(57)【要約】【課題】電気光学効果を利用して周波数が異なる複数の交流信号を多重する光変調器を提供する。【解決手段】マッハツェンダー型光干渉系の一方の光導波路１２に、交流信号Ｓ１及び直流バイアスＶ１に基づいた第１の電気信号を印加する電極２１と、マッハツェンダー型光干渉系の他方の光導波路１３に、交流信号Ｓ２及び直流バイアスＶ２に基づいた第２の電気信号を印加する電極２２と、交流信号Ｓ１の最大周波数と交流信号Ｓ２の最大周波数との大小関係を示す信号周波数情報Ｄ１に基づいて、第１及び第２の電気信号の平均直流レベルをそれぞれ設定するバイアス設定部４１を備える。【選択図】図１
2008139852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の交流信号に基づいて変調された光信号を出力する光変調器であって、
電気光学結晶上に形成され、第１及び第２の光導波路を含むマッハツェンダー型光干渉系と、
前記マッハツェンダー型光干渉系の前記第１の光導波路に、第１の交流信号に基づいた第１の電気信号を印加する第１の電極と、
前記マッハツェンダー型光干渉系の前記第２の光導波路に、前記第１の交流信号と周波数が異なる第２の交流信号に基づいた第２の電気信号を印加する第２の電極とを備える、光変調器。
【請求項２】
前記第１の交流信号の最大周波数と前記第２の交流信号の最大周波数との大小関係を示す信号周波数情報に基づいて、前記第１及び第２の電気信号の平均直流レベルをそれぞれ設定するバイアス設定部をさらに備える、請求項１に記載の光変調器。
【請求項３】
前記第１の光導波路に直流電圧を印加する第１の直流電極と、
前記第２の光導波路に直流電圧を印加する第２の直流電極と、
前記第１の交流信号の最大周波数と前記第２の交流信号の最大周波数との大小関係を示す信号周波数情報に基づいて、前記第１及び第２の直流電極に与える電位差を設定するバイアス設定部とをさらに備える、請求項１に記載の光変調器。
【請求項４】
前記バイアス設定部は、
前記第１の電気信号の最大周波数が前記第２の電気信号の最大周波数よりも大きい場合は、前記第１の光導波路で変調された光信号の位相が前記第２の光導波路で変調された光信号の位相に比べて進むように、前記平均レベルを設定し、
前記第１の電気信号の最大周波数が前記第２の電気信号の最大周波数よりも小さい場合は、前記第１の光導波路で変調された光信号の位相が前記第２の光導波路で変調された光信号の位相に比べて遅れるように、前記平均レベルを設定し、
前記マッハツェンダー型光干渉系は、伝送路全体が正の分散特性を有する伝送路で伝送される光信号を出力する、請求項２に記載の光変調器。
【請求項５】
前記バイアス設定部は、
前記第１の電気信号の最大周波数が前記第２の電気信号の最大周波数よりも大きい場合は、前記第１の光導波路で変調された光信号の位相が前記第２の光導波路で変調された光信号の位相に比べて遅れるように、前記平均レベルを設定し、
前記第１の電気信号の最大周波数が前記第２の電気信号の最大周波数よりも小さい場合は、前記第１の光導波路で変調された光信号の位相が前記第２の光導波路で変調された光信号の位相に比べて進むように、前記平均レベルを設定し、
前記マッハツェンダー型光干渉系は、伝送路全体が負の分散特性を有する伝送路で伝送される光信号を出力する、請求項２に記載の光変調器。
【請求項６】
前記第１の光導波路で変調された光信号の位相をθ１、前記第２の光導波路で変調された光信号の位相をθ２、及びｎを整数とすると、前記バイアス設定部は、前記第１の電気信号の最大周波数が前記第２の電気信号の最大周波数よりも大きい場合は式［１]を満足するように、前記第１の電気信号の最大周波数が前記第２の電気信号の最大周波数よりも小さい場合は式［２]を満足するように、前記平均レベルを設定する、請求項４に記載の光変調器。
２ｎπ＜θ１−θ２＜（２ｎ＋１）π    ［１]
（２ｎ−１）π＜θ１−θ２＜２ｎπ    ［２]
【請求項７】
前記第１の光導波路で変調された光信号の位相をθ１、前記第２の光導波路で変調された光信号の位相をθ２、及びｎを整数とすると、前記バイアス設定部は、前記第１の電気信号の最大周波数が前記第２の電気信号の最大周波数よりも大きい場合は式［２]を満足するように、前記第１の電気信号の最大周波数が前記第２の電気信号の最大周波数よりも小さい場合は式［１]を満足するように、前記平均レベルを設定する、請求項５に記載の光変調器。
２ｎπ＜θ１−θ２＜（２ｎ＋１）π    ［１]
（２ｎ−１）π＜θ１−θ２＜２ｎπ    ［２]
【請求項８】
前記第１及び第２の交流信号の周波数をそれぞれ検出し、当該検出した周波数の値を前記信号周波数情報として前記バイアス設定部に出力する周波数検出部をさらに備える、請求項２に記載の光変調器。
【請求項９】
複数の交流信号に基づいて変調された光信号を出力する光変調器であって、
電気光学結晶上に形成され、第１及び第２の光導波路を含むマッハツェンダー型光干渉系と、
第１の交流信号及び当該第１の交流信号と周波数が異なる第２の交流信号を入力し、出力先を切り替えて当該第１及び第２の交流信号を出力する信号切り替え部と、
前記マッハツェンダー型光干渉系の前記第１の光導波路に、前記第１及び第２の交流信号の一方に基づいて、第１の電気信号を印加する第１の電極と、
前記マッハツェンダー型光干渉系の前記第２の光導波路に、前記第１及び第２の交流信号の他方に基づいて、第２の電気信号を印加する第２の電極とを備える、光変調器。
【請求項１０】
前記信号切り替え部は、前記第１の交流信号の最大周波数と前記第２の交流信号の最大周波数との大小関係を示す信号周波数情報に基づいて、前記第１及び第２の交流信号の出力先を切り替える、請求項９に記載の光変調器。
【請求項１１】
前記第１及び第２の交流信号の周波数をそれぞれ検出し、当該検出した周波数の値を前記信号周波数情報として前記信号切り替え部に出力する周波数検出部をさらに備える、請求項１０に記載の光変調器。
【請求項１２】
複数の交流信号に基づいて変調された光信号を出力する光変調器であって、
第１の交流信号と当該第１の交流信号と周波数が異なる第２の交流信号とを、第１の交流信号の最大周波数と第２の交流信号の最大周波数との大小関係を示す信号周波数情報に基づいて決定される比率で合成した第１の合成信号、及び当該比率の逆で合成した第２の合成信号を、それぞれ生成する信号合成部と、
電気光学結晶上に形成され、第１及び第２の光導波路を含むマッハツェンダー型光干渉系と、
前記マッハツェンダー型光干渉系の前記第１の光導波路に、前記第１の合成信号に基づいて、第１の電気信号を印加する第１の電極と、
前記マッハツェンダー型光干渉系の前記第２の光導波路に、前記第２の合成信号に基づいて、第２の電気信号を印加する第２の電極とを備える、光変調器。
【請求項１３】
前記第１及び第２の交流信号の周波数をそれぞれ検出し、当該検出した周波数の値を前記信号周波数情報として前記信号合成部に出力する周波数検出部をさらに備える、請求項１２に記載の光変調器。
【請求項１４】
複数の交流信号に基づいて変調された光信号を出力する光変調方法であって、
電気光学結晶上に形成され、第１及び第２の光導波路を含むマッハツェンダー型光干渉系に対して、
前記マッハツェンダー型光干渉系の前記第１の光導波路の電極に、第１の交流信号に基づいた電気信号を印加し、
前記マッハツェンダー型光干渉系の前記第２の光導波路の電極に、前記第１の交流信号と周波数が異なる第２の交流信号に基づいた電気信号を印加する、光変調方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気光学効果を利用して周波数が異なる複数の交流信号を多重する光変調器、及びその変調方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光ファイバ網の普及に伴い、ベースバンドによる高速データ通信のみならず、携帯電話、ＣＡＴＶ、及び無線ＬＡＮ等の変調信号を光ファイバで長距離伝送する試みがなされている。ＳＣＭ（Ｓｕｂ−Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ）技術は、変調フォーマットの異なる複数の変調信号を周波数多重して光伝送する技術であり、ＣＡＴＶの様に、複数のチャネル及び複数の変調フォーマットを有する信号を一括して光伝送することができる。さらに近年、ミリ波帯の信号をＳＣＭ技術により光伝送する研究もなされている。
【０００３】
この様な用途において光変調を行う場合、広い変調帯域が要求されるため、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）光源を用いた外部変調方式が一般的に用いられる。特に、ニオブ酸リチウム（ＬＮ）光変調器は、誘電体損に伴った変調帯域の制限を受けないため、高周波信号を伝送するのに適している。
【０００４】
図１４に、従来のＬＮ光変調器８１の構成例を示す。電気光学効果を有するＬＮ基板上に形成された光導波路１０１〜１０４は、マッハツェンダー型に構成され、かつ、変調電極２０１及びＧＮＤ電極２００を有する。変調電極２０１には、交流信号Ｓと直流バイアスＶとがバイアスティー３０１により合成され、加えられる。光導波路１０２を通過した光信号は、交流信号Ｓに応じて位相変調され、光導波路１０３を通過した光信号と合波される。光導波路１０４から出力される合波後の光信号は、交流信号Ｓに応じて強度変調された光信号となる。
【０００５】
さらに、別構成による従来のＬＮ光変調器８２を図１５に示す（特許文献１を参照）。このＬＮ光変調器８２は、図１４に示したＬＮ光変調器８１のＧＮＤ電極２００に代えて、信号が印加される変調電極２０２を使用した構成である。位相反転部４０１は、電極２０１に印加される交流信号Ｓの位相を１８０度反転させた交流信号Ｓ’を生成する。生成された交流信号Ｓ’は、直流バイアスＶ２と合成されて、変調電極２０２に印加される。この構成にすることで、図１４に示すＬＮ光変調器８１と比較して、波長チャープを小さくできることや、１電極当たりの変調効率を小さくできる等のメリットを有する。
【特許文献１】特開２００４−３７６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した従来のＬＮ光変調器を用いて複数の交流信号を周波数多重するには、合波器を使用するか又はフィルタを複数使用したデュプレクサ等を使用する必要がある。また、光の領域で多重するには、光変調器を２つカスケードに接続する必要がある。
【０００７】
しかしながら、電気処理の段階で合波器を用いて合成する場合、例えば最も単純な抵抗型による合成の場合には約６ｄＢのロスが発生し、ＣＮＲの劣化を引き起こす。また、電気処理の段階でフィルタを使用して合成する場合には、ロスは０．数ｄＢ程度と小さくすることができる一方、信号の群遅延特性が劣化する。特に、伝送信号が周波数変調された信号の場合、群遅延特性の劣化は歪特性の劣化を引き起こすため、フィルタを使用した合成方法は好ましくない。さらに、光の領域で多重する方法は、電気処理の段階での合成と比較して良好な特性を得ることができるが、高価な光変調器を２つ使用する必要があり、コストデメリットが大きい。
【０００８】
それ故に、本発明の目的は、雑音や歪による劣化を引き起こすことなく、１つで周波数多重信号を伝送できる光変調器、及びその光変調器が行う変調方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、複数の交流信号に基づいて変調された光信号を出力する光変調器及び変調方法に向けられている。そして、上記目的を達成するために、本発明の光変調器は、電気光学結晶上に形成され、第１及び第２の光導波路を含むマッハツェンダー型光干渉系と、マッハツェンダー型光干渉系の第１の光導波路に、第１の交流信号に基づいた第１の電気信号を印加する第１の電極と、マッハツェンダー型光干渉系の第２の光導波路に、第１の交流信号と周波数が異なる第２の交流信号に基づいた第２の電気信号を印加する第２の電極とを備える。
【００１０】
典型的には、第１の交流信号の最大周波数と第２の交流信号の最大周波数との大小関係を示す信号周波数情報に基づいて、第１及び第２の電気信号の平均直流レベルをそれぞれ設定するバイアス設定部か、第１の光導波路に直流電圧を印加する第１の直流電極と、第２の光導波路に直流電圧を印加する第２の直流電極と、第１の交流信号の最大周波数と第２の交流信号の最大周波数との大小関係を示す信号周波数情報に基づいて、第１及び第２の直流電極に与える電位差を設定するバイアス設定部をさらに備える。また、第１及び第２の交流信号の周波数をそれぞれ検出し、検出した周波数の値を信号周波数情報としてバイアス設定部に出力する周波数検出部をさらに備える。
【００１１】
このバイアス設定部は、マッハツェンダー型光干渉系が伝送路全体が正の分散特性を有する伝送路で伝送される光信号を出力する場合には、第１の電気信号の最大周波数が第２の電気信号の最大周波数よりも大きければ第１の光導波路で変調された光信号の位相が第２の光導波路で変調された光信号の位相に比べて進むように、逆に小さければ遅れるように、平均レベルを設定し（Ａ）、マッハツェンダー型光干渉系が伝送路全体が負の分散特性を有する伝送路で伝送される光信号を出力する場合、第１の電気信号の最大周波数が第２の電気信号の最大周波数よりも大きければ第１の光導波路で変調された光信号の位相が第２の光導波路で変調された光信号の位相に比べて遅れるように、逆に小さければ進むように、平均レベルを設定する（Ｂ）ことが好ましい。
【００１２】
ここで、第１の光導波路で変調された光信号の位相をθ１、第２の光導波路で変調された光信号の位相をθ２、及びｎを整数とすると、上記（Ａ）に設定されたバイアス設定部では、第１の電気信号の最大周波数が第２の電気信号の最大周波数よりも大きい場合に式［１]を、小さい場合は式［２]を満足するように、平均レベルを設定する。一方、上記（Ｂ）に設定されたバイアス設定部では、第１の電気信号の最大周波数が第２の電気信号の最大周波数よりも大きい場合に式［２]を、小さい場合は式［１]を満足するように、平均レベルを設定する。
２ｎπ＜θ１−θ２＜（２ｎ＋１）π    ［１]
（２ｎ−１）π＜θ１−θ２＜２ｎπ    ［２]
【００１３】
また、上記目的を達成するための本発明の他の光変調器は、マッハツェンダー型光干渉系と、第１及び第２の交流信号を入力し、出力先を切り替えて第１及び第２の交流信号を出力する信号切り替え部と、第１の電極と、第２の電極とを備える。この信号切り替え部は、第１の交流信号の最大周波数と第２の交流信号の最大周波数との大小関係を示す信号周波数情報に基づいて、第１及び第２の交流信号の出力先を切り替える。なお、第１及び第２の交流信号の周波数をそれぞれ検出し、検出した周波数の値を信号周波数情報として信号切り替え部に出力する周波数検出部をさらに備えてもよい。
【００１４】
また、上記目的を達成するための本発明の他の光変調器は、第１の交流信号と第２の交流信号とを、第１の交流信号の最大周波数と第２の交流信号の最大周波数との大小関係を示す信号周波数情報に基づいて決定される比率で合成した第１の合成信号、及びその比率の逆で合成した第２の合成信号を、それぞれ生成する信号合成部と、マッハツェンダー型光干渉系と、第１の電極と、第２の電極とを備える。なお、光変調器は、第１及び第２の交流信号の周波数をそれぞれ検出し、検出した周波数の値を信号周波数情報として信号合成部に出力する周波数検出部をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
上記本発明によれば、光導波路を含むマッハツェンダー型光干渉系の２系統の光導波路に設けられた２つの電極に、それぞれ周波数の異なる交流信号を印加することにより、電気信号を合成することによる雑音や歪の劣化を引き起こすことなく、１つの光変調器を用いて周波数が異なる２つの電気信号を伝送することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光変調器１の構成を示す図である。第１の実施形態に係る光変調器１は、光導波路１１〜１４と、電極２１及び２２と、バイアスティー３１及び３２と、バイアス設定部４１とを備える。光導波路１１〜１４は、電気光学効果を有する基板上に形成されており、マッハツェンダー型に構成されている。バイアスティー３１及び３２は、それぞれキャパシタとインダクタとがＴ型に接続された構成である。
【００１７】
光導波路１１へ入力された光信号Ｔ１は、２つに分配され、光導波路１２と光導波路１３とにそれぞれ入力される。バイアス設定部４１は、交流信号Ｓ１と交流信号Ｓ２との関係を示す信号周波数情報Ｄ１に基づいて、後述する手法で設定した直流バイアスＶ１及びＶ２を出力する。この信号周波数情報Ｄ１には、交流信号Ｓ１の最大周波数と交流信号Ｓ２の最大周波数との大小関係を表すパラメータや、交流信号Ｓ１及びＳ２の最大周波数の具体的数値等が用いられる。
【００１８】
バイアスティー３１は、入力される交流信号Ｓ１とバイアス設定部４１から出力された直流バイアスＶ１とを重畳し、重畳した電気信号（Ｓ１＋Ｖ１）を電極２１に印加する。バイアスティー３２は、入力される交流信号Ｓ２とバイアス設定部４１から出力された直流バイアスＶ２とを重畳し、重畳した電気信号（Ｓ２＋Ｖ２）を電極２２に印加する。この交流信号Ｓ１及びＳ２は、共に変調信号であり、かつ周波数が異なる。
【００１９】
電極２１は、バイアスティー３１によって印加された電気信号（Ｓ１＋Ｖ１）に応じて、マッハツェンダー型光導波路の一方のアームを形成する光導波路１２に電界を発生させて、光導波路１２の屈折率を変化させる。これにより、光導波路１２を通る光信号に位相変調が施される。電極２２は、バイアスティー３２によって印加された電気信号（Ｓ２＋Ｖ２）に従って、マッハツェンダー型光導波路の一方のアームを形成する光導波路１３に電界を発生させて、光導波路１３の屈折率を変化させる。これにより、光導波路１３を通る光信号に位相変調が施される。
【００２０】
光導波路１２及び１３でそれぞれ位相変調が施された光信号は合波されて、光導波路１４から光信号Ｔ２として出力される。この光信号Ｔ２は、光伝送路（図示せず）へ入力される。なお、本実施形態では、光信号Ｔ２は、伝送路全体が正の分散特性を有する光伝送路へ入力されるものとする。この正の分散特性を持つ光伝送路の具体例としては、１．３μｍ帯シングルモードファイバ（ＳＭＦ）へ１．５５μｍ帯の光信号を入力した場合等が挙げられ、約１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍの分散値を有する。
【００２１】
上記のように、２つの電極２１及び２２にそれぞれ周波数の異なる交流信号Ｓ１及びＳ２を印加することにより、電気信号を合成することによる雑音や歪の劣化を引き起こすことなく、１つの光変調器１で周波数多重信号を伝送することができる。
【００２２】
次に、バイアス設定部４１が行う設定動作の詳細について説明する。
今、光導波路１２における単位電圧印加時の屈折率変化量をδ１と、光導波路１３における単位電圧印加時の屈折率変化量をδ２とすると、電気信号（Ｓ１＋Ｖ１）を印加することにより光導波路１２から出力される光信号に生じる位相変化θ１、及び電気信号（Ｓ２＋Ｖ２）を印加することにより光導波路１３から出力される光信号に生じる位相変化θ２は、次式［３］及び［４］で求められる。
θ１＝δ１（Ｓ１＋Ｖ１）  …  ［３］
θ２＝δ２（Ｓ２＋Ｖ２）  …  ［４］
【００２３】
ここで、交流信号Ｓ１の最大周波数が交流信号Ｓ２の最大周波数よりも大きいという関係がある場合、位相変化θ１及びθ２が次式［１］を満足するように直流バイアスＶ１及びＶ２が設定される。なお、ｎは整数である。
２ｎπ＜θ１−θ２＜（２ｎ＋１）π  …  ［１］
そして、この式［１］に上記式［３］及び［４］を代入すると、次式［５］となる。
２ｎπ＜（δ１Ｓ１−δ２Ｓ２）＋（δ１Ｖ１−δ２Ｖ２）＜（２ｎ＋１）π
…  ［５］
【００２４】
例えば、交流信号Ｓ１及びＳ２が無視できるほど小さく、一般的な場合を想定してδ＝δ１＝δ２であると仮定すると、直流バイアスＶ１及びＶ２は次式［６］を満足するように設定すればよい。
２ｎπ／δ＜Ｖ１−Ｖ２＜（２ｎ＋１）π／δ  …  ［６］
【００２５】
一方、交流信号Ｓ１の最大周波数が交流信号Ｓ２の最大周波数よりも小さいという関係がある場合についても同様に、位相変化θ１及びθ２が次式［２］を満足するように直流バイアスＶ１及びＶ２が設定される。
（２ｎ＋１）π＜θ１−θ２＜２ｎπ  …  ［２］
【００２６】
ここで、本第１の実施形態の光変調器１から出力された光信号Ｔ２を、分散性を有する光伝送路で伝送した場合に、直流バイアスＶ１及びＶ２の設定が伝送品質の劣化に与える影響について説明する。
【００２７】
本実施形態における光変調器１から出力された光信号を、分散性を有する光伝送路を用いて伝送した場合の周波数応答特性Ｐ（ｆ）は、次式［７］及び［８］で表される。なお、ｆは周波数を、Ｌは光伝送距離を、Ｄは波長分散を、λｃは光信号の波長を、ｃは光速を表している。
【数１】
2008139852.tif 000003
【数２】
2008139852.tif 000004
【００２８】
図２及び図３は、式［７］及び［８］から、Ｌ＝５０ｋｍ、Ｄ＝１７ｐｓ／ｎｍ／ｋｍ、及びλｃ＝１５５０ｎｍとして計算した、電極２１又は２２に交流信号を印加した場合の周波数応答特性を示す図である。ここでは、光伝送路が正の分散特性を有すると仮定して、波長分散Ｄを正の値に設定している。
【００２９】
上記式［１］の条件を満たすように直流バイアスＶ１及びＶ２を設定した場合、電極２１においては図２のような周波数応答特性を示し、電極２２においては図３のような周波数応答特性を示す。図２及び図３から、電極２１における周波数応答が落ち込む最小周波数（ヌル点）は１０．５ＧＨｚ付近であるのに対し、電極２２におけるヌル点は６ＧＨｚ付近であることが分かる。このように、式［１］の条件の場合は、電極２１における周波数応答特性は、電極２２における周波数応答特性と比較してより高い周波数に亘って良好な特性を示す。すなわち、最大周波数が高い方の交流信号を電極２１へ入力することで、伝送品質の劣化を少なくすることができる。
【００３０】
一方、上記式［２］の条件を満たすように直流バイアスＶ１及びＶ２を設定した場合、電極２１においては図３のような周波数応答特性を示し、電極２２においては図２のような周波数応答特性を示す。このように、式［２］の条件の場合、電極２２における周波数応答特性は、電極２３における周波数応答特性と比較してより高い周波数に亘って良好な特性を示す。すなわち、最大周波数が低い方の信号を電極２１へ入力することで、伝送品質の劣化を少なくすることができる。
【００３１】
以上のように、電極２１及び２２へ入力される交流信号Ｓ１及びＳ２の周波数が予め分かっている場合（信号周波数情報Ｄ１）は、上述した条件を満足するように直流バイアスＶ１及びＶ２を設定することで、伝送路全体が正の分散特性を有する光伝送路を用いて伝送した場合の伝送品質の劣化を少なくすることが可能になる。
【００３２】
次に、直流バイアスＶ１及びＶ２を決定する方法の具体例を示す。
通常、電気光学効果を利用したマッハツェンダー型光変調器を交流信号で駆動させる場合、偶数次の歪が最小になるように、直流バイアスＶ１及びＶ２を設定する。
【００３３】
この時、光導波路１２で変調された光信号と光導波路１３で変調された光信号の位相差θ１−θ２は、π／２×（２ｎ＋１）の関係を満たす。また、実際の回路では電源電圧が低いため、直流バイアスＶ１と直流バイアスＶ２との電位差Ｖ１−Ｖ２を、位相差θ１−θ２がπ／２となる電圧Ｖ（π／２）、又は位相差θ１−θ２が−π／２となる電圧Ｖ（−π／２）に設定することが望ましい。
【００３４】
一般的には、電気光学結晶の光学軸方向と印加電界との方向が一致する場合に、最も大きい屈折率変化が得られ、正の電界を印加することで負の屈折率変化が与えられる。従って、光学軸方向に正の電界が与えられた光導波路から出力された光信号は、電界を与えていない光導波路から出力された光信号に比べて位相が進む。例えば、結晶の光学軸方向と印加電界との方向が一致するように電極が配置され、位相差θ１−θ２がπとなる電圧Ｖ（π）が５．０Ｖであり、ＤＣドリフトが０Ｖである場合、電圧Ｖ（π／２）は＋２．５Ｖであり、電圧Ｖ（−π／２）は−２．５Ｖである。
【００３５】
これらから、電位差Ｖ１−Ｖ２を電圧Ｖ（π／２）に設定すると位相差θ１−θ２は式［１］を満足し、電位差Ｖ１−Ｖ２を電圧Ｖ（−π／２）に設定すると位相差θ１−θ２は式［２］を満足する。従って、電極２１へ入力される交流信号Ｓ１の周波数が電極２２へ入力される交流信号Ｓ２の周波数よりも高い場合は、位相差Ｖ１−Ｖ２を電圧Ｖ（π／２）に設定する。一方、電極２１へ入力される交流信号Ｓ１の周波数が電極２２へ入力される交流信号Ｓ２の周波数よりも低い場合は、電位差Ｖ１−Ｖ２を電圧Ｖ（−π／２）に設定する。
【００３６】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る光変調器１によれば、入力される交流信号Ｓ１及びＳ２の信号周波数情報Ｄ１をバイアス設定部４１へ与えることにより、長距離伝送時の伝送劣化を最小にする適切なバイアス値を用いて、周波数が異なる複数の交流信号Ｓ１及びＳ２を多重することができる。
【００３７】
なお、上記第１の実施形態では、図１においてＺカットタイプの電気光学結晶を使用した場合について示したが、Ｘカットタイプの電気光学結晶を使用した場合についても、電極を適切に配置することで、上記と同様の効果を得ることができる。
【００３８】
また、上記第１の実施形態では、直流バイアスをバイアスティーにより重畳する場合について述べたが、図４に示すような直流バイアス専用の電極２３及び２４を用いて、直流バイアスを与えても、上記と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
また、上記第１の実施形態では、光導波路１４より出力された光信号が、伝送路全体で正の分散特性を有する光伝送路へ入力される場合を説明したが、伝送路全体で負の分散特性を有する光伝送路へ入力される場合についても適用できる。なお、その場合、交流信号Ｓ１の最大周波数が交流信号Ｓ２の最大周波数よりも大きい関係にあれば、バイアス設定部４１は式［２］を満たすように直流バイアスＶ１及びＶ２を設定し、逆に小さい関係にあれば、バイアス設定部４１は式［１］を満たすように直流バイアスＶ１及びＶ２を設定すればよい。
【００４０】
（第２の実施形態）
上記第１の実施形態では、交流信号Ｓ１及びＳ２の周波数が予め分かっている場合における、光変調器１の構成を説明した。
以下の第２の実施形態では、交流信号Ｓ１及びＳ２の周波数が予め分かっていない場合における、光変調器２の構成を説明する。
【００４１】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る光変調器２の構成を示す図である。第２の実施形態に係る光変調器２は、光導波路１１〜１４と、電極２１及び２２と、バイアスティー３１及び３２と、バイアス設定部４１と、周波数検出部４２とを備える。この光変調器２の構成は、上記光変調器１の構成と比べて、周波数検出部４２をさらに備えたことが異なる。以下、周波数検出部４２を中心に光変調器２を説明し、その他の構成については同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００４２】
周波数検出部４２は、交流信号Ｓ１及びＳ２の周波数を検出し、この検出した周波数を含む信号周波数情報Ｄ１を生成してバイアス設定部４１へ与える。バイアス設定部４１は、周波数検出部４２から与えられた信号周波数情報Ｄ１に基づいて、最適な直流バイアスＶ１及びＶ２を出力する。なお、バイアス設定部４１における直流バイアスＶ１及びＶ２の設定方法は、第１の実施形態で説明したとおりである。
【００４３】
以上のように、本発明の第２の実施形態に係る光変調器２によれば、交流信号Ｓ１及びＳ２の周波数が予め分かっていない場合であっても、長距離伝送時の伝送劣化を最小にする適切なバイアス値を用いて、周波数が異なる複数の交流信号Ｓ１及びＳ２を多重することができる。
【００４４】
（第３の実施形態）
上記第１及び第２の実施形態では、電極２１及び２２に与える直流バイアスＶ１及びＶ２を適切に設定する光変調器１及び２の構成を説明した。
以下の第３の実施形態では、電極２１及び２２へ入力する交流信号Ｓ１及びＳ２を適切に切り替える光変調器３の構成を説明する。
【００４５】
図６は、本発明の第３の実施形態に係る光変調器３の構成を示す図である。第３の実施形態に係る光変調器３は、光導波路１１〜１４と、電極２１及び２２と、バイアスティー３１及び３２と、周波数検出部４２と、信号切り替え部４４とを備える。この光変調器３の構成は、上記光変調器２の構成と比べて、バイアス設定部４１に代えて信号切り替え部４４を備えたことが異なる。以下、信号切り替え部４４を中心に光変調器３を説明し、その他の構成については同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００４６】
直流バイアスＶ１及びＶ２は、上記式［１］又は［２］の条件を満たすように予め特定の値に設定されている。周波数検出部４２は、交流信号Ｓ１及びＳ２の周波数を検出し、この検出した周波数を含む信号周波数情報Ｄ１を生成して信号切り替え部４４へ与える。信号切り替え部４４は、交流信号Ｓ１及びＳ２を入力し、周波数検出部４２から与えられた信号周波数情報Ｄ１に基づいて、交流信号Ｓ１及びＳ２の出力先を切り替える。すなわち、信号切り替え部４４は、交流信号Ｓ１を電極２１に出力かつ交流信号Ｓ２を電極２２に出力する経路か、又は交流信号Ｓ１を電極２２に出力かつ交流信号Ｓ２を電極２１に出力する経路か、を択一で選択する。
【００４７】
直流バイアスＶ１及びＶ２が式［１］の条件を満たすように設定されている場合、信号切り替え部４４は、周波数が高い方の交流信号を電極２１へ出力し、周波数の低い方の交流信号を電極２２へ出力する経路を選択する。一方、直流バイアスＶ１及びＶ２が式［２］の条件を満たすように設定されている場合、信号切り替え部４４は、周波数が高い方の交流信号を電極２２へ出力し、周波数の低い方の交流信号を電極２０１へ出力する経路を選択する。
【００４８】
以上のように、本発明の第３の実施形態に係る光変調器３によれば、交流信号Ｓ１及びＳ２の周波数が予め分かっていない場合であっても、長距離伝送時の伝送劣化を最小にする適切なバイアス値を用いて、周波数が異なる複数の交流信号Ｓ１及びＳ２を多重することができる。また、交流信号Ｓ１及びＳ２が時間的に変化し、それぞれの最大周波数が変動する場合であっても、その変動に自動的に追従することが可能になる。
【００４９】
また、上記第３の実施形態では、光導波路１４より出力された光信号が、伝送路全体で正の分散特性を有する光伝送路へ入力される場合を説明したが、伝送路全体で負の分散特性を有する光伝送路へ入力される場合についても適用できる。なお、その場合、直流バイアスＶ１及びＶ２が式［１］の条件を満たすように設定されている場合、信号切り替え部４４は、周波数が低い方の交流信号が電極２１へ入力され、周波数の高い方の交流信号が電極２２へ入力される経路を選択する。一方、直流バイアスＶ１及びＶ２が式［２］の条件を満たすように設定されている場合、信号切り替え部４４は、周波数が低い方の交流信号が電極２２へ入力され、周波数の高い方の交流信号が電極２１へ入力される経路を選択する。
【００５０】
（第４の実施形態）
上記第１〜第３の実施形態では、交流信号Ｓ１の最大周波数及び交流信号Ｓ２の最大周波数に基づいて、直流バイアス又は交流信号が入力される電極を適切に設定することで、入力信号の周波数特性に適した周波数応答を持つ伝送経路を選択し、伝送時の伝送劣化を抑圧する方法について述べた。
以下の第４の実施形態では、さらに、交流信号Ｓ１に対する周波数応答特性と交流信号Ｓ２に対する周波数応答特性とを、所望の特性に設定する方法について説明する。
【００５１】
図７は、本発明の第４の実施形態に係る光変調器４の構成を示す図である。第４の実施形態に係る光変調器４は、光導波路１１〜１４と、電極２１及び２２と、バイアスティー３１及び３２と、可変分岐部４５１及び４５２と、位相調整部４６１及び４６２と、合波部４７１及び４７２とを備える。この光変調器４の構成は、上記光変調器３の構成と比べて、信号切り替え部４４に代えて可変分岐部４５１及び４５２、位相調整部４６１及び４６２、及び合波部４７１及び４７２を備えたことが異なる。以下、可変分岐部４５１及び４５２、位相調整部４６１及び４６２、及び合波部４７１及び４７２を中心に光変調器４を説明し、その他の構成については同一の参照番号を付して説明を省略する。
【００５２】
可変分岐部４５１は、信号周波数情報Ｄ１に基づいて、交流信号Ｓ１を所望の分岐比（Ａ：Ｂ）で分岐し、主信号Ｓ１ａ（＝Ｓ１×Ａ／Ｂ）と分岐信号Ｓ１ｂ（＝Ｓ１×Ｂ／Ａ）とを出力する。可変分岐部４５２は、信号周波数情報Ｄ１に基づいて、交流信号Ｓ２を所望の分岐比で分岐し、主信号Ｓ２ａ（＝Ｓ２×Ａ／Ｂ）と分岐信号Ｓ２ｂ（＝Ｓ２×Ｂ／Ａ）とを出力する。
【００５３】
この所望の分岐比とは、交流信号Ｓ１に対する周波数応答特性及び交流信号Ｓ２に対する周波数応答特性が所望の特性になる比率であり、より具体的には次のように設定される。交流信号Ｓ１における最大周波数成分の電力をＰ１ｍａｘ及び最小周波数成分の電力をＰ１ｍｉｎと、交流信号Ｓ２における最大周波数成分の電力をＰ２ｍａｘ及び最小周波数成分の電力をＰ２ｍｉｎとすると、分岐比は次式［９］及び［１０］を同時に満足する値に設定される。
Ｐ１ｍａｘ／Ｐ１ｍｉｎ＞１／２  …  ［９］
Ｐ２ｍａｘ／Ｐ２ｍｉｎ＞１／２  …  ［１０］
【００５４】
位相調整部４６１は、信号周波数情報Ｄ１に基づいて、可変分岐部４５２から出力された分岐信号Ｓ２ｂの位相を調整して合波部４７１へ出力する。位相調整部４６２は、信号周波数情報Ｄ１に基づいて、可変分岐部４５１から出力された分岐信号Ｓ１ｂの位相を調整して合波部４７２へ出力する。
【００５５】
合波部４７１は、可変分岐部４５１から出力された主信号Ｓ１ａと位相調整部４６１から出力された分岐信号Ｓ２ｂとを合成し、合成した信号をバイアスティー３１へ出力する。合波部４７２は、可変分岐部４５２から出力された主信号Ｓ２ａと位相調整部４６２から出力された分岐信号Ｓ１ｂとを合成し、合成した信号をバイアスティー３２へ出力する。
【００５６】
この合波処理により、第４の実施形態に係る光変調器４は、周波数応答を所望の特性に調整することが可能になる。
以下、式［７］及び［８］から計算した、伝送路全体が正の分散特性を有する伝送路を用いて光変調器４の出力信号を伝送した場合の交流信号Ｓ１及びＳ２のそれぞれに対する周波数応答特性に基づいて、その詳細を説明する。ここでは、送信された光信号を５０ｋｍの距離を伝送させた後に受信した場合の周波数応答特性を計算している。なお、直流バイアスＶ１及びＶ２は、Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ（π／２）と設定されているものとした。Ｖ（π／２）は、光導波路１２で変調された光信号と光導波路１３で変調された光信号との位相差がπ／２となる、電極２１と電極２２との電位差を示している。
【００５７】
図８〜図１０は、それぞれ、分岐信号の位相を主信号の位相と逆相にした（分岐信号を反転した）場合において、分岐比が５：５、９：１、及び１：９で分岐された主信号（Ｓ１ａ又はＳ２ａ）と分岐信号（Ｓ２ｂ又はＳ１ｂ）とを合成したときの、周波数応答特性を示す図である。
【００５８】
分岐比５：５で分岐された主信号及び分岐信号を合成した場合、交流信号Ｓ１に対する周波数応答と交流信号Ｓ２に対する周波数応答とはほぼ同じとなる（図８の例では共に６ＧＨｚ）。従って、交流信号Ｓ１の周波数と交流信号Ｓ２の周波数とがほぼ等しい時、交流信号Ｓ１及びＳ２を主信号と分岐信号とに分岐する比率を等しくすることで、交流信号Ｓ１及びＳ２の両方にとって最高の性能を得ることができる。
【００５９】
一方、交流信号Ｓ１及びＳ２を主信号と分岐信号とに分岐する比率を不均等にすることで、交流信号Ｓ１に対する周波数応答と交流信号Ｓ２に対する周波数応答とを変えることができる。例えば、図９に示す分岐比９：１の場合、交流信号Ｓ１の３ｄＢ帯域は約７ＧＨｚであるのに対し、交流信号Ｓ２の３ｄＢ帯域は４．５ＧＨｚ程度となる。また、図１０に示す分岐比１：９の場合、交流信号Ｓ１に対する周波数応答と交流信号Ｓ２に対する周波数応答とを図９と逆の特性にすることができる。すなわち、交流信号Ｓ２に対する周波数応答を交流信号Ｓ１に対する周波数応答に対して高くすることができる。
【００６０】
また、図１１及び図１２は、それぞれ、主信号の位相と分岐信号の位相とを同相にした場合において、分岐比が６：４及び４：６で分岐された主信号（Ｓ１ａ又はＳ２ａ）と分岐信号（Ｓ２ｂ又はＳ１ｂ）とを合成したときの、周波数応答特性を示す図である。図１１及び図１２から、主信号の位相を分岐信号の位相と同相にした場合は、検出される信号レベルは逆相の場合よりも小さくなる一方、交流信号Ｓ１又はＳ２のいずれかに対する周波数応答を逆相の場合よりも大きくすることができる。従って、交流信号Ｓ１又はＳ２の周波数が高くかつ逆相で合成比を変えて合成しても周波数応答が不足している場合に、有効である。
【００６１】
例えば、図１１に示す条件の場合、交流信号Ｓ１に対する３ｄＢ帯域は約７．５ＧＨｚとなるのに対し、交流信号Ｓ２に対する３ｄＢ帯域を約２ＧＨｚとすることができる。従って、この位相条件は、交流信号Ｓ１の周波数と交流信号Ｓ２の周波数とが大きく離れている場合に有効である。もちろん、分岐信号のレベルを主信号のレベルよりも大きくすることで、交流信号Ｓ１に対する周波数応答と交流信号Ｓ２に対する周波数応答とを逆転させることもできる。
【００６２】
以上のように、本発明の第４の実施形態に係る光変調器４によれば、交流信号Ｓ１及びＳ２の分岐比及び位相を変えることで、交流信号Ｓ１及びＳ２に対する周波数応答を最適に設定することが可能になる。これにより、各交流信号の長距離伝送性能を最大限確保することができる。
【００６３】
また、上記第４の実施形態では、光導波路１４より出力された光信号が、伝送路全体で正の分散特性を有する光伝送路へ入力される場合を説明したが、伝送路全体で負の分散特性を有する光伝送路へ光信号が入力される場合についても適用できる。なお、その場合、主信号と分岐信号との分岐比を正の分散特性を有する光伝送路へ入力される場合と逆にすることで同様の効果を得ることができる。
【００６４】
（第５の実施形態）
図１３は、本発明の第５の実施形態に係る光変調器５の構成を示す図である。第５の実施形態に係る光変調器５は、光導波路１１〜１４と、電極２１及び２２と、バイアスティー３１及び３２と、周波数検出部４２と、可変分岐部４５１及び４５２と、位相調整部４６１及び４６２と、合波部４７１及び４７２とを備える。この光変調器５の構成は、上記光変調器４の構成と比べて、周波数検出部４２をさらに備えたことが異なる。
【００６５】
この周波数検出部４２は、第２の実施形態で説明したと同様に、交流信号Ｓ１及びＳ２の周波数を検出し、この検出した周波数を含む信号周波数情報Ｄ１を生成する。生成された信号周波数情報Ｄ１は、可変分岐部４５１及び４５２、及び位相調整部４６１及び４６２へ与えられる。
【００６６】
以上のように、本発明の第５の実施形態に係る光変調器５によれば、交流信号Ｓ１及びＳ２の周波数が予め分かっていない場合であっても、交流信号Ｓ１及びＳ２の分岐比及び位相を変えることで、交流信号Ｓ１及びＳ２に対する周波数応答を最適に設定することが可能になる。これにより、各交流信号の長距離伝送性能を最大限確保することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、電気光学効果を利用して周波数が異なる複数の交流信号を多重する光変調器等に利用可能であり、特に１つの光変調器を用いて高品質に周波数多重信号を光伝送する場合等に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光変調器１の構成を示す図
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光変調器１の周波数応答特性を説明する図
【図３】本発明の第１の実施形態に係る光変調器１の周波数応答特性を説明する図
【図４】本発明の第１の実施形態に係る他の光変調器１’の構成を示す図
【図５】本発明の第２の実施形態に係る光変調器２の構成を示す図
【図６】本発明の第３の実施形態に係る光変調器３の構成を示す図
【図７】本発明の第４の実施形態に係る光変調器４の構成を示す図
【図８】本発明の第４の実施形態に係る光変調器４の周波数応答特性を説明する図
【図９】本発明の第４の実施形態に係る光変調器４の周波数応答特性を説明する図
【図１０】本発明の第４の実施形態に係る光変調器４の周波数応答特性を説明する図
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る光変調器４の周波数応答特性を説明する図
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る光変調器４の周波数応答特性を説明する図
【図１３】本発明の第５の実施形態に係る光変調器５の構成を示す図
【図１４】従来の光変調器８１の構成を示す図
【図１５】従来の光変調器８２の構成を示す図
【符号の説明】
【００６９】
１、１’、２〜５、８１、８２  光変調器
１１〜１４，１０１〜１０４  光導波路
２１〜２４、２００〜２０２  電極
３１、３２、３０１、３０２  バイアスティー
４１  バイアス設定部
４２  周波数検出部
４４  信号切り替え部
４０１  位相反転部
４５１、４５２  可変分岐部
４６１、４６２  位相調整部
４７１、４７２  合波部
Ｓ、Ｓ１、Ｓ２  交流信号
Ｓ１ａ、Ｓ２ａ  主信号
Ｓ１ｂ、Ｓ２ｂ  分岐信号
Ｖ、Ｖ１、Ｖ２  直流バイアス
Ｔ１  入力光信号
Ｔ２  出力光信号
Ｄ１  信号周波数情報
【図１】
2008139852.tif 000005
【図２】
2008139852.tif 000006
【図３】
2008139852.tif 000007
【図４】
2008139852.tif 000008
【図５】
2008139852.tif 000009
【図６】
2008139852.tif 000010
【図７】
2008139852.tif 000011
【図８】
2008139852.tif 000012
【図９】
2008139852.tif 000013
【図１０】
2008139852.tif 000014
【図１１】
2008139852.tif 000015
【図１２】
2008139852.tif 000016
【図１３】
2008139852.tif 000017
【図１４】
2008139852.tif 000018
【図１５】
2008139852.tif 000019