(57)【要約】【課題】  高品質な多値の光信号を得ることができる。【解決手段】  本発明は、Ｎチャネル（Ｎは２以上でＮ以下の整数）の電気２値信号を、１チャネルの光多値信号に変調する信号変調装置に関する。電気信号を光信号に変調する変調部をＮ段備え、第１段目の変調部は、第１の電気２値信号を光信号に変調して、第２段目の変調部に供給し、第２段目以降の変調部は、外部変調方式で電気信号を光信号に変調するものであり、第ｍ段目（ｍは２以上でＮ以下の整数）の変調部は、第ｍ−１段目の変調部から出力される光信号を光源として、第ｍの電気２値信号を光信号に変調して出力し、第Ｎ段目の変調部が出力する光信号を、光多値信号として出力することを特徴とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎチャネル（Ｎは２以上の整数）の電気２値信号を、１チャネルの光多値信号に変調する信号変調装置において、
電気信号を光信号に変調する変調部をＮ段備え、
第１段目の上記変調部は、第１の上記電気２値信号を光信号に変調して、第２段目の上記変調部に供給し、
第２段目以降の上記変調部は、外部変調方式で電気信号を光信号に変調するものであり、第ｍ段目（ｍは２以上でＮ以下の整数）の上記変調部は、第ｍ−１段目の上記変調部から出力される光信号を光源として、第ｍの上記電気２値信号を光信号に変調して出力し、
第Ｎ段目の上記変調部が出力する光信号を、上記光多値信号として出力する
ことを特徴とする信号変調装置。
【請求項２】
上記電気２値信号のそれぞれの振幅が異なるように調整する信号調整手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の信号変調装置。
【請求項３】
上記信号調整手段では、第１段目の上記変調部に供給する第１の上記電気２値信号の振幅をＶとした場合に、第ｍ段目の上記変調部に供給する第ｍの上記電気２値信号の振幅は、Ｖ／２ｍとすることを特徴とする請求項２に記載の信号変調装置。
【請求項４】
第１段目の上記変調部は、直接変調方式により第１の電気２値信号を光信号に変調するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の信号変調装置。
【請求項５】
Ｎチャネル（Ｎは２以上の整数）の電気２値信号を、１チャネルの光多値信号に変調する信号変調方法において、
電気信号を光信号に変調するＮ段の変調部のうち、第１段目の上記変調部が、第１の上記電気２値信号を光信号に変調して、第２段目の上記変調部に供給する工程と、
第２段目以降の上記変調部は、外部変調方式で電気信号を光信号に変調するものであり、第ｍ段目（ｍは２以上でＮ以下の整数）の上記変調部が、第ｍ−１段目の上記変調部から出力される光信号を光源として、第ｍの上記電気２値信号を光信号に変調して出力する工程と、
第Ｎ段目の上記変調部が出力する光信号を、上記光多値信号として出力する工程とを有する
ことを特徴とする信号変調方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、信号変調装置及び方法に関し、例えば、光ファイバを用いて高速通信を行う通信装置に適用し得る。
【背景技術】
【０００２】
今日の光ファイバ通信システムにおいて、一般的に電気信号から光信号へ変換する際の変調に使用される符号は、ＮＲＺ（Ｎｏｎ  Ｒｅｔｕｒｎ  ｔｏ  Ｚｅｒｏ）符号のオンオフキーイング（Ｏｎ−Ｏｆｆ  ｋｅｙｉｎｇ）である。これは、伝えたいディジタル信号の「０」，「１」のビットに対応して、光の強度の「無」、「有」の２段階の状態を作り、それを伝送するものである。
【０００３】
これに対して、光強度の段階を２段階よりも増やし、多値化した信号（以下、「光多値信号」という）とすることで、シンボルレートを高速化せずに、より多くの情報を送信する方式（以下、「光多値変調方法」という）もある。
【０００４】
従来の光多値変調方法の一つとしては、従来非特許文献１に記載された、電気信号の状態で多値信号を生成し、光強度変調する方式がある。
【０００５】
しかし、非特許文献１の記載技術のように多値の電気信号を生成する方式では、以下のような問題がある。非特許文献１の記載技術では、Ｎ個の２値信号を加算して、２Ｎ値の多値電気信号を生成する際に、電子回路基板のインピーダンス不整合に起因した高周波成分の反射によって、波形歪みが生じる。また、非特許文献１の記載技術では、アナログ波形を忠実に増幅するような線形な入出力特性を持つ電子回路が必要となる。
【０００６】
今日の光伝送装置の変調速度は数十Ｇｂｐｓ以上と相当に高速化が進んでいるため、多値数を増やすか、変調速度を上げる必要があるが、非特許文献１の記載技術では、変調速度を高速化する場合には、上記２点の問題は特に顕著となる。
【０００７】
そこで、従来、多値の電気信号を取り扱わずに、多値の光信号を生成する方式として、光領域で多値信号を生成する方式がある。光領域で多値信号を生成する方式としては、従来、特許文献１〜４の記載技術がある。
【０００８】
特許文献１〜３の記載技術では、Ｎ個の光源を用いて、２値の強度変調光をＮ系統生成し、それらに対して、レベル差をつけて合成することにより、２Ｎ値の光信号を得るようになっている。
【０００９】
特許文献４の記載技術では、同一光源からの出力を導波路上で２分岐して、強度変調可能な２つの変調器で変調後に合波している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭６３−００５６３３号公報
【特許文献２】特開２００９−１２４３４２号公報
【特許文献３】特開２００２−３３３６０３号公報
【特許文献４】特開平１−２２３８３７号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】Ｓｈｅｌｄｏｎ  Ｗａｌｋｌｉｎ  ｅｔ  ａｌ，  “Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ  Ｓｉｎｇｎａｌｉｎｇ  ｆｏｒ  Ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｒｅａｃｈ  ｏｆ  １０Ｇｂ／ｓ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ”，  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｖｏｌ．１７，  Ｎｏ．１１，  ｐｐ．２２３５−２２４８，  １９９９．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１、２の記載技術では、合波する光の波長が十分離れていれば干渉は生じないが、それでは波長を異ならせて伝送する波長多重（ＷＤＭ）と同じになってしまい、多値化のメリットが少なくなってしまう。
【００１３】
また、特許文献３の記載技術では、生成したＮ系統の光を合成する際に、光同士が干渉し合ってビートノイズを生じないようにするために、設計等に高度な要件があり、高品質な多値の光信号を得ることが難しく、実現できたとしてもコストが高くなってしまう。
【００１４】
さらに、特許文献４の記載技術の多値変調器を実現するためには、分岐した光信号を再び合波するまでに、光搬送波の位相変動が生じないという条件が必要となる。そのため、特許文献４の記載技術では、導波路基盤の光路差調整及び温度調整などを高精度で行い、光の位相変動が起こらない設計等高度な要件があり、歪みの少ない高品質な波形を得ることが難しい。
【００１５】
以上のような従来技術の問題点を鑑み、高品質な多値の光信号を得ることができる信号変調装置及び方法が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
第１の本発明は、Ｎチャネル（Ｎは２以上の整数）の電気２値信号を、１チャネルの光多値信号に変調する信号変調装置において、（１）電気信号を光信号に変調する変調部をＮ段備え、（２）第１段目の上記変調部は、第１の上記電気２値信号を光信号に変調して、第２段目の上記変調部に供給し、（３）第２段目以降の上記変調部は、外部変調方式で電気信号を光信号に変調するものであり、第ｍ段目（ｍは２以上でＮ以下の整数）の上記変調部は、第ｍ−１段目の上記変調部から出力される光信号を光源として、第ｍの上記電気２値信号を光信号に変調して出力し、（４）第Ｎ段目の上記変調部が出力する光信号を、上記光多値信号として出力することを特徴とする。
【００１７】
第２本発明は、Ｎチャネル（Ｎは２以上の整数）の電気２値信号を、１チャネルの光多値信号に変調する信号変調方法において、（１）電気信号を光信号に変調するＮ段の変調部のうち、第１段目の上記変調部が、第１の上記電気２値信号を光信号に変調して、第２段目の上記変調部に供給する工程と、（２）第２段目以降の上記変調部は、外部変調方式で電気信号を光信号に変調するものであり、第ｍ段目（ｍは２以上でＮ以下の整数）の上記変調部が、第ｍ−１段目の上記変調部から出力される光信号を光源として、第ｍの上記電気２値信号を光信号に変調して出力する工程と、（３）第Ｎ段目の上記変調部が出力する光信号を、上記光多値信号として出力する工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、高品質な多値の光信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態に係る信号変調装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施形態に係る信号変調装置における、入力電気信号の値と、出力光多値信号との関係について示した説明図である。
【図３】第１の実施形態に係るＥＡ変調器の消光特性の例について示した説明図である。
【図４】第１の実施形態に係る信号復調装置の構成例について示したブロック図である。
【図５】第１の実施形態に係る第１段目のＥＡ変調器に入力される電気信号と消光特性と出力光信号のパワーとの関係について示した説明図である。
【図６】第１の実施形態に係る第２段目のＥＡ変調器に入力される電気信号と消光特性と出力光信号のパワーとの関係について示した説明図である。
【図７】第１の実施形態に係る第３段目のＥＡ変調器に入力される電気信号と消光特性と出力光信号のパワーとの関係について示した説明図である。
【図８】第１の実施形態に係る信号変調装置に入力される電気２値信号と、出力光多値信号の例について示したタイミングチャートである。
【図９】第２の実施形態に係る信号変調装置の機能的構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（Ａ）第１の実施形態
以下、本発明による信号変調装置及び方法の第１の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００２１】
図１は、第１の実施形態の信号変調装置１０の機能的構成を示すブロック図である。
【００２２】
信号変調装置１０には、３チャネル（ビット長）の電気２値信号を有するディジタル電気信号ＳＥを、１チャネルの光多値信号ＳＯに変調して出力する装置である。
【００２３】
なお以下において、ディジタル電気信号ＳＥを構成する各チャネル（各ビット）の値を、それぞれＢ１、Ｂ２、Ｂ３と表すものとする。また、Ｂ１〜Ｂ３のそれぞれの値は、０レベル又は１レベルで表されるものとする。そして、任意の時点のディジタル電気信号ＳＥｎ（ｎは１以上の整数）を構成する各チャネル（各ビット）の値を、Ｂ１ｎ、Ｂ２ｎ、Ｂ３ｎと表すものとする。例えば、Ｂ１１、Ｂ２１、Ｂ３１の次の信号の値は、Ｂ１２、Ｂ２２、Ｂ３２と表すものとする。図１では、例として、ディジタル電気信号ＳＥのチャネル数（ビット長）を３として、ディジタル電気信号ＳＥの値（すなわち、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の値の組み合わせ）に応じたパワーの光信号を光多値信号ＳＯとして出力するが、ディジタル電気信号ＳＥを構成するチャネル数（ビット長）は２以上であれば限定されないものである。
【００２４】
図２は、ディジタル電気信号ＳＥの各チャネルの値（Ｂ１〜Ｂ３の値）と、光多値信号ＳＯとの関係について示した説明図である。
【００２５】
図２では、例えば、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の値が０００（Ｂ１＝Ｂ２＝Ｂ３＝０）の場合には、信号変調装置１０は、光多値信号ＳＯとして、Ｐ０００のパワーの光信号を出力し、００１（Ｂ１＝Ｂ２＝０、Ｂ３＝１）の場合にはＰ００１のパワーの光信号を出力することを示している。このように、信号変調装置１０では、図２の例に示すように、ＳＥ（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）のそれぞれの値（０００、００１、０１０、…、１１１）に対応するパワー（Ｐ０００、Ｐ００１、Ｐ０１０、…、Ｐ１１１）の光信号を出力する。
【００２６】
なお、ここでは、Ｐ１１１〜Ｐ０００＞０［ｍｗ］であるものとする。また、ここでは、例として、Ｐ０００〜Ｐ１１１のそれぞれの値の差分は同じ（等間隔）であるものとして説明する。例えば、Ｐ０００の値とＰ００１の値との差分と、Ｐ００１の値とＰ０１０の値との差分は同じ幅となる。
【００２７】
信号変調装置１０は、Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ（以下、「ＣＷ−ＬＤ」という）１１、３つの電気２値信号発生部１２−１〜１２−３、２つの遅延素子１３（１３−１、１３−３）、３つの振幅調整部１４（１４−１〜１４−３）、３つのバイアス調整部１５（１５−１〜１５−３）、及び３つのＥｌｅｃｔｒｏＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎ（以下、「ＥＡ」という）変調器１６（１６−１〜１６−３）を有している。
【００２８】
電気２値信号発生部１２−１〜１２−３は、ディジタル電気信号ＳＥを発生させるものであり、例えば、既存のパルスパターン発生器などを用いることができる。
【００２９】
電気２値信号発生部１２−１〜１２−３には、それぞれディジタル電気信号ＳＥを構成する各チャネル（各ビット）のデータ（パルスパターン）がセットされている。そして、電気２値信号発生部１２−１〜１２−３は、図示しない基準クロック発生器（既存のクロック発生器を適用することができる）などによって同期したタイミングで、それぞれにセットされたデータ（パルスパターン）に基づく電気２値信号を出力する。すなわち、図１では、電気２値信号発生部１２−１〜１２−３は、それぞれＢ１、Ｂ２、Ｂ３の値（レベル）の電気２値信号を、上述の基準クロック発生器で同期された所定のビットレートＢＲ［ｂｐｓ］で出力する。
【００３０】
なお、図１においては、電気２値信号発生部１２−１〜１２−３を、信号変調装置１０内部に備えているが、信号変調装置１０から電気２値信号発生部１２を省略し、外部からディジタル電気信号ＳＥの供給を受けるようにしても良い。また、電気２値信号発生部１２−１〜１２−３が発生するディジタル電気信号ＳＥのデータ（パルスパターン）だけについて外部から供給を受け、供給されたデータ（パルスパターン）に基づいて、電気２値信号発生部１２−１〜１２−３がディジタル電気信号ＳＥを発生させるようにしても良い。
【００３１】
信号変調装置１０では、電気２値信号発生部１２−１〜１２−３から出力された電気２値信号のそれぞれについて、振幅調整部１４−１〜１４−３により所定の振幅に調整され、さらに、バイアス調整部１５−１〜１５−３により所定のバイアスに調整されて、ＥＡ変調器１６−１〜１６−３に入力される。振幅調整部１４としては、例えば、既存の振幅調整を行う回路（可変利得増幅器や、減衰器等）を適用することができる。また、バイアス調整部１５も既存の電気信号のバイアスを調整する回路を適用することができる。
【００３２】
また、信号変調装置１０では、電気２値信号発生部１２−２、１２−３から出力された電気２値信号のそれぞれについて、遅延素子１３−２、１３−３を用いて、遅延させ、ＥＡ変調器１６−２、１６−３に入力される。一方、電気２値信号発生部１２−１から出力された電気２値信号については、遅延させずにＥＡ変調器１６−１に入力されている。遅延素子１３としては、既存の電気信号を所定時間遅延させるフェーズシフタ等を用いることができる。
【００３３】
なお、以下では、ＥＡ変調器１６−１〜１６−３のそれぞれに入力される電気２値信号をｓｅ１〜ｓｅ３と呼ぶものとする。
【００３４】
ＣＷ−ＬＤ１１は、波長λの連続光を発する光源である。ＣＷ−ＬＤ１１としては、既存のレーザ・ダイオードを適用することができる。
【００３５】
信号変調装置１０では、ＣＷ−ＬＤ１１により発せられた連続光に、ｓｅ１〜ｓｅ３を重畳することにより、光多値信号ＳＯを生成する。ＥＡ変調器１６は、既存のＥＡ変調器（電界吸収型の変調器）を適用することができる。なお、ＥＡ変調器１６は、電界吸収型のものに限らず、外部変調方式により、電気信号を光信号に変調する装置であれば、他の方式のものに置き換えるようにしても良い。
【００３６】
１段目のＥＡ変調器１６−１では、ＣＷ−ＬＤ１１から供給される連続光を光源として、電気２値信号ｓｅ１を光信号に変調し、ＥＡ変調器１６−２に供給している。そして、２段目のＥＡ変調器１６−２では、ＥＡ変調器１６−１から供給される光信号を光源として、電気２値信号ｓｅ２を光信号に変調し、ＥＡ変調器１６−３に供給している。そして、最終段（３段目）のＥＡ変調器１６−３では、２段目のＥＡ変調器１６−２からの光信号を光源として、電気２値信号ｓｅ３を光信号に変調し、光多値信号ＳＯとして出力している。
【００３７】
すなわち、ｍ段目（２段目以降、但し最終段を除く）のＥＡ変調器１６では、ｍ−１段目のＥＡ変調器１６から出力される光信号が光源として供給されている。そして、ｍ段目（２段目以降、但し最終段を除く）のＥＡ変調器１６が出力する光信号は、次のｍ＋１段目のＥＡ変調器１６へ光源として供給されている。このように、信号変調装置１０では、複数のＥＡ変調器１６が連結されている。
【００３８】
図１では、信号変調装置１０では、ディジタル電気信号ＳＥのチャネル数（ビット長）が３であるため、３段のＥＡ変調器１６−１〜１６−３が配置されているが、それ以上のチャネル数（ビット長）のディジタル信号を変調する場合には、そのチャネル数（ビット長）分のＥＡ変調器１６を、図１と同様に連結する必要がある。また、ディジタル電気信号ＳＥのチャネル数（ビット長）が２である場合には、３段目のＥＡ変調器１６−３に係る構成を省略して、ＥＡ変調器１６−２までの構成とするようにしても良い。例えば、ディジタル電気信号ＳＥのチャネル数（ビット長）がｍである場合には、ｍ段のＥＡ変調器１６−１〜１６−ｍが連結される。なお、２段目以降のＥＡ変調器１６のそれぞれには、対応する電気２値信号発生部１２、遅延素子１３、振幅調整部１４、及びバイアス調整部１５が配置される。また、図１では、ディジタル電気信号ＳＥのチャネル数（ビット長）が３であるため、光多値信号ＳＯは２３値（＝８値）の光信号となるが、ディジタル電気信号ＳＥのチャネル数（ビット長）がｍである場合には、光多値信号ＳＯは２ｍ値の光信号となる。
【００３９】
以下では、例として、ＥＡ変調器１６−１に入力されるｓｅ１は、振幅がＶ１〜Ｖ０で、オフセットレベルＶｂ１の信号であるものとする。また、ここでは、ｓｅ１が、Ｖｂ１＋Ｖ１〜Ｖｂ１−Ｖ０の範囲で変動する信号であるものとする。そして、この場合、Ｂ１の値が１の場合にはｓｅ１はＶｂ１＋Ｖ１の値を示し、Ｂ１の値が０の場合には、ｓｅ１はＶｂ１−Ｖ０の値を示すものとする。
【００４０】
また、以下では、ＥＡ変調器１６−２には、振幅がＶ１／２〜Ｖ０／２で、オフセットレベルＶｂ２（Ｖｂ２＝Ｖｂ１−Ｖ１／２であるものとする）の信号が入力されるものとする。ｓｅ１と同様にｓｅ２は、Ｖｂ２＋Ｖ１／２〜Ｖｂ２−Ｖ０／２の範囲で変動する信号であるものとする。そして、この場合、Ｂ２の値が１の場合にはｓｅ２はＶｂ２＋Ｖ１／２の値を示し、Ｂ２の値が０の場合には、ｓｅ２はＶｂ２−Ｖ０／２の値を示すものとする。
【００４１】
さらに、以下では、ＥＡ変調器１６−３には、振幅がＶ１／４〜Ｖ０／４で、オフセットレベルＶｂ３（Ｖｂ３＝Ｖｂ２−Ｖ１／４であるものとする）の信号が入力されるものとする。ｓｅ１、２と同様にｓｅ３は、Ｖｂ３＋Ｖ１／４〜Ｖｂ３−Ｖ０／４の範囲で変動する信号であるものとする。そして、この場合、Ｂ３の値が１の場合にはｓｅ３はＶｂ３＋Ｖ１／４の値を示し、Ｂ３の値が０の場合には、ｓｅ３はＶｂ３−Ｖ０／４の値を示すものとする。
【００４２】
このように、それぞれのＥＡ変調器１６には、異なる振幅の電気２値信号が供給されている。具体的には、ｍ段目のＥＡ変調器１６−ｍに供給される電気２値信号をｓｅｍとすると、ｓｅｍの振幅は、（Ｖ１／２ｍ−１〜Ｖ０／２ｍ−１）となる。また、ｓｅｍのオフセットレベルをＶｂｍとするとＶｂｍ＝Ｖｂｍ−１−Ｖ１／２ｍ−１となる。
【００４３】
なお、Ｖ１、Ｖ０及びＶｂ１は、ＥＡ変調器１６−１〜１６−３の消光特性に応じた値に設定することが望ましい。ここでは、ＥＡ変調器１６−１〜１６−３の消光特性は全て同じであるものとして説明する。
【００４４】
図３は、ＥＡ変調器の消光特性の例について示した説明図である。
【００４５】
図３では、横軸がＥＡ変調器に入力される電気信号の電圧（Ｉｎｖｅｒｓｅ  ｂｉａｓ）を示しており、縦軸が、ＥＡ変調器により消光されるパワー（Ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ  Ｐｏｗｅｒ）表している。そして、一般に、ＥＡ変調器は、図３に示すような非線形な領域と線形な領域を併せ持った消光特性を有する。よって、ＥＡ変調器１６では、この線形な領域を用いて動作させることが望ましい。
【００４６】
例えば、ＥＡ変調器１６の消光特性が図３のようになっていた場合には、ｓｅ１〜ｓｅ３の信号値がこの線形な領域内（例えば、１［Ｖ］〜２［Ｖ］の間）となるように、Ｖ１、Ｖ０及びＶｂ１の値を設定する（例えば、Ｖ１＝Ｖ０＝０．５［Ｖ］、Ｖｂ１＝１．５［Ｖ］）ことが望ましい。
【００４７】
次に、ＥＡ変調器１６−１〜１６−３による信号処理の概要について説明する。
【００４８】
上述の通り、信号変調装置１０では、ＥＡ変調器１６−１〜１６−３を用いて、ＣＷ−ＬＤ１１により発せられた連続光に、ｓｅ１〜ｓｅ３を重畳することにより、光多値信号ＳＯを生成している。
【００４９】
具体的には、例えば、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の値が、１１１であった場合には、ＥＡ変調器１６−１から出力される光信号のパワーはＰ１００に相当し、ＥＡ変調器１６−２から出力される光信号のパワーがＰ１１０に相当し、ＥＡ変調器１６−３から出力される光信号（光多値信号ＳＯ）のパワーがＰ１１１となる。
【００５０】
なお、以下において、ＥＡ変調器１６−１から出力される光信号のパワーは、Ｐ０（Ｂ１＝０の場合）、Ｐ１（Ｂ１＝１の場合）のいずれかで表すものとする。また、ＥＡ変調器１６−２から出力される光信号のパワーは、Ｐ００（Ｂ１＝０、Ｂ２＝０の場合）、Ｐ０１（Ｂ１＝０、Ｂ２＝１の場合）、Ｐ１０（Ｂ１＝１、Ｂ２＝０の場合）、Ｐ１１（Ｂ１＝１、Ｂ２＝１の場合）のいずれかで表されるものとする。なお、ＥＡ変調器１６−３から出力される光信号のパワーは、光多値信号ＳＯと同様の形式で表すものとする。
【００５１】
次に、遅延素子１３の機能について説明する。
【００５２】
上述のように、信号変調装置１０では、ＣＷ−ＬＤ１１から出力された連続光に、ＥＡ変調器１６−１〜１６−３を用いて段階的に２値電気信号ｓｅ１〜ｓｅ３を変調（重畳）している。しかし、電気２値信号発生部１２−１〜１２−３から電気信号が出力されると同時に、ＥＡ変調器１６−１〜１６−３で信号の変調を開始してしまうと、例えば、ＥＡ変調器１６−１における信号の変調が行われる前に、後段のＥＡ変調器１６−２、１６−３での変調が行われてしまうことになる。そこで、信号変調装置１０では、遅延素子１３−２、１３−３を設けて、２段目以降のＥＡ変調器１６−２、１６−３に電気信号が入力されるタイミングを調整している。
【００５３】
遅延素子１３が無い場合、例えば、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３の値が、０００から１１１に遷移したとすると、ＥＡ変調器１６−１から出力される光信号のパワーがＰ０からＰ１に遷移する前に、一番後段のＥＡ変調器１６−３から出力される光信号のパワーがＰ０００からＰ００１に遷移してしまうことになる。このようなタイミングのずれにより、光多値信号ＳＯの波形の歪みを生じる等の問題が生じる場合がある。そのため、信号変調装置１０では、遅延素子１３−２、１３−３を設けて、ＥＡ変調器１６−１〜１６−３の状態が、前段から後段にかけて順番に重畳するように調整されている。すなわち、遅延素子１３に設定される遅延時間は、後段になるほど大きな遅延時間に設定されている。
【００５４】
遅延素子１３−２、１３−３のそれぞれに設定される遅延時間は、限定されないものであるが、例えば、実験やシミュレーションにより、適当な時間を求めて設定するようにしても良い。例えば、遅延素子１３−２に設定する遅延時間としては、前段のＥＡ変調器１６−１で光信号が変調されてから、ＥＡ変調器１６−２で光信号が変調されるまでに要する時間に等しい時間（以下、「ｔ１」と呼ぶ）を適用するようにしても良い。遅延素子１３−３についても同様に、ＥＡ変調器１６−１、１６−２で光信号が変調され、ＥＡ変調器１６−３で光信号が変調されるまでに要する時間に等しい時間（以下、「ｔ２」と呼ぶ）を適用するようにしても良い。また、遅延素子１３−２、１３−３のそれぞれに設定される遅延時間は、実験やシミュレーションにより、光多値信号ＳＯの波形の歪みが最も少なくなる値に設定するようにしても良い。
【００５５】
また、例えば、２段目の遅延素子１３−２に設定する遅延時間ｔ１が求められた場合に、３段目の遅延素子１３−３に設定する遅延時間ｔ２を２×ｔ１と設定するようにしても良い。このように、２段目に設定する遅延時間ｔ１だけを実験やシミュレーションにより取得し、例えば、ｍ段目（３段目以降）の遅延素子１３に設定する遅延時間ｔｍを（ｍ−１）×ｔ１と設定するようにしても良い。
【００５６】
次に、信号変調装置１０から出力される光多値信号ＳＯを、もとのディジタル電気信号ＳＥと同様の形式のディジタル電気信号に復調する構成について説明する。
【００５７】
図４は、信号復調装置３０の構成例について示したブロック図である。
【００５８】
例えば、信号変調装置１０が光信号の送信側の通信装置に配置されている場合には、信号復調装置３０は受信側の通信装置に配置されるものである。
【００５９】
信号復調装置３０は、光多値信号ＳＯを受光して電気信号に変換する受光部３１と、受光部３１から与えられた多値の電気信号を、もとのディジタル電気信号ＳＥと同様の形式のディジタル電気信号に変換するＡＤ変換器３２を有している。
【００６０】
受光部３１は、既存の光電変換を行う変換器を適用することができる。また、ＡＤ変換器３２としては、既存のアナログ電気信号をディジタル電気信号に変換する変換器を適用することができる。
【００６１】
ＡＤ変換器３２では、受光部３１から出力される信号の出力電圧に応じて、入力された光多値信号ＳＯの値がＰ０００、Ｐ００１、Ｐ０１０、…、Ｐ１１１のいずれであったのかを判定し、その判定結果に応じたディジタル電気信号を出力するように成されている。
【００６２】
（Ａ−２）第１の実施形態の動作
次に、以上のような構成を有する第１の実施形態の信号変調装置の動作（実施形態の信号変調方法）を説明する。
【００６３】
まず、ＥＡ変調器１６−１〜１６−３のそれぞれに係る動作を説明する。
【００６４】
電気２値信号発生部１２−１から出力された電気２値信号（Ｂ１の信号）は、振幅調整部１４−１及びバイアス調整部１５−１により調整され、ＥＡ変調器１６−１に、ｓｅ１として入力される。
【００６５】
そして、ＥＡ変調器１６−１では、ｓｅ１が、ＣＷ−ＬＤ１１から与えられる連続光を光源として光信号に変調され、ＥＡ変調器１６−２に与えられる。
【００６６】
図５は、ＥＡ変調器１６−１に入力されるｓｅ１と、ＥＡ変調器１６−１の消光特性と、ＥＡ変調器１６−１から出力される光信号のパワーとの関係について示した説明図である。
【００６７】
図５では、ＥＡ変調器１６−１の消光特性は、Ｌ１０に示すような特性があるものとして説明している。
【００６８】
そして、図５に示すように、ＥＡ変調器１６−１に入力されるｓｅ１の値は、Ｖｂ１−Ｖ０（Ｂ１＝０の場合）又は、Ｖｂ１＋Ｖ１（Ｂ１＝１の場合）となっている。
【００６９】
ＥＡ変調器１６−１では、入力されるｓｅ１の値と、Ｌ１０に示す消光特性に基づいて、Ｐ０又はＰ１のパワーの光信号が出力される。
【００７０】
例えば、ＥＡ変調器１６−１では、ｓｅ１としてＶｂ１−Ｖ０（Ｂ１＝０の場合）が入力されると、Ｌ１０に示す消光特性により、出力する光信号のパワーはＰ０となる。また、ＥＡ変調器１６−１で、ｓｅ１としてＶｂ１＋Ｖ１（Ｂ１＝１の場合）が入力されると、Ｌ１０に示す消光特性により、出力する光信号のパワーはＰ１となる。
【００７１】
次に、ＥＡ変調器１６−２の動作について説明する。
【００７２】
電気２値信号発生部１２−２から出力された電気信号（Ｂ２の信号）は、遅延素子１３−２により所定時間遅延され、さらに、振幅調整部１４−２及びバイアス調整部１５−２により調整され、ＥＡ変調器１６−２に、ｓｅ２として入力される。
【００７３】
そして、ＥＡ変調器１６−２では、ｓｅ２が、ＥＡ変調器１６−１から与えられる光信号を光源として光信号に変調され、ＥＡ変調器１６−３に与えられる。
【００７４】
図６は、ＥＡ変調器１６−２に入力されるｓｅ２と、ＥＡ変調器１６−２の消光特性と、ＥＡ変調器１６−２から出力される光信号のパワーとの消光特性の関係について示した説明図である。
【００７５】
図６では、ＥＡ変調器１６−１から入力された光信号のパワーがＰ０だった場合のＥＡ変調器１６−２の消光特性は、Ｌ２０で表されるものとして説明している。また、図６では、ＥＡ変調器１６−１から入力された光信号のパワーがＰ１だった場合のＥＡ変調器１６−２の消光特性は、Ｌ２１で表されるものとして説明している。
【００７６】
そして、図６に示すように、ＥＡ変調器１６−２に入力されるｓｅ２の値は、Ｖｂ２−Ｖ０／２（Ｂ２＝０の場合）又は、Ｖｂ２＋Ｖ１／２（Ｂ２＝１の場合）となっている。
【００７７】
ＥＡ変調器１６−２では、ＥＡ変調器１６−１から入力される光信号のパワーの値と、入力されるｓｅ２の値と、Ｌ２０又はＬ２１に示す消光特性とに基づいて、Ｐ００、Ｐ０１、Ｐ１０、Ｐ１１のいずれかのパワーの光信号が出力される。
【００７８】
例えば、ＥＡ変調器１６−２で、ＥＡ変調器１６−１から入力される光信号のパワーの値がＰ０、入力されるｓｅ２の値がＶｂ２＋Ｖ１／２（Ｂ２＝１の場合）であった場合を想定する。この場合、ＥＡ変調器１６−２では、Ｖｂ２＋Ｖ１／２（Ｂ２＝１の場合）にＬ２０の消光特性が適用され、出力される光信号のパワーはＰ０１となる。
【００７９】
次に、ＥＡ変調器１６−３の動作について説明する。
【００８０】
電気２値信号発生部１２−３から出力された電気信号（Ｂ３の信号）は、遅延素子１３−３により所定時間遅延され、さらに、振幅調整部１４−３及びバイアス調整部１５−３により調整され、ＥＡ変調器１６−３に、ｓｅ３として入力される。
【００８１】
そして、ＥＡ変調器１６−３では、ｓｅ３が、ＥＡ変調器１６−２から与えられる光信号を光源として光信号に変調され、光多値信号ＳＯとして出力される。
【００８２】
図７は、ＥＡ変調器１６−３に入力されるｓｅ３と、ＥＡ変調器１６−３の消光特性と、ＥＡ変調器１６−３から出力される光信号のパワーとの消光特性の関係について示した説明図である。
【００８３】
図７では、ＥＡ変調器１６−２から入力された光信号のパワーが、Ｐ００、Ｐ０１、Ｐ１０、Ｐ１１だった場合のＥＡ変調器１６−３における消光特性は、それぞれＬ３０、Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３で表されるものとして説明している。
【００８４】
そして、図７に示すように、ＥＡ変調器１６−３に入力されるｓｅ３の値は、Ｖｂ３−Ｖ０／４（Ｂ３＝０の場合）又は、Ｖｂ３＋Ｖ１／４（Ｂ３＝１の場合）となっている。
【００８５】
ＥＡ変調器１６−３では、ＥＡ変調器１６−２から入力される光信号のパワーの値と、入力されるｓｅ３の値と、Ｌ３０〜Ｌ３３のいずれかに示す消光特性とに基づいて、Ｐ０００〜Ｐ１１１のいずれかのパワーの光信号が出力される。
【００８６】
例えば、ＥＡ変調器１６−３で、ＥＡ変調器１６−２から入力される光信号のパワーの値がＰ１０、入力されるｓｅ３の値がＶｂ２＋Ｖ１／４（Ｂ３＝１の場合）であった場合を想定する。この場合、ＥＡ変調器１６−３では、Ｖｂ２＋Ｖ１／４（Ｂ３＝１の場合）にＬ３２の消光特性が適用され、出力される光信号のパワーはＰ１０１となる。
【００８７】
次に、信号変調装置１０全体の動作について説明する。
【００８８】
図８は、信号変調装置１０に入力されるディジタル電気信号ＳＥ（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）と、光多値信号ＳＯの内容の例について示したタイミングチャートである。
【００８９】
図８では、ディジタル電気信号ＳＥ（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）に基づいて、電気２値信号発生部１２−１〜１２−３のそれぞれから出力される波形と、ＥＡ変調器１６−１〜１６−３により変調された結果出力される光多値信号ＳＯの波形を示している。なお、図８では、ＥＡ変調器１６−１〜１６−３のそれぞれの動作時間等については図示を省略している。
【００９０】
図８では、Ｔ１〜Ｔ６のそれぞれのタイミングが、上述の図示しない基準クロック発生器により同期されたタイミングを示しており、Ｔ１〜Ｔ６のそれぞれのタイミングで、電気２値信号発生部１２−１〜１２−３から出力される電圧値が遷移している。
【００９１】
そして、図８では、電気２値信号発生部１２−１〜１２−３から出力される信号の遷移に応じて出力される光多値信号ＳＯのパワーが遷移している。
【００９２】
例えば、タイミングＴ２からＴ３の間では、電気２値信号発生部１２−１〜１２−３は、それぞれＢ１＝１、Ｂ２＝１、Ｂ３＝１に基づく電気信号を出力しているので、光多値信号ＳＯのパワーはＰ１１１となっている。
【００９３】
（Ａ−３）第１の実施形態の効果
第１の実施形態によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００９４】
（Ａ−３−１）信号変調装置１０では、ディジタル電気信号ＳＥのチャネル数（ビット長）分ＥＡ変調器１６を連結して、それぞれのＥＡ変調器１６に、ディジタル電気信号ＳＥに基づく電気２値信号を入力している。そして、２段目以降のＥＡ変調器１６では、前段のＥＡ変調器１６から出力される光信号を光源として、入力された電気２値信号を変調することにより、全ての電気２値信号を重畳した光多値信号ＳＯを生成している。これにより、信号変調装置１０では、従来波形歪みなく生成することが困難であった多値の電気信号を取り扱うことなく、一つの光源から多値変調の光信号を生成することが可能となる。
【００９５】
（Ａ−３−２）信号変調装置１０では、連結されたＥＡ変調器１６−１〜１６−３が、それぞれｓｅ１〜ｓｅ３を光信号に変調しているだけなので、特許文献１〜４の記載技術のように、複数の光信号を合波する方式をとっていない。
【００９６】
例えば、特許文献４の記載技術では、導波路基盤の光路差調整及び温度調整などを高精度で行い、光の位相変動が起こらない設計が要求される。また、特許文献３の記載技術では、光信号の合波に伴うビートノイズ発生を抑圧するためには、光変調信号発生手段が出力する波長を異なる値とするか、若しくは偏波を直交させなければならないという制限がある（特許文献３の段落００１７参照）。そのため、特許文献３の記載技術では、光変調信号発生手段は、それぞれ、入力される電気信号に基づいて２値の振幅変調光信号を互いに異なる波長または偏波で発生するようになっている（特許文献３の、図１、図２、図６、図７、図９、及び段落００３６参照）。
【００９７】
すなわち、第１の実施形態の信号変調装置１０では、従来の特許文献１〜４の記載技術のように、複数の光信号を合波する構成と採用せず、光多値信号の生成に、高度な設計及び制御が必要ないため、容易に歪みの少ない高品質の光多値信号が生成でき、さらに、従来技術よりも低コストで構築することができる。
【００９８】
（Ｂ）第２の実施形態
以下、本発明による信号変調装置及び方法の第２の実施形態を、図面を参照しながら詳述する。
【００９９】
図９は、第２の実施形態の信号変調装置１０Ａの機能的構成について示したブロック図である。
【０１００】
第２の実施形態の信号変調装置１０Ａは、第１の実施形態のＣＷ−ＬＤ１１、振幅調整部１４−１、バイアス調整部１５−１、及びＥＡ変調器１６−１が、ＬＤドライバ１７及び直接変調ＬＤ１８に置き換わっている点で第１の実施形態と異なっている。
【０１０１】
直接変調ＬＤ１８は、光源である半導体レーザに電気信号を加えることにより、電気信号を光信号に変調する直接変調方式の信号変調器である。直接変調ＬＤ１８としては、既存の直接変調方式の信号変調器を適用することができる。
【０１０２】
ＬＤドライバ１７は、電気２値信号発生部１２−１から出力された電気信号に基づいて、直接変調ＬＤ１８を駆動させるドライバである。ＬＤドライバ１７としては、既存の直接変調方式の信号変調器に用いるドライバを適用することができる。
【０１０３】
第１の実施形態では、電気２値信号発生部１２−１から出力された電気信号を、ＥＡ変調器を用いて光信号に変調していたが、第２の実施形態では、ＥＡ変調器ではなく直接変調方式の信号変調器（直接変調ＬＤ１８）を用いている。
【０１０４】
直接変調方式の信号変調器は、ＥＡ変調器よりも安価であるため、第２の実施形態の信号変調装置１０Ａは、第１の実施形態よりも安価に構築することができる。
【０１０５】
また、第２の実施形態では、１段目にＥＡ変調器ではなく直接変調方式の信号変調器を用いているため、第１の実施形態よりもＥＡ変調器を１段少なくすることができ、消光比のより高い光多値信号ＳＯが得られる。
【０１０６】
（Ｃ）他の実施形態
本発明は、上記の各実施形態に限定されるものではなく、以下に例示するような変形実施形態も挙げることができる。
【０１０７】
（Ｃ−１）上記の各実施形態では、２段目以降のＥＡ変調器のそれぞれに入力する電気２値信号（ｓｅ２、ｓｅ３）は、遅延素子により遅延処理が施されているが、遅延素子を省略するようにしても良い。遅延素子は、光多値信号ＳＯに発生する歪み等を抑制するために挿入しているが、光多値信号ＳＯに遅延素子を挿入しなければならないほどの精度が要求されない場合（例えば、光多値信号ＳＯの周波数が低い等）には、遅延素子を省略することができる。
【０１０８】
（Ｃ−２）上記の各実施形態では、振幅調整部、バイアス調整部を設けて、電気２値信号発生部から出力される信号を調整している。しかし、電気２値信号発生部から出力される信号の振幅やバイアスが最初から所定の値に調節されている場合には、振幅調整部及びバイアス調整部省略するようにしても良い。
【符号の説明】
【０１０９】
１０…信号変調装置、１１…ＣＷ−ＬＤ、１２、１２−１〜１２−３…電気２値信号発生部、１３、１３−２、１３−３…遅延素子、１４、１４−１〜１４−３…振幅調整部、１５、１５−１〜１５−３…バイアス調整部、１６−１〜１６−３…ＥＡ変調器。
【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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