】
本発明の光通信システムでは，前記光ＦＳＫ変調信号発生器の出力光である上側波帯（ＵＳＢ）信号，及び下側波帯（ＬＳＢ）信号の周波数の差の周波数の半分の周波数（すなわち，光ＦＳＫ変調の変調周波数）と，強度変調器の変調周波数とが同一となるように制御される。このような構成を有する光通信システムでは，それらの信号源が同じなので，容易に周波数を調整できる。
【００２９】
[１４]  第１の態様に係る光通信システムは，好ましくは，前記強度変調器が，２つのアームを有するマッハツェンダー導波路と，前記マッハツェンダー導波路の２つのアームに取り付けられた電極と，を具備し，前記強度変調器の２つの電極に印加される信号の周波数は，前記第１の信号源の周波数と同じであり，前記強度変調器の２つの電極に印加される信号の位相は180度異なる，上記いずれかに記載の光通信システムである。
【００３０】
[１５]  第２の態様に係る光通信システムは，光ＦＳＫ変調器と，前記光ＦＳＫ変調器の変調信号が変調信号として印加される強度変調器と，前記光ＦＳＫ変調器の出力光信号と，前記強度変調器の出力光信号とを合波する第１のカプラと，前記第１のカプラによって合波された光信号を伝播する伝送路と，前記伝送路を伝播した光信号を，前記光ＦＳＫ変調器の出力光信号成分と前記強度変調器の出力光信号成分とに分波する第２のカプラと，前記第２のカプラにより分波された前記強度変調器の出力光信号成分を電気信号に変換するための光検出器と，前記第２のカプラにより分波された前記光ＦＳＫ変調器の出力光信号成分が入力され，前記光検出器から出力される電気信号が変調信号として印加される第２の強度変調器と，前記第２の強度変調器の出力信号から所定の領域の光信号を選択するバンドパスフィルタとを具備する光通信システムである。
【００３１】
なお，上記の構成において，光ＦＳＫ変調器は，光ＦＳＫ信号発生器であってもよい。上記のような構成をとるので，第２の態様に係る光通信システムは，光ＦＳＫ変調器の変調周波数を有する電気信号を得て，それを強度変調器の変調信号として利用できる。よって，光ＦＳＫ変調器と，強度変調器とが離れた位置にあっても適切に光ＰＳＫ信号を得ることができることとなる。なお，この態様においては，[１]〜[１４]に記載した何れの構成をも適宜採用することができる。
【００３２】
[１６]  第２の態様に係る光通信システムは，好ましくは，前記第２の強度変調器が，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器である上記に記載の光通信システムである。
【００３３】
[１７]  第３の態様に係る光通信システムは，光ＦＳＫ変調器と，前記光ＦＳＫ変調器の出力信号を伝播する伝送路と，前記伝送路を伝播した光信号を，分波するカプラと，前記カプラで分波された光信号から，前記光ＦＳＫ変調器の変調信号の２倍の周波数成分を有する電気信号を抽出するためのクロック再生手段と，前記クロック再生手段によって抽出された前記光ＦＳＫ変調器の変調信号の２倍の周波数成分を有する電気信号を周波数を半分にする分周器と，前記カプラにより分波された光ＦＳＫ変調器の出力信号が入力され，前記分周器から出力される電気信号が変調信号として印加される強度変調器と，前記強度変調器出力信号から所定の領域の光信号を選択するバンドパスフィルタと，を具備する光通信システムである。
【００３４】
なお，上記の構成において，光ＦＳＫ変調器は，光ＦＳＫ信号発生器であってもよい。上記のような構成をとるので，第３の態様に係る光通信システムは，光ＦＳＫ変調器の変調周波数を有する電気信号を得て，それを強度変調器の変調信号として利用できる。よって，光ＦＳＫ変調器と，強度変調器とが離れた位置にあっても適切に光ＰＳＫ信号を得ることができることとなる。なお，この態様においては，[１]〜[１４]に記載した何れの構成をも適宜採用することができる。
【００３５】
[１８]  第３の態様に係る光通信システムは，好ましくは，前記強度変調器が，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器である上記に記載の光通信システムである。
【００３６】
[１９]  第３の態様に係る光通信システムの別の態様は，光ＦＳＫ変調器と，前記光ＦＳＫ変調器の出力信号を伝播する伝送路と，前記伝送路を伝播した光信号を，分波するカプラと，前記カプラで分波された光信号から，前記光ＦＳＫ変調器の変調信号と同じ周波数を有する成分を有する電気信号を抽出するためのクロック再生手段と前記カプラにより分波された光ＦＳＫ変調器の出力信号が入力され，前記クロック再生手段から出力される電気信号が変調信号として印加される強度変調器と，前記強度変調器の出力信号から所定の領域の光信号を選択するバンドパスフィルタと，を具備する光通信システムである。
【００３７】
なお，上記の構成において，光ＦＳＫ変調器は，光ＦＳＫ信号発生器であってもよい。上記のような構成をとるので，第３の態様に係る光通信システムは，光ＦＳＫ変調器の変調周波数を有する電気信号を得て，それを強度変調器の変調信号として利用できる。よって，光ＦＳＫ変調器と，強度変調器とが離れた位置にあっても適切に光ＰＳＫ信号を得ることができることとなる。なお，この態様においては，[１]〜[１４]に記載した何れの構成をも適宜採用することができる。
【００３８】
[２０]  第３の態様に係る光通信システムは，好ましくは，前記強度変調器が，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器である上記に記載の光通信システムである。
【００３９】
[２１]  第４の態様に係る光通信システムは，光ＦＳＫ変調器と，前記光ＦＳＫ変調器の出力信号を伝播する伝送路と，前記光ＦＳＫ変調器の出力信号が入力される強度変調器と，前記強度変調器の出力光を分波するカプラと，前記カプラにより分波された光信号を検出する光検出器と，前記光検出器の出力電気信号の周波数を半分にする分周器と，前記強度変調器の出力信号から所定の領域の光信号を選択するバンドパスフィルタと，を具備し，前記分周器の出力信号が，前記強度変調器の変調信号として入力される光通信システムである。
【００４０】
なお，上記の構成において，光ＦＳＫ変調器は，光ＦＳＫ信号発生器であってもよい。上記のような構成をとるので，第４の態様に係る光通信システムは，光ＦＳＫ変調器の変調周波数を有する電気信号を得て，それを強度変調器の変調信号として利用できる。よって，光ＦＳＫ変調器と，強度変調器とが離れた位置にあっても適切に光ＰＳＫ信号を得ることができることとなる。なお，この態様においては，[１]〜[１４]に記載した何れの構成をも適宜採用することができる。
【００４１】
[２２]  第４の態様に係る光通信システムは，好ましくは，前記強度変調器が，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器である上記に記載の光通信システムである。
【００４２】
[２３]  第４の態様に係る光通信システムの別の態様は，光ＦＳＫ変調器と，前記光ＦＳＫ変調器の出力信号を伝播する伝送路と，前記光ＦＳＫ変調器の出力信号が入力される強度変調器と，前記強度変調器の出力光を分波するカプラと，前記カプラにより分波された光信号を検出する光検出器と，前記強度変調器の出力信号から所定の領域の光信号を選択するバンドパスフィルタと，を具備し，前記光検出器の出力信号が，前記強度変調器の変調信号として入力される光通信システムである。
【００４３】
なお，上記の構成において，光ＦＳＫ変調器は，光ＦＳＫ信号発生器であってもよい。上記のような構成をとるので，第４の態様に係る光通信システムは，光ＦＳＫ変調器の変調周波数を有する電気信号を得て，それを強度変調器の変調信号として利用できる。よって，光ＦＳＫ変調器と，強度変調器とが離れた位置にあっても適切に光ＰＳＫ信号を得ることができることとなる。なお，この態様においては，[１]〜[１４]に記載した何れの構成をも適宜採用することができる。
【００４４】
[２４]  第４の態様に係る光通信システムは，好ましくは，前記強度変調器が，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器である上記に記載の光通信システムである。
【発明の効果】
【００４５】
本発明によれば，光周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）信号を，光位相シフトキーイング（ＰＳＫ）信号に変換するための光通信システムを提供できる。
【００４６】
本発明によれば，光ＦＳＫ信号を，光ＰＳＫ信号に変換するにあたり，光ＦＳＫ変調器の変調信号周波数を有した電気信号を光ＤＳＢ−ＳＣ変調器に印加でき，これにより光ＦＳＫ変調器の変調信号周波数を調整しても，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器を動作させることができる光通信システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
（１．本発明の光通信システムの基本構成）
図１は，本発明の光通信システムの基本構成を示す図である。図１に示されるように，本発明の光通信システム１は，光周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）変調器などの光ＦＳＫ変調信号発生器２と，前記光ＦＳＫ変調信号発生器からの変調信号が入力される光搬送波抑圧両側波帯（ＤＳＢ−ＳＣ）などの強度変調器３と，前記強度変調器からの出力信号から，所定の周波数成分を取り除くためのバンドパスフィルタ４とを具備し，前記光ＦＳＫ変調信号発生器の変調周波数と，強度変調器の変調周波数とが同一である，光ＦＳＫ信号を光位相シフトキーイング（ＰＳＫ）信号に変換するための光通信システムである。
【００４８】
図１において，６は光ＦＳＫ変調信号発生器に導入する光の通路を示し，７は光ＦＳＫ変調信号発生器と，強度変調器（光ＤＳＢ−ＳＣ変調器）とを連結する伝送路を示し，８は光ＤＳＢ−ＳＣ変調器とバンドパスフィルタとを連結する伝送路を示し，９は光ＦＳＫ変調信号発生器の変調周波数信号を発生する信号源を示し，１０は光ＦＳＫ変調信号発生器の光ＦＳＫ変調信号（データ信号）を発生する信号源を示し，１１は強度変調器（光ＤＳＢ−ＳＣ変調器）の変調周波数信号を発生する信号源を示す。なお，特に図示しないが，各信号源などは，制御装置を含み，制御装置が信号周波数などを適宜制御する。また，図中Ａ〜Ｄは，それぞれ入力信号，光ＦＳＫ変調信号発生器の出力信号，強度変調器（光ＤＳＢ−ＳＣ変調器）の出力信号，およびバンドパスフィルタの出力信号の概念図を示す。
【００４９】
（１．１．光ＦＳＫ変調信号発生器）
光ＦＳＫ変調信号発生器は，光ＦＳＫ変調信号を発生しうるものであれば特に限定されない。このような光ＦＳＫ変調信号発生器として，光ＦＳＫ変調器であっても良いし，レーザなどの光源に印加される電流や電圧を直接制御するなどして，周波数のシフトを行うものであってもよい。光ＦＳＫ変調信号発生器として，光ＦＳＫ変調器が好適に用いられるので，以下では，本発明の光通信システムに用いられる光ＦＳＫ変調器の例を図面を参照しながら説明する。図２は，このような光ＦＳＫ変調器の基本構成を表すブロック図である。図２に示されるように光ＦＳＫ変調器２１は，例えば，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺA）２２と，第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺB）２３と，前記ＭＺA及び前記ＭＺBとを含み，光の入力部と，変調された光の出力部とを具備するメインマッハツェンダー導波路（ＭＺC）２４を具備する。そして，前記ＭＺAを構成する２つのアーム間のバイアス電圧を制御することにより，前記ＭＺAの２つのアームを伝播する光の位相を制御する第１の直流または低周波用電極（ＤＣA電極）２５と，前記ＭＺBを構成する２つのアーム間のバイアス電圧を制御することにより，前記ＭＺBの２つのアームを伝播する光の位相を制御する第２の直流または低周波用電極（ＤＣB電極）２６と，前記ＭＺAを構成する２つのアームにラジオ周波数（ＲＦ）信号を入力する第１のＲＦ電極（ＲＦA電極）２７と，前記ＭＺBを構成する２つのアームにＲＦ信号を入力する第２のＲＦ電極（ＲＦB電極）２８と，入力されるＲＦ信号の電圧値，または位相を制御することにより前記出力部から出力される光の周波数を制御する電極（ＲＦC電極）２９とを具備する。
【００５０】
それぞれのマッハツェンダー導波路は，例えば，略六角形状の導波路（これが２つのアームを構成する）を具備し，並列する２つの位相変調器を具備するようにして構成される。図２に示される光ＦＳＫ変調器は，第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺA）１２と；第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺB）１３と；メインマッハツェンダー導波路（ＭＺC）１４とを含む。メインマッハツェンダー導波路（ＭＺC）は，ＭＺA及びＭＺBをその両アームとして含む具備するマッハツェンダー導波路である。
【００５１】
通常，マッハツェンダー導波路や電極は基板上に設けられる。基板及び各導波路は，光を伝播することができるものであれば，特に限定されない。例えば，ＬＮ基板上に，Ti拡散のニオブ酸リチウム導波路を形成しても良いし，シリコン（Si）基板上に二酸化シリコン（SiO2）導波路を形成しても良い。また，InPやGaAs基板上にInGaAsP，GaAlAs導波路を形成した光半導体導波路を用いても良い。基板として，ＸカットＺ軸伝搬となるように切り出されたニオブ酸リチウム （LiNbO3：LN）が好ましい。これは大きな電気光学効果を利用できるため低電力駆動が可能であり，かつ優れた応答速度が得られるためである。この基板のＸカット面（ＹＺ面）の表面に光導波路が形成され，導波光はＺ軸（光学軸）に沿って伝搬することとなる。Ｘカット以外のニオブ酸リチウム基板を用いても良い。また，基板として，電気光学効果を有する三方晶系，六方晶系といった一軸性結晶，又は結晶の点群がＣ3V，Ｃ3，Ｄ3，Ｃ3h，Ｄ3hである材料を用いることができる。これらの材料は，電界の印加によって屈折率変化が伝搬光のモードによって異符号となるような屈折率調整機能を有する。具体例としては，ニオブ酸リチウムの他に，タンタル酸リチウム （LiTO3：LT），β−BaB2O4（略称BBO），LiIO3等を用いることができる。
【００５２】
基板の大きさは，所定の導波路を形成できる大きさであれば，特に限定されない。各導波路の幅，長さ，及び深さも本発明のモジュールがその機能を発揮しうる程度のものであれば特に限定されない。各導波路の幅としては，たとえば１〜２０マイクロメートル程度，好ましくは５〜１０マイクロメートル程度があげられる。また，導波路の深さ（厚さ）として，１０ｎｍ〜１マイクロメートルがあげられ，好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍである。
【００５３】
第１のバイアス調整電極（ＤＣA電極）(25)は，ＭＺAを構成する２つのアーム（Path1及びPath3）間のバイアス電圧を制御することにより，ＭＺAの２つのアームを伝播する光の位相を制御するための電極である。一方，第２のバイアス調整電極（ＤＣB電極）(26)は，ＭＺBを構成する２つのアーム（Path2及びPath4）間のバイアス電圧を制御することにより，ＭＺBの２つのアームを伝播する光の位相を制御するための電極である。ＤＣA電極，及びＤＣB電極は，好ましくは通常直流または低周波用電極である。ここで低周波用電極における「低周波」とは，例えば，0Ｈｚ〜500ＭＨｚの周波数を意味する。なお，この信号源の出力には位相変調器が設けられ，出力信号の位相を制御できるようにされていることが好ましい。
【００５４】
第１の変調電極（ＲＦA電極）(27)は，ＭＺAを構成する２つのアームにラジオ周波数（ＲＦ）信号を入力するための電極である。一方，第２の変調電極（ＲＦB電極）(28)は，ＭＺBを構成する２つのアームにＲＦ信号を入力するための電極である。ＲＦA電極，及びＲＦB電極としては，進行波型電極または共振型電極が挙げられ，好ましくは共振型電極である。
【００５５】
ＲＦA電極，及びＲＦB電極は，好ましくは高周波電気信号源と接続される。高周波電気信号源は，ＲＦA電極及びＲＦB電極へ伝達される信号を制御するためのデバイスであり，公知の高周波電気信号源を採用できる。ＲＦA電極，及びＲＦB電極に入力される高周波信号の周波数（ｆm）として，例えば１ＧＨｚ〜100ＧＨｚがあげられる。高周波電気信号源の出力としては，一定の周波数を有する正弦波があげられる。なお，この高周波電気信号源の出力には位相変調器が設けられ，出力信号の位相を制御できるようにされていることが好ましい。
【００５６】
ＲＦA電極，及びＲＦB電極は，たとえば金，白金などによって構成される。ＲＦA電極，及びＲＦB電極の幅としては，１μｍ〜10μｍが挙げられ，具体的には５μｍが挙げられる。ＲＦA電極，及びＲＦB電極の長さとしては，変調信号の波長の(fm)の0.1倍〜0.9倍が挙げられ，0.18〜0.22倍，又は0.67倍〜0.70倍が挙げられ，より好ましくは，変調信号の共振点より20〜25%短いものである。このような長さとすることで，スタブ電極との合成インピーダンスが適度な領域に留まるからである。より具体的なＲＦA電極，及びＲＦB電極の長さとしては，3250μｍがあげられる。以下では，共振型電極と，進行波型電極について説明する。
【００５７】
共振型光電極（共振型光変調器）は，変調信号の共振を用いて変調を行う電極である。共振型電極としては公知のものを採用でき，例えば特開2002-268025号公報，「川西哲也，及川哲，井筒雅之，"平面構造共振型光変調器"，信学技報，TECHNICAL REPORT OF IEICE, IQE2001-3(2001-05)」に記載のものを採用できる。
【００５８】
進行波型電極（進行波型光変調器）は，光波と電気信号を同方向に導波させ導波している間に光を変調する電極（変調器）である（例えば，西原浩，春名正光，栖原敏明著，「光集積回路」（改訂増補版）オーム社，119頁〜120頁）。進行波型電極は公知のものを採用でき，例えば，特開平11−295674号公報，特開平11−295674号公報，特開2002−169133号公報，特開2002-40381号公報，特開2000-267056号公報，特開2000-471159号公報，特開平10-133159号公報などに開示されたものを用いることができる。
【００５９】
進行波型電極として，好ましくは，いわゆる対称型の接地電極配置（進行波型の信号電極の両側に，少なくとも一対の接地電極が設けられているもの）を採用するものである。このように，信号電極を挟んで接地電極を対称に配置することによって，信号電極から出力される高周波は，信号電極の左右に配置された接地電極に印加されやすくなるので，高周波の基板側への放射を，抑圧できる。
【００６０】
ＲＦ電極が，ＲＦ信号用の電極と，ＤＣ信号用の電極とを兼ねたものでもよい。すなわち，ＲＦA電極及びＲＦB電極のいずれか又は両方は，ＤＣ信号とＲＦ信号とを混合して供給する給電回路（バイアス回路）と連結されている。この態様の光ＳＳＢ変調器は，ＲＦ電極が給電回路（バイアス回路）と連結されているので，ＲＦ電極にＲＦ信号（ラジオ周波数信号）とＤＣ信号（直流信号：バイアス電圧に関する信号）を入力できる。
【００６１】
第３のＲＦ電極（ＲＦC電極）(29)は，ＭＺA及びＭＺBのバイアス電圧を制御することによりＭＺA及びＭＺBを伝播する光の位相を制御するための電極である。第３の電極（ＲＦC電極）は，進行波型の電極であることが好ましい。ＲＦC電極の切り換え速度が，光ＦＳＫ変調器のデータ速度になるので，ＲＦC電極を進行波型電極とすることで高速の切り換え（ＵＳＢとＬＳＢとの切換し）が可能となるからである。
【００６２】
本発明の光ＦＳＫ変調器は，符号切り換えを高速で実現するために，光ＳＳＢ変調器のＤＣC に相当する電極をＲＦ（ラジオ周波数）電極（ＲＦC電極），又はバイアス調整電極とＲＦ電極（ＲＦC電極）とに置き換えたものである。ＲＦ電極のみを用いるものとしては，ＲＦ電極がＤＣ信号とＲＦ信号とを混合して供給する給電回路（バイアス回路）と連結されているものが挙げられる。ＲＦ電極として，好ましくは，高速スイッチングに対応した進行波型電極を用いることができる。ここで，ＲＦ電極とは，ＲＦ周波数の入出力に対応した電極である。ＦＳＫ変調器においても，ＲＦC電極の信号電圧の位相や振幅を切り換えることで，上側波成分と下側波成分とを切り換えて出力できる。
【００６３】
光ＦＳＫ変調器の動作は，光ＳＳＢ変調器の動作と同様である。光ＳＳＢ変調器の動作は，たとえば，「川西哲也，井筒雅之，"光ＳＳＢ変調器を用いた光周波数シフター"，信学技報，TECHNICAL REPORT OF IEICE, OCS2002-49, PS2002-33, OFT2002-30(2002-08)」，「日隅ら，Ｘカットリチウムニオブ光ＳＳＢ変調器，エレクトロンレター，vol. 37， 515-516 (2001)．」などに詳しく報告されている。すなわち，光ＳＳＢ変調器によれば，所定量周波数がプラスにシフトした上側波帯（ＵＳＢ）信号，及び下側波帯（ＬＳＢ）信号を得ることができる。
【００６４】
光ＦＳＫ変調器の動作を以下に説明する。並列する４つの光位相変調器に位相が９０°ずつ異なる正弦波ＲＦ信号を入力する。また，光に関してもそれぞれの位相差が９０°となるようにバイアス電圧ＤＣA電極，ＤＣB電極，ＲＦC電極を調整する。すると，ＲＦ信号の周波数分だけ周波数がシフトした光が出力される。周波数シフトの方向（減少／増加）は，ＲＦC電極に印加する信号の電圧値又は位相を調整することにより選択できる。すなわち，図２に示される光ＦＳＫ変調器では，各位相変調器で，電気・光とも９０°ずつの位相差をもつこととなる。なお，基板として，Ｘ−カット基板を用いるとＲＦ信号用電極ＲＦA電極，及びＲＦB電極に位相が９０°異なる正弦波を供給するだけで，４つの位相変調器でそれぞれ位相が０°，９０°，１８０°，２７０°のＲＦ信号の変調を実現できる（日隅ら，Ｘカットリチウムニオブ光ＳＳＢ変調器，エレクトロンレター，vol. 37， 515-516 (2001)．）。
【００６５】
図３は，光ＦＳＫ変調器の各点での光スペクトルを示す概念図である。図中の黒い矢印は光を表す。図２のそれぞれのＭＺ構造部分においてＤＣA電極，ＤＣB電極のバイアス電圧を２つのＰａｔｈ（パス１とパス３，パス２とパス４）での光の位相差が１８０°となるように調整する（図３の領域Ａ及び領域Ｂを参照）。ＲＦC電極のバイアス電圧を，２つのＭＺ構造部分の光位相差が９０°となるように調整する。図２のＰ点，及びＱ点においては，それぞれ両側波帯が存在する（図３の領域Ｃ及び領域Ｄを参照）。しかしながら，Ｐ点とＱ点とでは，下側波帯光の位相が逆である。このため，これらの光を合波した出力光では，上側波成分のみが含まれる（図３の領域Ｅを参照）。
【００６６】
一方，ＲＦC電極のバイアス電圧を，２つのＭＺ構造部分の光位相差が２７０°となるように調整すると，下側波成分のみが出力される。したがって，ＲＦC電極の信号（又は２つのアームに印加される信号の位相）を切り換えることで，上側波成分と下側波成分とを切り換えて出力できる。ＲＦC電極として，ＲＦ周波数に対応した進行波型電極を用いると，上記の周波数シフトを高速に行うことができる。
【００６７】
光導波路の形成方法としては，チタン拡散法等の内拡散法やプロトン交換法など公知の形成方法を利用できる。すなわち，本発明の光ＦＳＫ変調器は，例えば以下のようにして製造できる。まず，ニオブ酸リチウムのウエハー上に，フォトリソグラフィー法によって，チタンをパターニングし，熱拡散法によってチタンを拡散させ，光導波路を形成する。この際の条件は，チタンの厚さを１００〜２０００オングストロームとし，拡散温度を５００〜２０００℃とし，拡散時間を１０〜４０時間としすればよい。基板の主面に，二酸化珪素の絶縁バッファ層（厚さ０．５−２μｍ）を形成する。次いで，これらの上に厚さ１５−３０μｍの金属メッキからなる電極を形成する。次いでウエハーを切断する。このようして，チタン拡散導波路が形成された光変調器が形成される。
【００６８】
光ＦＳＫ変調器は，たとえば以下のようにして製造できる。まず基板上に導波路を形成する。導波路は，ニオブ酸リチウム基板表面に，プロトン交換法やチタン熱拡散法を施すことにより設けることができる。例えば，フォトリソグラフィー技術によってＬＮ基板上に数マイクロメートル程度のＴｉ金属のストライプを，ＬＮ基板上に列をなした状態で作製する。その後，ＬＮ基板を１０００℃近辺の高温にさらしてＴｉ金属を当該基板内部に拡散させる。このようにすれば，ＬＮ基板上に導波路を形成できる。
【００６９】
また，電極は上記と同様にして製造できる。例えば，電極を形成するため，光導波路 の形成と同様にフォトリソグラフィー技術によって，同一幅で形成した多数の導波路の両脇に対して電極間ギャップが１マイクロメートル〜５０マイクロメートル程度になるように形成することができる。
【００７０】
なお，シリコン基板を用いる場合は，たとえば以下のようにして製造できる。シリコン（Si）基板上に火炎堆積法によって二酸化シリコン（SiO2）を主成分とする下部クラッド層を堆積し，次に，二酸化ゲルマニウム（GeO2）をドーパントとして添加した二酸化シリコン（SiO2）を主成分とするコア層を堆積する。その後，電気炉で透明ガラス化する。次に，エッチングして光導波路部分を作製し，再び二酸化シリコン（SiO2）を主成分とする上部クラッド層を堆積する。そして，薄膜ヒータ型熱光学強度変調器及び薄膜ヒータ型熱光学位相変調器を上部クラッド層に形成する。
【００７１】
信号源は，光ＦＳＫ変調器へ伝達すべき信号を出力するためのデバイスであり，公知の信号源を採用できる。信号源（ＦＳＫ信号源）は，光ＦＳＫ変調器のＲＦC電極へ伝達される信号を制御する。信号源として，複数の電圧レベルを設定して切り換えることのできるものを用いることは，多値変調可能な光ＦＳＫ通信に関する態様である。信号源からＲＦC電極に入力される信号としては，好ましくは３０ｋＨｚ以上，３００ＧＨｚ以下の周波数成分をもつ信号が挙げられ，好ましくは５００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚである。なお，信号源が制御するＲＦC電極へ伝達される信号の周波数は，後述の高周波電気信号源が制御するＲＦA電極及びＲＦB電極へ伝達される信号の周波数に比べて小さいことが好ましい。信号源が制御するＲＦC電極へ伝達される信号の周波数が，後述の高周波電気信号源が制御するＲＦA電極及びＲＦB電極へ伝達される信号の周波数に比べて大きいと装置が複雑となるからである。
【００７２】
高周波電気信号源は，光周波数シフトキーイング変調器に高周波電気信号を与えるためのデバイスであり，公知の高周波電気信号源を採用できる。高周波電気信号源は，主にＲＦA電極及びＲＦB電極へ伝達される信号を制御する。高周波周波数としては，例えば１ＧＨｚ〜１００ＧＨｚが挙げられる。高周波電気信号源の出力としては，一定の周波数を有する正弦波が挙げられる。
【００７３】
光ＦＳＫ信号は，搬送波（ｆ0）についての上側波帯（ＵＳＢ）信号と下側波帯（ＬＳＢ）信号とからなる。本明細書では，光ＦＳＫ変調器による振動数変調の幅（すなわち，変調器からのＲＦ変調信号の周波数）をｆmとする。搬送波の中心周波数をｆ0とすると，ＵＳＢ信号の中心周波数は，ｆ0+ｆmであり，ＬＳＢ信号の中心周波数は，ｆ0-ｆmである。
【００７４】
（１．２．強度変調器）
本発明における強度変調器として，たとえば光搬送波抑圧両側波帯（ＤＳＢ−ＳＣ）変調器があげられる。強度変調器は，導波路を伝播する光信号の強度（振幅）を制御するための装置である。強度変調器として，周知の可変光減衰器（ＶＯＡ）を用いることができる。強度変調器として，ＬＮを用いたＶＯＡ素子を用いても良い（例えば，特開平10-142569号公報参照）。光ＤＳＢ−ＳＣ変調器の具体的な構成として，例えば，導波路上に形成された金属薄膜ヒータを熱源としてマッハツェンダー導波路の一方のアーム導波路に熱光学効果によって屈折率変化を生じさせ，干渉計の出力強度を調整するものがあげられる（例えば，特開2000-352699号公報参照）。光ＤＳＢ−ＳＣ変調器として，信号源と，信号源から出力される信号の位相を調整する位相調整器とを具備し，マッハツェンダー導波路の両アームに印加される電気信号の位相が例えば180度異なるように調整されるものがあげられる。両アームに印加される電気信号の位相が180度異なるので，光ＤＳＢ−ＳＣ信号を出力できる。本発明の光通信システムでは，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器に光ＦＳＫ変調器の変調周波数fmが印加される。特に，光ＦＳＫ変調器と光ＤＳＢ−ＳＣ変調器との間がそれほど離れていない場合は，両変調器は同一の信号源から発生した変調信号が印加されても良い。そのようにすれば，光ＦＳＫ変調器の変調信号を変化させた場合であっても，適切に光ＰＳＫ信号を得ることができることとなる。
【００７５】
本発明において，基本的に強度変調器は，その変調信号の変調周波数をその入力信号の中心周波数をｆ1，変調周波数をfmとすると，その出力信号は，主にｆ1±fm（ｆ1＋fmとｆ1−fm）である。このような周波数を有する出力信号を出力するもののうち，特にｆ1成分が抑圧されるものを出力するものを光ＤＳＢ−ＳＣ変調器とよぶ。すなわち，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器は，両側波帯の光信号が出力され，キャリア信号の周波数成分ｆ1は抑圧される。
【００７６】
このような光ＤＳＢ−ＳＣ変調器としては，マッハツェンダー導波路を具備するものがあげられ，これは上記の光ＦＳＫ変調器と同様にして製造できる。
【００７７】
（１．３．バンドパスフィルタ）
バンドパスフィルタは，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器からの出力信号から，所定の周波数成分を取り除くためのフィルタであり，例えばｆ0成分を含む光信号を抽出するフィルタである。バンドパスフィルタとして，公知の光学バンドパスフィルタを用いることができる。光学バンドパスフィルタの基本構造例として，光学基板上に複数の基本ブロックをつなぎ層を介して積層し，基本ブロックは，その中央に配置されるキャビティ層と，このキャビティ層の両側に高屈折率層及び低屈折率層を交互に対称に配置した反射多層膜とからなるものがあげられる。より具体的には，以下の全誘電体ファブリーペローエタロンを多重に結合した構成をとるものがあげられる。すなわち，光学基板上に光学路長がλ／２の整数倍のスペーサ層の両側に光学路長がλ／４の屈折率の異なる層を交互に積層したミラー層を重ねた構造のキャビティを基本構造とし，このキャビティ間に結合層を配置し，これを複数段重ねたものからなる。ここで，スペーサ層の上下のミラー層において，各屈折率膜は対称になるように配置されているため，スペーサ層を高屈折率膜とする場合には，それに隣接する層は低屈折率膜を，スペーサ層に低屈折率膜を用いる場合には，隣接する層に高屈折率膜を用いて積層している。またミラー層の構成としては，隣接する層を含めて高屈折率膜と低屈折率膜の対とするか，ミラー層に隣接する層は一層分多めに配置して残りの層について対とした，積層数２ｎ層もしくは２ｎ＋１層（ｎは１以上の整数であり，各屈折率膜を意味する）としているため，前記スペーサ層の屈折率膜の種類と合わせて，膜構造としては４種の形態が考えられる。そして，フィルタの最上層には１ないし複数層からなる入射媒質への整合層を配置している。
【００７８】
（１．４．その他）
本発明の光通信システムでは，光路に増幅器や偏光面調整器（ＰＣ）が適宜設けられていても良い。光ＦＳＫ変調器と光ＤＳＢ−ＳＣ変調器とを連結する伝送路７は，例えば光ファイバによる伝送路であり，シングルモードファイバであってもよい。
【００７９】
（１．５．動作）
以下，本発明の通信システムの動作を図１を参照しつつ説明する。以下では，光ＦＳＫ変調信号発生器として光ＦＳＫ変調器を用い，強度変調器として光ＤＳＢ−ＳＣ変調器を用いるものについて説明する。光ＦＳＫ変調器に導入する光の通路６に，光信号が入力する。その光信号は図１の領域Ａに示されるように周波数ｆ0を有する。変調信号として周波数ｆmの信号を光ＦＳＫ変調器２に印加する。具体的には，光ＦＳＫ変調器のＲＦA電極及びＲＦB電極に周波数ｆmの信号を90度の位相をずらして印加する。この変調周波数ｆmに応じたずれをもって信号が出力されることとなる。ＵＳＢ，およびＬＳＢの光スペクトルは，図１の領域Ｂに示されるとおりである。すなわち，ＵＳＢ信号の中心周波数は，ｆ0＋ｆmであり，ＬＳＢ信号の中心周波数は，ｆ0−ｆmである。光ＦＳＫでは，このＵＳＢ信号とＬＳＢ信号の切り換えを情報とする。そして，ＵＳＢ信号とＬＳＢ信号の切り換えは，ＲＦC電極に印加される電気信号の電圧値（又は位相）を制御することにより行うことができる。図１の領域Ｂに示されるとおり，光ＦＳＫ信号は，周波数ｆ0が抑えられるキャリア抑圧信号であり，ＵＳＢ信号及びＬＳＢ信号が選択されて出力される。ＵＳＢ信号及びＬＳＢ信号をそれぞれ“１”と“０”とすると，ＵＳＢ信号かＬＳＢ信号かによって，情報を伝えることができる。そして，光ＦＳＫ変調器の出力信号を以下のように表すことができる。
【００８０】
【数１】
2006197092.tif 000003
【００８１】
上記式（１）において，入力信号はｅｘｐ（ｉｗoｔ）とし，高次項は無視した。図２のＭＺAにおいてもたらされる光信号の位相変調は，Ａmｃｏｓｗmｔ（ｗm＝２πｆM）である。一方，ＭＺBにおいてもたらされる光信号の位相変調は，９０度の位相差によりＡmｓｉｎｗmｔとなる。図２のＰ点から，両アームの合流点までの位相変調量は，関数ｆ（ｔ）で表され，この関数は，ＲＦC電極に印加する電圧を制御することにより制御できる。一方，図２のＱ点から両アームの合流点までの位相変調量は，関数−ｆ（ｔ）で表される。例えば，ｆ（ｔ）が−π／４の場合，すなわち−４５度である場合は，光ＦＳＫ変調器がＵＳＢ信号を出力することとなる。一方，ｆ（ｔ）がπ／４の場合，すなわち４５度である場合は，光ＦＳＫ変調器がＬＳＢ信号を出力することとなる。この切り換え速度は，ＲＦC電極のバンド幅に依存することとなるが，ＲＦC電極として進行波型電極を用いれば１８ＧＨｚ程度のバンド幅を達成でき，高速な切り換えを行うことができることとなる。
【００８２】
光ＦＳＫ変調器の出力信号は，伝送路７を経由して強度変調器（例えば，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器）へと入力する。光ＤＳＢ−ＳＣ変調器の変調周波数は，fmである。光ＤＳＢ−ＳＣ変調器に，光ＦＳＫ信号のうちＵＳＢ信号（中心周波数ｆ0＋fm）が入力した場合，ＤＳＢ−ＳＣ信号として，中心周波数ｆ0＋２fmの光信号と中心周波数ｆ0の光信号が出力されることとなる。一方，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器に，光ＦＳＫ信号のうちＬＳＢ信号（中心周波数ｆ0−fm）が入力した場合，ＤＳＢ−ＳＣ信号として，中心周波数ｆ0の光信号と中心周波数ｆ0−２fmの光信号が出力されることとなる。このように，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器に入力する，光ＦＳＫ信号がＵＳＢ信号であっても，ＬＳＢ信号であっても光ＤＳＢ−ＳＣ変調器の出力光信号には中心周波数ｆ0の成分が残る。したがって，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器の出力信号は，図１の領域Ｃに示されるようになる。
【００８３】
一方，光ＤＳＢ−ＳＣ変調は，以下の式(2)によって表現できる。
【００８４】
【数２】
2006197092.tif 000004
【００８５】
ここで，Ａ’mｓｉｎｗmｔは，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器を構成するサブマッハツェンダー導波路のそれぞれのアームにおける位相変調値である。光ＤＳＢ−ＳＣ変調器の出力光は，光ＦＳＫ変調と光ＤＳＢ−ＳＣ変調とを受けた光である。そして，光ＦＳＫ変調及び光ＤＳＢ−ＳＣ変調は，それぞれ式(1)及び式(2)の関数で表される。よって，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器の出力光は，式(1)と式(2)とをかけ合わせて得られる以下の式(3)によって表すことができる。
【００８６】
【数３】
2006197092.tif 000005
【００８７】
次に，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器の出力信号は，バンドパスフィルタ４を通過する。このバンドパスフィルタは，たとえばｆ0±ｆmの領域の光を通すフィルタである。このバンドパスフィルタを通過させると，中心周波数ｆ0の光信号が通過し，中心周波数ｆ0±ｆmの光信号は通過しない。すなわち，バンドパスフィルタの出力光は，図１の領域Ｄに示されるものとなる。これにより，周波数領域でスペクトルを見ると，ＵＳＢやＬＳＢといった光ＦＳＫシステムの基本的な情報は失われたように見える。そうであれば，この光通信システムは，無駄なシステムということになる。
【００８８】
一方，バンドパスフィルタで，中心周波数ｆ0±ｆmの成分を取り除くということは，式(3)において，周波数ｆ0±ｆmの成分を取り除くことを意味する。すなわち，バンドパスフィルタの出力光信号は，以下の式(4)で表すことができる。
【００８９】
【数４】
2006197092.tif 000006
【００９０】
すなわち，バンドパスフィルタの出力信号の光位相は，光ＦＳＫ変調器の切り換え信号であるｆ（ｔ）の関数で表される。これは，光ＦＳＫ変調器の変調信号を光位相変調信号に変換できたことを意味している。
【００９１】
（２．本発明の光通信システムの第２の実施態様）
実際の通信システムでは，光ＦＳＫ変調発生器と強度変調器（光ＤＳＢ-ＳＣ変調器）との距離が遠いことが想定される。この場合であっても，これらに印加される変調周波数を同じ値としなければならない。したがって，同一の電源から変調周波数を取り出して，それを光ＦＳＫ変調器と光ＤＳＢ-ＳＣ変調器とに供給することは困難である。また，別々の信号源によって，変調周波数信号を作り出し，光ＦＳＫ変調器と光ＤＳＢ-ＳＣ変調器とに印加する場合，光ＦＳＫ変調器の変調信号を調整した場合に，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器の変調信号もそれにあわせて調整しなければならない。このような問題があるので，本発明は，光ＦＳＫ信号を，光ＰＳＫ信号に変換するにあたり，光ＦＳＫ変調器の変調信号周波数を有した電気信号を光ＤＳＢ−ＳＣ変調器に印加でき，これにより光ＦＳＫ変調器の変調信号周波数を調整しても，光ＤＳＢ−ＳＣ変調器を動作させることができる光通信システムを提供する。以下説明する光通信システムは，所定の同期手段を用いることにより，光ＦＳＫ変調信号の変調周波数を有した電気信号を得て，これを光ＤＳＢ−ＳＣ変調器に印加できるので，光ＦＳＫ変調器の変調信号を調整した場合でも，適切に光ＰＳＫ信号を得ることができるものである。
【００９２】
図４は，第２の実施態様に係る本発明の光通信システムの基本構成を示す図である。図４に示されるように，第２の実施態様に係る本発明の光通信システム３０は，光ＦＳＫ変調器２と，前記光ＦＳＫ変調器の変調信号が変調信号として印加される強度変調器３１と，
前記光ＦＳＫ変調器の出力光信号と，前記強度変調器の出力光信号とを合波する第１のカプラ３２と，前記第１のカプラによって合波された光信号を伝播する伝送路７と，前記伝送路を伝播した光信号を，前記光ＦＳＫ変調器の出力光信号成分と前記強度変調器の出力光信号成分とに分波する第２のカプラ３３と，前記第２のカプラにより分波された前記強度変調器の出力光信号成分を電気信号に変換するための光検出器３４と，前記第２のカプラにより分波された前記光ＦＳＫ変調器の出力光信号成分が入力され，前記光検出器から出力される電気信号が変調信号として印加される第２の強度変調器（図では，その代表である光ＤＳＢ−ＳＣ変調器からＤＳＢ−ＳＣとされている。以下同様）３と，前記強度変調器３の出力信号から所定の領域の光信号を選択するバンドパスフィルタ４と，を具備する光通信システムである。
【００９３】
図４中，図１中のものと同様の機能を有するものについては同一の符号を付してある。そして，それらの動作については，既に説明したものから理解できるのでここでは説明を省略する。また，図４中，３５はレーザダイオードなどの光源を示し，３６は強度増幅器を示す。
【００９４】
この実施態様における強度変調器３１として，光情報通信に用いられる公知の強度変調器を用いることができる。具体的には，先に説明した光ＤＳＢ−ＳＣ変調器と同様，マッハツェンダー導波路と各アームに設けられた電極とによって構成されるものがあげられる。
【００９５】
この実施態様におけるカプラ３２は，光信号を合波できるものであれば特に限定されるものではなく公知のカプラ（光結合器）を採用できる。
【００９６】
この実施態様におけるカプラ３３として，分波器があげられる。分波器として，インターリーバなど公知の分波器を採用できる。分波器が分波する光は，ｆ0付近の周波数領域の光信号(光ＦＳＫ信号)とｆ1付近の周波数領域を中心周波数とする信号（変調信号）であるから，これらを分波できるものを用いる。なお，ｆ1は強度変調器に入力されるＬＤ３５の中心周波数である。インターリーバは，入射した波長多重光信号を波長間隔が2倍の二組の信号系列に分波でき，逆に，二組の波長多重信号を波長間隔が半分の一つの信号系列に合波するという特徴をもつデバイスである。インターリーバによれば，シャープな信号の通過波長帯域を得ることができるので，隣接チャンネル間の信号を確実に分離でき，別の波長が混ざり，通信品質が劣化すること防止できる。インターリーバとしては，複数のファイバカプラを含むファイバ型インターリーバ，多層膜とプリズムとを含む多層膜型インターリーバ，複屈折プレートと偏波分離素子とを含む複屈折板型インターリーバ，導波路を用いた導波路型インターリーバがあげられる。より具体的には，オプトプレクス（Optoplex）社製のノバ−インターリーバ（Nova-Interleavers），ネクスフォン（Nexfon）社製OC-192，及びOC-768などのインターリーバがあげられる。
【００９７】
この実施態様における光検出器３４は，光信号を検出し，電気信号に変換するための手段である。光検出器として，公知のものを採用できる。光検出器として，例えばフォトダイオードを含むデバイスを採用できる。光検出器は，例えば，光信号を検出し，電気信号に変換するものがあげられる。光検出器によって，光信号の強度，周波数などを検出できる。光検出器として，たとえば「米津宏雄著”光通信素子工学”−発光・受光素子−，工学図書株式会社，第６版，平成１２年発行」に記載されているものを適宜採用できる。
【００９８】
この実施態様における光源３５は，レーザなどの光を発生するためのデバイスである。具体的な光源として，ダイオード，レーザダイオードなどがあげられる。
【００９９】
この実施態様における強度増幅器３６は，電気信号を増幅する公知の増幅器を用いることができる。公知の増幅器として，たとえば，インバータをタンデムに偶数個組み合わせたものがあげられる。
【０１００】
この態様の光通信システムでは，正弦波などからなるＦＳＫ変調信号（ｆｍ）を光ＦＳＫ変調器２へ印加するのと合わせて，強度変調器３１へも印加する。そして，変調周波数ｆmで強度変調された光は，周波数ｆm を関数とする周期を持ったパルス信号となる。強度変調器により強度変調された光信号と光ＦＳＫ信号とは，カプラ３２により合波される。合波された信号は，光ＦＳＫ信号に由来する周波数成分（ｆ0±ｆm）と，変調周波数に由来する周波数成分（ｆm）とを有することとなる。
【０１０１】
この光信号は，光ファイバなどの伝送路７を伝播する。そして，信号が強度変調器（光ＤＳＢ-ＳＣ変調器）３へ入力される前に，カプラ３３により信号が分波される。分波された信号のうち，周波数がｆmの成分を光検出器３４で電気信号として取り出す。その後，増幅器３６により任意で振幅補償を行う。この周波数がｆmの電気信号が，強度変調器（光ＤＳＢ-ＳＣ変調器）３に変調信号として印加される。このようにすれば，光ＦＳＫ変調器の変調信号が変化した場合であっても，その変調信号の周波数を有する電気信号が強度変調器（光ＤＳＢ−ＳＣ変調器）に印加されることとなる。
【０１０２】
（３．本発明の光通信システムの第３の実施態様）
図５は，第３の実施態様に係る本発明の光通信システムの基本構成を示す図である。図５（Ａ）は，いったん２ｆmの周波数を有する成分を取り出し，これを分周器で半分の周波数とした後に強度変調器へ印加するものの例を示す。一方，図５（Ｂ）は，ｆmの周波数を有する成分を取り出し，これを強度変調器へ印加するものの例を示す。図５（Ａ）に示されるとおり，本発明の第３の実施態様にかかる光通信システムは，光ＦＳＫ変調器２と前記光ＦＳＫ変調器の出力信号を伝播する伝送路７と，前記伝送路を伝播した光信号を分波するカプラ４１と，前記カプラで分波された光信号から，前記光ＦＳＫ変調器の変調信号の２倍の周波数成分を有する電気信号を抽出するためのクロック再生手段４２と，前記クロック再生手段によって抽出された前記光ＦＳＫ変調器の変調信号の２倍の周波数成分を有する電気信号を周波数を半分にする分周器４３と，前記カプラにより分波された光ＦＳＫ変調器の出力信号が入力され，前記分周器から出力される電気信号が変調信号として印加される光ＤＳＢ−ＳＣ変調器などの強度変調器３と，前記強度変調器の出力信号から所定の領域の光信号を選択するバンドパスフィルタ４とを具備する光通信システムである。
【０１０３】
図５中，図１中のものと同様の機能を有するものについては同一の符号を付してある。そして，それらの動作については，既に説明したものから理解できるのでここでは説明を省略する。
【０１０４】
この実施態様におけるカプラ４１は，光信号を分波できるものであれば特に限定されず公知のカプラを用いることができる。
【０１０５】
クロック再生手段４２は，前記光ＦＳＫ変調器の変調信号の２倍の周波数成分を有する電気信号を抽出するための手段である。クロック再生手段として，公知のクロック・アンド・データリカバリ・モジュールを採用できる。超高速光通信では，送信器側で基準となるクロック信号と同期したデータ信号で光を変調し，出力する。そして，受信器側では，この変調された信号からクロックを再生（クロックリカバリ）し，さらにこのクロックを基にデータの再生（データリカバリ）を行う。このような目的で開発されたデバイスが，クロック・アンド・データリカバリ・モジュールである。クロック・アンド・データリカバリ・モジュールは，本来受信器側の装置でクロック信号とデータ信号を分離再生するものであるが，本発明では，これを前記光ＦＳＫ変調器の変調信号の２倍の周波数成分を有する電気信号を抽出するための手段として用いることができる。クロック・アンド・データリカバリ・モジュールとして，例えば横河電機株式会社製の位相同期ループ方式のクロック・アンド・データリカバリ・モジュールがあげられる。位相同期ループ方式のクロック・アンド・データリカバリ・モジュールは，位相同期ループが内部に発信器を持っているので，データの中断があっても直前の周波数を保つことができ好ましい。クロック・アンド・データリカバリ・モジュールとして，低ジッタ（信号の揺れや歪み）が少ないものが好ましい。
【０１０６】
位相同期ループ方式のクロック・アンド・データリカバリ・モジュールを達成するための位相同期回路は，たとえば，遠坂 俊昭 著 “ＰＬＬ回路の設計と応用−ループ・フィルタ定数の算出方法とその検証−CG出版”に記載されるとおりである。すなわち，位相同期回路は，基本的には２つの入力信号の位相を比較するための位相比較器と，位相比較器からのリプルを含んだ直流信号を平均化し，交流成分の少ないきれいな直流信号に変換するためのローパス・フィルタ（ＬＰＦ）と，入力される（直流）信号によって発振周波数を制御することができ，ローパス・フィルタの出力信号が入力される可変周波数発信器（ＶＣＯ）とを含むものがあげられる。なお，ＶＣＯの出力と，位相比較器の入力との間に，後述する分周器を挿入すれば，入力周波数とＶＣＯ出力の周波数とを分周した周波数が同期されることとなる。すなわち，ＶＣＯの発振周波数が，入力信号を分周数倍した周波数に制御されることとなる。位相比較回路は，基本的には，入力される信号（基準周波数信号）と，ＶＣＯの出力信号（例えば，分周器を介した信号）が入力され，位相差を電圧又は電流の形で出力する。ＶＣＯの回路としては，公知のＶＣＯ用の回路を用いることができ，特に限定されない。ＶＣＯの回路として，マルチバイブレータを用いたものや，ＬＣ共振回路を利用したものがあげられる。ＶＣＯの出力周波数の範囲は，２ｆmをカバーするものである。
【０１０７】
より具体的な，ＰＬＬ回路の例として，周波数ｆを出力する基準発振器と，位相比較器と，低域通過フィルタ（ＬＰＦ）と，電圧制御発振器（ＶＣＯ）と，周波数ＦのこのＰＬＬ回路の出力信号を出力する出力端子と，周波数Ｆの出力信号を分周比指定信号により分周比Ｎにより分周し，この分周信号を位相比較器に入力する可変分周回路とから構成されるものがあげられる。このＰＬＬ回路の可変分周回路の分周比Ｎは，分周比指定信号により当該チャネルに応じた値に設定される（すなわち，分周器はプログラマブル分周器である）。出力端子からの信号の周波数Ｆが可変分周回路により分周されてＦ／Ｎの周波数となり，このＦ／Ｎの周波数の信号と基準発振器からの周波数ｆの出力信号とが位相比較器へ入力される。位相比較器は，これら２つの信号の位相差を検出し，位相差に応じた直流電圧をＬＰＦへ出力する。ＬＰＦは，ＶＣＯの制御電圧には不要となる高域信号を除去し，低域信号のみをＶＣＯへ出力する。ＶＣＯは，ＬＰＦからの信号に従い，出力信号の周波数Ｆを制御し，Ｆ／Ｎ＝ｆとなるような，フィードバック制御を行う。このＶＣＯ→可変分周回路→位相比較器→ＬＰＦ→ＶＣＯといった信号の流れのフィードバック制御ループを位相ロックループとよぶ。
【０１０８】
分周器４３は，クロック再生手段によって抽出された前記光ＦＳＫ変調器の変調信号の２倍の周波数成分を有する電気信号を周波数を半分にするためのデバイスである。分周器は，公知の分周器を適宜用いることができ，特に限定されない。
【０１０９】
分周器として，トグルフリップフロップ（Ｔ−ＦＦ）を用いたものがあげられる。Ｔ−ＦＦとして，マスタースレーブ（ＭＳ）Ｔ−ＦＦや，ダイナミックＴ−ＦＦがあげられる。具体的には，ダイナミックＴ−ＦＦ，バッファ，ＭＳＴ−ＦＦ，バッファ，ＭＳＴ−ＦＦ，ダイナミックＴ−ＦＦ，ＭＳＴ−ＦＦ，及びドライバをこの順に連結した分周器（ＮＴＴ製９０ＧＨｚＩｎＰＨＢＴダイナミック分周器）があげられる。この分周器では，４０Ｇｂｉｔ／ｓを超える高速な光通信システムにおいて，受信信号から抽出されるクロック信号を用いて低速なクロック信号を生成することができる。また，ＣＭＯＳフリップフロップにより構成される分周器（例えば，特許第3477844号の図３及び図４）を用いても良い。この分周器は，３個のＤフリップフロップをカスケード接続したものである。そして，核Ｄフリップフロップは複数のインバータにより構成される。より具体的には，インバータによりＣＭＯＳのＰチャネルトランジスタとＮチャネルトランジスタをプッシュプル接続して構成される。
【０１１０】
別の分周器として，特許第3435751号公報の図６に示されるように，設定値Ｍ（Ｍ＝２など）のカウンタと，カウンタの入力信号と，カウンタの出力信号とが入力されるアンド回路とを含むものがあげられる。カウンタは，入力信号をカウントし，Ｍ周期毎に１周期間の出力をＬｏｗ出力とする。そして，アンド回路は，入力信号とカウンタの出力信号との論理和を取った信号を出力するので，アンド回路からの出力はＭ周期毎に１周期分のパルスが除去される。このようにして，たとえばＭ＝２の場合，２周期毎に１周期分のパルスが取り除かれるので，信号の周期が２倍となり，入力信号の周波数が半分となった信号が出力されることとなる。
【０１１１】
別の分周器として，特許第3585114号公報の図５及び図６に示されるように，分周器集積回路を用いたものがあげられる。この分周器は，分周器を構成する分周器集積回路１に端子Ｓ Ｗ １ および端子Ｓ Ｗ ２ を有し，端子Ｓ Ｗ １ および端子Ｓ Ｗ ２ に印加する制御信号のＨ レベル，Ｌ レベルに基づいて，分周比を１ ／ ２ ，１ ／ ４ ，１ ／ ８ に切り換えることができる。この分周器集積回路１ の一つに例えば，モトローラ社製のＭ Ｃ １ ２ ０ ９ ３ があげられている。また，この分周器は，端子Ｓ Ｂ （スタンバイモードのための端子），端子Ｉ Ｎ（入力端子），端子ＩＮバー，端子Ｖ ｃ ｃ （電源端子），端子Ｇ Ｎ Ｄ（アース端子），端子Ｏ Ｕ Ｔ（出力端子）を具備する。そして，端子ＩＮには，結合コンデンサを介して入力信号が入力される。また，端子ＩＮバーは結合コンデンサを介して接地されている。そして，端子Ｓ Ｗ １ および端子Ｓ Ｗ ２ に印加する制御信号レベルがともにＨレベルであるときに，分周比が１／２となるように設定されている。
【０１１２】
光ＦＳＫ変調器の出力には，実際は様々な成分を有している。この実施態様に係る光通信システムでは，そのような周波数成分を効果的に利用して，ｆmの周波数を有する電気信号を取り出し，強度変調器（光ＤＳＢ−ＳＣ変調器）の変調信号として利用するものである。具体的には，信号源９からの高周波信号ｆmにより光ＦＳＫ信号が生成される。すると，光ＦＳＫ信号は，様々な周波数を有する成分も含まれる。そして，このような光ＦＳＫ信号をカプラ４１で分波する。カプラで分波された成分が，クロック再生手段へと伝えられる。クロック再生手段では，２ｆmの周波数を有する成分を取り出し，２ｆmの周波数を有する電気信号に変換する。そして，分周器では，クロック再生手段によって抽出された２ｆmの周波数を有する電気信号の半分の周波数を持つ電気信号に変換する。このようにして得られたｆmの周波数を有する電気信号が，強度変調器（光ＤＳＢ−ＳＣ変調器）に変調信号として印加される。これにより光ＦＳＫ変調器の変調信号を調整しても，それにあわせて光ＤＳＢ−ＳＣ変調器に印加される変調信号も変化することとなる。
【０１１３】
なお，図５（Ｂ）は，クロック再生手段が，直接ｆmの周波数を有する電気信号を取得するシステムの概略図である。この例では，クロック再生手段によりｆmの周波数を有する電気信号が得られるので，特に分周器を用いる必要がなく，得られた電気信号を強度変調器（光ＤＳＢ−ＳＣ変調器）に変調信号として印加すればよい。
【０１１４】
（４．本発明の光通信システムの第４の実施態様）
図６は，第４の実施態様に係る本発明の光通信システムの基本構成を示す図である。図６（Ａ）は，いったん２ｆmの周波数を有する成分を取り出し，これを分周器で半分の周波数とした後に強度変調器へ印加するものの例を示す。一方，図６（Ｂ）は，ｆmの周波数を有する成分を取り出し，これを強度変調器へ印加するものの例を示す。図６に示されるとおり，本発明の第４の実施態様にかかる光通信システム５０は，光ＦＳＫ変調器２と，前記光ＦＳＫ変調器の出力信号を伝播する伝送路７と，前記光ＦＳＫ変調器の出力信号が入力される光ＤＳＢ−ＳＣ変調器などの強度変調器３と，前記強度変調器の出力光を分波するカプラ５１と，前記カプラにより分波された光信号を検出する光検出器３４と，前記光検出器の出力電気信号の周波数を半分にする分周器４３と，強度変調器の出力信号から所定の領域の光信号を選択するバンドパスフィルタ４と，を具備し，前記分周器の出力信号が，強度変調器の変調信号として入力される光通信システムである。
【０１１５】
図６中，図１中のものと同様の機能を有するものについては同一の符号を付してある。そして，それらの動作については，既に説明したものから理解できるのでここでは説明を省略する。また，カプラ５１は，第３の実施態様において説明したものを応用して用いることができる。
【０１１６】
光ＤＳＢ-ＳＣ変調器などの強度変調器３の出力光は，周波数が２ｆmの成分を含む。強度変調器３の出力光をカプラ５１により分波する。この際，そして，分波した光信号を光検出器３４で電気信号に変換する。そして，任意で振幅補償を行った後に，図示しないバンドパスフィルタを通過させ，周波数が２ｆmの電気信号成分を抽出する。抽出した周波数が２ｆmの電気信号を，分周器を用いて周波数を半分とした電気信号を得る。このようにして得られた周波数がｆmの電気信号を強度変調器に印加する。
【０１１７】
なお，図６（Ｂ）は，光検出器が，直接ｆmの周波数を有する電気信号を取得するシステムの概略図である。この例では，光検出器によりｆmの周波数を有する電気信号が得られるので，特に分周器を用いる必要がなく，得られた電気信号を強度変調器（光ＤＳＢ−ＳＣ変調器）に変調信号として印加すればよい。
【実施例１】
【０１１８】
−ＤＳＢ-ＳＣ変調を使ったＦＳＫ-ＰＳＫ変換のシミュレーション−
光ＦＳＫ変調器で発生させたワイドバンドＦＳＫ信号をＤＳＢ-ＳＣ変調し，キャリア近傍の成分のみを光フィルタで切り出すことでＰＳＫ信号に変換できることを理論的に確認した。ＰＳＫ信号の復調にはＤＰＳＫ復調用の1-bitディレイを用いることとした。シミュレーションモデルは以下のとおりとした。信号長が1024パルス, ＦＳＫ信号（256個）のビットレート10Gbps，ＣＷ光源の線幅10MHz,周波数193THz，ＦＳＫ変調信号周波数（ｆm）25GHz，ＦＲA電極とＲＦB電極に印加されるＲＦ信号の位相差180度, ＲＦC電極に印加される信号の伝送速度1Gbps ，ＭＺCの両アームに印加される信号の位相差90度, ＲＦC電極に印加される信号の種類ＮＲＺ ＰＲＢＳ。ＤＳＢ-ＳＣ変調器に印加される変調信号の周波数25GHz, ＤＳＢ-ＳＣ変調器を構成するＭＺ導波路の両アームに印加される変調信号の位相差180度 。バンドパスフィルタ（光学），中心周波数を20GHzとするものを想定した。ＦＳＫ変調とＤＳＢ-ＳＣ変調の２５ＧＨｚ正弦波信号の位相差を変化させてＢＰＦ出力の光スペクトルとＤＰＳＫ復調信号を計算した。その結果を図７と図８に示す。
【０１１９】
図７は，ＦＳＫ変調とＤＳＢ-ＳＣ変調の２５ＧＨｚ正弦波信号の位相差を変化させたときのＢＰＦ出力の光スペクトルのシミュレーション結果を示すグラフである。図７（Ａ）は，位相差が０度，４５度，９０度及び１３５度のものを示すグラフであり，図７（Ｂ）は，位相差が１８０度，２２５度，２７０度，及び３１５度のものを示すグラフである。図８は，ＦＳＫ変調とＤＳＢ-ＳＣ変調の２５ＧＨｚ正弦波信号の位相差を変化させたときのＤＰＳＫ復調信号のシミュレーション結果を示すグラフである。図８（Ａ）は変調信号の位相差４５度のものを示し，図８（Ｂ）は位相差が１３５度のものを示す。
【０１２０】
図７及び図８から，位相差を変化させると１８０度周期でスペクトル幅が増減することがわかる。また，スペクトル幅は，４５度，及び２２５度のとき最小となり，１３５度及び３１５度のとき最大となることがわかる。また，スペクトル幅最小の時にはDPSK復調信号のアイが開かず，一方スペクトル幅最大のときにアイ開口が大きくなることがわかる。これから，本システムをFSK-PSK変換システムとして利用する場合，スペクトル幅が最大となるように位相差を調整することが望ましいことがわかる。一方，本発明のシステムを  FSKラベル消去として利用する場合には，スペクトル幅最小が最適となるような位相差に設定することが望ましいと考えられる。
【実施例２】
【０１２１】
DSB-SC変調を使ったFSK-PSK変換の原理実証実験を行った。この実験の目的は，FSK変調器で発生させたワイドバンドFSK信号をDSB-SC変調しキャリア近傍の成分のみを光フィルタで切り出すことでPSK信号に変換できることを確認することである。PSK信号の復調にはDPSK復調用の1-bitディレイを用いた。
【０１２２】
図９に本実施例における実験系の概略構成図を示す。光源ＬＤとして，波長可変レーザHP81689Aを用いた。設定波長・出力は，1550.236nm，6dBmであった。なお，FSK復調時の波長は，1550.120nmとした。ＬＤの出力は図示しない，偏波コントローラを経て，ＦＳＫ変調器に入力した。なお，図９において，ＬＤは光源を示し，記号“ＦＳＫmodu.”は，光ＦＳＫ変調器（図２に図示した構成を有する）を示し，記号“Phase shifter”は，位相変調器を示し，記号“ＭＺ  modu.”は，マッハツェンダー導波路を有する強度変調器（光ＤＳＢ−ＳＣ変調器）を示し，記号“fiter”はフィルタを示し，記号“Hybrid”は，各電極に位相が所定量異なる信号を印加するために位相変調を行う位相変調器を示し，記号“FSK dem.”は，ＦＳＫ信号の復調器を示し，記号“ＰＤ”は光検出器を示し，記号“1-bit  delay”は，一ビット遅延回路を示し，記号“DPSK  dem.”は，PSK信号の復号器を示す。
【０１２３】
変調器駆動系は，以下のとおりとした。ＦＳＫ変調信号周波数（ｆm）12.5GHz，ＦＲA電極とＲＦB電極に印加されるＲＦ信号の位相差180度, ＲＦC電極に印加される信号の伝送速度9.95Gbps  ，ＭＺCの両アームに印加される信号の位相差90度, ＲＦC電極に印加される信号の種類ＮＲＺ ＰＲＢＳ。ＤＳＢ-ＳＣ変調器（デュアルドライブＭＺＭ）に印加される変調信号の周波数25GHz, ＤＳＢ-ＳＣ変調器を構成するＭＺ導波路の両アームに印加される変調信号の位相差180度とした。ＦＳＫ変調器，ＤＳＢ-ＳＣ変調器の後にそれぞれロス補償用のEDFA(Fitel ErFA1313)を用いた。ポンプＬＤの電流は(FSK:216mA, DSB-SC:100mA)であった。EDFAの出力には帯域幅1nmの可変BPF(応用光電製バンドパスフィルタ)を用いてＡＳＥ（自然放出光によるノイズ成分）をカットした。
【０１２４】
測定系は以下のとおりとした。すなわち，光スペクトルアナライザとしてAND製AQ6317Bを用いた。サンプリングオシロスコープとして．アジレント製86100Aを用いた。フォトディテクタとして，Discovery製DSCR401Rを用いた。
【０１２５】
各点での光強度は以下のとおりであった。すなわち，FSK信号(FSK変調器→EDFA→TBPF出力点) ：-1.0dBm；FSK復調用インターリーバ出力：-7.0dBm；DSB-SC出力(DSB-SC変調器→EDFA→TBPF出力点)：-9.0dBm；PSK変換用BPF(インターリーバ)出力：-2.8dBm；及びDPSK復調器出力(Destructive Port)：-2.1dBmであった。
【０１２６】
図１０は，実施例２の各点における出力信号スペクトルを示すグラフである。図１０(Ａ)は，FSK変調器の出力信号を示すグラフである。図１０(Ｂ)は，DSB-SC変調器の出力信号を示すグラフである。図１０（Ｃ）は，バンドパスフィルタ通過後の信号を示すグラフである。図１０(Ａ)から，FSK変調信号に起因するピークが２つ見出される。図１０(Ｂ)から，DSB-SC変調器の出力信号に起因するピークが３つ見出される。図１０（Ｃ）から，バンドパスフィルタ通過後の信号に起因するピークが見出される。よって，図１０から，各地点において，望ましい光信号を得ることができたことがわかる。
【０１２７】
図１１は，オシロスコープの出力を表す図面に変わるオシロスコープ画面である。図１１（Ａ）は，ＦＳＫ信号を示し，図１１（Ｂ）は，ＤＰＳＫ復調信号を示す。図１１（Ｂ）から，アイが開いており，適切にＤＰＳＫ復調をすることができたことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明の光通信システムは，光情報ネットワークなどの分野において利用されうる。具体的には，本発明は，光情報通信の情報通信デバイスとして利用されうる。また，本発明は，光パケットシステムや，ＧＭＰＬＳでのラベルスワップツールとしても利用されうる。本発明はまた，異なる光通信システム間の相互接続ツール（転送ツール）としても利用されうる。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】図１は，本発明の光通信システムの基本構成を示す図である。
【図２】図２は，光ＦＳＫ変調器の基本構成を表すブロック図である。
【図３】図３は，光ＦＳＫ変調器の各点での光スペクトルを示す概念図である。
【図４】図４は，第２の実施態様に係る本発明の光通信システムの基本構成を示す図である。
【図５】図５は，第３の実施態様に係る本発明の光通信システムの基本構成を示す図である。図５（Ａ）は，いったん２ｆmの周波数を有する成分を取り出し，これを分周器で半分の周波数とした後に強度変調器へ印加するものの例を示す。一方，図５（Ｂ）は，ｆmの周波数を有する成分を取り出し，これを強度変調器へ印加するものの例を示す。
【図６】図６は，第４の実施態様に係る本発明の光通信システムの基本構成を示す図である。図６（Ａ）は，いったん２ｆmの周波数を有する成分を取り出し，これを分周器で半分の周波数とした後に強度変調器へ印加するものの例を示す。一方，図６（Ｂ）は，ｆmの周波数を有する成分を取り出し，これを強度変調器へ印加するものの例を示す。
【図７】図７は，ＦＳＫ変調とＤＳＢ-ＳＣ変調の２５ＧＨｚ正弦波信号の位相差を変化させたときのＢＰＦ出力の光スペクトルのシミュレーション結果を示すグラフである。図７（Ａ）は，位相差が０度，４５度，９０度及び１３５度のものを示すグラフであり，図７（Ｂ）は，位相差が１８０度，２２５度，２７０度，及び３１５度のものを示すグラフである。
【図８】図８は，ＦＳＫ変調とＤＳＢ-ＳＣ変調の２５ＧＨｚ正弦波信号の位相差を変化させたときのＤＰＳＫ復調信号のシミュレーション結果を示すグラフである。図８（Ａ）は変調信号の位相差４５度のものを示し，図８（Ｂ）は位相差が１３５度のものを示す。
【図９】図９は，実施例における実験系の概略構成図である。
【図１０】図１０は，実施例２の各点における出力信号スペクトルを示すグラフである。図１０(Ａ)は，FSK変調器の出力信号を示すグラフである。図１０(Ｂ)は，DSB-SC変調器の出力信号を示すグラフである。図１０（Ｃ）は，バンドパスフィルタ通過後の信号を示すグラフである。
【図１１】図１１は，オシロスコープの出力を表す図面に変わるオシロスコープ画面である。図１１（Ａ）は，ＦＳＫ信号を示し，図１１（Ｂ）は，ＤＰＳＫ復調信号を示す。
【符号の説明】
【０１３０】
１  本発明の光通信システム
２  光周波数シフトキーイング（ＦＳＫ）変調器などの光ＦＳＫ変調信号発生器
３  光搬送波抑圧両側波帯（ＤＳＢ−ＳＣ）変調器などの強度変調器
４  バンドパスフィルタ
６  光の通路
７  伝送路
８  伝送路
９  信号源
１０  信号源
１１  信号源
２１  光ＦＳＫ変調器
２２  第１のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺA）
２３  第２のサブマッハツェンダー導波路（ＭＺB）
２４  メインマッハツェンダー導波路（ＭＺC）
２５  ＤＣA電極
２６  ＤＣB電極
２７  ＲＦA電極
２８  ＲＦB電極
２９  ＲＦC電極
３０  第２の実施態様に係る本発明の光通信システム
３１  強度変調器
３２  カプラ
３３  カプラ
３４  光検出器
３５  光源
３６  強度増幅器
４０  第３の実施態様にかかる光通信システム
４１  カプラ
４２  クロック再生手段
４３  分周器
５０  第４の実施態様にかかる光通信システム
５１  カプラ
【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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