(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に隣り合うパルス同士の位相差により情報が表現されるＮ値（Ｎは３以上の整数）の多値差動位相変調された光信号パルス列を受信するための光信号処理回路であって、
基板上に、光の入力ポートから入力された前記多値差動位相変調された光信号パルス列を２分割する光カプラと、
前記光カプラに接続され導波路長が異なる２本の光導波路で構成される光遅延導波路対と、
前記光遅延導波路対に接続された２入力Ｎ出力の多モード干渉光カプラと、
前記多モード干渉光カプラの各出力ポートからの光信号出力強度を判定して前記光信号パルス列によって表現された情報を判別する判別処理回路と
を備え、
前記光遅延導波路対は、ひとつの光信号パルスと当該光信号パルスの１つ前の光信号パルスとが同時に出力されるように、前記２本の光導波路の導波路長差よってもたらされる遅延時間差が入力される光信号パルス列のタイムスロットと等しく設定され、
前記多モード干渉光カプラは、入力された２つの光信号パルス列を干渉させてＮ個の出力ポートから各々（ｉ／Ｎ）×３６０°（ｉは０≦ｉ≦Ｎ−１を満たす整数）の位相差を与えて出力し、
前記判別処理回路は、前記多モード干渉光カプラの各出力ポートからの光信号出力強度を、各々２つの閾値によって３値に判定するＮ個の閾値デバイスと、前記Ｎ個の閾値デバイスの判定結果より前記光信号パルス列によって表現された情報を判別する手段とを備えたことを特徴とする光信号処理回路。
【請求項２】
前記光遅延導波路対を構成する少なくとも一方の光導波路に位相制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光信号処理回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号処理回路に関し、より詳細には、多値光差動位相変調された光信号を処理するための光信号処理回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のインターネットの爆発的な進展に伴い、超高密度波長多重通信方式による通信技術の精力的な開発がなされ、実用化に至っている。研究レベルでは、すでに光増幅器に用いられる周波数帯域を使い尽くすところまできており、光増幅器の周波数帯域の拡大と共に、周波数利用効率の向上が大きな研究テーマとなってきている。しかし、最近では、周波数利用効率が、一偏波あたりのナイキスト限界である１ｂｉｔ／ｓｅｃ／Ｈｚへと近づきつつある。かかる技術的障壁を打破する手法のひとつが、多値変調方式である。
【０００３】
図５は、従来の強度変調・直接受信型の多値変調光受信機の構成を示す図で、この多値変調光受信機では、受光器４１により受光された入力光信号が、電気信号に変換されて閾値デバイス４２に出力され、この閾値デバイス４２では、これらの電気信号出力の強度を、Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の４段階に識別できるように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の光変調機では、入力光信号の強度を識別するためには、上述した閾値デバイス４２に３つの閾値を設定する必要があり、これらの適切な閾値設定が煩雑であるという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、閾値の設定が容易な光信号処理回路を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の光信号処理回路は、相互に隣り合うパルス同士の位相差により情報が表現されるＮ値（Ｎは３以上の整数）の多値差動位相変調された光信号パルス列を受信するための光信号処理回路であって、基板上に、光の入力ポートから入力された前記多値差動位相変調された光信号パルス列を２分割する光カプラと、前記光カプラに接続され導波路長が異なる２本の光導波路で構成される光遅延導波路対と、前記光遅延導波路対に接続された２入力Ｎ出力の多モード干渉光カプラと、前記多モード干渉光カプラの各出力ポートからの光信号出力強度を判定して前記光信号パルス列によって表現された情報を判別する判別処理回路とを備え、前記光遅延導波路対は、ひとつ光信号パルスと当該光信号パルスの１つ前の光信号パルスとが同時に出力されるように、前記２本の光導波路の導波路長差よってもたらされる遅延時間差が入力される光信号パルス列のタイムスロットと等しく設定され、前記多モード干渉光カプラは、入力された２つの光信号パルス列を干渉させてＮ個の出力ポートから各々（ｉ／Ｎ）×３６０°（ｉは０≦ｉ≦Ｎ−１を満たす整数）の位相差を与えて出力し、前記判別処理回路は、前記多モード干渉光カプラの各出力ポートからの光信号出力強度を、各々２つの閾値によって３値に判定するＮ個の閾値デバイスと、前記Ｎ個の閾値デバイスの判定結果より前記光信号パルス列によって表現された情報を判別する手段とを備えたことを特徴とする。このような構成の光信号処理回路により、多値光差動位相変調方式の光信号変調における閾値の設定が容易となる。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光信号処理回路において、前記光遅延導波路対を構成する少なくとも一方の光導波路に、位相制御手段を備えることを特徴とする。このような構成の光信号処理回路により、入力光信号の光周波数ドリフトへの対応が可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【０００９】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の光信号処理回路の第１の実施態様を説明するための構成図である。光信号処理回路は、光の入力ポート１１と、光カプラ１２と、光カプラ１２に接続され互いに導波路長が異なる２本の光導波路で構成される光遅延導波路対１３と、光ハイブリッド素子として動作する多モード干渉光カプラ１４と、４つの光の出力ポート１５ａ〜ｄから構成されている。
【００１０】
入力光信号の各パルスは、光信号処理回路に備える多モード干渉光カプラ１４の出力ポートの数Ｎに応じて位相変調されている。本実施例の光信号処理回路の場合は、Ｎ＝４であることに対応して、各々の入力光信号パルスは、０°、９０°、１８０°、又は２７０°のいずれかの位相変調を受けている。このような位相変調された光信号パルスにより伝達される情報は、光信号パルス列において相互に隣り合うこととなるパルス同士の位相差により表現される。
【００１１】
例えば、１の光信号パルスがその直前の光信号パルスと同じ位相をもつ場合には、Ｓ０、９０°異なる位相であればＳ１、１８０°異なる位相であればＳ２、２７０°異なる位相であればＳ３を表す。本光信号処理回路では、入力ポート１１から入力された光信号パルスを、光カプラ１２により２つに分割し、各々の光信号を光遅延導波路対１３を構成する長光路側及び短光路側の光導波路に導く。そして、該光遅延導波路対１３による遅延時間を、入力信号のタイムスロットτと同じ時間となるように設定している。
【００１２】
光遅延導波路対１３を経由した信号光パルスは、Ｎ個の出力ポートを備える多モード干渉光カプラ１４に導かれる。多モード干渉光カプラ１４は、上述した２つの光信号パルスに対して、（ｉ／Ｎ）×３６０°だけの位相差（ｉ＝０、１、２、…、Ｎ−１）を与えて干渉させる。本実施例の場合はＮ＝４であるので、０°、９０°、１８０°、又は２７０°の位相差を与えて干渉させることとなる。
【００１３】
多モード干渉光カプラ１４では、入力された２つの光信号パルスを干渉させた結果、Ｉ１＋Ｉ２＋２√Ｉ１・√Ｉ２・ｓｉｎ（φ＋θ）で与えられる光出力が得られる。ここで、Ｉ１とＩ２は２つの光信号パルスの強度、φは２つの光信号パルスの位相差である。また、θは光の出力ポート１５ａ〜ｄ毎に異なる定数であって、１５ａでは０°、１５ｂでは９０°、１５ｃでは１８０°、１５ｄでは２７０°である。光信号パルスにより伝達される情報は、上記の光出力を表す式中の位相に関する項であるφに含まれる。
【００１４】
多モード干渉光カプラ１４により位相が付加された光信号は、付加された位相に対応して設けられた光の出力ポート１５ａ〜ｄより出力させる。具体的には、光の出力ポート１５ａからは位相差０°が付加（位相付加なし）された光信号パルスが、光の出力ポート１５ｂからは位相差９０°が付加された光信号パルスが、光の出力ポート１５ｃからは位相差１８０°が付加された光信号パルスが、そして、光の出力ポート１５ｄからは位相差２７０°が付加された光信号パルスが出力されるといった具合である。
【００１５】
なお、各光の出力ポートと付加される位相差との関係は、必ずしも上記の関係を有する必要はなく、各々の対応関係が明確であればよい。
【００１６】
図２（ａ）〜（ｅ）は、図１に示した光信号処理回路の動作を説明するための図である。図２（ａ）は、光信号処理回路に入力される入力光信号のパルス列を示しており、これらの光信号パルスにより伝達される情報（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、又はＳ３）の列に対応する。
【００１７】
上述したように、個々の信号パルスは、０°、９０°、１８０°、又は２７０°のいずれかの位相変調を受けており、これらの光信号パルスにより伝達される情報は、光信号パルス列中において相互に隣り合うこととなる光信号パルス同士の位相差により表現される。ここでは、光遅延導波路１４による遅延時間が、入力信号のタイムスロットτと同じ時間となるように設定されているので、ある光信号パルスの位相は、光信号パルスのひとつ前の光信号パルスの位相と比較されることとなる。
【００１８】
図２（ｂ）〜（ｅ）は、各光の出力ポート（１５ａ〜ｄ）からの光信号出力強度の様子を示す図である。例えば出力ポート１５ｂから出力される光信号強度は、入力された情報がＳ１であれば２Ｐ（Ｐは光強度で決まる定数）、入力情報がＳ０又はＳ２であればＰ、入力情報がＳ３であれば０となる。
【００１９】
従って、閾値を適当にＰ±δと選べば（δはＰより小さい実数）、光出力がＰ＋δより大きければ入力情報がＳ１であることが分かり、光出力がＰ−δより小さければ入力情報がＳ３であることが分かり、それ以外の光出力なら入力情報がＳ０又はＳ２のいずれかであることが分かる。
【００２０】
これと同様に、例えば、出力ポート１５ｃから出力される光信号強度は、入力情報がＳ２であれば２Ｐ、入力情報がＳ１又はＳ３のいずれかであればＰ、入力情報がＳ０であれば０となる。
【００２１】
従って、光出力がＰ＋δより大きければ入力情報がＳ２であることが分かり、光出力がＰ−δより小さければ入力情報がＳ０であることが分かり、それ以外なら入力情報がＳ１又はＳ３のいずれかであることが分かる。
【００２２】
光の出力ポート１５ａ及び１５ｄにおいても、上述した入力情報の判別と同様の判別が行なわれ、このような入力情報の判別を行なうことにより、入力情報がＳ０、Ｓ１、Ｓ２、又はＳ３、のいずれであるかを判別することが可能となる。
【００２３】
図３は、上述した情報判別を電気回路により行なうようにした判別処理回路のブロック図である。この判別処理回路は、上述した光信号処理回路３１と、図示しない多モード干渉光カプラに接続された受光器３２ａ〜３２ｄと、これらに接続された直流カットフィルタ３３ａ〜３３ｄと、これらに接続された閾値デバイス３４ａ〜３４ｄと、減算器３５ａ及び３５ｂと、判別器３６と、乗算器３７とで構成される。
【００２４】
光信号処理回路３１の多モード干渉光カプラにより、０°、９０°、１８０°、２７０°の位相差を付加された干渉光信号は、この光信号処理回路３１から出力され、付加された位相差に対応する受光器３２ａ〜３２ｄに導かれる。このとき、受光器３２ａ〜３２ｄでは、上述のように、入力された情報に対応して、０、Ｐ、又は２Ｐのいずれかの出力の電気信号が得られる。
【００２５】
受光器３２ａ〜３２ｄから出力された電気信号は、直流カットフィルタ３３ａ〜３３ｄにより電気信号の直流成分が除かれた後、閾値デバイス３４ａ〜３４ｄによる入力情報の判定結果に対応して−１、０、＋１のいずれかの値にシフトされる。減算器３５ａ又はｂは、位相差が１８０°である電気信号の組についてシフト後の値の引き算を行なう。
【００２６】
ここで、光信号パルス間に、０°と１８０°の位相差を与えて干渉させて得られた信号をＡ、９０°と２７０°の位相差を与えて干渉させて得られた信号をＢとする。入力情報がＳ０であるときには、Ａ＝１、Ｂ＝０、入力情報がＳ１であるときには、Ａ＝０、Ｂ＝１、入力情報がＳ２であるときには、Ａ＝−１、Ｂ＝０、入力情報がＳ３であるときにはＡ＝０、Ｂ＝−１となる。その結果を、表１として纏めている。
【００２７】
【表１】
0003796144.tif 000002
【００２８】
従って、判別器３６により、Ａ＝−１かつＢ＝−１であることを判定することで、データを２進法で表現したときの下位ビットの値（ＬＳＢ）が得られる。また、乗算器３７により、Ｂの２乗を求めることで、データを２進法で表現したときの上位ビットの値（ＭＳＢ）が得られる。
【００２９】
図１に示した第１の実施形態の光信号処理回路では、光導波路上に要素回路を備える構成としているため、光信号処理回路内を伝達する光信号の位相が極めて安定化する。このため、情報を光信号の位相として伝達する方式の光信号受信回路を、安定かつ小型に実現できる。また、光ハイブリッド素子として多モード干渉光カプラを用いているために、広い波長範囲で動作可能な光信号処理回路を提供できる。
【００３０】
なお、以上の実施例では簡単のために多値変調のレベル数Ｎが４であるとして説明を行なったが、本発明はこの例に限定されるものではなく、レベル数Ｎは６でも８でも１２でも、また別のレベル数であってもよい。
【００３１】
〔第２の実施形態〕
図４は、本発明の光信号処理回路の第２の実施形態を説明するための図で、この光信号処理回路は、シリコン基板２０上に配置された、入力用光導波路２１と、光カプラ２２と、光カプラ２２に接続され互いに導波路長が異なる２本の光導波路で構成される光遅延導波路対２３と、位相制御手段である位相シフタ２４と、多モード干渉光カプラ２５と、出力用光導波路２６ａ〜ｄとにより構成されている。
【００３２】
本実施例では、光遅延導波路対２３を構成する２本の光導波路のうちの一方の光導波路に位相シフタ２４を備える構成としている。かかる位相シフタ２４を備えることにより、光遅延導波路対２３の遅延時間と入力信号のタイムスロットτとの間に誤差が生じた場合であっても、信号光の位相調整が可能な光信号処理回路が提供できるようになる。
【００３３】
しかしながら、本発明は本実施例に限定されるものではなく、位相シフタ２４を備えない構成としてもよく、また、光遅延導波路対２３を構成する２本の光導波路の双方に、位相シフタ２４を備える構成としてもよい。
【００３４】
なお、図４に示した光信号処理回路では、光信号パルス間に２７０°、０°、９０°、１８０°の位相差が付加された干渉信号が、各々、出力用光導波路２６ａ〜ｄに導かれることとしているが、これは、通常の４×４ＭＭＩ素子の第１入力ポートと第３入力ポートを用いるとかかる特性となるためである。
【００３５】
しかしながら、本発明はこの例に限定されるものではなく、他の出力ポートと位相差との組み合わせとすることとしてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光信号処理回路は、基板上に、光の入力ポートから入力された光信号を２つに分割する光カプラと、光カプラに接続され互いに導波路長が異なる２本の光導波路で構成される光遅延導波路対と、光遅延導波路対に接続された２入力Ｎ出力（Ｎは３以上の整数）の多モード干渉光カプラとを備える構成としたので、多値差動位相変調された光信号受信のための閾値の設定が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光信号処理回路の第１の実施形態を説明するための図である。
【図２】第１の実施形態の光信号処理回路の信号特性を示す図である。
【図３】第１の実施形態の光信号処理回路のための電気信号処理の構成を示す図である。
【図４】本発明の光信号処理回路の第２の実施形態を説明するための図である。
【図５】従来の多値強度変調信号の直接検波のための受信器の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１１  入力ポート
１２  光カプラ
１３  光遅延線対
１４  多モード干渉光カプラ
１５  出力ポート
２０  基板
２１  入力用光導波路
２２  光カプラ
２３  光遅延導波路対
２４  位相シフタ
２５  他モード干渉光カプラ
２６  出力用光導波路
３１  光信号処理回路
３２  受光器
３３  直流カットフィルタ
３４  閾値デバイス
３５  減算器
３６  判別器
３７  乗算器
４１  受光器
４２  閾値デバイス
【図１】
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【図２】
0003796144.tif 000004
【図３】
0003796144.tif 000005
【図４】
0003796144.tif 000006
【図５】
0003796144.tif 000007