(57)【要約】【課題】通信光の光周波数帯域を増大させることなく伝送容量を倍増させ、周波数利用効率を増大させる、光通信方法、光送信器及び光受信器を提供する。【解決手段】ＣＷ光源１０より発生した連続光は、ＭＺ変調器１４及び１５へと導かれる。一方、電気信号１（ＣＨ１）及び電気信号２（ＣＨ２）は、プリコード回路１１により符号変換された後、ＭＺ変調器１４及び１５に導かれる。これら電気信号により、連続光はＤＰＳＫ符号化される。符号化されたこれら２つのＤＰＳＫ信号は、後端の非対称合波部１６において、相対的な強度を一定の比率で非対称とした形で合波される。これにより、光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳して伝送することができる。また、受信側ではこれら光強度及び光位相に重畳された独立のディジタル信号を分離して受信する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信光の光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳して伝送し、
受信側ではこれら光強度及び光位相に重畳された独立のディジタル信号を分離して受信すること
を特徴とする光通信方法。
【請求項２】
前記光強度成分の強度をＸ及び１とするとき、Ｘが１＜Ｘ＜３を満たすことを特徴とする請求項１に記載の光通信方法。
【請求項３】
通信光の光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳して送信する手段を
備えることを特徴とする光送信器。
【請求項４】
前記光強度成分の強度をＸ及び１とするとき、Ｘが１＜Ｘ＜３を満たすこと
を特徴とする請求項３に記載の光送信器。
【請求項５】
連続光を発生するＣＷ光源と、
前記ＣＷ光源の連続光を分岐し、それぞれを位相変調する２つの位相変調器と、
前記位相変調された２つの光信号を非対称な合波比で合波する非対称合波部とを備え、
合波時の光の干渉効果により、通信光の光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳して送信することを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光送信器。
【請求項６】
連続光を発生するＣＷ光源と、
前記連続光を分岐し、それぞれを位相変調する２つの位相変調器と、
位相変調された２つの光信号を非対称な合波比で合波する非対称合波部と、
合波比を任意に可変とする合波比調整器とを備え、
合波時の光の干渉効果により、通信光の光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳して送信することを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載の光送信器。
【請求項７】
生成する光強度及び光位相成分のそれぞれに、ディジタル信号の論理を所望の形で反映させるために、当該ディジタル信号を事前に変換するプリコード回路を
備えることを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載の光送信器。
【請求項８】
連続光を発生するＣＷ光源と、
２つのディジタル信号を入力として、一方のディジタル信号の論理振幅を、他方のディジタル信号の論理に基づき制御する振幅制御手段と、
マッハツェンダ型変調器と、
前記振幅制御手段により生成した多重化ディジタル信号により、透過率ゼロ点またはその近傍にバイアスされた前記マッハツェンダ型変調器を駆動する手段と
を備えることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光送信器。
【請求項９】
連続光を発生するＣＷ光源と、
２つのディジタル信号を人力として、一方のディジタル信号の論理振幅を、他方のディジタル信号の論理に基づき制御する第１の振幅制御手段と、
前記２つのディジタル信号の反転信号を人力として、一方のディジタル信号の論理振幅を、他方のディジタル信号の論理に基づき制御する第２の振幅制御手段と、
プッシュプル型のマッハツェンダ型変調器と、
前記振幅制御手段により生成した多重化ディジタル信号とその反転信号により、透過率ゼロ点またはその近傍にバイアスされた前記プッシュプル型のマッハツェンダ型変調器を駆動する手段と
を備えることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光送信器。
【請求項１０】
連続光を発生するＣＷ光源と、
２つの直列したマッハツェンダ変調器と、
第１のディジタル信号により初段のマッハツェンダ変調器を位相変調し、第２のディジタル信号により次段のマッハツェンダ変調器を強度変調する手段と
を備えることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光送信器。
【請求項１１】
連続光を発生するＣＷ光源光源と、
２つの直列したプッシュプル型マッハツェンダ変調器と、
第１のディジタル信号により初段のプッシュプル型マッハツェンダ変調器を位相変調し、第２のディジタル信号により次段のプッシュプル型マッハツェンダ変調器を強度変調する手段と
を備えることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光送信器。
【請求項１２】
前記ＣＷ光源に代えて、ビットレートに同期したパルス光を発生するパルス光源を使用し、
前記パルス光源によりＲＺ信号を生成して送信することを特徴とする請求項３から１１のいずれかに記載の光送信器。
【請求項１３】
通信光の光強度及び光位相に同時に重畳された独立のディジタル信号を分離して受信する手段を
備えることを特徴とする光受信器。
【請求項１４】
光信号を分岐する光分波器と、
分岐された一方の光信号を直接検波する光電変換器と、
分岐された残る一方の光信号を入力とし、その隣接ビット間の位相差を強度差に変換する１ビット遅延型マッハツェンダ干渉器と、
前記マッハツェンダ干渉器から出力された２つの光信号をそれぞれ独立に直接検波するさらに２つの光電変換器と、
前記２つの光電変換器からの出力振幅を差動増幅する電気増幅器と
を備えることを特徴とする請求項１３に記載の光受信器。
【請求項１５】
通信光の光強度成分、光位相成分のそれぞれから抽出された電気信号の論理を、送信前の論理に一致するよう符号変換するデコード回路を備えること
を特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の光受信器。
【請求項１６】
入力した通信光の光信号強度を増幅する光増幅器を
備えることを特徴とする請求項１３から１５のいずれかに記載の光受信器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大容量光リンクシステムに使用される光通信方法、光送信器及び光受信器に関し、特に、従来の光リンクシステムの光周波数帯域を増大させることなく伝送容量を倍増させ、周波数利用効率を増大させ得る、光通信方法、光送信器及び光受信器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
伝送容量を拡大するための従来技術の例を図１６に示す（例えば、特許文献１参照）。この方式によれば、光源からの光はまずクロック生成手段によりパルス列に変換される。然る後、これを分岐し、第１のデータ信号及び第２のデータ信号により符号化し、一方を１タイムスロット分だけ遅延させて、パルスが重ならないようにし、これらを光マルチプレクサにより多重化する。これにより多重化する前のデー夕信号の２倍のビットレートのＯＴＤＭ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｉｖｉｓｉｏｎ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｄ）信号が生成される。
【０００３】
この方法により多重化すると、１波長あたりのビットレートが上昇し、各種伝送制限が厳しくなる。一つには光ファイバの波長分散による波形劣化はビットレート２乗に比例して増大するためである。また送信スペクトル幅の増大にも強く依存する。例えば、４０Ｇｂｉｔ／ｓＮＲＺ光信号の分散耐力は、約８０〜１００ｐｓ程度である。これを２多重してＯＴＤＭ信号を生成するには、まずＲＺ信号に変換する必要があり、さらにそのパルス幅は８０Ｇｂｉｔ／ｓのタイムスロットに十分収まる必要がある。従って、８０Ｇｂｉｔ／ｓＲＺ  ＯＴＤＭ信号の分散耐力は、４０Ｇｂｉｔ／ｓＮＲＺ信号の分散耐力の１／１０以下になってしまう。このため、光伝送路の波長分散の等化に要求される精度は上昇し、波長分散の補償デバイスやその制御にかかるコストが増大してしまう。また、伝送システム自体の動作マージンが少なくなるため、システムの安定性を損ない、信頼性低下を招く場合も有り得る。また光伝送路の波長分散は、環境温度変動に伴い、変動することが報告されており［Ｋ．Ｓ．Ｋｉｍ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．，  Ｖｏｌ．７３，Ｎｏ．５，ｐ．２０６９，１９９３］、このような小さな分散耐力では、環境温度変動による波長分散変動がこれを超えてしまう。
【０００４】
さらに、偏波モード分散による影響も顕在化し、伝送特性を劣化させてしまう。また受信に際しても、高速のタイミング抽出回路や、高速の光電変換器、電気増幅器、論理回路が必要となり、これらは多大なコストの増大を招いてしまう。
【０００５】
以上述べた従来技術以外にも、ＤＱＰＳＫ等、二値を超える多値符号により伝送容量を拡大する方法もある。しかし、まず、ＤＰＳＫからＤＱＰＳＫに多重数を上げる際、同じ最小符号間距離を達成するためには、光パワーを３ｄＢ上げる必要がある。これに加えて、ＭＺ（マッハツェンダ）干渉器を用いた自己相関型の受信方式を用いた場合には過剰ノイズによるペナルティがある［Ｙ．  Ｏｋｕｎｅｖ，  Ｐｈａｓｅ  ａｎｄ  ｐｈａｓｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ  ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｄｉｇｉｔａｌ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，  Ａｒｃｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ，  Ｌｏｎｄｏｎ，  １９９７］。このペナルティはバイナリのＤＰＳＫでは無視できるが、４値となるＤＱＰＳＫでは無視できず、約２ｄＢが理論的に見積もられている。このペナルティは実験的にも検証されており、ＤＱＰＳＫの伝送性能を制限してしまう［Ｃ．  Ｗｒｅｅ  ｅｔ  ａｌ．，  ＯＦＣ２００３  ＴｈＥ５，  ２００３］。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−７９７０５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような背景の下になされたもので、電気回路の高速化や波長数の増大等に伴うコスト増加、動作マージンの低下、伝送性能劣化を緩和しつつ、伝送容量の拡大を実現することができる、光通信方法、光送信器及び光受信器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の光通信方法は、通信光の光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳して伝送し、受信側ではこれら光強度及び光位相に重畳された独立のディジタル信号を分離して受信することを特徴とする。
これにより、電気回路の動作速度を上昇させることなく、伝送容量を倍増させることができる。また、周波数利用効率も飛躍的に増大させることができる。このため、光リンクシステムの高効率化、低コスト化を図れる。
【０００９】
また、本発明の光通信方法は、前記光強度成分の強度をＸ及び１とするとき、Ｘが１＜Ｘ＜３を満たすことを特徴とする。
これにより、通信光の光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳できるようになる。
【００１０】
また、本発明の光送信器は、通信光の光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳して送信する手段を備えることを特徴とする。
これにより、電気回路の動作速度を上昇させることなく、伝送容量を倍増させる光リンクシステムを構成することができる。また、周波数利用効率も飛躍的に増大させることができる。このため、光リンクシステムの高効率化、低コスト化を図れる。
【００１１】
また、本発明の光送信器は、前記光強度成分の強度をＸ及び１とするとき、Ｘが１＜Ｘ＜３を満たすことを特徴とする。
これにより、通信光の光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳できるようになる。
【００１２】
また、本発明の光送信器は、連続光を発生するＣＷ光源と、前記ＣＷ光源の連続光を分岐し、それぞれを位相変調する２つの位相変調器と、前記位相変調された２つの光信号を非対称な合波比で合波する非対称合波部とを備え、合波時の光の干渉効果により、通信光の光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳して送信することを特徴とする。
これにより、通信光の光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳できるようになる。
【００１３】
また、本発明の光送信器は、連続光を発生するＣＷ光源と、前記連続光を分岐し、それぞれを位相変調する２つの位相変調器と、位相変調された２つの光信号を非対称な合波比で合波する非対称合波部と、合波比を任意に可変とする合波比調整器とを備え、合波時の光の干渉効果により、通信光の光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳して送信することを特徴とする。
これにより強度変調成分の信号対雑音比（ＳＮＲ）と位相変調成分のＳＮＲを相対的に変更することができる。
【００１４】
また、本発明の光送信器は、生成する光強度及び光位相成分のそれぞれに、ディジタル信号の論理を所望の形で反映させるために、当該ディジタル信号を事前に変換するプリコード回路を備えることを特徴とする。
これにより、ディジタル信号の論理が正しく反映された符号パターンを生成できる。そのため、受信器側に特別なデコード回路を必要としない。
【００１５】
また、本発明の光送信器は、連続光を発生するＣＷ光源と、２つのディジタル信号を入力として、一方のディジタル信号の論理振幅を、他方のディジタル信号の論理に基づき制御する振幅制御手段と、マッハツェンダ型変調器と、前記振幅制御手段により生成した多重化ディジタル信号により、透過率ゼロ点またはその近傍にバイアスされた前記マッハツェンダ型変調器を駆動する手段とを備えることを特徴とする。
これにより、通信光の光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳できるようになる。
【００１６】
また、本発明の光送信器は、連続光を発生するＣＷ光源と、２つのディジタル信号を人力として、一方のディジタル信号の論理振幅を、他方のディジタル信号の論理に基づき制御する第１の振幅制御手段と、前記２つのディジタル信号の反転信号を人力として、一方のディジタル信号の論理振幅を、他方のディジタル信号の論理に基づき制御する第２の振幅制御手段と、プッシュプル型のマッハツェンダ型変調器と、前記振幅制御手段により生成した多重化ディジタル信号とその反転信号により、透過率ゼロ点またはその近傍にバイアスされた前記プッシュプル型のマッハツェンダ型変調器を駆動する手段とを備えることを特徴とする。
これにより、マッハツェンダ型変調器の電極に加えるべき駆動振幅をほぼ半減きせることが可能となる。
【００１７】
また、本発明の光送信器は、連続光を発生するＣＷ光源と、２つの直列したマッハツェンダ変調器と、第１のディジタル信号により初段のマッハツェンダ変調器を位相変調し、第２のディジタル信号により次段のマッハツェンダ変調器を強度変調する手段とを備えることを特徴とする。
これにより、通信光の光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳できるようになる。
【００１８】
また、本発明の光送信器は、連続光を発生するＣＷ光源光源と、２つの直列したプッシュプル型マッハツェンダ変調器と、第１のディジタル信号により初段のプッシュプル型マッハツェンダ変調器を位相変調し、第２のディジタル信号により次段のプッシュプル型マッハツェンダ変調器を強度変調する手段とを備えることを特徴とする。
これにより、マッハツェンダ型変調器の電極に加えるべき駆動振幅をほぼ半減きせることが可能となる。
【００１９】
また、本発明の光送信器は、前記ＣＷ光源に代えて、ビットレートに同期したパルス光を発生するパルス光源を使用し、前記パルス光源によりＲＺ信号を生成して送信することを特徴とする。
これにより、ＲＺ光強度・位相ハイブリッド符号化光信号を生成できる。
【００２０】
また、本発明の光受信器は、通信光の光強度及び光位相に同時に重畳された独立のディジタル信号を分離して受信する手段を備えることを特徴とする。
これにより、電気回路の動作速度を上昇させることなく、伝送容量を倍増させる光リンクシステムを構成することができる。また、周波数利用効率も飛躍的に増大させることができる。このため、光リンクシステムの高効率化、低コスト化を図れる。
【００２１】
また、本発明の光受信器は、光信号を分岐する光分波器と、分岐された一方の光信号を直接検波する光電変換器と、分岐された残る一方の光信号を入力とし、その隣接ビット間の位相差を強度差に変換する１ビット遅延型マッハツェンダ干渉器と、前記マッハツェンダ干渉器から出力された２つの光信号をそれぞれ独立に直接検波するさらに２つの光電変換器と、前記２つの光電変換器からの出力振幅を差動増幅する電気増幅器とを備えることを特徴とする。
これにより、通信光の光強度及び光位相に同時に重畳された独立のディジタル信号を分離して受信することができる。
【００２２】
また、本発明の光受信器は、通信光の光強度成分、光位相成分のそれぞれから抽出された電気信号の論理を、送信前の論理に一致するよう符号変換するデコード回路を備えることを特徴とする。
これにより、光送信器側にプリコード回路を用いないシステム構成が実現できる。
【００２３】
また、本発明の光受信器は、入力した通信光の光信号強度を増幅する光増幅器を備えることを特徴とする。
これにより、光受信器に良好な受信性能を持たせることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態例について図面を参照して説明する。
【００２５】
［本発明の基本概念］
本発明は、ビットレートを上昇させたり、波長数を増加させたりすること無く伝送容量を拡大するため、例えば、光送信器を、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）光源、ＭＺ（Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ：マッハツェンダ）変調器、プリコーダ、非対称合波部で構成し、光強度・位相ハイブリッド符号化光信号を生成する。さらに、光強度成分、光位相成分を分離して受信することで伝送容量を拡大する。
【００２６】
従来、伝送容量の増大を実現するには、チャネルあたりのビットレートを上昇させるか、波長多重システムであればその波長数を増やすのが主な方法であった。しかしビットレートを上昇するには、送受信器にかかわる各種電気回路、光回路の高速化が必要であり、これは一般的に非常にコストがかかる。さらに、従来例で述べたように、各種伝送制限要因の影響が加速度的に厳しくなり、良好な伝送特性を安定して実現するのが困難となる。一方、波長数を増加すると、そのシステム数増加の分だけコストが嵩み、また各種非線形光学効果による伝送制限や、波長多重・分離回路による過剰雑音の影響も現れる。さらにＤＱＰＳＫ等の多値符号により伝送容量の拡大を図ろうとすると、自己相関受信に見られる過剰ノイズの影響を受け、伝送性能が過剰な劣化を被る。
【００２７】
本発明によれば、チャネルあたりのビットレートを増大させること無く、１波長あたりの伝送容量を拡大できるため、電気回路の高速化に伴う装置コストの増大や、チャネルあたりの伝送速度上昇による伝送性能マージンの低下、伝送特性自体の劣化等のデメリットを緩和することができる。また、ＤＱＰＳＫ符号の自己相関受信に見られる過剰ペナルティの影響も受けない。さらに、１波長チャネルあたりの伝送容量を大幅に増大できるため、波長多重システムとして考えた際、総伝送容量を飛躍的に増大することができ、周波数利用効率の面からも、コスト削減に効果的である。
【００２８】
［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態である光送信器について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態である光送信器の例を示す図であり、光強度・位相ハイブリッド符号化光信号を生成する光送信器の例である。図１に示す光送信器は、連続光を発生するＣＷ光源１０、入力電気信号を本光送信器出力において、正しい論理となるよう変換するプリコード回路１１、ＬＮ基板（Ｘ−ｃｕｔ）１２上に形成された光分岐部１３、２つのＭＺ変調器１４とＭＺ変調器１５、そして非対称な光強度比で合波する非対称合波部１６より構成される。なお、プリコード回路１１の動作等については動作説明の項で説明する。
【００２９】
ＣＷ光源１０は、ＤＦＢ−ＬＤ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ−Ｆｅｅｄ−Ｂａｃｋ−Ｌａｓｅｒ−Ｄｉｏｄｅ）や外部共振器型レーザ等の連続光を発生するものである。また、上述した各光機能ブロックは、例えばＬＮ基板１２上に光導波路を形成することにより実現できる。
【００３０】
本発明の第１の実施の形態の光送信器の動作について、図１及び１０を参照して説明する。図１において、ＣＷ光源１０より発生した連続光は、Ｘ−Ｃｕｔ型ＭＺ変調器１４及びＭＺ変調器１５へと導かれる。一方、電気信号１（ＣＨ１）及び電気信号２（ＣＨ２）は、プリコード回路１１により符号変換された後、前述のＭＺ変調器１４及びＭＺ変調器１５に導かれる。ここで、これら電気信号により、前述連続光はＤＰＳＫ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ−Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ−Ｋｅｙｉｎｇ）符号化される。符号化されたこれら２つのＤＰＳＫ信号は、後端の非対称合波部１６において、相対的な強度を一定の比率で非対称とした形で合波される。図１に示す光送信器の例では、Ｘ−ＣｕｔタイプのＭＺ変調器１４及びＭＺ変調器１５を採用しているため、シングル駆動で光周波数チャープのないＤＰＳＫ信号を生成することができる。
【００３１】
図１０を参照して、図１０（ａ）に合波前のアーム１における光信号の強度と光位相の状態を、図１０（ｂ）にアーム２における光信号の強度と光位相の状態を示した。同図からわかるとおり、それぞれのアームにおける光信号の強度は時間的には一定している。このとき、データ信号は相対的な光位相に重畳されている。当然、電気信号１（ＣＨ１）及び電気信号２（ＣＨ２）は独立した信号であるから、それを光位相に置き換えたものも独立であり、これら２つには相関は無い。従って、図１０（ｃ）に示したごとく、これら２つの光信号を合波すると、互いの相対的光位相差に応じて光の干渉効果が異なり、強度の変動が生じる。このとき、２つの独立な電気信号１（ＣＨ１）及び電気信号２（ＣＨ２）の情報は、一つの光信号の強度と光位相に変換される。
【００３２】
この様子を、図１３のプリコーダの動作説明図を用いて解説する。まず、それぞれの電気信号１（ＣＨ１）、電気信号２（ＣＨ２）が取りうる値はそれぞれ、｛０，１｝である。従って、図１３中に示すとおり、その組み合わせは４通り存在する。これら４つの組み合わせが、プリコーダにより図１３中の中段に記載した組み合わせに変換される。
【００３３】
この変換された組み合わせにおいて、信号｛０｝には位相｛０｝を、信号｛１｝には位相｛π｝を対応させる。そして、図１０に示したように、相対位相差がπとなる組み合わせは消光するため強度が小さくなり、相対位相差が０になる組み合わせでは強度が加算され大きくなる。その結果、生成した光信号の強度は、｛１、Ｘ｝（Ｘ＞１）の２つの値を持ち、相対光位相は、｛０、π｝の二つの値を持つ、そしてそれらの組み合わせは、図１３の対応表に基づき、元の２つの電気信号の符号の組み合わせと対応している。すなわち、本実施の形態の符号化により、２つの２値ディジタル信号の情報を１つの光信号にビットレートの上昇を招くことなく重畳できる。
【００３４】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態の光送信器について説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態である光送信器の例を示す図であり、光強度・位相ハイブリッド符号化光信号を生成する光送信器の例である。図２に示す光送信器は、連続光を発生するＣＷ光源２０、入力電気信号を本光送信器出力において、正しい論理となるよう変換するプリコード回路２１、ＬＮ（Ｘ−ｃｕｔ）基板２２上に形成された光分岐部２３、２つのＭＺ変調器２４とＭＺ変調器２５、そして非対称な光強度比で合波する非対称合波部２６、そして合波する光強度比を調整する合波比調整器２７より構成される。図１に示す第１の実施の形態の光送信器との相違点は、合波比調整器２７により、生成される光信号が適切な強度変調度を持つよう調整できる点にある。
【００３５】
図２に示す光送信器の動作は、基本的に、図１に示す第１の実施の形態の光送信器と同様な動作原理に従う。図２に示す光送信器の特徴は、合波比調整器２７により光信号の合波比が変更できるため、図１０に示した非対称合波後の光強度の振幅の変調度を任意に変更することができる。これにより強度変調成分の信号対雑音比（ＳＮＲ）と位相変調成分のＳＮＲを相対的に変更することができる。ＳＮＲの計算については後述する。
【００３６】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態の光送信器の例について説明する。図３は、本発明の第３の実施の形態である光送信器の例を示す図であり、光強度・位相ハイブリッド符号化光信号を生成する光送信器の例である。図３に示す光送信器は、連続光を発生するＣＷ光源３０、ＬＮ基板（Ｘ−ｃｕｔ）３２上に生成されたＭＺ変調器３３、ＣＨ１電気信号に対して、その振幅をＣＨ２の論理に従って制御する振幅制御手段３１より構成される。
【００３７】
図３に示す光送信器の動作を、図１１及び図１２を参照して説明する。ＣＷ光源３０からの連続光はＭＺ変調器３３により、当該ＭＺ変調器３３に加えられた駆動振幅に基づいて光強度・位相ハイブリッド符号化光信号に変換される。当該変調器３３に加えられる駆動振幅は、図１１に示したとおりに生成される。
【００３８】
図１１（ａ）に示したＣＨ１（振幅制御手段入力前の電気信号）の信号は、振幅制御手段３１により、図１１（ｂ）に示すＣＨ２の論理に沿って強度が変調され、図１１（ｃ）に示した駆動振幅を得る。ここでは、例えば、ＣＨ２の論理が０であれば、駆動振幅が小さく、ＣＨ２の論理が１であれば振幅が大きくなるよう振幅を制御するものである。
【００３９】
ここで生成した駆動振幅を、図３に示されたＸカット型のＭＺ変調器３３に入力する。ＭＺ変調器３３における動作を図１２を参照して説明する。入力された駆動振幅の信号（図１２（ｂ））の基準点を、ＭＺ変調器３３のレスポンス特性曲線（図１２（ａ））の出力光強度のゼロ点となるようバイアス電圧を設定する。すると、図１２（ｃ）に示したように、ＣＨ１のデータが光位相に、ＣＨ２のデータが光強度に重畳した光強度・位相ハイブリッド符号化光信号が生成できる。
【００４０】
［第４の実施の形態］
本発明の第４の実施の形態の光送信器について説明する。図４は、本発明の第４の実施の形態である光送信器の例を示す図であり、光強度・位相ハイブリッド符号化光信号を生成する光送信器の例である。図４に示す光送信器は、連続光を発生するＣＷ光源４０、ＬＮ基板（Ｚ−ｃｕｔ）４３上に生成されたプッシュプル型のＭＺ変調器４４、ＣＨ１電気信号に対して、その振幅をＣＨ２電気信号の論理に従って制御する振幅制御手段４１、ＣＨ１の反転電気信号に対して、その振幅をＣＨ２の反転電気信号の論理に従って制御する振幅制御手段４２より構成される。
【００４１】
図４に示す光送信器の動作は、基本的に、図３に示す本発明の第３の実施の形態の光送信器と同様な動作原理に従う。図４に示す光送信器の特徴は、反転信号とペアでコンプリメンタリにプッシュプル型のＭＺ変調器４４を駆動することで、電極に加えるべき駆動振幅をほぼ半減させることが可能となる点にある。
【００４２】
［第５の実施の形態］
本発明の第５の実施の形態の光送信器の例について説明する。図５は、本発明の第５の実施の形態である光送信器の例を示す図であり、光強度・位相ハイブリッド符号化光信号を生成する光送信器の例である。図５に示す光送信器は、連続光を発生するＣＷ光源５０、ＬＮ基板（Ｘ−ｃｕｔ）５１上に生成された２つのＭＺ変調器（ＤＰＳＫ）５２及びＭＺ変調器（ＩＭ）５３より構成される。
【００４３】
図５に示す光送信器の動作について説明する。初段のＭＺ変調器５２では、バイアス電圧を透過率最小近傍に設定することで、ＣＨ１信号により、入力された連続光をＤＰＳＫ符号化する。このとき、駆動振幅は、ＭＺ変調器５２の半波長電圧の２倍程度で駆動する。
【００４４】
続く後段のＭＺ変調器５３では、バイアス電圧を、透過率最小と最大の中点近傍に設定することで、ＣＨ２信号により強度変調（ＩＭ）する。このとき、駆動振幅は、ＭＺ変調器５３の半波長電圧程度で駆動する。結果として、２段構成のＭＺ変調器から出力される光信号は、図１２（ｃ）に示したものと同等の光強度・位相ハイブリッド符号化光信号となる。
【００４５】
［第６の実施の形態］
本発明の第６の実施の形態の光送信器の例について説明する。図６は、本発明の第６の実施の形態である光送信器の例を示す図であり、光強度・位相ハイブリッド符号化光信号を生成する光送信器の例である。図６に示す光送信器は、連続光を発生するＣＷ光源６０、ＬＮ基板（Ｚ−ｃｕｔ）６１上に生成された２つのプッシュプル型のＭＺ変調器（ＤＰＳＫ）６２及びＭＺ変調器（ＩＭ）６３より構成される。
【００４６】
図６に示す光送信器の動作は、基本的に、図５に示す本発明の第５の実施の形態の光送信器と同様な動作原理に従う。図６に示す光送信器おいて、初段のプッシュプル型のＭＺ変調器６２は、バイアス電圧を透過率最小近傍に設定することで、ＣＨ１信号により、入力された連続光をＤＰＳＫ符号化する。このとき、電極あたりの駆動振幅は、ＭＺ変調器６２の半波長電圧程度で駆動する。
【００４７】
続く後段のＭＺ変調器６３では、バイアス電圧を、透過率最小と最大の中点近傍に設定することで、ＣＨ２信号により強度変調（ＩＭ）する。このとき、駆動振幅は、ＭＺ変調器６３の半波長電圧の１／２程度で駆動する。結果として、２段構成のプッシュプル型のＭＺ変調器から出力される光信号は、図１２（ｃ）に示したものと同等の光強度・位相ハイブリッド符号化光信号となる。  図６に示す第６の実施の形態の光送信器の特徴は、図５に示す光送信器と比較して、電極あたりの駆動電圧がほぼ半減できることにある。
【００４８】
［第７の実施の形態］
本発明の第７の実施の形態の光送信器の例について説明する。図７は、本発明の第７の実施の形態である光送信器の例を示す図であり、光強度・位相ハイブリッド符号化光信号を生成する光送信器の例である。図７に示す光送信器はパルス光を発生するパルス光源７０、ＬＮ基板（Ｘ−ｃｕｔ）７１上に生成されたＭＺ変調器７２、ＣＨ１電気信号に対して、その振幅をＣＨ２の論理に従って制御する振幅制御手段７３より構成される。
【００４９】
図７に示す光送信器の動作は、基本的に、図３に示す本発明の第３の実施の形態の光送信器と同様な動作原理に従う。図７に示す光送信器の特徴は、図３に示す光送信器と比較して、パルス光源を採用することでＲＺ光強度・位相ハイブリッド符号化光信号を生成できる点にある。
【００５０】
［第８の実施の形態］
次に、本発明の第８の実施の形態である光受信器の例について説明する。図８は、本発明の第８の実施の形態である光受信器の例を示す図であり、光強度・位相ハイブリッド符号化光信号を受信し、多重化された信号を分離する光受信器の例である。
【００５１】
図８に示す光受信器は、伝送路を伝播し強度が低下した光信号を増幅するための光増幅器８０、増幅された光信号を分岐する光分波器８１、分岐された一方の光信号を直接検波する光電変換器８２、もう一方の光信号を入力し、ＤＰＳＫ信号成分を強度変換する１ビット遅延型ＭＺ干渉器８３、変換された２つの光強度信号をバランス受信する２つの光電変換器８４と光電変換器８５、及び光電変換器８４と光電変換器８５からの信号を差動増幅する電気増幅器８６より構成される。
【００５２】
図８に示す光受信器の動作を、図１４、及び図１５を参照して説明する。まず強度変調成分であるＣＨ２ついては、そのまま直接検波することで受信する。一方、ＤＰＳＫ変調成分であるＣＨ１については、１ビット遅延型ＭＺ干渉器に入力することで、図１４に示したように、位相変調成分が強度変調成分に変換される。この干渉器にて、２つのアームに分けられた光信号が１ビットの遅延差を持って合波されることにより変換が実現される。この変換出力には、位相変調成分に加えて、強度変調成分も混在するため、１ビット遅延型ＭＺ干渉器出力において、種々の強度のパターンが発生する。その際に発生するパターンを整理したものが図１５である。
【００５３】
１ビット遅延型ＭＺ干渉器８３への人力パターンを、例えば図１５（ａ）に示したように、強度が１及びＸとすると、出力強度は、図１５（ｂ）に示すように、入力パターンにおいて隣接ビット間で位相反転が無い場合、｛２Ｘ，１＋Ｘ，２｝の３通り、また図１５（ｃ）に示すように、位相反転がある場合、｛Ｘ−１，０｝の２通りとなる。ここでＣＨ１信号成分は、この位相反転の有無に重畳されているため、この有無を判別すれば、ＣＨ１信号を復調できる。従って、光位相及び光強度に重畳されたＣＨ１及びＣＨ２信号のＳＮＲはそれぞれ次式で表される。ここで言うＳＮＲとは，全光強度振幅に対する光位相、及び光強度変調成分のダイナミックレンジの比率を意味する。このダイナミックレンジとは、ディジタル光信号の論理振幅による光強度の変動幅の最小値を指す。
ＳＮＲ（ｐｈａｓｅ）＝（２−（Ｘ−１））／２Ｘ）        式（１）
ＳＮＲ（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）＝（Ｘ−１）／Ｘ                  式（２）
但し、ここでＸ＞１である。
【００５４】
この式からわかるとおり、本方式が少なくとも機能する、つまり２つのチャネルの多重化が実現されるためには、ＳＮＲ＞０でなくてはならず、Ｘは、
１＜Ｘ＜３              式（３）
の範囲に入っている必要がある。ちなみに、光強度成分と光位相成分のＳＮＲが等しくなる条件は、式（１）と式（２）が等しいとして等式を解くと、
Ｘ＝５／３              式（４）
となる。ここから、第１の実施の形態において述べた発明において、等式（４）が成り立つ非対称合波器の合波比を計算できる。当該合法比を、
α：１−α              式（５）
と置くと、相対光位相差が０の場合の強度は、
α＋（１−α）＝１        式（６）
となり、相対光位相差がπの場合は、
α−（１−α）＝２α−１    式（７）
となる。ここで、式（４）より、強度変調成分のマークとスペースが、それぞれ｛５／３，１｝の場合に光強度成分と光位相成分のＳＮＲが等しくなる。式（６）の場合，すなわち相対光位相差が０の場合に光強度が大きくなる。すなわちマークビットとなることから、マーク側が１なるよう規格化すると、｛１，３／５｝の場合となる．よって３／５と式（７）が等しいと置くと、
α＝４／５                  式（８）
が得られる。
【００５５】
つまり、第１の実施の形態（図１参照）において、４：１の割合で合波すれば、光強度成分と光位相成分が等しいＳＮＲを得ることになる。但し、この計算では、光位相成分の受信の際、バランス受信を用いない場合を仮定している。バランス受信を仮定すると、式（１）が、
ＳＮＲ（ｐｈａｓｅ）＝（２−（Ｘ−１））／Ｘ      式（１）’
となる。バランス受信の場合は式（１）’を用いて以上の計算を実施すればよい。
【００５６】
［第９の実施の形態］
本発明の第９の実施の形態である光受信器の例について説明する。図９は、本発明の第９の実施の形態である光受信器の例を示す図であり、光強度・位相ハイブリッド符号化光信号を受信し、多重化された信号を分離する光受信器の例である。図９に示す光受信器は、伝送路を伝播し強度が低下した光信号を増幅するための光増幅器９０、増幅された光信号を分岐する光分波器９１、分岐された一方の光信号を直接検波する光電変換器９２、もう一方の光信号を入力し、ＤＰＳＫ信号成分を強度変換する１ビット遅延型ＭＺ干渉器９４、変換された２つの光強度信号をバランス受信する２つの光電変換器９５と光電変換器９６、電気増幅器９７、及び正しい符号パターンを再生するためのデコード回路９３より構成される。
【００５７】
図９に示す光受信器の動作は、基本的に、図８に示す第８の実施の形態の光受信器と同様な動作原理に従う。図９に示す光受信器の特徴は、第１の実施の形態の光送信器（図１参照）などにおいて備えていたプリコード回路を用いない場合、受信側の光送信器（図８参照）でそのまま光信号を受信すると、正しい符号パターンを受信できないため、それを正しい符号列に変換するためのデコード回路９３を光受信器内に備えることにある。
【００５８】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の光通信方法、光送信器、及び光受信器は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光通信方法においては、通信光の光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳して伝送し、受信側ではこれら光強度及び光位相に重畳された独立のディジタル信号を分離して受信する。
これにより、電気回路の動作速度を上昇させることなく、伝送容量を倍増させることができる。また、周波数利用効率も飛躍的に増大させることができる。このため、光リンクシステムの高効率化、低コスト化を図れる。
【００６０】
また、本発明の光通信方法においては、通信光の光強度成分の強度をＸ及び１とするとき、Ｘが１＜Ｘ＜３を満たすようにする。
これにより、通信光の光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳できるようになる。
【００６１】
また、本発明の光送信器においては、通信光の光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳して送信する。
これにより、電気回路の動作速度を上昇させることなく、伝送容量を倍増させる光リンクシステムを構成することができる。また、周波数利用効率も飛躍的に増大させることができる。このため、光リンクシステムの高効率化、低コスト化を図れる。
【００６２】
また、本発明の光送信器においては、通信光の光強度成分の強度をＸ及び１とするとき、Ｘが１＜Ｘ＜３を満たすようにする。
これにより、通信光の光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳できるようになる。
【００６３】
また、本発明の光送信器においては、連続光を発生するＣＷ光源の連続光を分岐し、それぞれを位相変調し、位相変調された２つの光信号を非対称な合波比で合波し、合波時の光の干渉効果により、通信光の光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳して送信する。
これにより、通信光の光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳できるようになる。
【００６４】
また、本発明の光送信器においては、連続光を発生するＣＷ光源の連続光を分岐し、それぞれを位相変調し、位相変調された２つの光信号を非対称な合波比で合波する。また、合波比を任意に可変とする合波比調整器を備える。
これにより強度変調成分の信号対雑音比（ＳＮＲ）と位相変調成分のＳＮＲを相対的に変更することができる。
【００６５】
また、本発明の光送信器においては、生成する光強度及び光位相成分のそれぞれに、ディジタル信号の論理が正しく反映されるよう、当該ディジタル信号を事前に変換するプリコード回路を備える。
これにより、ディジタル信号の論理が正しく反映された符号パターンを生成できる。そのため、受信器側に特別なデコード回路を必要としない。
【００６６】
また、本発明の光送信器においては、２つのディジタル信号を入力として、一方のディジタル信号の論理振幅を、他方のディジタル信号の論理に基づき制御した多重化ディジタル信号を生成し、この多重化ディジタル信号により、透過率ゼロ点またはその近傍にバイアスされたマッハツェンダ型変調器を駆動する。
これにより、通信光の光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳できるようになる。
【００６７】
また、本発明の光送信器においては、２つのディジタル信号を人力として、一方のディジタル信号の論理振幅を、他方のディジタル信号の論理に基づき制御した多重化ディジタル信号とその反転信号を生成し、この多重化ディジタル信号とその反転信号により、透過率ゼロ点またはその近傍にバイアスされたプッシュプル型のマッハツェンダ型変調器を駆動する。
これにより、マッハツェンダ型変調器の電極に加えるべき駆動振幅をほぼ半減きせることが可能となる。
【００６８】
また、本発明の光送信器においては、ＣＷ光源と、２つの直列したマッハツェンダ変調器を備え、第１のディジタル信号により初段のマッハツェンダ変調器を位相変調し、第２のディジタル信号により次段のマッハツェンダ変調器を強度変調する。
これにより、通信光の光強度と光位相にそれぞれ独立のディジタル信号を同時に重畳できるようになる。
【００６９】
また、本発明の光送信器においては、ＣＷ光源と、２つの直列したプッシュプル型マッハツェンダ変調器を備え、第１のディジタル信号により初段のプッシュプル型マッハツェンダ変調器を位相変調し、第２のディジタル信号により次段のプッシュプル型マッハツェンダ変調器を強度変調する。
これにより、マッハツェンダ型変調器の電極に加えるべき駆動振幅をほぼ半減きせることが可能となる。
【００７０】
また、本発明の光送信器においては、ビットレートに同期したパルス光を発生するパルス光源をＣＷ光源の代わりに備え、ＲＺ信号を送信する。
これにより、ＲＺ光強度・位相ハイブリッド符号化光信号を生成できる。
【００７１】
また、本発明の光受信器においては、通信光の光強度及び光位相に同時に重畳された独立のディジタル信号を分離して受信する。
これにより、電気回路の動作速度を上昇させることなく、伝送容量を倍増させる光リンクシステムを構成することができる。また、周波数利用効率も飛躍的に増大させることができる。このため、光リンクシステムの高効率化、低コスト化を図れる。
【００７２】
また、本発明の光受信器においては、光分波器により分岐された一方の光信号を光電変換器により直接検波し、残る一方の光信号を１ビット遅延型マッハツェンダ干渉器に入力し、当該干渉器から出力された２つの光信号を２つの光電変換器によりそれぞれ独立に直接検波し、この２つの光電変換器からの出力信号を差動増幅する。
これにより、通信光の光強度及び光位相に同時に重畳された独立のディジタル信号を分離して受信することができる。
【００７３】
また、本発明の光受信器においては、通信光の光強度成分、光位相成分のそれぞれから抽出された電気信号の論理を、送信前の論理に一致するよう符号変換するデコード回路を備える。
これにより、光送信器側にプリコード回路を用いないシステム構成が実現できる。
【００７４】
また、本発明の光受信器においては、入力した通信光の光信号強度を増幅する光増幅器を備える。
これにより、光受信器に良好な受信性能を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態である光送信器の例を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態である光送信器の例を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態である光送信器の例を示す図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態である光送信器の例を示す図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態である光送信器の例を示す図である。
【図６】本発明の第６の実施の形態である光送信器の例を示す図である。
【図７】本発明の第７の実施の形態である光送信器の例を示す図である。
【図８】本発明の第８の実施の形態である光受信器の例を示す図である。
【図９】本発明の第９の実施の形態である光受信器の例を示す図である。
【図１０】本発明の光送信器の非対称合波部の動作説明図である。
【図１１】本発明の光送信器の振幅制御手段の動作説明図である。
【図１２】本発明の光送信器のＭＺ変調器の動作説明図である。
【図１３】本発明の光送信器におけるプリコード回路の動作説明図である。
【図１４】本発明の光受信器の１ビット遅延型ＭＺ干渉器の動作説明図である。
【図１５】本発明の光受信器の受信動作の説明図である。
【図１６】従来技術の例を示す図である。
【符号の説明】
１０  ＣＷ光源
１１  プリコード回路
１２  ＬＮ基板
１３  光分岐部
１４  ＭＺ変調器
１６  非対称合波部
２０  ＣＷ光源
２１  プリコード回路
２２  ＬＮ基板
２３  光分岐部
２４、２５  ＭＺ変調器
２６  非対称合波部
２７  合波比調整器
３０  ＣＷ光源
３１  振幅制御手段
３２  ＬＮ基板
３３  ＭＺ変調器
４０  ＣＷ光源
４１、４２  振幅制御手段
４３  ＬＮ基板
４４  ＭＺ変調器
５０  ＣＷ光源
５１  ＬＮ基板
５２、５３  ＭＺ変調器
６０  ＣＷ光源
６１  ＬＮ基板
６２、６３  ＭＺ変調器
７０  パルス光源
７１  ＬＮ基板
７２  ＭＺ変調器
７３  振幅制御手段
８０  光増幅器
８１  光分波器
８２  光電変換器
８３  １ビット遅延型ＭＺ干渉器
８４、８５  光電変換器
８６  電気増幅器
９０  光増幅器
９１  光分波器
９２  光電変換器
９３  デコード回路
９４  １ビット遅延型ＭＺ干渉器
９５、９６  光電変換器
９７  電気増幅器
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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