CN101896855A - 光调制器和光通信系统 - Google Patents

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Abstract

光调制器包括：光分支单元，将入射光分支为第一信号光和第二信号光；第一马赫-曾德调制器，对第一信号光进行调制；第二马赫-曾德调制器，对第二信号光进行调制；移相器，向来自第二马赫-曾德调制器的输出光的相位给与固定相移；以及光复用器，对来自第一马赫-曾德调制器的输出光和来自移相器的输出光进行复用。移相器给与相移以使得到光复用器的两路输入光具有60度的相位差；并且第一和第二马赫-曾德调制器受三级信号驱动。

Description

光调制器和光通信系统
技术领域
本发明涉及高效地生成用于光传送大容量信号的多级调制信号光(特别是六级相位调制光)的光调制器和具有该光调制器的光通信系统。
背景技术
光纤通信系统有利地允许高效传输大容量信息。光纤通信系统允许高效信息传送的原因有两个。第一个原因在于作为传送介质的光纤的低损耗特性使得传送期间信号的衰减损耗很小。因此，可有利地削减长距离传送所必需的诸如中继器或发生器之类的设备。第二个原因在于通过时分复用可以削减光信号的发射/接收所必需的硬件。因此，可有利地降低传送相同容量所需的成本。第二个原因对于因因特网的普及所致的通信容量增大尤其有用。例如，某些商业光纤通信系统每波长传送10Gb/s。近年来，某些光纤通信系统已经开始每波长传送40Gb/s。
为了应对未来更大容量的信息通信，需要能够复用更多信号的超高速信号光传送技术。作为对该需要的响应，已经针对与在100Gb/s的速度量级上(近似100Gb/s)或更高速度量级上的信号传送相关的技术进行密集的开发和研究。
容易生成并检测其信号的NRZ(非归零)码被广泛地用在高达每波长10Gb/s的光纤通信系统中。在NRZ系统中，二进制信号被编码为光ON(导通)和OFF(关断)以供传送。
NRZ系统中的超高速传送具有两个主要问题。第一个问题在于由于光纤具有色散导致波形恶化。由光纤的色度色散或偏振模式色散引起的波形失真随着信号速度的增大而变得更加严重。这种由色度色散或偏振模式色散引起的波形失真限制了光通信系统的传输距离。更具体地，受色度色散限制的传输距离与信号速度增大的平方成反比地缩短。同时，受偏振模式色散限制的可能传输距离与信号速度成反比地缩短。
第二个问题在于电信号复用电路的工作速度限制。例如，100Gb/s的信号传送需要100GHz频带量级的电子电路，亦即能够以近似100GHz的信号频率进行正常操作的电子电路。但是，使用当前技术中的高经济性硅CMOS很难实现这种电路。为了实现这种电路，使用InP材料的电子器件技术是必要的。即使可以应用使用InP材料的某些电子器件技术，也必须克服各种技术问题以达到稳定操作，这是因为100GHz量级的工作速度几乎是器件的工作速度极限。
除了增大电子电路的工作速度来实现超高速传送的方案之外，多级光调制技术已引起人们关注。多级调制是将多比特信息指派给三种或更多种光状态的调制技术。例如，差分正交相移键控(DQPSK)已作为用于40Gb/s光传送的重要技术引起人们关注。在DQPSK中，将2比特数字值(00、01、10和11)指派给四种状态或光相位0°、90°、180°和270°(下文中称为“符号”)。在此系统中，通过一符号传送两个比特。于是，符号速率是比特速率的一半。因此，处理这些符号的电子电路需要近似为比特速率一半的频带。例如，对于通过DQPSK传送100Gb/s的信号需要50G符号/秒的符号速率。
有利地，对50G符号/秒的信号进行处理的诸如复用器和调制器驱动器之类的电子电路需要近似高达50GHz的频带。符号速率低于比特速率，因此，一个符号的时隙是比特时隙的两倍。因此，由色散引起的波形失真的影响变小，并且与诸如NRZ之类的二进制调制相比，可有利地增大受色散限制的传输距离。利用以上优点，用于生成、传送和检测DQPSK信号光的技术已经在开发中。
下文中参考图11描述涉及DQPSK信号生成的背景技术。图11是示出专利文献1的图3所述的正交相移键控单元的框图。在图11所示的正交相移键控单元中，进入入射端1110的光被分支为相等光量的两路信号光。一路信号光在第一相位调制器1111中经历二进制(0或π相位)调制。另一路信号光在第二相位调制器1112中也经历二进制(0或π相位)调制。在二进制调制之后，移相器1113给出了π/2的相移。这两路经相位调制的光被复用并从出射端1114输出。
图12呈现了示出图11所示的正交相移键控单元中的相位调制光的相位的复坐标平面。由图11所示的第一相位调制器1111实现的相位调制在图12中由相位调制(信号光状态)1211来呈现。考虑到由移相器1113给出的/2相移，由图11所示的第二相位调制器1112实现的相位调制在图12中由相位调制1212来呈现。这些调制光被复用来生成具有四种相位状态1213的调制光。
如上所述，例如，在专利文献2中，可以使用马赫-曾德(Mach-Zehnder)调制器(马赫-曾德光调制器)来作为图11所示的两个相位调制器1111和1112，以便更容易且更精确地执行二进制相移键控。马赫-曾德光调制器通常包括在用于生成DQPSK信号的配置中。
一些方法除了DQPSK之外还包括四级强度调制以生成16级调制信号光(例如，参见专利文献3)。图13是示出专利文献3的图11所述的光通信系统的多级调制信号生成部分的框图。在图13所示的配置中，从光源1310输出的CW(顺时针)光在第一相位调制器1311中经0或π调制并且在第二相位调制器1312中经0或π/2调制，由此通过两个相位调制器1311和1312生成了DQPSK信号光。然后，光在受四级信号驱动的强度调制器1313中经历强度调制。通过相位调制器1311和1312以及强度调制器1313中的处理来组合四级相位调制(DQPSK)和四级强度调制产生了16级调制信号光。通过除DQPSK之外还使用四级强度调制，符号速率为比特速率的1/4。于是，有利地，例如，用于传送40Gb/s的信号的必要符号处理速度仅仅为10GHz量级。与使用DQPSK的信号传送相比，偏振模式色散所限制的传输距离可望更小。换而言之，可望延长传输距离。顺带提及，可以使用图11所示的配置来生成DQPSK信号光。
专利文献1：未实审日本专利申请KOKAI公布No.H3-179939(第17页和图3)；
专利文献2：专利公布No.2760856(第3页和图1)；以及
专利文献3：未实审日本专利申请KOKAI公布No.2006-339760(第0092-0095段落和图11)。
发明内容
上述背景技术具有如下问题。第一问题在于：由于多级调制中的状态数目(例如，16级调制中为16个；下文中称为“值的数目”)增大了，所以用于调制的组件必须具有高线性特性。例如，在图13所示的配置中的16级调制信号光生成方法中，强度调制单元1313必须针对四级信号光的每一输入生成四级输出信号光。例如，马赫-曾德光调制器在输入信号电压与输出光强度之间具有非线性关系。当马赫-曾德光调制器用作强度调制单元1313时，必须预先向输入信号光添加相反特性，以使得输出光变为相等间隔的四级强度调制信号光。但是，如一般所知的，很难以高准确度来生成并放大数十Gb/s量级的信号来获取相等间隔的输出光。
第二问题在于用于生成多级调制信号的电路随着值的数目增大而具有更复杂的配置。例如，为了在图13所示的配置中生成16级调制信号光，必须将信号给与两个部分，即，相位调制单元1311和1312以及强度调制单元1313，并因此增大了组件数目。使用较少数目的组件来实现多级调制系统的光调制器是矢量光调制器。矢量光调制器使用马赫-曾德光调制器作为相位调制单元1311和1312以生成在图11所示的配置中的DQPSK信号光。不仅针对相位调制而且针对强度调制使用两个马赫-曾德光调制器，以便生成任意强度和任意相位的光状态。但是，在这种情况下，应用于马赫-曾德光调制器的电信号不是二进制信号而是具有模拟信号波形的信号。于是，出现了组件必须具有高线性特性的第一个问题。
如果将值的数目设定为诸如4之类的较小数以便防止上述第一和第二问题，即，防止电路配置变得在配置方面很复杂并且电路组件必须具有高线性特性，则很难实现降低电子电路的符号处理速度来实现超高速传送的最初目的。因此，第三问题在于难以实现降低符号处理速度的最初目的。
未来的研究和开发将专注于100Gb/s的信号，其超出了目前所审查以供推广的40Gb/s信号。在使用针对40GHz频带量级的用于处理40Gb/s信号光的电子电路技术的前提下，当值的数目低至4时，用于100Gb/s传送的符号速率将是50G符号/秒，这意味着针对更高速度的电路技术是必要的。当值的数目为8时，一个符号传送三个比特。符号速率可降至33G符号/秒。在这种情况下，针对40GHz量级的电路技术是适用的。但是，用于生成八级信号光的调制系统的配置变得复杂。
例如，为了在矢量光调制器中生成八级相位调制信号光，使得由两个马赫-曾德光调制器生成的光矢量信号具有八个值必须有四级驱动信号，如图14的复坐标所示。在图14中，箭头示出由矢量光调制器给出的相位调制(更具体地，信号光状态)。图14还示出了通过对它们进行复用生成的八种相位状态(8个相移键控信号光的信号点)1411。
对于第三问题，在大多数用于在抑制电子电路的必要操作速度并防止调制系统的配置变得复杂的同时使符号处理速度的降低最优化的多级光调制系统中，值的数目为2n。这是因为当值的数目为2n时，很容易配置用于生成多级信号或者在接收之后对符号进行处理的数字电子电路。于是，如果传送速度不符合倍乘2n系数的速度并且用于实现2n最低倍数的值的电路配置被用来实现传送速度，则不必要地增大了值的数目，从而导致系统复杂。例如，40GHz符合10GHz倍乘2n系数的速度，而100GHz不符合40GHz倍乘2n系数的速度。
本发明的目的是提供一种光调制器和光通信系统，其中，当传送速度不符合倍乘2n系数的速度时，使用可能的最低数目的值以便克服电子电路中诸如复杂度和线性特性之类的问题，并优化电子电路的配置以便具有几乎等于现有系统的符号处理速度，由此，缓和了由受限电路速度强加的传送容量极限，并高效地生成多级相位调制光信号。
本发明的第一方面提供了一种光调制器，其包括：光分支单元，将入射光分支为第一信号光和第二信号光；第一马赫-曾德调制器，对所述第一信号光进行调制；第二马赫-曾德调制器，对所述第二信号光进行调制；移相器，向来自所述第二马赫-曾德调制器的输出光的相位给与固定相移；以及光复用器，对来自所述第一马赫-曾德调制器的输出光和来自所述移相器的输出光进行复用，其中所述移相器给与所述相移以使得到所述光复用器的两路输入光具有60度的相位差；并且所述第一马赫-曾德调制器和所述第二马赫-曾德调制器受三级信号(three-level signal)驱动。
本发明第二方面提供了一种光调制器，其包括：光分支单元，将入射光分支为第一信号光和第二信号光；第一相位调制器，对所述第一信号光进行调制；第二相位调制器，对所述第二信号光进行调制；第一强度调制器，对来自所述第一相位调制器的输出光的强度进行调制；第二强度调制器，对来自所述第二相位调制器的输出光的强度进行调制；移相器，向来自所述第二强度调制器的输出光的相位给与固定相移；以及光复用器，对来自所述第一强度调制器的输出光和来自所述移相器的输出光进行复用，其中所述移相器给与所述相移以使得到所述光复用器的两路输入光具有60度的相位差；并且第一和第二相位调制器以及第一和第二强度调制器受二进制信号驱动。
本发明第三方面提供了一种光通信系统，其包括：编码器电路，将输入数据变换为两个序列的三级信号并输出这两个序列的三级信号；光分支单元，将入射光分支为第一信号光和第二信号光；第一马赫-曾德调制器，对所述第一信号光进行调制；第二马赫-曾德调制器，对所述第二信号光进行调制；移相器，向来自所述第二马赫-曾德调制器的输出光的相位给与固定相移；光复用器，对来自所述第一马赫-曾德调制器的输出光和来自所述移相器的输出光进行复用；接收装置，用于接收来自所述光复用器的输出光并利用本地光来执行相干接收；相位检测装置，用于检测来自所述接收装置的输出光的光相位；以及解码器电路，基于来自所述相位检测装置的输出来输出二进制数据，其中所述移相器给与所述相移以使得到所述光复用器的两路输入光具有60度的相位差；并且所述第一马赫-曾德调制器和所述第二马赫-曾德调制器受从所述编码器电路输出的三级信号驱动。
本发明第四方面提供了一种光通信系统，其包括：编码器电路，将输入数据变换为四个序列的二进制信号并输出这四个序列的二进制信号；光分支单元，将入射光分支为第一信号光和第二信号光；第一相位调制器，对所述第一信号光进行调制；第二相位调制器，对所述第二信号光进行调制；第一强度调制器，对来自所述第一相位调制器的输出光的强度进行调制；第二强度调制器，对来自所述第二相位调制器的输出光的强度进行调制；移相器，向来自所述第二强度调制器的输出光的相位给与固定相移；以及光复用器，对来自所述第一强度调制器的输出光和来自所述移相器的输出光进行复用；接收装置，用于接收来自所述光复用器的输出光并利用本地光来执行相干接收；相位检测装置，用于检测来自所述接收装置的输出光的光相位；以及解码器电路，基于来自所述相位检测装置的输出来输出二进制数据，其中所述移相器给与所述相移以使得到所述光复用器的两路输入光具有60度的相位差；并且所述第一相位调制器和所述第二相位调制器以及所述第一强度调制器和所述第二强度调制器受从所述编码器电路输出的二进制信号驱动。
在本发明的光调制器和光通信系统中，当传送速度不符合倍乘2n系数的速度时，使用可能的最低数目的值以便克服电子电路中诸如复杂度和线性特性之类的问题，并优化电子电路的配置以便具有几乎等于现有系统的符号处理速度，因此，缓和了由受限电路速度强加的传送容量极限。
根据以下参考附图进行的说明，将很清楚本发明的上述和其它目的、特性和优点。
附图说明
图1是根据本发明实施例1的光调制器的框图；
图2是根据实施例1的特定矢量调制器的框图；
图3呈现了示出六级相位调制光的相位的复坐标平面；
图4是示出马赫-曾德调制器的透射率对所施加电压的依赖性的曲线图；
图5是根据本发明实施例2的光调制器的框图；
图6是示出根据输入信号比特序列的编码器输出信号和所生成相位的表；
图7是示出在平均编码器输出为0时根据输入信号比特序列的编码器输出信号和所生成的相位的表；
图8是根据本发明实施例3的光调制器的框图；
图9是示出实施例3中根据输入信号比特序列的编码器输出信号和所生成相位的表；
图10是根据本发明实施例4的光通信系统的框图；
图11是示出正交相移键控单元的框图；
图12呈现了示出四级相位调制光的相位的复平面图；
图13是图8所示的光通信系统中的多级调制信号生成部分的框图；以及
图14呈现了示出八级相位调制信号的相位的复坐标平面。
具体实施方式
下文中将参考附图描述本发明的实施例。图中用相同标号指示相同组件。
(实施例1)
图1是示出根据本发明实施例1的光调制器的配置的框图。此实施例的光调制器包括将入射光分支为两路光的光分支单元101、对由光分支单元101分支出的第一路光进行调制的第一马赫-曾德调制器102、对由光分支单元101分支出的第二路光进行调制的第二马赫-曾德调制器103、连接到第二马赫-曾德调制器103并且向光相位给与固定相移或固定移相率(shift rate)的移相器104、以及对来自第一马赫-曾德调制器102的输出光和来自移相器104的输出光进行复用的光复用器105。移相器104向入射光给与相移以使得进入光复用器105的两路光具有60度的相位差。第一和第二马赫-曾德调制器102和103受三级信号驱动。
此实施例的光调制器生成六级相位调制信号光。六级相位调制允许通过一个符号来传送六种状态的信号。此外，六级相位调制允许通过两个符号来传送36种状态的信号。换而言之，在两个符号中包含高达5个比特(25＝32)。因此，实现了按2.5比特/符号的多级信号传送。因而，40Gb/s的符号速率能够满足100Gb/s的信号传送。因此，电子电路相比于DQPSK需要更小频带。
图2是根据此实施例的具体示例的框图，其示出了生成六级相位调制信号的矢量调制器的配置。图3呈现了示出六级相位调制光的相位的复坐标平面。
此实施例的调制器是上述矢量调制器。在图2所示的配置中，从入射端210进入的光被光分支单元211分支为第一信号光和第二信号光。第一信号光进入第一马赫-曾德调制器212，而第二信号光进入第二马赫-曾德调制器213。在受三级信号214驱动的情况下，第一马赫-曾德调制器212对第一信号光进行调制。在受三级信号215驱动的情况下，第二马赫-曾德调制器213对第二信号光进行调制。移相器217向来自第二马赫-曾德调制器的输出光给与60度的相移。
图4是用于说明输出光针对马赫-曾德调制器的如下所施加电压的透射率411的曲线图，在该所施加电压处，与强度调制相关联地生成的啁啾(额外相位调制)为零。在图4中，Vb是马赫-曾德调制器的偏置电压，Vπ是马赫-曾德调制器的半波电压。在图4中，信号点413指示出当输入电压(所施加电压)为Vb时光被熄灭。信号点412指示出当电压为Vb-Vπ时光被以光相位0来发射。信号点414指示出当电压为Vb+Vπ时光被以光相位π来发射。在进入马赫-曾德调制器212和213的驱动信号具有由信号点412、413和414指示出的三个电压水平的情况下，来自第一马赫-曾德调制器212的输出光的电场将在图3所示的复坐标平面上具有三种状态：0°相位的发光(信号点312处的状态)、180°相位的发光(信号点315处的状态)、和消光(信号点318处的状态)。另一方面，来自移相器217的输出光的电场将在如下三种状态间切换：60°相位的发光(信号点313处的状态)、240°相位的发光(信号点316处的状态)、和消光(信号点318处的状态)。
在光复用器216对来自第一马赫-曾德调制器212和移相器217的输出光进行复用之后，在输出端218处提供如下六级相位调制输出。
六级相位调制输出：
通过接收来自第一马赫-曾德调制器212的0°相位的发光(信号点312)和来自移相器217的消光(信号点318)产生的具有0°光相位的第一光调制输出(信号点312)；
通过接收来自第一马赫-曾德调制器212的消光(信号点318)和来自移相器217的60°相位的发光(信号点313)产生的具有60°光相位的第二光调制输出(信号点313)
通过接收来自第一马赫-曾德调制器212的180°相位的发光(信号点315)和来自移相器217的60°相位的发光(信号点313)产生的具有120°光相位的第三光调制输出(信号点314)；
通过接收来自第一马赫-曾德调制器212的180°相位的发光(信号点315)和来自移相器217的消光(信号点318)产生的具有180°光相位的第四光调制输出(信号点315)；
通过接收来自第一马赫-曾德调制器212的消光(信号点318)和来自移相器217的240°相位的发光(信号点316)产生的具有240°光相位的第五光调制输出(信号点316)以及
通过接收来自第一马赫-曾德调制器212的0°相位的发光(信号点312)和来自移相器217的240°相位的发光(信号点316)产生的具有300°光相位的第六光调制输出(信号点317)。
很容易理解，在以上调制输出中，光强度在光相位为0°、60°、180°和240°的输出(仅输出一路分支光)之间相等。此外，从图3中的矢量合成可以理解，对来自两个调制器的光进行复用的相位为120°和300°的输出的光强度等于其它光相位输出的光强度。利用以上动作，可以获得六级相位调制光。
(实施例2)
图5是根据本发明实施例2的光调制器的框图。该光调制器被形成在铌酸锂(LiNbO3)结晶衬底(铌酸锂衬底)520上。在图5中，从入射光纤510输入的光耦合到铌酸锂衬底520的波导并被Y分支电路(光分支单元)511分支为第一信号光和第二信号光。分支比率是1∶1。光分支单元511的一个输出连接到第一马赫-曾德调制器512的输入。第一马赫-曾德调制器512对输入光进行调制。光分支单元511的另一输出连接到第二马赫-曾德调制器513的输入。第二马赫-曾德调制器513对输入光进行调制。第二马赫-曾德调制器513的输出连接到移相器517。移相器517被施以静态电压以使得入射光的光相位移相60°。第一马赫-曾德调制器512的输出和移相器517的输出分别连接到铌酸锂衬底520上的光复用器516的两个输入。光复用器516对两路输入光进行复用。光复用器516的输出经由铌酸锂衬底520的波导耦合到输出光纤518并被输出到输出光纤518。
编码器521接收5比特的二进制信号(输入数据)并在两个符号中向两个输出序列的每一个输出三级信号，即，-1、0和1。图6是示出编码器521的输出信号以及根据输入信号的比特序列生成的相位的表。在图6中，“输出1”是从编码器521给与第一马赫-曾德调制器512的第一输出514，“输出2”是从编码器521给与第二马赫-曾德调制器513的第二输出515。
编码器521的第一输出514连接到驱动放大器522的输入。驱动放大器522对输入信号进行放大。驱动放大器522的输出连接到第一马赫-曾德调制器512以对其进行驱动。类似地，编码器521的第二输出515连接到驱动放大器523的输入。驱动放大器523对输入信号进行放大。驱动放大器523的输出连接到第二马赫-曾德调制器513以对其进行驱动。
第一马赫-曾德调制器512包括DC偏置端口524，并且第二马赫-曾德调制器513包括DC偏置端口525。在来自驱动放大器522的输入电压为0时引起消光的适当电压被施加到DC偏置端口524。在来自驱动放大器523的输入电压为0时引起消光的适当电压被施加到DC偏置端口525。
下文中将描述图5所示的光调制器的动作。从入射光纤510输入的光被光分支单元511划分为具有相同量的两路光。第一马赫-曾德调制器512对第一信号光进行调制。第一马赫-曾德调制器512接收从编码器521提供来的并经驱动放大器522放大的驱动信号以产生峰到峰幅度2Vπ。驱动信号具有三个电压水平，即，-Vπ、0和Vπ。在驱动信号为0时引起消光的电压(图4中的电压Vb)被施加到DC偏置端口524。因此，第一马赫-曾德调制器512产生使得在三种状态之间跳变的信号光，所述三种状态是0相位的发光、消光和π相位的发光。类似地，第二马赫-曾德调制器513产生使得在三种状态之间跳变的信号光。
移相器517向第二马赫-曾德调制器513的输出给与固定相移。施加到移相器517用以移相的电压被优化以使得第一马赫-曾德调制器512的输出光和移相器517的输出光在被光复用器516复用时具有60°的相位差。例如，当光分支单元511与光复用器516之间的两个光路径长度相等时，要施加的电压为Vπ/3。在此复用中获得了六级PSK信号。图6所示的“相位1”和“相位2”是根据输入信号的比特序列生成的。如上所述，生成了六级相位调制信号。
由移相器517所施加的电压引起的并且光复用器516所需的相位差不限于60°，而可以是120°、240°和300°中的任一个。这是因为各个相位差的绝对值并不重要，只要来自两个调制器的输出信号具有60°(+60°或-60°)的相对相位差即可。
在图5所示的实施例2中，在两个符号(36种状态)中包含5个比特(25＝32)以供传送5比特(32种状态)的六级相位调制光。如刚刚描述的，信号光状态(36种状态)的数目大于要传送的状态的数目(32种状态)，这在将5比特数据映射到信号光状态时创建了某种程度的自由度。
用于驱动第一和第二马赫-曾德调制器512和513的信号是高速信号。因此，通常使用AC耦合放大器作为驱动放大器522和523。在由AC耦合驱动放大器进行的放大中，平均信号水平可以致使输入水平“0”通向(1ead to)从“0”偏离的并且具有根据放大系数而变化的值的输出水平。例如，在图6的真值表所示的编码中，应用于第一和第二马赫-曾德调制器512和513的符号的平均值分别近似为0.046875和-0.078125，并且输出水平可能从输入水平偏离。
为了消除以上的可能偏离，在向状态映射时的自由度允许改变指派以使得平均符号值为0。更具体地，使用图7所示的指派。在图7所示的指派中，指派到5比特(32种状态)数据的符号的平均值为0。指派到5比特数据的符号被顺序地提供给第一和第二马赫-曾德调制器512和513，并且三级信号的时间平均值为0。因此，即使使用了AC耦合驱动放大器，输入水平“0”也通向输出水平“0”。无论放大系数为何，操作都得以稳定化。
(实施例3)
图8是根据本发明实施例3的光调制器的框图。在图8所示的光调制器中，马赫-曾德调制器受二进制电信号驱动，以便生成六级相位调制信号。编码器823将输入数据变换为四个二进制信号序列并输出它们。光分支单元811将从入射光纤801输入的光分支为两路光。第一信号光进入第一马赫-曾德调制器812并被第一马赫-曾德调制器812调制。第一马赫-曾德调制器812接收来自编码器823的经驱动放大器828放大而产生峰到峰幅度2Vπ的第一输出(二进制信号)824作为驱动信号。该驱动信号具有两个电压水平-Vπ和Vπ。
在驱动信号为0时引起消光的电压，亦即图4所示的电压Vb被施加于DC偏置端口814。因此，第一马赫-曾德调制器812产生处于如下状态中的任一个的信号光：0相位的发光和π相位的发光。第三马赫-曾德调制器816对来自第一马赫-曾德调制器812的输出光的强度进行调制。
第三马赫-曾德调制器816接收来自编码器823的经驱动放大器829放大而产生峰到峰幅度Vπ的第三输出(二进制信号)825作为驱动信号。这里，适当电压被施加到DC偏置端口818以使得光取决于到第三马赫-曾德调制器816的两个输入水平而被完全透射或屏蔽。第一马赫-曾德调制器812的相位调制和第三马赫-曾德调制器816的强度调制的组合产生了包括0相位发光、消光和π相位发光这三种状态的光，这三种状态的光在图5所示的实施例1中是从第一马赫-曾德调制器512输出的。
来自光分支单元811的第二信号光进入第二马赫-曾德调制器813并由第二马赫-曾德调制器813进行调制。第二马赫-曾德调制器813接收来自编码器823的经驱动放大器830放大而产生峰到峰幅度2Vπ的第二输出(二进制信号)826作为驱动信号。
当驱动信号为0时引起消光的适当电压，亦即图4所示的电压Vb被施加到DC偏置端口815。因此，第二马赫-曾德调制器813产生处于如下状态中的任一个的信号光：0相位的发光和π相位的发光。第四马赫-曾德调制器817对来自第二马赫-曾德调制器813的输出光的强度进行调制。
在驱动信号为0时引起消光的适当电压，亦即图4所示的电压Vb被施加到DC偏置端口815。因此，第二马赫-曾德调制器813产生处于如下状态中的任一个的信号光：0相位的发光和π相位的发光。第四马赫-曾德调制器817对来自第二马赫-曾德调制器813的输出光的强度进行调制。
第四马赫-曾德调制器817接收来自编码器823的经驱动放大器831放大而产生峰到峰幅度Vπ的第四输出(二进制信号)827作为驱动信号。适当电压被施加到DC偏置端口819以使得光取决于到第四马赫-曾德调制器817的两个输入水平而被完全透射或屏蔽。第二马赫-曾德调制器813的相位调制和第四马赫-曾德调制器817的强度调制的组合产生了包括0相位发光、消光和π相位发光这三种状态的光。移相器821向第四马赫-曾德调制器817的输出光给与了60°的相位差。
光复用器820对第三马赫-曾德调制器816的输出光和移相器821的输出光进行复用，并输出得到的光。光复用器820的输出经由铌酸锂结晶衬底832的波导而耦合到输出光纤822并输出到输出光纤822。从编码器823输出并应用于第一、第二、第三和第四马赫-曾德调制器812、813、816和817的信号可以是如图9所示的那些信号。在此实施例中，驱动光调制器的信号都是二进制信号，并且六级相位调制信号得以生成。
在图9中，“输出1(PM-1)”和“输出2(AM-1)”分别对应于从编码器823给与第一马赫-曾德调制器812的第一输出824和从编码器823给与第三马赫-曾德调制器816的第三输出825。“输出3(PM-2)”和“输出4(AM-2)”分别对应于从编码器823给与第二马赫-曾德调制器813的第二输出826和从编码器823给与第四马赫-曾德调制器817的第四输出827。另外，图9中的“*”指示出可以使用三个值中的任一个。
在此实施例中，使用了第三和第四马赫-曾德调制器816和817。但是，不必然使用马赫-曾德调制器，而只要可执行强度调制即可。例如，可用电场吸收光调制器或使用声光效果的光调制器来取代第三和第四马赫-曾德调制器816和817。即使相位调制和强度调制的顺序与图8所示的相反，也可获得与此实施例相同的效果。图9所示的符号指派是作为示例来给出的，并且可使用其它符号指派。
(实施例4)
图10是根据本发明实施例4的光通信系统的框图。图10所示的光通信系统包括根据本发明一实施例的光调制器1002和相干检测系统的接收部分(执行相干接收的接收部分)。
在图10所示的光通信系统中，光调制单元1002基于输入二进制数据1003来对来自单色波长光源1001的光进行调制以生成六级相位调制光。光调制单元1002具有与如图5或图8所示的配置相同的配置。来自光调制单元1002的光被接收部分中的分光器1008分支。接收部分还包括本地光源1004。来自本地光源1004的光被分光器1005分支为两路本地光。一路本地光被光移相器1006给与90°的相移。光耦合器1009对来自分光器1008的一路信号光和来自分光器1005的一路本地光进行混合，并将混合光输出到光检测器1010。光检测器1010将来自光耦合器1009的信号光变换为电信号。
类似地，光耦合器1007对来自分光器1008的另一路信号光和来自光移相器1006的另一路本地光进行混合，并将混合光输出到光检测器1011。光检测器1011将来自光耦合器1007的信号光变换为电信号。进入光检测器1010和1011的两路光变为呈现出信号光的sinθ(θ是光相位)分量和cosθ分量的信号。相位检测器1012从两路电信号中检测θ并在六种状态中识别所接收信号的状态。由相位检测器1012识别并输出的六级信号被1∶2分离器电路1013分离成两个符号。解码器1014根据由1∶2分离器电路1013分离出的符号来恢复5比特信息并输出该5比特信息。以这种方式，从所接收六级信号光恢复出原始数据。
在此实施例中，本地光和信号光是经相位同步的。相位同步方法是本领域普通技术人员已知的。可替代地，可采用通过相位分集技术来进行的相位估计。可通过外插接收来从所接收六级信号光恢复原始数据，在外插接收中，在本地光和信号光的相位和频率经移动的情况下接收本地光和信号光。外插接收方法也是本领域普通技术人员已知的。
使用示例性实施例来详细说明并描述了本发明。但是，本发明不限于这些实施例和它们的修改例。本领域普通技术人员很清楚，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下可对本发明作出各种修改。
本申请要求在2007年10月10日提交的日本专利申请JP 2007-264416的优先权，该申请的全部内容通过引用而结合于此。

Claims (7)

1.一种光调制器，包括：
光分支单元，将入射光分支为第一信号光和第二信号光；
第一马赫-曾德调制器，对所述第一信号光进行调制；
第二马赫-曾德调制器，对所述第二信号光进行调制；
移相器，向来自所述第二马赫-曾德调制器的输出光的相位给与固定相移；以及
光复用器，对来自所述第一马赫-曾德调制器的输出光和来自所述移相器的输出光进行复用，其中
所述移相器给与所述相移以使得到所述光复用器的两路输入光具有60度的相位差；并且
所述第一马赫-曾德调制器和所述第二马赫-曾德调制器受三级信号驱动。
2.根据权利要求1所述的光调制器，其中，所述三级信号的时间平均值为0。
3.根据权利要求1所述的光调制器，其中，提供了生成三级信号的编码器，并且所述编码器根据5比特输入数据来生成在两个符号中提供给所述第一马赫-曾德调制器和所述第二马赫-曾德调制器的两个序列的三级信号并输出这两个序列的三级信号。
4.根据权利要求3所述的光调制器，其中，与5比特输入数据相对应的所有三级信号的平均值为0。
5.一种光调制器，包括：
光分支单元，将入射光分支为第一信号光和第二信号光；
第一相位调制器，对所述第一信号光进行调制；
第二相位调制器，对所述第二信号光进行调制；
第一强度调制器，对来自所述第一相位调制器的输出光的强度进行调制；
第二强度调制器，对来自所述第二相位调制器的输出光的强度进行调制；
移相器，向来自所述第二强度调制器的输出光的相位给与固定相移；以及
光复用器，对来自所述第一强度调制器的输出光和来自所述移相器的输出光进行复用，其中
所述移相器给与所述相移以使得到所述光复用器的两路输入光具有60度的相位差；并且
所述第一相位调制器和所述第二相位调制器以及所述第一强度调制器和所述第二强度调制器受二进制信号驱动。
6.一种光通信系统，包括：
编码器电路，将输入数据变换为两个序列的三级信号并输出这两个序列的三级信号；
光分支单元，将入射光分支为第一信号光和第二信号光；
第一马赫-曾德调制器，对所述第一信号光进行调制；
第二马赫-曾德调制器，对所述第二信号光进行调制；
移相器，向来自所述第二马赫-曾德调制器的输出光的相位给与固定相移；
光复用器，对来自所述第一马赫-曾德调制器的输出光和来自所述移相器的输出光进行复用；
接收装置，用于接收来自所述光复用器的输出光并利用本地光来执行相干接收；
相位检测装置，用于检测来自所述接收装置的输出光的光相位；以及
解码器电路，基于来自所述相位检测装置的输出来输出二进制数据，其中
所述移相器给与所述相移以使得到所述光复用器的两路输入光具有60度的相位差；并且
所述第一马赫-曾德调制器和所述第二马赫-曾德调制器受从所述编码器电路输出的三级信号驱动。
7.一种光通信系统，包括：
编码器电路，将输入数据变换为四个序列的二进制信号并输出这四个序列的二进制信号；
光分支单元，将入射光分支为第一信号光和第二信号光；
第一相位调制器，对所述第一信号光进行调制；
第二相位调制器，对所述第二信号光进行调制；
第一强度调制器，对来自所述第一相位调制器的输出光的强度进行调制；
第二强度调制器，对来自所述第二相位调制器的输出光的强度进行调制；
移相器，向来自所述第二强度调制器的输出光的相位给与固定相移；以及
光复用器，对来自所述第一强度调制器的输出光和来自所述移相器的输出光进行复用；
接收装置，用于接收来自所述光复用器的输出光并利用本地光来执行相干接收；
相位检测装置，用于检测来自所述接收装置的输出光的光相位；以及
解码器电路，基于来自所述相位检测装置的输出来输出二进制数据，其中
所述移相器给与所述相移以使得到所述光复用器的两路输入光具有60度的相位差；并且
所述第一相位调制器和所述第二相位调制器以及所述第一强度调制器和所述第二强度调制器受从所述编码器电路输出的二进制信号驱动。
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