JP2007094398A - 光位相変調装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気信号に変換せずに入力される光強度変調信号により光信号を位相変調する簡便な構造の光位相変調装置を提供する。
【解決手段】光位相変調装置は、２つ以上の入射ポートと、１つ以上の出射ポートと、２本のアーム、２本のアームと一方の入射ポートとを連通する入力導波路および２本のアームと出射ポートとを連通する出力導波路から構成され、一方のアームに他方の入射ポートが直接接続されたマッハツェンダー干渉計とが設けられた光符号変換部と、２本のアームにそれぞれ１つ以上配置された半導体光増幅器と、他方のアームに１つ以上配置された半導体位相調整器と、を備え、入力導波路にプローブ光のパルス列が入力され、一方の入射ポートに強度変調された信号光が入力され、出射ポートから信号光により位相変調されたプローブ光のパルス列が出力される。
【選択図】図１

Description

この発明は、強度変調されている光通信信号により光信号を位相変調する光位相変調装置に関する。

従来、光位相変復調通信システムは、光信号を出力する送信側レーザ部と、伝送信号の入力を受け付ける入力受付部と、入力を受け付けられた伝送信号で、送信側レーザ部により出力された光信号の位相を変調させる変調部と、変調された光信号を送信する送信部と、を備える送信装置を具備している。そして、伝送する情報に基づいて強度変調された光信号は、一旦電気信号に変換されてそれにより光信号の位相を変調している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３３９３５２号公報

しかし、光通信の中継点において強度変調された光信号を一旦電気信号に変換するための入力受付部を送信装置に備えなければならないので、入力受付部が所定のスペースを占有し省スペース化の妨げになるという問題がある。
また、入力受付部で光信号を電気信号に変換するために多くの電力を消費するために省消費電力化が図れないという問題がある。
さらに、光通信の符号速度は通常では、２．５Ｇｂｉｔ／ｓ〜４０Ｇｂｉｔ／ｓといった高速であるため、符号変換する部分の電気信号処理も高速なスループットが要求され、電子回路が高価になるという問題がある。

この発明の目的は、電気信号に変換せずに入力される光強度変調信号により光信号を位相変調する簡便な構造の光位相変調装置を提供することである。

この発明に係わる光位相変調装置は、２つ以上の入射ポートと、１つ以上の出射ポートと、２本のアーム、上記２本のアームと一方の上記入射ポートとを連通する入力導波路および上記２本のアームと上記出射ポートとを連通する出力導波路から構成され、一方の上記アームに他方の上記入射ポートが直接接続されたマッハツェンダー干渉計とが設けられた光符号変換部と、上記２本のアームにそれぞれ１つ以上配置された半導体光増幅器と、他方の上記アームに１つ以上配置された半導体位相調整器と、を備え、上記入力導波路にプローブ光のパルス列が入力され、上記一方の入射ポートに強度変調された信号光が入力され、上記出射ポートから上記信号光により位相変調されたプローブ光のパルス列が出力される。

この発明に係わる光位相変調装置の効果は、半導体光増幅器に入力される光強度に従って位相が変化する現象を利用して、マッハツェンダー干渉計の２本のアームの一方だけに強度変調の信号光を入力することにより変調対象のプローブ光のパルス列の位相を変調することができる。そして、信号光により直接的に変調対象のプローブ光のパルス列を変調することができるので、従来のような光−電気変換のための素子を配設する必要性がなく、省スペース化と省消費電力化することができる。

図１は、この発明に係わる光位相変調の原理を説明するための概略図である。
この発明に係わる光位相変調装置は、図１に示すように、デジタル情報に基づいて光信号が強度変調された信号光によりプローブ光のパルス列を位相変調する。なお、この発明において、デジタル情報の０のとき信号光の強度は零、デジタル情報の１のとき信号光の強度は所定の値である。一方、デジタル情報が０のときプローブ光のパルスの位相は０ラジアン、デジタル情報の１のときプローブ光のパルスの位相はπラジアンとなる。また、２つの位相にプローブ光のパルス列を変調することができれば、０／πラジアンの組合せに限るものではない。
そして、入力される光の強度により通過して出力する光の位相が変化する半導体光増幅器（Ｓｅｍｉｃｏｎｄｏｃｔｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒの略号も用いる。）を用いる。半導体光増幅器は、光が入力されると誘電放出の増加によりキャリア密度が減少し、その結果屈折率が増加し、通過する光の位相を変化させる。

この半導体光増幅器は、マッハツェンダー干渉計の２本のアームのそれぞれに介設されている。そして、一方のアームに変調対象のプローブ光のパルス列と強度が変調されている信号光とが一緒にして入射される。他方のアームには変調対象のプローブ光のパルス列だけが入射される。この一方のアームでは、信号光の強度が零のときプローブ光のパルスの位相の変化は他のアームを通過するプローブ光のパルスの位相に対して、同じように変化する。逆に、信号光の強度が所定の値のときこの信号光と一緒に通過するプローブ光のパルスの位相は、他のアームを通過するプローブ光のパルスの位相に対して、例えばπラジアン異なる。このように、信号光の強度に従ってプローブ光のパルスの位相が変化するので、強度変調された信号光と一緒に変調対象のプローブ光を通過させれば、プローブ光のパルス列を位相変調することができる。
このアームを通過したプローブ光のパルスが、強度が零の信号光と一緒に通過するとき位相が同相、強度が所定の値の信号光と一緒に通過するとき位相が逆相になるように、信号光の強度と半導体位相調整器の注入電流とを調整する。

また、半導体光増幅器は、入力される光の強度により利得が変化するので、この一方のアームを通過するプローブ光のパルスの光電界振幅は信号光の強度の変化に従って変化する。そこで、他のアームを通過するプローブ光のパルス列の光電界振幅と位相を調整することにより、出力導波路で両方のアームを通過したプローブ光のパルス列が干渉した後は入力信号が１であるか０であるかに関わらず光電界振幅の同じパルス列を出力する。

このようにして両方のアームを通過したプローブ光のパルス列を干渉させ合うことにより、光電界振幅がほぼ一定で、デジタル情報の０と１のとき位相がπラジアン異なるプローブ光のパルス列が得られる。それから、マッハツェンダー干渉計の出力導波路に介設されているフィルタにより、入射ポートに入射されたプローブ光のパルス列だけが取り出される。

このような光位相変調装置は、半導体光増幅器に入力される信号光の強度に従って位相が変化する現象を利用して、マッハツェンダー干渉計の２本のアームの一方だけに強度変調の信号光を入力することにより変調対象のプローブ光のパルス列の位相を変調することができる。そして、信号光により直接的に変調対象のプローブ光のパルス列を変調することができるので、従来のような光−電気変換のための素子を配設する必要性がなく、省スペース化と省消費電力化することができる。

実施の形態１．
次に、この発明の実施の形態１に係わる光位相変調装置１について説明する。
図２は、この発明の実施の形態１に係わる光位相変調装置の構成図である。
この発明の実施の形態１に係わる光位相変調装置１は、ｎ−ＩｎＰ基板のような半導体光基板２上にマッハツェンダー干渉計３を構成する光符号変換部４が形成されている。光符号変換部４として、半導体光基板２に、２種類の光がそれぞれ入射される２つの入射ポート５ａ、５ｂと１種類の光が出射される出射ポート６が形成されている。また、マッハツェンダー干渉計３を構成する２本のアームとしての位相変調導波路７と位相電力調整導波路８、位相変調導波路７と位相電力調整導波路８の一方の端に一方の入射ポート５ａからＹ分岐されて延びている入力導波路９、位相変調導波路７の一方の端と他方の入射ポート５ｂとを接続する信号光導波路１０、位相変調導波路７と位相電力調整導波路８の他方の端同士が結合される出力導波路１１から構成されている。
また、光位相変調装置１は、位相変調導波路７と位相電力調整導波路８にそれぞれ介設されている半導体光増幅器１２ａ、１２ｂ、位相電力調整導波路８に半導体光増幅器１２ｂと直列に介設されている位相電力調整部としての半導体位相調整器１３、入力導波路９に連なる一方の入射ポート５ａに接続されて半導体光基板２上に集積されるモードロックＬＤ１４、出力導波路１１に介設されているフィルタ１５を備える。
なお、モードロックＬＤ１４は、例えば、Ｇｏｔｏｄａ ｅｔ ａｌ．「Ｗｉｄｅｌｙ ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ｔｕｎａｂｌｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｃｌｏｃｋ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｕｓｅ ｏｆ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｌｏｃｋｅｄＤＢＲ ｌａｓｅｒｓ ｗｉｔｈ ｖｅｒｎｉｅｒ ｇｒａｔｉｎｇｓ」、ＯＦＣ２００５、Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ、ＪＷＡ２９に示されるようなパルス光源であり、レーザダイオードが複数のモードで発振しているとき、各モードの周波数間隔を揃えて相互位相を一定に保つことにより各モードが規則正しく干渉して得られたパルス幅の短い繰り返し光パルスを発振するものである。

入射ポート５ｂには、外部からデジタル情報の０と１とに対応して強度が零と所定の値とに変調された信号光が入射される。
また、モードロックＬＤ１４は、所定の周期でプローブ光のパルス列を発振し、そのプローブ光が入射ポート５ａに入射される。
光位相変調装置１に入力される光の波長は、それぞれ信号光が１５６０ｎｍ、プローブ光が１５５０ｎｍであるが、これらに限るものではない。
半導体光増幅器１２ａ、１２ｂと半導体位相調整器１３は、注入電流を調整することにより光路長と利得が調整される。また、半導体光増幅器１２ａ、１２ｂと半導体位相調整器１３は、入力される光の強度により光路長と利得が変化する。
フィルタ１５は、プローブ光だけを通過する。

次に、実施の形態１に係わる光位相変調装置１の動作について説明する。
位相変調導波路７は、プローブ光と信号光とが一緒に通過してそのプローブ光と信号光とが半導体光増幅器１２ａに入力する。そして、半導体光増幅器１２ａでは、プローブ光と信号光との強度の変化に従ってキャリア密度が変化し、それに伴って屈折率と利得とが変化する。屈折率が変化することにより、半導体光増幅器１２ａの光路長が変化するので、半導体光増幅器１２ａを通過したプローブ光のパルスの位相が変化する。また、利得が変化することにより、半導体光増幅器１２ａを通過したプローブ光のパルスの光電界振幅が変化する。
この実施の形態１において、半導体光増幅器１２ａの出力におけるプローブ光の位相を信号光の強度が零のとき０ラジアンと定め、信号光の強度が所定の値のときπラジアンになるように信号光の所定の値と半導体光増幅器１２ａの注入電流とを調整してある。また、半導体光増幅器１２ａの出力でのプローブ光の電界振幅を信号光の強度が零のとき１と定めると、信号光の強度が１のときにはプローブ光の電界振幅は０．５程度にまで減衰する。これは、半導体光増幅器１２ａに入る光強度が変化したときに、その屈折率だけではなく利得までが同時に変化してしまうからである。屈折率変化による位相変調は相互位相変調、同時に起こる利得の変化は相互利得変調と呼ばれ、良質な位相変調光出力を得るためには、この相互利得変調の影響を抑えることが必要である。そのために、位相電力調整導波路８側を伝播するパルス列を利用する。

位相電力調整導波路８では、プローブ光が半導体光増幅器１２ｂに入力される。半導体光増幅器１２ｂでは、プローブ光のパルスの位相と光電界振幅が変化して半導体位相調整器１３に入力する。半導体位相調整器１３は、基本的な構造は半導体光増幅器１２ａ，１２ｂと同じであるが、増幅をつかさどる活性層のバンドギャップが１．２μｍ程度の短波長に設定されている。そのため、１．５５μｍ帯のプローブ光に対しては透明で、注入電流を変えることによるキャリア密度変化に依存して屈折率だけを効果的に変化させることができる。そこで、半導体位相調整器１３では、位相変調導波路７から出力されるプローブ光の位相に対して、半導体位相調整器１３を通過したプローブ光の位相がπラジアン、光電界振幅が０．２５になるように半導体位相調整器１３の注入電流を調整してある。

出力導波路１１で位相変調導波路７と位相電力調整導波路８とから出力されるプローブ光が干渉する。そして、干渉して形成されたプローブ光は、光電界振幅が０．７５と一定で、位相がデジタル情報０のとき０ラジアン、デジタル情報１のときπラジアンのパルスからなる。最後に、フィルタ１５によりプローブ光の波長の光だけを通過して位相変調された信号光を出力する。

このような光位相変調装置１は、半導体光増幅器１２ａ、１２ｂと半導体位相調整器１３に入力される光強度に従って位相が変化する現象を利用して、マッハツェンダー干渉計３の２本のアームの一方だけに強度変調の信号光を入力することにより変調対象のプローブ光のパルス列の位相を変調することができる。そして、信号光により直接変調対象のプローブ光のパルス列を変調することができるので、従来のような光−電気変換のための素子を配設する必要がなく、省スペース化と省消費電力化することができる。

また、デジタル情報の０と１とに対応して出力するプローブ光のパルスの光電界振幅が同一になるように信号光の強度と半導体光増幅器の注入電流とが調整されているので、伝送路中の波形歪など光電界振幅に依存する影響によるパルス信号の依存性が小さくなる。
また、モードロックＬＤ１４が半導体光増幅器１２ａ、１２ｂと半導体位相調整器１３やマッハツェンダー干渉計３と同じ半導体光基板２に集積化されるので、モジュールの小型化が可能となるし、光ファイバ等の部品点数が少なくなるため低価格化が可能となる。
また、光ファイバへの結合や光ファイバから素子への結合等による損失がなくなるため、モードロックＬＤ１４の光電界振幅が小さくでき、消費電力低下を実現できる。
また、集積化するパルス光源としてモードロックＬＤ１４を採用しているので、安定した周期のプローブ光のパルス列を得ることができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係わる光位相変調装置は、実施の形態１に係わる光位相変調装置１のパルス光源としてのモードロックＬＤ１４の替わりにセルフパルセーティングＬＤが半導体光基板２に集積されていることが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分の説明は省略する。
なお、セルフパルセーティングＬＤは、例えば、特開２００４−２４１６２７号公報に示されているようなパルス光源であり、定電流駆動において緩和振動は減衰せずに時間とともに増大する一方で、誘導放出が増大するとキャリア密度は減少し、利得が閾値を下回ると発振が停止することを繰り返す発振方法を採用しているものである。

このような光位相変調装置は、パルス光源としてセルフパルセーティングＬＤが採用されているので、１０ＧＨｚ〜１６０ＧＨｚの変調速度に対応したフォーマット変換を行うことができる。
また、セルフパルセーティングＬＤが半導体光増幅器１２ａ、１２ｂと半導体位相調整器１３やマッハツェンダー干渉計３と同じ半導体光基板２に集積化されるので、モジュールの小型化が可能となるし、光ファイバ等の部品点数が少なくなるため低価格化が可能となる。

実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３に係わる光位相変調装置の構成図である。
この発明の実施の形態３に係わる光位相変調装置１Ｃは、実施の形態１に係わる光位相変調装置１のパルス光源としてのモードロックＬＤ１４に信号光を入力する光路を追加したことが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態３に係わる光位相変調装置１Ｃは、入射ポート５ｂから入射された信号光を分岐してモードロックＬＤ１４の素子端面側から入力し、モードロックＬＤ１４から出力されるプローブ光を入力導波路９に出力するための光サーキュレータ２０を備える。このようにモードロックＬＤ１４に信号光を入力することにより信号光に同期したプローブ光が出力される。

このような光位相変調装置１Ｃは、モードロックＬＤ１４に信号光が入力されることにより、ジッタの少ないプローブ光のパルス列を提供することができるとともにジッタの少ない位相変調されたパルス列を得ることができる。
なお、パルス光源がセルフパルセーティングＬＤを使用していても同様な効果が得られる。

実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４に係わる光位相変調装置の構成図である。
この発明の実施の形態４に係わる光位相変調装置１Ｄは、実施の形態１に係わる光位相変調装置１に光アシスト光源２２が追加されることが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。
実施の形態４に係わる光位相変調装置１Ｄでは、半導体光基板２に入射ポート５ｃが追加され、入射ポート５ｃは入力導波路９に接続されている。また、半導体光基板２に光アシスト光源２２が集積され、光アシスト光源２２から入射ポート５ｃにアシスト光が入射される。アシスト光は、強度が一定で波長が１５５１ｎｍの連続光である。
位相変調導波路７は、プローブ光と信号光とアシスト光が一緒に通過してそのプローブ光と信号光とアシスト光が半導体光増幅器１２ａに入力する。

このような光位相変調装置１Ｄは、半導体光増幅器１２ａにプローブ光と信号光とアシスト光とが入力されているので、プローブ光のパルス列による半導体光増幅器１２ａの自己位相変調効果を抑えることができ、波形の歪を低減する。図５に、２．５Ｇｂｉｔ／ｓにおいてアシスト光源２２の有無による位相変調光出力波形の変化に関する計算結果を示す。入力信号が０の時には、キャリア密度の変化が大きいためにパルス列の先頭が自己位相変調によって大きく歪んでいるが、アシスト光源を入れた場合には、信号の無い時のキャリア密度の過度の上昇を抑圧することができ、良好な光波形を得ることができる。

また、光アシスト光源２２が半導体光基板２に集積化されているので、モジュールの小型化が可能となる。また、光ファイバ等の部品点数が少なくなるため低価格化が可能となる。また、光ファイバへの結合や光ファイバから素子への結合などでの損失がなくなるため、光アシスト光源２２からのアシスト光の光電界振幅を小さくすることができ、消費電力低下を実現できる。

実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５に係わる光位相変調装置の原理を説明するための概略図である。
この発明の実施の形態５に係わる光位相変調装置は、光位相変調部３０を備え、光位相変調部３０は実施の形態１に係わるマッハツェンダー干渉計３と構成が同様なマッハツェンダー干渉計３１ａ、３１ｂがプローブ光に対して並列に２つ配置されている。そして、マッハツェンダー干渉計３１ａとマッハツェンダー干渉計３１ｂは、それぞれ第１の信号光と第２の信号光が入力され、プローブ光が２値位相変調される。そして、マッハツェンダー干渉計３１ａ、３１ｂでそれぞれ２値位相変調されたプローブ光を一方だけ位相調整してから合成することにより４値位相変調されたプローブ光が出力される。

そして、マッハツェンダー干渉計３１ａは、２本のアーム７ａ、８ａを有し、２本のアーム７ａ、８ａの両端には第１のプローブ光入力光路９ａと第１の合成光路１１ａがそれぞれ接続されている。また、アーム７ａには、直接第１の信号光入力光路１０ａが接続されている。そして、アーム７ａ、８ａには、半導体光増幅器１２ａ、１２ｂが配置されている。
また、マッハツェンダー干渉計３１ｂは、同様に、２本のアーム７ｂ、８ｂを有し、２本のアーム７ｂ、８ｂの両端には第２のプローブ光入力光路９ｂと第２の合成光路１１ｂがそれぞれ接続されている。また、アーム７ｂには、直接第２の信号光入力光路１０ｂが接続されている。そして、アーム７ｂ、８ｂには、半導体光増幅器１２ｃ、１２ｄが配置されている。

また、実施の形態５に係わる光位相変調部３０は、マッハツェンダー干渉計３１ａの第１の合成光路１１ａの出力とマッハツェンダー干渉計３１ｂの第２の合成光路１１ｂの出力を合成する出力光路３２、第２の合成光路１１ｂに配置され、π／２ラジアンだけ位相を調整する半導体位相調整器３３、出力光路３２に配置されプローブ光だけ通過するフィルタ３４を備える。このプローブ光入力光路９ａ、９ｂ、信号光入力光路１０ａ、１０ｂ、合成光路１１ａ、１１ｂ、出力光路３２は、光学的な導波路から構成されている。

また、実施の形態５に係わる光位相変調装置は、２つの入射ポート３５ａ、３５ｂ、プローブ光入射ポート５ａおよび出射ポート６を備える。そして、入射ポート３５ａに第１の信号光入力光路１０ａ、入射ポート３５ｂに第２の信号光入力光路１０ｂ、プローブ光入射ポート５ａに第１のプローブ光入力光路９ａと第２のプローブ光入力光路９ｂが接続されている。また、出射ポート６には出力光路３２が接続されている。

プローブ光入射ポート５ａから等時間間隔のパルス列のプローブ光が入射され、一方の入射ポート３５ａからプローブ光と同じ周期のクロックに同期し、強度変調された第１の信号光が入射され、他方の入射ポート３５ｂからプローブ光と同じ周期のクロックに同期し、強度変調された第２の信号光が入射され、出射ポート６から４値位相変調された出力信号光が出射される。

第１の合成光路１１ａで合成されたプローブ光は、第１の信号光の強度の０と１とに対応して出力するプローブ光のパルスの光電界振幅が同一になるように第１の信号光の強度と半導体光増幅器１２ａ、１２ｂの注入電流とが調整されているので、光電界振幅が同一で、第１の信号光の強度が０のとき位相が０ラジアン、第１の信号光の強度が１のとき位相がπラジアンのパルスからなる。
また、第２の合成光路１１ｂで合成され、π／２ラジアンだけ位相が調整されたプローブ光は、第２の信号光の強度０と１とに対応して出力するプローブ光のパルスの光電界振幅が同一になるように第２の信号光の強度と半導体光増幅器１２ａ、１２ｂの注入電流とが調整されているので、第２の信号光の強度が０のとき位相がπ／２ラジアン、第２の信号光の強度が１のとき位相が−π／２ラジアンのパルスからなる。

そして、出力光路３２で合成され、フィルタ３４を通過したプローブ光は、両アームでプローブ光の光電界振幅が等しくなるように設計されており、干渉時の両アームでのプローブ光の位相差は第１の信号光と第２の信号光の強度のどの組合せにおいてもπ／２ラジアンとなるので、干渉後に出力されるプローブ光の強度も第１の信号光と第２の信号光の強度の組合せに係わらず等しくなる。
また、出力光路３２で合成され、フィルタ３４を通過したプローブ光は、第１の信号光が０および第２の信号光が０のとき位相がπ／４ラジアン、第１の信号光が０および第２の信号光が１のとき位相が−π／４ラジアン、第１の信号光が１および第２の信号光が０のとき位相が３π／４ラジアン、第１の信号光が１および第２の信号光が１のとき位相が−３π／４ラジアンである。

このように両方のアームを通過し、それぞれ２値位相変調されたプローブ光のパルス列を干渉させ合うことにより、光電界振幅がほぼ一定で４値位相変調されたプローブ光のパルス列が得られる。それから、マッハツェンダー干渉計の出力光路３２に介設されたフィルタ３４により、４値位相変調されたプローブ光のパルス列だけが取り出せる。

なお、４つの位相にプローブ光のパルス列を変調することができれば、π／ラジアン、−π／４ラジアン、３π／４ラジアン、−３π／４ラジアンの組合せに限るものではない。

実施の形態６．
図７は、この発明の実施の形態６に係わる光位相変調装置の原理を説明するための概略図である。
この発明の実施の形態６に係わる光位相変調装置は、実施の形態５に係わる光位相変調部３０と構成が同様な光位相変調部４１ａ、４１ｂがプローブ光に対して並列に２つ配置されている。
また、プローブ光を元に第３の信号光により２つのパルス列のプローブ光を生成する切替光スイッチ４２を備える。この切替光スイッチ４２には、等時間間隔のパルス列からなるプローブ光およびプローブ光の周期と同じクロックに同期して強度変調された第３の信号光が入力される。そして、切替光スイッチ４２では、第３の信号光の強度が１のときパルスの光電界振幅が１、第３の信号光の強度が０のときパルスの光電界振幅が０の第１のプローブ光を生成する。また、切替光スイッチ４２では、第３の信号光の強度が１のときパルスの光電界振幅が０、第３の信号光の強度が０のときパルスの光電界振幅が１の第２のプローブ光を生成する。

この第１のプローブ光と第２のプローブ光の強度は、対称的な値を示し、一方が１のとき他方が０、一方が０のとき他方が１となる。そして、第１のプローブ光が光位相変調部４１ａにプローブ光として入力され、第２のプローブ光が光位相変調部４１ｂにプローブ光として入力される。

光位相変調部４１ａは、第１のプローブ光、第１の信号光および第２の信号光が入力され、第１のプローブ光を４値位相変調し、４値位相変調したプローブ光を出力する。
また、光位相変調部４１ｂは、第２のプローブ光、第１の信号光および第２の信号光が入力され、第２のプローブ光を４値位相変調し、４値位相変調したプローブ光を出力する。この第１または第２のプローブ光を第１の信号光および第２の信号光で４値位相変調する動作は、実施の形態５と同様であるので説明は省略する。

また、実施の形態６に係わる光位相変調装置は、両方の光位相変調部４１ａ、４１ｂから出力される４値位相変調されたプローブ光を合波する合波部４３を備える。
そして、この合波部４３は、光位相変調部４１ｂから出力される４値位相変調されたプローブ光の位相をπ／４ラジアン調整する半導体位相調整器４４と、この位相が調整されたプローブ光と光位相変調部４１ａから出力される４値位相変調されたプローブ光とを合波する合波光路４５と、合波されたプローブ光からプローブ光だけ通過するフィルタ４６を備える。

この位相が調整されたプローブ光は、第１の信号光の強度が０および第２の信号光の強度が０のとき位相がπ／２ラジアン、第１の信号光の強度が１および第２の信号光の強度が０のとき位相がπラジアン、第１の信号光の強度が０および第２の信号光の強度が１のとき位相が−π／２ラジアン、第１の信号光の強度が１および第２の信号光の強度が１のとき位相が０ラジアンである。

そして、光位相変調部４１ａから出力される４値位相変調されたプローブ光と位相調整されたプローブ光が合成され、フィルタ４６によりプローブ光だけ通過され、８値位相変調されたプローブ光が出力される。

この８値位相変調されたプローブ光は、第１の信号光の強度が０、第２の信号光の強度が０および第３の信号光の強度が０のとき位相がπ／４ラジアン、第１の信号光の強度が０、第２の信号光の強度が０および第３の信号光の強度が１のとき位相がπ／２ラジアン、第１の信号光の強度が１、第２の信号光の強度が０および第３の信号光の強度が０のとき位相が３π／４ラジアン、第１の信号光の強度が１、第２の信号光の強度が０および第３の信号光の強度が１のとき位相がπラジアン、第１の信号光の強度が０、第２の信号光の強度が１および第３の信号光の強度が０のとき位相が−π／４ラジアン、第１の信号光の強度が０、第２の信号光の強度が１および第３の信号光の強度が１のとき位相が−π／２ラジアン、第１の信号光の強度が１、第２の信号光の強度が１および第３の信号光の強度が０のとき位相が−３π／４ラジアン、第１の信号光の強度が１、第２の信号光の強度が１および第３の信号光の強度が１のとき位相が０ラジアンである。

このように、強度変調された信号光により強度が対称的に強度変調された２つのプローブ光を生成し、そのプローブ光を２つの信号光の強度により４値位相変調できる２つの光位相変調部４１ａ、４１ｂに強度変調されたプローブ光をそれぞれ入力し、光位相変調部４１ａ、４１ｂから出力される４値位相変調されたプローブ光を合成することにより、３つの信号光を用いて８値位相変調されたプローブ光を出力することができる。
なお、８つの位相のパルス列にプローブ光を変調することができれば、上述の組合せに限るものではない。

実施の形態７．
図８は、この発明の実施の形態７に係わる光位相変調装置の１つの構成を説明するための概略図である。
実施の形態６に係わる光位相変調装置は、プローブ光を２つの信号光の強度により４値位相変調できる２つの光位相変調部４１ａ、４１ｂが並列に備えられる。また、実施の形態６において、各光位相変調部４１ａ、４１ｂに入力されるプローブ光は、等時間間隔のパルス列からなる原プローブ光を第３の信号光により強度が対称的に変調して得られた２つのパルス列である。そこで、実施の形態７においては、より多値に位相変調されたプローブ光を得ることを目的に、拡張したものである。

実施の形態７に係わる光位相変調装置は、プローブ光を２つの信号光の強度により４値位相変調できる２^Ｎ個の光位相変調部、各光位相変調部に入力されるプローブ光として、等時間間隔のパルス列からなる原プローブ光を１段目で信号光により対称的に強度変調して２つのプローブ光を生成し、さらにこの２つのプローブ光をそれぞれ信号光により対称的に強度変調して２つのプローブ光を生成し、Ｎ段目で２^Ｎ個のプローブ光を生成する光切替スイッチ、および１段目で４値位相変調された２^Ｎ個のプローブ光を２^{（Ｎ−１）}個の８値位相変調されたプローブ光に合波し、Ｎ段目で１個の２^{（Ｎ＋２）}値位相変調されたプローブ光に合波する合波部を備える。実施の形態６に係わる光位相変調装置は、Ｎが１の場合である。

図８に示す光位相変調装置は、Ｎが２のときであり、４つの光位相変調部５１ａ〜５１ｄ、１段目で原プローブ光を第３の信号光に基づいて強度が対称的な２つのパルス列を生成し、２段目で２つのパルス列をそれぞれ第４の信号光に基づいて強度が対称的な２つのパルス列、全体として４つのパルス列を生成する光切替スイッチ５２、４つの光位相変調部５１ａ〜５１ｄから出力される４値位相変調されたプローブ光を１段目で２つの８値位相変調されたプローブ光に合波し、２段目で１つの１６値位相変調されたプローブ光に合波する合波部５３を備える。

この発明に係わる光位相変調の原理を説明するための概略図である。 実施の形態１に係わる光位相変調装置の構成図である。 この発明の実施の形態３に係わる光位相変調装置の構成図である。 この発明の実施の形態４に係わる光位相変調装置の構成図である。 この発明の実施の形態４による光出力波形を示す図である。 この発明の実施の形態５に係わる光位相変調装置の原理を説明するための概略図である。 この発明の実施の形態６に係わる光位相変調装置の原理を説明するための概略図である。 この発明の実施の形態７に係わる光位相変調装置の１つの構成を説明するための概略図である。

符号の説明

１、１Ｃ、１Ｄ 光位相変調装置、２ 半導体光基板、３、３１ａ、３１ｂ マッハツェンダー干渉計、４ 光符号変換部、５ａ、５ｂ、５ｃ、３５ａ、３５ｂ 入射ポート、６ 出射ポート、７ 位相変調導波路、８ 位相電力調整導波路、９ プローブ光入力光路（入力導波路）、１０ 信号光入力光路（信号光導波路）、１１ 合成光路（出力導波路）、１２ａ〜１２ｄ 半導体光増幅器、１３、３３、４４ 半導体位相調整器、１４ モードロックＬＤ、１５、３４、４６ フィルタ、２０ 光サーキュレータ、２２ 光アシスト光源、３０、４１ａ、４１ｂ、５１ａ〜５１ｄ 光位相変調部、３２ 出力光路、４２、５２ 光切替スイッチ、４３、５３ 合波部。

Claims (11)

1. ２つ以上の入射ポートと、１つ以上の出射ポートと、２本のアーム、上記２本のアームと一方の上記入射ポートとを連通する入力導波路および上記２本のアームと上記出射ポートとを連通する出力導波路から構成され、一方の上記アームに他方の上記入射ポートが直接接続されたマッハツェンダー干渉計とが設けられた光符号変換部と、
   上記２本のアームにそれぞれ１つ以上配置された半導体光増幅器と、
   他方の上記アームに１つ以上配置された半導体位相調整器と、
   を備え、
   上記入力導波路にプローブ光のパルス列が入力され、上記一方の入射ポートに強度変調された信号光が入力され、上記出射ポートから上記信号光により位相変調されたプローブ光のパルス列が出力されることを特徴とする光位相変調装置。
2. 出力される上記プローブ光の上記信号光の強度にそれぞれ対応するパルスの光電界振幅が同じであることを特徴とする請求項１に記載する光位相変調装置。
3. 上記光符号変換部と一体として集積化された上記プローブ光を出力するパルス光源を備えることを特徴とする請求項１または２に記載する光位相変調装置。
4. 上記パルス光源は、モードロックＬＤであることを特徴とする請求項３に記載する光位相変調装置。
5. 上記パルス光源は、セルフパルセーティングＬＤであることを特徴とする請求項３に記載する光位相変調装置。
6. 上記パルス光源の素子端面側から上記信号光が入射されることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載する光位相変調装置。
7. 上記一方のアームにアシスト光を入力することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載する光位相変調装置。
8. 上記光符号変換部と一体として集積された上記アシスト光を出力する光アシスト光源を備えることを特徴とする請求項７に記載する光位相変調装置。
9. ４本のアーム、４本のアームが２つの組に分けられた一方の組の２本の上記アームに接続する第１のプローブ光入力光路、他方の組の２本の上記アームに接続する第２のプローブ光入力光路、上記一方の組の一方の上記アームに接続する第１の信号光入力光路、上記他方の組の一方の上記アームに接続する第２の信号光入力光路、上記一方の組の２本のアームからの出力信号を合成する第１の合成光路、上記他方の組の２本のアームからの出力を合成する第２の合成光路、上記第１および第２の合成光路からの出力を合成する出力光路、上記４本のアームにそれぞれ１つ以上配置された半導体光増幅器および上記第１または第２の合成光路の一方に配置された半導体位相調整器から構成される光位相変調部を備え、
   上記第１のプローブ光入力光路および上記第２のプローブ光入力光路に等時間間隔のパルス列からなるプローブ光が入力され、上記第１の信号光入力光路に強度変調された第１の信号光が入力され、上記第２の信号光入力光路に強度変調された第２の信号光が入力され、上記出力光路から４値位相変調されたプローブ光が出力されることを特徴とする光位相変調装置。
10. 上記プローブ光入力光路、上記信号光入力光路、上記合成光路および上記出力光路が光学的な導波路で構成されることを特徴とする請求項９に記載する光位相変調装置。
11. ２^Ｎ（但し、Ｎは１以上の正の整数）個の上記請求項９に記載の光位相変調部と、
    等時間間隔のパルス列の原プローブ光が入力され、段毎に入力されるパルス列毎に強度が対称的な２個のパルス列を生成し最終的に２^Ｎ個のプローブ光を出力する切替光スイッチと、
    各上記光位相変調部で４値位相変調されたプローブ光を２個づつ一方の位相を調整して合波し、更に２個づつ合波を繰り返し２^{（Ｎ＋２）}値位相変調した１個のプローブ光を出力する合波部と、
    を備えることを特徴とする光位相変調装置。

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