(57)【要約】【課題】多値変調を行う光位相変調器の実装技術上の困難を解決すること。小型化され且つシンプルな構造を有する、多値変調を行う光位相変調器を低コストで提供すること。【解決手段】光位相変調器１００は、ｍ個の増幅器１０１−１〜１０１−ｍと、コンバイナ１０２と、バイアスティ１０３と、半導体レーザ１０４とから構成される。ｍ個の増幅器１０１−１〜１０１−ｍは夫々、１つの変調信号を入力され、入力された変調信号を増幅する。本発明に係る光位相変調器１００は、増幅器の増幅率が、ｍ個の変調信号に対して、Ｖπ／２m-1（ここで、Ｖπは、位相をπ変化させるために必要な電圧）となるように設定され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】
夫々が１つの変調信号を増幅するｍ個の増幅器と（ｍは１以上の整数）、
前記ｍ個の増幅器によって増幅されたｍ個の変調信号を合波するコンバイナと、
前記コンバイナによって合波された変調信号およびバイアス信号を印加するバイアスティと、
前記バイアスティから出力された信号に従って、光位相変調信号を出力する半導体レーザと
から構成された光位相変調器であって、
前記増幅器の増幅率は、ｍ個の変調信号に対して、Ｖπ／２m-1（Ｖπは、位相をπ変化させるために必要な電圧）であることを特徴とする光位相変調器。
【請求項２】
夫々が１つの変調信号を増幅するｍ個の増幅器と（ｍは１以上の整数）、
前記ｍ個の増幅器によって増幅されたｍ個の変調信号を合波するコンバイナと、
前記コンバイナから出力された信号に従って、光位相変調信号を出力する半導体レーザと
から構成された光位相変調器であって、
前記半導体レーザは、活性部層と、位相変調部とから構成され、
前記活性層部は、バイアス信号が入力され、
前記位相変調部は、前記コンバイナによって合波された変調信号が入力され、
前記増幅器の増幅率は、ｍ個の変調信号に対して、Ｖπ／２m-1（Ｖπは、位相をπ変化させるために必要な電圧）であることを特徴とする光位相変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光位相変調器に関し、具体的には、多値変調を行う光位相変調器に関する。
【背景技術】
【０００２】
光の位相に情報を載せて通信を行う光位相変調方式では、一般にマッハツェンダ型強度変調器を利用して変調信号を生成する。近年では、多値化の研究が進み、四位相偏移変調（Quadrature Phase Shift Keying、以下ＱＰＳＫと略称する）が実用化に至っている。
【０００３】
ＱＰＳＫ信号を生成するための、従来の変調器の構成として、入力された光を２つに分岐し、分岐した光の一方を並列接続した２つのマッハツェンダ型強度変調器の一方に入力し、他方の光をもう一方のマッハツェンダ型強度変調器に入力して、出力側にて、一方の光の位相を他方の光に対してπ／２だけシフトさせるような構成が知られている（特許文献１を参照）。
【０００４】
かかる構成において、個々のマッハツェンダ型強度変調器では、任意の変調信号に基づき二位相偏移変調（Binary Phase Shift Keying、以下ＢＰＳＫと略称する）が行われる。並列接続したマッハツェンダ型強度変調器の出力を合波することにより、ＱＰＳＫ信号が生成される。
【０００５】
かかる構成では、位相がπ／２シフトしない側が同相（Ｉ）、位相がπ／２シフトする側が逆相（Ｑ）となる。分岐した２つの光を変調し、位相をシフトした後、合成することでＱＰＳＫ変調信号が生成される。
【０００６】
また、非特許文献１に記載されているように、多値数ｍのｍＰＳＫ変調の場合、マッハツェンダ型強度変調の並列数を増やし、出力時のシフト量を２π／ｍとする構成が知られている。
【０００７】
一般的な光位相変調器においては、LiNbO3基板を用いたLN変調器を使用するが、LN変調器はcmオーダのサイズであり、光送信器の将来的な小型化の要求には応えられない。
【０００８】
ここで、小型化が容易なInP基板を用いた光半導体変調器においては、マッハツェンダ変調器の大きさが1mm×5mmと超小型であり将来的な小型化の要求に応えることができる（非特許文献２、非特許文献３を参照）。しかし、InP基板を用いた光半導体変調器では、差動デバイスであるためにプラスおよびマイナス双方の変調信号が必要であり、さらに、π／２の位相シフトの調整用電極が必要である。このように、InP基板を用いた光半導体変調器は、超小型であるがゆえに、配線を高密度に実装する必要があり、実装技術上の困難が高まっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４１７０２９８号明細書
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】坂本ら、「4並列型マハツェンダ変調器による光8PSK信号のベクトル合成」、2009年電子情報通信学会総合大会、B-10-52
【非特許文献２】Eiichi Yamadaら、「Compact Low-power-consumption Optical Modulator」、NTTテクニカルレビュー、March 2005、Vol.3、No.3
【非特許文献３】Yasuo Shibataら、「Demonstration of 112-Gbit/s DP-QPSK modulation using InP n-p-i-n Mach-Zehnder modulators」、（イタリア）、ECOC 2010、2010年9月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、多値変調を行う光位相変調器の実装技術上の困難を解決することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、夫々が１つの変調信号を増幅するｍ個の増幅器と（ｍは１以上の整数）、ｍ個の増幅器によって増幅されたｍ個の変調信号を合波するコンバイナと、コンバイナによって合波された変調信号およびバイアス信号を印加するバイアスティと、バイアスティから出力された信号に従って、光位相変調信号を出力する半導体レーザとから構成された光位相変調器であって、増幅器の増幅率は、ｍ個の変調信号に対して、Ｖπ／２m-1（Ｖπは、位相をπ変化させるために必要な電圧）であることを特徴とする。
【００１３】
本発明は、夫々が１つの変調信号を増幅するｍ個の増幅器と（ｍは１以上の整数）、ｍ個の増幅器によって増幅されたｍ個の変調信号を合波するコンバイナと、コンバイナから出力された信号に従って、光位相変調信号を出力する半導体レーザとから構成された光位相変調器であって、半導体レーザは、活性部層と、位相変調部とから構成され、活性層部は、バイアス信号が入力され、位相変調部は、コンバイナによって合波された変調信号が入力され、増幅器の増幅率は、ｍ個の変調信号に対して、Ｖπ／２m-1（Ｖπは、位相をπ変化させるために必要な電圧）であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、小型化され且つシンプルな構造を有する光位相変調器を低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光位相変調器の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る光位相変調器の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る光位相変調器の概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る光位相変調器の概略構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る光位相変調器の概略構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第６の実施形態に係る光位相変調器の概略構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第７の実施形態に係る光位相変調器の概略構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第８の実施形態に係る光位相変調器の概略構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第９の実施形態に係る光位相変調器の概略構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第１０の実施形態に係る光位相変調器の概略構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第１１の実施形態に係る光位相変調器の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第１２の実施形態に係る光位相変調器の概略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】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図を参照しながら説明する。
【００１７】
[第１の実施形態]
図１は、本実施形態に係る光位相変調器１００の概略構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態に係る光位相変調器１００は、ｍ個の増幅器１０１−１〜１０１−ｍと、コンバイナ１０２と、バイアスティ１０３と、半導体レーザ１０４とから構成される。
【００１９】
ｍ個の増幅器１０１−１〜１０１−ｍは夫々、１つの変調信号を入力され、入力された変調信号を増幅する。増幅器の増幅率が、ｍ個の変調信号に対して、
【００２０】
【数１】
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【００２１】
となるように設定する。ここで、Ｖπは、位相をπ変化させるために必要な電圧である。
【００２２】
コンバイナ１０２は、ｍ個の増幅器１０１−１〜１０１−ｍの後段に接続される。コンバイナ１０２は、ｍ個の増幅器からの増幅されたｍ個の変調信号を合波し、多値変調信号１１２を生成する。
【００２３】
バイアスティ１０３は、コンバイナ１０２の後段に接続される。バイアスティ１０３は、多値変調信号１１２とバイアス信号１１３とを印加し、バイアス印加多値変調信号１１４を生成する。
【００２４】
半導体レーザ１０４は、入力されたバイアス印加多値変調信号１１４に従って、光位相変調信号１１５を出力する。半導体レーザ１０４は、光位相の変調をかける活性層部を備える。
【００２５】
本実施形態の具体例として、ｍ＝２とし、変調信号１１１−１として010101・・・信号、変調信号１１１−２として110001・・・信号を入力した場合、コンバイナ１０２からの出力は、π/4,3π/4,0,2π/4,0,3π/4・・・に相当する多値変調信号となる。多値位相変調信号にバイアス信号が印加され、半導体レーザに入力されることによって、図１に示すような光位相を有する光位相変調信号となる。
【００２６】
本実施形態に係る光位相変調器は、半導体レーザが光位相変調の機能を有するので、光位相変調を行うための外部の変調器を必要としない。ただし、半導体レーザから光位相変調信号を発生させるためには、増幅器の増幅率を（式１）に示したように設定し、増幅された変調信号を足し合わせる必要がある。
【００２７】
かかる技術的特徴により、本実施形態に係る光位相変調器は、外部の変調器を必要としない。これにより、小型化され且つコストが低減された光位相変調器を作成することができる。
【００２８】
また、外部変調器によって光位相変調信号を生成する場合、同相側、逆相側それぞれに変調信号を掛ける必要があるため、外部変調器に対する電極数が増えることとなり実装の工程が増える一方、本実施形態では、半導体レーザ１０４に対しての電極数は１つのみであり、非常にシンプルな構造で光位相変調器を作成することができる。
【００２９】
[第２の実施形態]
図２は、本実施形態に係る光位相変調器１００の概略構成を示すブロック図である。
【００３０】
図２に示すように、本実施形態に係る光位相変調器１００は、ｍ個の増幅器１０１−１〜１０１−ｍと、コンバイナ１０２と、増幅器１０５と、バイアスティ１０３と、半導体レーザ１０４とから構成される。
【００３１】
本実施形態に係る光位相変調器１００は、コンバイナ１０２の後段且つバイアスティ１０３の前段に増幅器１０５を備えた点において、第１の実施形態と相違するが、他の構成要素については第１の実施形態と同様である。
【００３２】
半導体レーザ１０４の特性によっては、１段の増幅器の増幅倍率では不足する場合もあることから、本実施形態では、増幅器の多段構成を採用している。
【００３３】
[第３の実施形態]
図３は、本実施形態に係る光位相変調器１００の概略構成を示すブロック図である。
【００３４】
図３に示すように、本実施形態に係る光位相変調器１００は、ｍ個のデジタルアナログコンバータ１０６−１〜１０６−ｍと、コンバイナ１０２と、バイアスティ１０３と、半導体レーザ１０４とから構成される。
【００３５】
変調信号は元々デジタルアナログコンバータから出力されているが、一般にデジタルアナログコンバータの出力は、半導体レーザを位相変調できるほど大きくない。従って、第１の実施形態や第２の実施形態で示したように、コンバイナの前段の増幅器で変調信号を増幅する必要がある。
【００３６】
しかしながら、近年では、出力が大きなデジタルコンバータが実現されてきている。従って、図３に示すように、デジタルアナログコンバータ１０６−１〜１０６−ｍから発生した変調信号１１１−１〜１１１−ｍを、増幅器を介することなく、直接コンバイナ１０２で合波するような構成が可能である。ただし、この際、デジタルアナログコンバータ１０６−１〜１０６−ｍからの出力は、（式１）の比率で出力される必要がある。
【００３７】
本実施形態に係る光位相変調器では、増幅器が不要となるため、シンプルな構成で光位相変調器を作成することができる。
【００３８】
[第４の実施形態]
図４は、本実施形態に係る光位相変調器１００の概略構成を示すブロック図である。
【００３９】
図４に示すように、本実施形態に係る光位相変調器１００は、ｍ個のデジタルアナログコンバータ１０６−１〜１０６−ｍと、コンバイナ１０２と、増幅器１０５と、バイアスティ１０３と、半導体レーザ１０４とから構成される。
【００４０】
本実施形態に係る光位相変調器１００は、コンバイナ１０２の後段且つバイアスティ１０３の前段に増幅器１０５を備えた点において、第３の実施形態と相違するが、他の構成要素については第３の実施形態と同様である。
【００４１】
半導体レーザ１０４の特性によっては、１段の増幅器の増幅倍率では不足する場合もあることから、本実施形態では、増幅器の多段構成を採用している。
【００４２】
[第５の実施形態]
図５は、本実施形態に係る光位相変調器１００の概略構成を示すブロック図である。
【００４３】
図５に示すように、本実施形態に係る光位相変調器１００は、ｍ個の増幅器１０１−１〜１０１−ｍと、コンバイナ１０２と、半導体レーザ１０４とから構成される。半導体レーザ１０４は、活性層部１０４１と、位相変調部１０４２とから構成される
本実施形態に係る光位相変調器１００は、バイアスティを備えない点、ならびに、半導体レーザ１０４が活性層部１０４１と、位相変調部１０４２とから構成される点において、第１の実施形態と相違するが、他の構成要素については第１の実施形態と同様である。
【００４４】
半導体レーザ１０４は、活性層部１０４１と、位相変調部１０４２とから構成される。バイアス信号１１３は、半導体レーザ１０４の活性層部１０４１に入力される。コンバイナ１０２で合波された多値変調信号１１２は、半導体レーザ１０４の位相変調部１０４２に入力される。
【００４５】
上記の第１乃至第４の実施形態のように活性層部にて光位相変調をかける場合、位相変調信号に応じて光出力が上下する。従って、位相状態によって光強度が異なることとなり、受信側にて光強度の変動を補償することにより強度成分を消失させる必要がある。
【００４６】
これに対し、本実施形態のように位相変調部１０４２を備えた半導体レーザ１０４を用いた場合、位相状態による光強度変動がない。よって、受信側で光強度の変動を補償する必要がなくなるので、受信側の構成をシンプルにすることができる。
【００４７】
[第６の実施形態]
図６は、本実施形態に係る光位相変調器１００の概略構成を示すブロック図である。
【００４８】
図６に示すように、本実施形態に係る光位相変調器１００は、ｍ個の増幅器１０１−１〜１０１−ｍと、コンバイナ１０２と、増幅器１０５と、半導体レーザ１０４とから構成される。半導体レーザ１０４は、活性層部１０４１と、位相変調部１０４２とから構成される。
【００４９】
本実施形態に係る光位相変調器１００は、コンバイナ１０２の後段且つ半導体レーザ１０４の前段に増幅器１０５を備えた点において、第５の実施形態と相違するが、他の構成要素については第５の実施形態と同様である。
【００５０】
半導体レーザ１０４の特性によっては、１段の増幅器の増幅倍率では不足する場合もあることから、本実施形態では、増幅器の多段構成を採用している。
【００５１】
[第７の実施形態]
図７は、本実施形態に係る光位相変調器１００の概略構成を示すブロック図である。
【００５２】
図７に示すように、本実施形態に係る光位相変調器１００は、ｍ個のデジタルアナログコンバータ１０６−１〜１０６−ｍと、コンバイナ１０２と、半導体レーザ１０４とから構成される。半導体レーザ１０４は、活性層部１０４１と、位相変調部１０４２とから構成される。
【００５３】
変調信号は元々デジタルアナログコンバータから出力されているが、一般にデジタルアナログコンバータの出力は、半導体レーザを位相変調できるほど大きくない。従って、第５の実施形態や第６の実施形態で示したように、コンバイナの前段の増幅器で変調信号を増幅する必要がある。
【００５４】
しかしながら、近年では、出力が大きなデジタルコンバータが実現されてきている。従って、図７に示すように、デジタルアナログコンバータ１０６−１〜１０６−ｍから発生した変調信号１１１−１〜１１１−ｍを、増幅器を介することなく、直接コンバイナ１０２で合波するような構成が可能である。ただし、この際、デジタルアナログコンバータ１０６−１〜１０６−ｍからの出力は、（式１）の比率で出力される必要がある。
【００５５】
本実施形態に係る光位相変調器では、増幅器が不要となるため、シンプルな構成で光位相変調器を作成することができる。
【００５６】
[第８の実施形態]
図８は、本実施形態に係る光位相変調器１００の概略構成を示すブロック図である。
【００５７】
図８に示すように、本実施形態に係る光位相変調器１００は、ｍ個のデジタルアナログコンバータ１０６−１〜１０６−ｍと、コンバイナ１０２と、増幅器１０５と、半導体レーザ１０４とから構成される。半導体レーザ１０４は、活性層部１０４１と、位相変調部１０４２とから構成される。
【００５８】
本実施形態に係る光位相変調器１００は、コンバイナ１０２の後段且つ半導体レーザ１０４の前段に増幅器１０５を備えた点において、第７の実施形態と相違するが、他の構成要素については第７の実施形態と同様である。
【００５９】
半導体レーザ１０４の特性によっては、１段の増幅器の増幅倍率では不足する場合もあることから、本実施形態では、増幅器の多段構成を採用している。
【００６０】
[第９の実施形態]
図９は、本実施形態に係る光位相変調器１００の概略構成を示すブロック図である。
【００６１】
図９に示すように、本実施形態に係る光位相変調器１００は、ｍ個の増幅器１０１−１〜１０１−ｍと、コンバイナ１０２と、バイアスティ１０３と、半導体レーザモジュール１０７とから構成される。半導体レーザモジュール１０７は、バイアスティ１０８と、半導体レーザ１０４とから構成される。半導体レーザ１０４は、活性層部１０４１と、位相変調部１０４２とから構成される。
ｍ個の増幅器１０１−１〜１０１−ｍは夫々、１つの変調信号を入力され、入力された変調信号を増幅する。増幅器の増幅率は、ｍ個の変調信号に対して、
【００６２】
【数２】
2013222860.tif 000004
【００６３】
であることは、第１の実施形態と同様である。
【００６４】
コンバイナ１０２は、ｍ個の増幅器１０１−１〜１０１−ｍの後段に接続される。コンバイナ１０２は、ｍ個の増幅器からの増幅されたｍ個の変調信号を合波し、多値変調信号１１２を生成する。
【００６５】
バイアスティ１０３は、コンバイナ１０２の後段に接続される。バイアスティ１０３は、多値変調信号１１２とバイアス信号１１３とを印加し、バイアス印加多値変調信号１１４を生成する。
【００６６】
半導体レーザモジュール１０７は、バイアスティ１０３の後段に接続される。半導体レーザモジュール１０７に入力されたバイアス印加多値変調信号１１４は、半導体レーザモジュール１０７のバイアスティ１０８において２つに分けられる。
【００６７】
バイアスティ１０８の出力の一方は、半導体レーザ１０４の活性層部１０４１に接続され、バイアスティ１０８の出力の他方は、半導体レーザ１０４の位相変調部１０４２に接続される。位相変調部１０４２において、光位相の変調がかけられた後、光位相変調信号１１５として出力される。
【００６８】
本実施形態では、半導体レーザモジュール１０７に対しての電極数は１つのみであり、見かけ上の電極数を減らすことができる。
【００６９】
[第１０の実施形態]
図１０は、本実施形態に係る光位相変調器１００の概略構成を示すブロック図である。
【００７０】
図１０に示すように、本実施形態に係る光位相変調器１００は、ｍ個の増幅器１０１−１〜１０１−ｍと、コンバイナ１０２と、増幅器１０５と、バイアスティ１０３と、半導体レーザモジュール１０７とから構成される。半導体レーザモジュール１０７は、バイアスティ１０８と、半導体レーザ１０４とから構成される。半導体レーザ１０４は、活性層部１０４１と、位相変調部１０４２とから構成される。
【００７１】
本実施形態に係る光位相変調器１００は、コンバイナ１０２の後段且つバイアスティ１０３の前段に増幅器１０５を備えた点において、第９の実施形態と相違するが、他の構成要素については第９の実施形態と同様である。
【００７２】
半導体レーザ１０４の特性によっては、１段の増幅器の増幅倍率では不足する場合もあることから、本実施形態では、増幅器の多段構成を採用している。
【００７３】
[第１１の実施形態]
図１１は、本実施形態に係る光位相変調器１００の概略構成を示すブロック図である。
【００７４】
図１１に示すように、本実施形態に係る光位相変調器１００は、ｍ個のデジタルアナログコンバータ１０６−１〜１０６−ｍと、コンバイナ１０２と、バイアスティ１０３と、半導体レーザモジュール１０７とから構成される。半導体レーザモジュール１０７は、バイアスティ１０８と、半導体レーザ１０４とから構成される。半導体レーザ１０４は、活性層部１０４１と、位相変調部１０４２とから構成される。
【００７５】
変調信号は元々デジタルアナログコンバータから出力されているが、一般にデジタルアナログコンバータの出力は、半導体レーザを位相変調できるほど大きくない。従って、第９の実施形態や第１０の実施形態で示したように、コンバイナの前段の増幅器で変調信号を増幅する必要がある。
【００７６】
しかしながら、近年では、出力が大きなデジタルコンバータが実現されてきている。従って、図１１に示すように、デジタルアナログコンバータ１０６−１〜１０６−ｍから発生した変調信号１１１−１〜１１１−ｍを、増幅器を介することなく、直接コンバイナ１０２で合波するような構成が可能である。ただし、この際、デジタルアナログコンバータ１０６−１〜１０６−ｍからの出力は、（式２）の比率で出力される必要がある。
【００７７】
本実施形態に係る光位相変調器では、増幅器が不要となるため、シンプルな構成で光位相変調器を作成することができる。
【００７８】
[第１２の実施形態]
図１２は、本実施形態に係る光位相変調器１００の概略構成を示すブロック図である。
【００７９】
図１２に示すように、本実施形態に係る光位相変調器１００は、ｍ個のデジタルアナログコンバータ１０６−１〜１０６−ｍと、コンバイナ１０２と、増幅器１０５と、バイアスティ１０３と、半導体レーザモジュール１０７とから構成される。半導体レーザモジュール１０７は、バイアスティ１０８と、半導体レーザ１０４とから構成される。半導体レーザ１０４は、活性層部１０４１と、位相変調部１０４２とから構成される
本実施形態に係る光位相変調器１００は、コンバイナ１０２の後段且つバイアスティ１０３の前段に増幅器１０５を備えた点において、第１１の実施形態と相違するが、他の構成要素については第１１の実施形態と同様である。
【００８０】
半導体レーザ１０４の特性によっては、１段の増幅器の増幅倍率では不足する場合もあることから、本実施形態では、増幅器の多段構成を採用している。
【符号の説明】
【００８１】
１００：光位相変調器
１０１−１〜１０１−ｍ，１０５：増幅器
１０２：コンバイナ
１０３，１０８：バイアスティ
１０４：半導体レーザ
１０４１：活性層部
１０４２：位相変調部
１０６−１〜１０６−ｍ：デジタルアナログコンバータ
１０７：半導体レーザモジュール
１１１−１〜１１１−ｍ：変調信号
１１２：多値変調信号
１１３：バイアス信号
１１４：バイアス印加多値変調信号
１１５：光位相変調信号
【図１】
2013222860.tif 000005
【図２】
2013222860.tif 000006
【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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