(57)【要約】【課題】  従来の位相シフトキーイングを用いたエンコーダは、変調角がπ、良くてもπ/２の位相シフトしか実現できなかったため、システムの通信容量、分光効率等に限界があった。【解決手段】  任意の位相シフトが実現される光位相変調器を利用した独特なエンコーダが用いられた。位相変調器は、電圧振幅が設定された任意の位相シフトに比例する電気信号で駆動される。しかしながら、駆動電圧の振幅ノイズや立ち上がり/立ち下がり特性の悪さはそのまま位相エラーとなってしまう。これらの問題はデジタル位相スイッチを採用することで解消される。１つのエンコーダは、光位相を２進法でスイッチできる光位相変調器を具備し、ここにおいて、２つの位相状態が、変調しようとする光信号の分波比に依存する所望の位相角で異なるように選ばれる。【選択図】  図２
2004348112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学エンコーダであって、
入力及び少なくとも２つの出力を有する光スプリッタであって、前記少なくとも２つの出力において、光スプリッタの入力に供給される光信号が相互にコヒーレントな少なくとも第１及び第２の部分に分波するよう構成された光スプリッタ、
出力及び少なくとも２つの入力を有する光コンバイナであって、光コンバイナの前記少なくとも２つの入力に供給される少なくとも第１及び第２の相互にコヒーレントな光信号を合波し、合波され位相変調された光信号をコンバイナの出力に与えるように構成された光コンバイナ、
前記光スプリッタの少なくとも第２の出力と前記光コンバイナの少なくとも第２の入力の間に結合される予め定められた位相シフト量を持つ光位相シフタ、及び、
前記光スプリッタの第１の出力と前記光コンバイナの第１の入力との間に結合された第１の光位相変調器であって、供給された光信号の位相が２進法で変調され２つの位相状態を持つように、印加される駆動信号に応答するよう構成された光位相変調器、からなり、
２進位相でコード化された光信号が前記光コンバイナの出力となることを特徴とする光学エンコーダ。
【請求項２】
請求項１記載の光学エンコーダであって、前記第１の光位相変調器は、電圧振幅伝達関数を持ち、前記予め印加される駆動電圧は、中間電圧を前記電圧振幅伝達関数の最小値に持つ２進信号であり、２進位相シフトでキーイングされた光信号は、第１の光位相変調器の出力となる光学エンコーダ。
【請求項３】
請求項２記載の光学エンコーダであって、前記第１の光位相変調器はマッハ・ツェンダー変調器である光学エンコーダ。
【請求項４】
請求項１記載の光学エンコーダであって、第１の位相変調器の出力位相差Δφは、光変調器の出力強度Ｐ１と位相シフタの出力強度Ｐ２の強度比Ｐ１/Ｐ２で決定される光学エンコーダ。
【請求項５】
請求項１記載の光学エンコーダであって、前記光スプリッタは、入力されるコヒーレントな光信号が供給される２本のブランチを有する第２の光位相変調器からなり、第２の光位相変調器は第２の駆動信号で駆動され、前記２本のブランチはマルチモード干渉カップラ（ＭＭＩ）の個々に結合された入力であり、前記エンコーダの２つの２進状態の位相差が第２の駆動電圧で設定される光学エンコーダ。
【請求項６】
請求項１記載の光学エンコーダであって、前記光スプリッタは、入力及び光伝送路に一対一で結合される複数の出力を有する第１のマルチモード干渉カップラ（ＭＭＩ）からなり、２つの前記光伝送路が前記第１の位相変調器を形成し、残りの前期光伝送路が前記位相シフタに結合され、前記光コンバイナは、出力と複数の入力を有する第２のマルチモード干渉カップラ（ＭＭＩ）からなり、前記第１の光位相変調器からの出力が前記第２のＭＭＩの入力に一対一で結合され、前記位相シフタの出力は前記第２のＭＭＩの前記入力に別途一対一で結合された光学エンコーダ。
【請求項７】
光学エンコーディングシステムであって、
直列接続された複数の光学エンコーダを備え、
コヒーレント光信号が第１のエンコーダの入力に結合され、前記第１のエンコーダからの出力が少なくとも第２のエンコーダの入力に結合され、前記少なくとも第２のエンコーダからの出力が２進位相でコード化された光信号を与え、前記複数の各光学エンコーダが、
入力及び少なくとも２つの出力を有する光スプリッタであって、前記少なくとも２つの出力において、光スプリッタの前記入力に供給される光信号を相互にコヒーレントな少なくとも第１及び第２の部分に分波するよう構成された光スプリッタ、
出力及び少なくとも２つの入力を有する光コンバイナであって、光コンバイナの少なくとも２つの入力に供給される、少なくとも第１及び第２の相互にコヒーレントな光信号を合波し、合波され位相変調された光信号をコンバイナの出力に与えるように構成された光コンバイナ、
前記光スプリッタの少なくとも第２の出力と前記光コンバイナの少なくとも第２の入力の間に結合される予め定められた位相シフトを持つ光位相シフタ、及び、
前記光スプリッタの第１の出力と前記光コンバイナの第１の入力との間に結合された第１の光位相変調器であって、供給された光信号の位相が２進法で変調され、２つの位相状態を持つように印加される駆動信号に応答するよう構成された光スプリッタ、からなり、
２進位相でコード化された光信号が前記光コンバイナの出力となり、
前記複数の各光学エンコーダの位相シフタが異なる位相シフトを与えることを特徴とする光学エンコーディングシステム。
【請求項８】
光学的に光信号をコード化する方法であって、
入力されるコヒーレント光信号を、前記コヒーレント光信号の相互にコヒーレントな少なくとも第１及び第２の部分に光学的に分波し、
合波された位相変調光信号を与えるために、少なくとも第１及び第２の供給された相互にコヒーレント光信号を光学的に合波し、
前記相互にコヒーレントな部分の一方を予め決められた位相シフトに光学的に位相シフトするとともに、
供給された相互にコヒーレントな部分２進法で変調され、２つの位相状態となるように印加される駆動信号に応答して前記相互にコヒーレントな他方の部分を光学的に位相変調し、
光学的に合波された結果として２進位相でコード化された光信号を発生させる方法。
【請求項９】
請求項８記載の方法であって、前記光変調のために前記印加される駆動電圧が、前記光変調の電圧振幅伝達関数の最小値付近に中間電圧を持つ２進信号であり、２進位相シフトでキーイングされた光信号が前記光学的な合波の結果であり、前記光変調がマッハ・ツェンダー変調器を用いて実現される方法。
【請求項１０】
請求項８記載の方法であって、光学的に位相変調する出力状態の位相差Δφが、光学的変調に起因する出力光信号の光強度Ｐ１と位相シフトの結果として発生する光信号の光強度Ｐ２との強度比Ｐ１/Ｐ２で決められる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光通信システムに関し、特に、光信号の位相シフトキーイングに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、交流光変調方式の、高ビットレートな光通信システムへの使用に関して関心が高まっている。そして、差動位相シフトキーイング（ＯＤＰＳＫ）は、システムの容量、伝送距離及び分光効率を高めるための有望な候補となっている。しかしながら、これまで、例えば、文献“2.5Tb/s(64×42.7Gb/s) Transmission Over 40×100km NZDSF Using RZ-DPSK  Format and All-Raman-Amplified Spans”A.H.Gnauk他、OFC 2002に示されているような光学差動２進位相シフトキーイング（ＯＤＢＰＳＫ）、及び、文献“10Gb/s Optical Differential Quadrature Phase Shift Key(DQPSK) Transmission Using GaAs/AlGaAs Integration”R.A.Griffin他、OFC 2002に示されているような光学差動直角位相シフトキーイング（ＯＤＱＰＳＫ）だけが、高ビットレートの実証に成功してきた。
これらのシステムにおいては、改良された光学エンコーダへの要望がある。確かに、対処されてこなかった問題として、従来のＯＰＳＫの構成ではπに直接関連した位相シフトしか行えず、せいぜいπ/２の位相シフトしか実現できなかった。
【非特許文献１】A.H.Gnauk他  「2.5Tb/s(64×42.7Gb/s) Transmission Over 40×100km NZDSF Using RZ-DPSK  Format and All-Raman-Amplified Spans」
【非特許文献２】R.A.Griffin他  「10Gb/s Optical Differential Quadrature Phase Shift Key(DQPSK) Transmission Using GaAs/AlGaAs Integration」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来から知られている光ＰＳＫ通信の構成における上記及び他の問題や制約は、任意の位相シフトが実現された光位相変調器を利用した独特の光学エンコーダの採用により克服される。位相変調器は、電圧振幅が所望の位相シフトに比例した電気信号により駆動される。しかしながら、駆動電圧の振幅ノイズや立ち上がり/立ち下がり特性の悪さはそのまま位相エラーとなってしまう。これらの問題はデジタル位相スイッチを採用することで解消される。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明によると、１つのエンコーダは、光位相を２進法でスイッチできる光位相変調器を具備し、ここにおいて、２つの位相状態が、変調しようとする光信号の分波比に依存する所望の位相角で異なるように選ばれる。
【０００５】
専門的には、出願人の独特なエンコーダの発明が、Ｎ相光位相シフトキーイングを実現するＰＳＫシステムに採用されている。なお、例えば、Ｎ＝４、８、１６・・・である。これらのシステムは、標準的には、各々がｌｏｇ２Ｎ個の２進光位相シフト変調器を含む直列接続されたエンコーダからなる。各光変調器は２進位相シフト変調光信号を生成する。変調器の２つの出力状態（例えば、２進＋１及び１）は、πと異なる位相シフトを有する。好ましい具体例として、位相のシフト量は、直列接続されたエンコーダ内変調器の２つの出力状態ごとにπ/Ｎである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、光学変調器、例えばマッハ・ツェンダー光学変調器（ＭＺＭ）の振幅伝達関数と位相応答を示すグラフである。位相応答はデジタル特性を持つことが示されている。ここで、光学変調器の中心駆動電圧ＶＤ、例えば、図２に示される入力２０９を介してＭＺＭ２０３へ供給される電圧が振幅伝達関数の最小値となるように選択された場合、供給された光信号の位相は、２進法的に変調され、その結果、２つの位相状態を持つことになる。
【０００７】
従来から知られた構成のものよりも１ワード当たりのビット数をより多く転送するため、発明の背景で述べられたことを踏まえ、図２に示すような光学変調器を備えるエンコーダを提案するものである。この独特なエンコーダは、光位相を２進法でスイッチするよう使用されるが、前述の２つの位相状態は任意の位相角で異ならせて選択され得る。例えば、図２に示すように、コヒーレントな光が入力２０１を介して、分波比率を可変又は固定とすることができる１：ｘ光学的パワースプリッタ２０２に供給される。一例として、１：２パワースプリッタが使用される。分波されたコヒーレントな光信号の一方は、ブランチ２１０を介してマッハ・ツェンダー変調器（ＭＺＭ）２０３と、それに含まれる導波路２０４及び２０５に供給される。駆動電圧ＶＤがＭＺＭ２０３の他の入力から供給される。ＭＺＭ２０３からの光変調出力はパワーコンバイナ２０７の一方の入力として供給される。分波されたコヒーレントな光の他方は、ブランチ２１１を介して光位相シフタ２０６に供給される。本例において、位相シフタ２０６はπ/４の位相シフトを供給する。位相シフタ２０６からのシフトされた位相出力はパワーコンバイナ２０７の第２の入力となる。結果として、ＭＺＭ２０３及び位相シフタ２０６からの光出力は、パワーコンバイナ２０７において合波され、出力端２０８における出力として供給される。実務上、ＭＺＭ２０３は入力２０９を介して供給される高速デジタル信号ＶＤで駆動される。高速デジタル信号は、前述した通り、ＭＺＭ２０３の振幅伝達関数の最小値において中間電圧を持つ。これにより、ブランチ２１０上でＭＺＭ２０３の出力における２進位相シフトキーイングされた信号（ＢＰＳＫ）となる。この信号が位相シフタ２０６を具備するブランチ２１１からの信号と結合されると、２進位相でコード化された信号ができる。ここで、光変調器の２つの位相差Δφは、ブランチ２１０及び２１１における信号の強度比Ｐ１/Ｐ２に依存し、即ち、
2004348112.tif 000003
ここで、マッハ・ツェンダー変調器を採用した従来の構成は、２つの出力間にπの位相差か、せいぜいπ/２しか実現できなかったことを、再度付け加えておく。
【０００８】
図３は、本発明の原理を利用した他のエンコーダを示すブロック図である。図３に示されたエンコーダの各要素に関して、図２のものと動作及び構成とも実質的に同一な部分には同一の符号を付け、詳細な説明を省略する。図３に示された具体例と図２に示された具体例との差は、入力されるコヒーレントな光信号のブランチ２１０と２１１とへ分波方法にある。図示されるように、入力されるコヒーレント光信号はＭＺＭ３０１の入力に供給され、この中でブランチ３０２及び３０３に供給される。本例においては、ＭＺＭ３０１は低周波ＭＺＭである。ＭＺＭ３０１からの２つの出力はマルチモード干渉カップラ（ＭＭＩ）３０５の入力に供給される。なお、本例においては、２：２ＭＭＩを用いている。分波比と、その後の、エンコーダの２進状の位相差は、ＭＺＭ３０１の入力３０４に印加される電圧ＶＡによって設定される。
【０００９】
図４はまた、本発明の原理を利用した他のエンコーダを示すブロック図である。コヒーレント光信号は入力４０１を介して、本例では１：ｎのＭＭＩカップラである光学スプリッタ４０２に供給される。ＭＭＩはｎ本のブランチ、即ち、ブランチＢ(１)、Ｂ(２)、・・・Ｂ(ｎ-１)及びＢ(ｎ)を供給する。本例において、ブランチＢ(１)及びＢ(ｎ)はマッハ・ツェンダー変調器、即ち、ＭＺＭを構成する一方、ブランチＢ(２)からＢ(ｎ-１)は、例えばπ/４の位相シフトを受けるべく、光位相シフター４０３に供給される。１からｎ全てのブランチは、本例ではｎ：１のＭＭＩであるパワーコンバイナ４０４に供給される。合波された光信号は出力４０５として供給される。
【００１０】
図４に示された全ブランチが同じ光強度を受け取れば、ここでは２：（ｎ-２）の固定分波比ではあるが、図３の具体例と等価になる。発生する位相差は上述の式を用いて算出される。例えば、４本のブランチとすれば位相差はπ/２となり、７本のブランチとすれば位相差は、１.４ｄｅｇのエラーをもってπ/４となる。このような小さいエラーは、例えばＭＭＩ４０４に係るブランチの一部を故意に調整不良として、ブランチのセットにおける損失をわずかに増やすことによって容易に補償される。
【００１１】
図５は、本発明の原理を採用した複数のエンコーダを利用したシステムを示すブロック図である。コヒーレント光信号が光源５０１によって生成され、直列接続された２進位相エンコーダ５０２、５０３及び５０４に供給される。転送されるデータは、差動伝送に対処するため、プレコーダ５０５によってプレコードされ、その後、２進位相エンコーダ５０２、５０３及び５０４に供給される。本例において、２進位相エンコーダ５０２はπの位相差を持ち、２進位相エンコーダ５０３はπ/２の位相差を持ち、２進位相エンコーダ５０４はπ/４の位相差を持つものとする。従って、発生される光信号は、１符号あたり３ビットが割り当てられ、８相ＰＳＫでコード化される。変調された光信号は、光送信媒体５０６を介して光学復調器５０７を備える遠隔受信器に伝送される。本例において、光学復調器５０７は差動同相−直交位相（Ｉ/Ｑ）光学復調器である。復調器５０７は、２セットのブランチからなり、その第１のセットは、一方のブランチ上にτの遅延からなる１つのセット５０８と、他方のブランチに-π/４の位相差を供給するための位相シフタ５０９と、からなり、第２のセットも同様に、一方のブランチ上にτの遅延からなる（セット５０８とは）別のセット５１０と、他方のブランチにπ/４の位相差を供給するための位相シフタ５１１と、からなる。
【数１】
2004348112.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を説明するためのマッハ・ツェンダー変調器（ＭＺＭ）の振幅及び位相応答を示す図である。
【図２】本発明の一具体例からなるエンコーダを示すブロック図である。
【図３】本発明の原理を利用した他のエンコーダを示すブロック図である。
【図４】本発明の原理を利用した他のエンコーダを示すブロック図である。
【図５】本発明の原理を採用した複数のエンコーダを利用したシステムを示すブロック図である。
【符号の説明】
【００１３】
２０２      パワースプリッタ
２０３      マッハ・ツェンダー変調器（ＭＺＭ）
２０６      位相シフタ
２０７      パワーコンバイナ
【図１】
2004348112.tif 000005
【図２】
2004348112.tif 000006
【図３】
2004348112.tif 000007
【図４】
2004348112.tif 000008
【図５】
2004348112.tif 000009