JP2008085889A

JP2008085889A - 光時分割多重差動位相変調信号生成装置

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Publication number: JP2008085889A
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Inventors: Masatoshi Kagawa; 昌俊賀川
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
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Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2008-04-10
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Abstract

【課題】OTDM-DPSK信号を構成する光パルス間の光搬送波位相差を検出することが可能である。
【解決手段】OTDM-DPSK信号生成部28は、光分岐器12と、第1位相変調器14、第2位相変調器16と、光カプラ20と、モニター信号分岐器26とを具えている。光分岐器は、光パルス列11を、第1光パルス列13-1と第2光パルス列13-2とに2分割する。第1位相変調器び第2位相変調器は、第1チャンネルのDPSK信号15及び第2チャンネルのDPSK信号17をそれぞれ生成して出力する。DPSK信号15、及びDPSK信号17に1ビット遅延を与えて生成されるDPSK信号19が光カプラ20に入力され、OTDM-DPSK信号21として出力されてモニター信号分岐器に入力される。モニター信号分岐器は、OTDM-DPSK信号からモニター信号27-2を分岐して光搬送波位相差検出部30に入力する。光搬送波位相差検出部は、光パルス間の光搬送波位相差の関数として与えられる光搬送波位相差検出信号35を生成して出力する。
【選択図】図３

Description

この発明は、差動位相変調（DPSK: Differentially Phase Shift Keying）方式でコーディングされた光パルス信号を光時分割多重（OTDM: Optical Time Division Multiplexing）して、光時分割多重差動位相変調信号（OTDM-DPSK信号）として生成して出力する光パルス信号生成装置に関し、特に、OTDM-DPSK信号の光パルス間の光搬送波位相差検出及び、光パルス間の光搬送波位相差の制御に関する。

光通信の技術分野において、直接検波（IM-DD: Intensity Modulation-Direct Detection）方式に加えて、平衡検波（Balanced detection）方式が検討されている（例えば、非特許文献1参照）。

IM-DD方式とは、受信側において、フォトダイオードを用いて、受信信号の光搬送波の包絡線強度を検出することによって検波を行う方式であり、ASK方式によってコーディングされた光パルス信号による光通信が代表例である。強度変調は、一般に、ASK（Amplitude Shift Keying）または、OOK（On Off Keying）と表記されるが、以下の記載においてはASKと表記する。

また平衡検波方式とは、平衡検波器を用いて、IM-DD方式の2倍の大きさの振幅を有する電気信号を検出して検波を行う方式であり、DPSK方式によってコーディングされた光パルス信号による光通信が代表例である。

IM-DD方式は、簡易な装置によって送受信が可能であり、光増幅器が組み込まれている強度再生装置に適用することもできるという利点を有するため、広く利用されている。一方、DPSK方式は、0とπとの2変数で光パルス列の変調を行って送信信号を生成して送信し、受信側において、受信信号を第1及び第2受信信号に2分割して、第1受信信号を光パルス1つ分（1ビット分）が時間軸上で占める時間だけ時間遅延を与え、この時間遅延が与えられた第1受信信号と、第2受信信号とを合波して、この合波されて得られた受信信号に対して平衡検波を行う方式である。以後、nを正の整数として、光パルス1つ分が時間軸上で占める時間の1/nを、1/nビットに相当する時間ということもある。また、0とπとの2変数で光パルス列の変調を行って生成された送信信号（光パルス信号）を、DPSK方式でコーディングされた送信信号、あるいはDPSK方式でコーディングされた光パルス信号ということもある。

ここで、光パルス及び光パルスの位相について説明する。光強度の変化として観測される光パルスは、光搬送波の電場ベクトルの振幅波形の包絡線として表される。従って、以後の説明において、光パルスの時間波形という場合は、光パルスの電場ベクトルの振幅波形の包絡線を表す。

光パルスの光搬送波としての位相とは、光パルスの電場ベクトルの包絡線のピークに対する光搬送波のピークの相対的な位相を意味し、光搬送波位相あるいは絶対位相と呼ばれる。また、光搬送波位相あるいは絶対位相は、より厳密には、光搬送波包絡位相（carrier-envelope phase: CEPと略称されることが多い。）と呼ばれることもある。以後、光パルスの光搬送波としての位相を、光搬送波位相というものとする。光パルスの電場ベクトルの包絡線のピーク一つに、非常に多くの光搬送波のピークが含まれる。

例えば、光搬送波の波長を1.5μｍであるとすると、これを周波数に変換すると2×10¹⁴Hz程度となる。一方、光パルスの繰り返し周波数は、40 GHz程度とすると、4×10¹⁰ Hzである。従って、この場合、光パルスの電場ベクトルの包絡線のピーク一つに、5000（＝(2×10¹⁴)/(4×10¹⁰)＝5×10³）個の光搬送波のピークが含まれる。

上述した、光パルスを0とπとの2変数で変調するとは、光パルスを形成する光搬送波の電場ベクトルの位相（光搬送波としての位相）を、光搬送波の包絡線に対してそのままとするか、π位相シフトさせることを意味する。すなわち、光パルスを0とπとの2変数で変調するとは、光搬送波位相をそのままとするか、π位相シフトさせることを意味する。

DPSK方式に適用される平衡検波方式によれば、ASK方式に適用される直接検波方式と比較して3 dB以上の受信感度の向上が図られることが知られている（例えば、非特許文献1参照）。

非特許文献1に開示されているDPSK方式のOTDM通信システムでは、40 Gbit/sのDPSK信号を生成してこのDPSK信号を4分割し、第１系統の信号（1チャンネル分の信号）を除いて、第2〜第4の3系統の信号（3チャンネル分の信号）にそれぞれ1/4、2/4、3/4ビットに相当する時間遅延を与えて、時間遅延を与えていない第1系統の信号を含めて、第1〜第4系統の信号を多重することによって、OTDM信号を生成している。すなわち、4系統の信号のうち、第1系統は実際の信号であるが、残りの第2〜第4の3系統は第1系統の信号のコピー信号であるとみなせる。実用的な生成装置においては、第1〜第4系統の信号のそれぞれに別々の信号を乗せる必要があるので、非特許文献1に開示されているDPSK方式のOTDM通信システムをそのまま利用したのでは、実用的なOTDM-DPSK信号を生成する装置を実現することができない。

実用的な複数チャンネル分の、DPSK方式でコーディングされた光パルス信号をOTDMして光時分割多重差動位相変調信号を生成する装置（以後、OTDM-DPSK信号生成装置ということもある。）として、非特許文献1に開示されているDPSK方式のOTDM通信システムを基にして構成された一例を、図1を参照して説明する。図1は、OTDM-DPSK信号生成装置の概略的ブロック構成図である。

OTDM-DPSK信号生成装置10は、光分岐器12、第1位相変調器14、第2位相変調器16、1/2ビット遅延器18及び光カプラ20を具えて構成される。OTDM-DPSK信号生成装置10に対して、第1変調器ドライバ22及び第2変調器ドライバ24から送信信号が供給される。

時間軸上で等間隔に光パルスが並ぶ光パルス列11が、OTDM-DPSK信号生成装置10に入力される。光パルス列11は、光分岐器12で2分割されて、第1光パルス列13-1及び第2光パルス列13-2として生成される。第1光パルス列13-1及び第2光パルス列13-2は、それぞれ第1位相変調器14及び第2位相変調器16に入力される。

第1位相変調器14及び第2位相変調器16において、第1光パルス列13-1及び第2光パルス列13-2がそれぞれ、第1変調器ドライバ22及び第2変調器ドライバ24から供給される送信信号23及び25によってDPSK方式でコーディングされて、第1位相変調信号15及び第2位相変調信号17として生成されて出力される。

第2位相変調信号17は、1/2ビット遅延器18に入力されて、1/2ビットに相当する時間遅延が与えられて、遅延第2位相変調信号19として生成されて出力される。第1位相変調信号15と遅延第2位相変調信号19とは、光合波器20で多重されて、多重位相変調信号21として生成されて出力される。すなわち、OTDM-DPSK信号生成装置10は、光パルス列11を基にして、第1変調器ドライバ22及び第2変調器ドライバ24から供給される2チャンネル分の送信信号をDPSK信号に変換して、これら2チャンネル分のDPSK信号をOTDMして出力する機能を有する。

図1は、2チャンネルのOTDMを実現する例を示しているが、チャンネル数はいくつであっても同様である。例えば、4チャンネル分のOTDMを実現するには、第1〜第4チャンネルのDPSK方式でコーディングされた光パルス信号に、それぞれ0、1/4、2/4、3/4ビットに相当する時間遅延を与えて多重すればよい。

OTDM-DPSK信号生成装置10が、OTDM-DPSK信号を生成する装置として作動するためには、光分岐器12によって分割された第1光パルス列13-1及び第2光パルス列13-2が、それぞれ第1位相変調器14、第2位相変調器16及び1/2ビット遅延器18によって与えられる位相変調以外の位相変調を受けないことが必要である。すなわち、光合波器20において、第1位相変調信号15を構成する光パルス間の光搬送波位相差、及び遅延第2位相変調信号19を構成する光パルス間の光搬送波位相差は、0あるいはπ以外の値をとってはならない。

しかしながら、第1光パルス列13-1及び第2光パルス列13-2が伝播する伝送路、第1位相変調信号15及び第2位相変調信号17が伝播する伝送路、遅延第2位相変調信号19が伝播する伝送路のそれぞれにおいて、温度変動等に起因して、光路長のゆらぎが発生する。この光路長のゆらぎの大きさを、光搬送波位相に換算して0あるいはπに比較して無視できる程度の大きさ以下に抑えることは、技術的に極めて難しい。従って、何らかの方法で、光パルス信号を構成する光パルス間の光搬送波位相差を検出して、制御する必要がある。

光搬送波位相差を検出して制御する方法の一例が、特許文献1に開示されている。特許文献1に開示された光搬送波位相差を検出する方法は、ASK方式でコーディングされた光パルス信号の一部を分岐して、この分岐された光パルス信号を干渉計に導いて、この干渉計から出力される干渉光の強度を観測する方法である。

例えば、光搬送波抑圧RZ（Carrier-suppressed-RZ: CS-RZ）フォーマットの光パルス信号を例にして説明する。CS-RZフォーマットの光パルス信号とは、隣接する光パルスが、互いの光搬送波位相がπだけの位相差で並ぶ光パルス列（以後、CS光パルス列ということもある。）を、ASK方式でコーディングされて生成される光パルス信号である。

CS-RZフォーマットの光パルス信号の一部を強度分割して、光搬送波位相差を検出するために、光搬送波位相差検出装置に導入する。光搬送波位相差検出装置に入力したCS-RZフォーマットの光パルス信号は2分割して、一方に1ビット遅延を与え、再び両者を干渉させる。このようにして干渉信号を光搬送波位相差検出装置から出力させると、隣接する光パルス間の光搬送波位相差が、π以外の値をとらない、理想的なCS-RZフォーマットの光パルス信号の場合には、出力光の強度は0となる。

なぜならば、CS-RZフォーマットは1ビットごとに、0、πで位相が反転する最小光パルスから生成されており、光パルス列を2分割して、一方に1ビット遅延を与えて干渉させれば、互いに光搬送波位相がπである光パルス同士が干渉することになるためである。

一方、CS-RZフォーマットの光パルス信号の隣接する光パルス間の光搬送波位相差が0あるいはπ以外の値をとる場合には、光搬送波位相差検出装置からは、強度が最大である干渉信号が出力される。すなわち、光パルス間の光搬送波位相差が0あるいはπからφ（0＜φ≦π）だけずれている場合を考えると、光搬送波位相差検出装置から出力される干渉信号の強度は、φの値が0に近づくにつれて大きくなり、φ＝0となった場合に最大強度の干渉信号が出力される。従って、光搬送波位相差検出装置から出力される干渉信号の強度の時間平均値をモニターすることによって、φの値を知ることができる。また、光搬送波位相差検出装置から出力される干渉信号の強度の時間平均値が、常に最小になるようにフィードバック制御を行なうことによって、隣接する光パルス間の光搬送波位相差がπ以外の値をとらない、理想的なCS-RZフォーマットの光パルス信号を生成することが可能となる。以後、φを位相ゆらぎの大きさということもある。
R. Ludwig, et al., "160 Gbit/s DPSK-Transmission-Technologies and System Impact", Proc. 30th European Conference on Optical Communicaition (ECOC 2004), Tul. 1, 1. 特開2005-006175号公報

しかしながら、上述のCS-RZフォーマットの光パルス信号を利用する光搬送波位相差検出方法を、図1を参照して説明したOTDM-DPSK信号生成装置から出力されるOTDM-DPSK信号に利用することはできない。この理由を、図2(A)、(B)及び(C)を参照して説明する。図2(A)、(B)及び(C)は、図1に示すOTDM-DPSK信号生成装置の各箇所における光信号の時間波形を示し、それぞれ、(A)第1位相変調信号15、(B)遅延第2位相変調信号19及び(C)多重位相変調信号21の時間波形を示す図である。図2(A)、(B)及び(C)に示す時間波形は、光搬送波の電場ベクトルの振幅波形の包絡線のうち、正の値をとる側の包絡線を示し、負の値をとる側の包絡線を削除してある。また、横軸方向に時間軸を、縦軸方向に振幅の大きさを、それぞれ任意スケールで示してある。

図2(A)に示す第1位相変調信号15と図2(B)に示す遅延第2位相変調信号19とは、それぞれの信号を構成する光パルスの光搬送波位相が、0とφ、φとπ、0と(π＋φ)及びπと(π＋φ)である位相差で干渉する。理想的なCS-RZフォーマットの光パルス信号がOTDMされて多重位相変調信号21として生成される場合とは、位相ゆらぎの大きさが0、すなわちφ＝0である場合である。しかしながら、上述したように、OTDM-DPSK信号生成装置の光信号が伝播する光伝送路のそれぞれにおいて光路長のゆらぎが発生するため、何らかの制御をしない限り、φ＝0という状態を常に保つことはできない。

第1位相変調器14及び第2位相変調器16では、CS光パルス列を構成する光パルスに対して、光搬送波位相として0又はπの変調がなされる。すなわち、CS光パルス列を構成する光パルスに対して、光パルスの光搬送波位相を変化させない（0の変調を行う。）か、あるいは光パルスの光搬送波位相をπシフトさせる（πの変調を行う。）かのいずれかの変調が行われる。

第1位相変調信号15及び遅延第2位相変調信号19を構成するそれぞれの光パルスの光搬送波位相は、第1位相変調器14及び第2位相変調器16における変調の結果、光搬送波位相がそのまま（図2(A)及び(B)で0と示す。）であるかπシフト（図2(A)及び(B)でπと示す。）であるかの何れかの位相変化が加えられる。この位相変調に加えて第1位相変調信号15及び遅延第2位相変調信号19を構成するそれぞれの光パルスの光搬送波位相には、光路長のゆらぎ等に起因するφだけの位相ゆらぎ（図2(A)及び(B)でφと示す。）が加えられた光パルスが存在する。

その結果、図2(A)に示す第1位相変調信号15と、図2(B)に示す遅延第2位相変調信号19とが合波された結果生成される多重位相変調信号21の時間波形は、図2(C)に示す形状となる。この理由を以下に説明する。

図2(A)、(B)及び(C)において、光パルスごとにその光パルス1つ分が含まれる時間幅を、縦の破線で区切って示してある。まず、図2(A)、(B)及び(C)において、一番左側の光パルスに着目する。図2(A)に示す第1位相変調信号15を構成する光パルスのうち一番左側の光パルスの光搬送波位相は0である。図2(B)に示す遅延第2位相変調信号19を構成する光パルスのうち一番左側の光パルスの光搬送波位相はφである。この場合両者の光パルスの干渉の結果生成される光パルスは、図2（C）に示す多重位相変調信号21の光パルスのうち一番左側の光パルスのように0とは異なる、有限の大きさの振幅（第1の大きさの振幅という。）を有する光パルスとなる。

同様に、一番左側から2番目の光パルスに着目すると、光搬送波位相がφである光パルスと、光搬送波位相がπである光パルスの干渉となり、上述の第1の大きさの振幅とは異なる大きさの振幅（第2の大きさの振幅という。）を有する光パルスが生成される。

以上説明した様に、一番左側から順に図2(A)、(B)及び(C)に示す信号を構成する光パルスの振幅の大きさを見ていくと、以下のように結論される。すなわち、第1の大きさの振幅を有する光パルスが生成されるのは、第1位相変調信号15及び遅延第2位相変調信号19を構成する光パルス同士の干渉において、互いの光搬送波位相が0とφとの組み合わせ、及びπと(π＋φ)との組み合わせの場合である。また、第2の大きさの振幅を有する光パルスが生成されるのは、第1位相変調信号15及び遅延第2位相変調信号19を構成する光パルス同士の干渉において、互いの光搬送波位相がφとπとの組み合わせ、及び0と(π＋φ)との組み合わせの場合である。

従って、多重位相変調信号21を構成する光パルスは、第1及び第2の大きさを有する2種類からなることがわかる。多重位相変調信号21を構成する2種類の光パルスの振幅の大きさは、それぞれ光路長のゆらぎ等に起因するφの関数となり、φが0に近い場合は、第1の振幅の大きさが第2の振幅の大きさより大きくなり、φがπに近い場合は、第2の振幅の大きさが第1の振幅の大きさより大きくなる。図2(C)に示す例は、第1の振幅の大きさが第2の振幅の大きさより大きい場合、すなわち、φが0に近い場合を示している。

このように、φの値が0からπまでの間で変化すると、それに従って、第1の振幅の大き及び第2の振幅の大きさが、それぞれ一方が減少すると他方が増大するという関係を以って変動する。すなわち、多重位相変調信号21の平均強度は、変動しないことになり、上述の光搬送波位相差検出方法では、位相差φを検出することができない。

そこで、この発明の目的は、OTDM-DPSK信号を構成する光パルス間の光搬送波位相差を検出することが可能である、光パルス間の光搬送波位相差検出部を具えるOTDM-DPSK信号生成装置を提供することにある。

また、この光搬送波位相差検出部によって検出された光搬送波位相差の値に基づいて、DPSK方式でコーディングされた光パルス信号の光搬送波位相差を制御することが可能であるOTDM-DPSK信号生成装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、この発明の要旨によれば、第1〜第4のOTDM-DPSK信号生成装置が提供される。

第1のOTDM-DPSK信号生成装置は、OTDM-DPSK信号生成部と、光搬送波位相差検出部とを具えて構成される。2多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力する第1のOTDM-DPSK信号生成装置のOTDM-DPSK信号生成部及び光搬送波位相差検出部は、次のとおりに構成する。

OTDM-DPSK信号生成部は、光分岐器と、第1及び第2位相変調器と、光カプラと、モニター信号分岐器とを具えている。光分岐器は、光パルス列を、第1光パルス列と第2光パルス列とに2分割する。第1及び第2位相変調器は、第1光パルス列と第2光パルス列をそれぞれ入力して、DPSK方式でコーディングされた第1及び第2チャンネルのDPSK信号をそれぞれ生成して出力する。光カプラは、第1及び第2チャンネルのDPSK信号をOTDMして、2多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力する。モニター信号分岐器は、2多重のOTDM-DPSK信号からモニター信号を分岐して取り出す。

光搬送波位相差検出部は、モニター信号を入力してこのモニター信号を構成する光パルス間の光搬送波位相差の関数として与えられる光搬送波位相差検出信号を生成して出力する。

一般に、2^N多重のOTDM-DPSK信号（ここで、Nは、2以上の整数である。）を生成して出力する第1のOTDM-DPSK信号生成装置は、次のとおりに構成すればよいことは明らかである。まず、OTDM-DPSK信号生成部を、光分岐器と、第1〜第2^N位相変調器と、(2^N-1)個の光カプラと、(2^N-1)個の1次モニター信号分岐器と、(2^N-k)個のk次モニター信号分岐器とを具えて構成する。

すなわち、OTDM-DPSK信号生成部は、光分岐器と、第1〜第2^N位相変調器と、(2^N-1)個の光カプラと、(2^N-k)個（ここで、kは、1からNまでの全ての整数である。）のk次モニター信号分岐器とを具えている。光分岐器は、光パルス列を、1〜2^N光パルス列に2^N分割する。第1〜第2^N位相変調器は、第1〜第2^N光パルス列をそれぞれ入力して、DPSK方式でコーディングされた第1〜第2^NチャンネルのDPSK信号をそれぞれ生成して出力する。(2^N-1)個の光カプラは、第1〜第2^NチャンネルのDPSK信号をOTDMして、2^N多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力する。(2^N-1)個の1次モニター信号分岐器は、隣接する第iチャンネルと第（i+1）チャンネルのDPSK信号（iは1から2^N-1までの全ての整数である。）をOTDMして生成される(2^N-1)個の1次OTDM-DPSK信号から1次モニター信号をそれぞれ分岐して取り出す。順次、(2^N-k)個（ここで、kは、1からNまでの全ての整数である。）のk次モニター信号分岐器は、(2^N-k)個のk次光時分割多重差動位相変調信号からk次モニター信号をそれぞれ分岐して取り出す。

光搬送波位相差検出部は、1〜k次モニター信号を入力して、これらの1〜k次モニター信号をそれぞれ構成する光パルス間の光搬送波位相差の関数としてそれぞれ与えられる(2^N-1)個の光搬送波位相差検出信号を生成して出力する。

ここで、光搬送波位相差検出信号の総数が(2^N-1)個となる理由を説明する。上述したように、光搬送波位相差検出信号のそれぞれは、1〜k次モニター信号をそれぞれ構成する光パルス間の光搬送波位相差の関数としてそれぞれ与えられるので、光搬送波位相差検出信号の総数は、1〜k次モニター信号の総数に等しい。1次のモニター信号の個数は(2^N-1)個であり、2次のモニター信号の個数は(2^N-2)個であり、一般にk次のモニター信号の個数は(2^N-k)個であるから、1〜k次モニター信号の総数は、2^N-1+2^N-2・・・+2⁰＝2^N-1（個）となる。

第2のOTDM-DPSK信号生成装置は、OTDM-DPSK信号生成部と、光搬送波位相差検出部と、光搬送波位相差制御部とを具えて構成される。2多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力し、かつこの光搬送波位相差検出部によって検出された光搬送波位相差の値に基づいて、OTDM-DPSK信号の光搬送波位相差を制御する機能を具える第2のOTDM-DPSK信号生成装置のOTDM-DPSK信号生成部、光搬送波位相差検出部及び光搬送波位相差制御部は、次のとおりに構成する。

光搬送波位相差制御部は、光搬送波位相差検出信号を入力して、OTDM-DPSK信号を構成する光パルスの光搬送波位相が取るべき位相値である0またはπからのずれ量として定義されるゆらぎ量が0となるように、OTDM-DPSK信号生成部を制御するための、光搬送波位相差制御信号を生成して出力する。

一般に、2^N多重のOTDM-DPSK信号（ここで、Nは、2以上の整数である。）を生成して出力する第2のOTDM-DPSK信号生成装置は、OTDM-DPSK信号生成部、光搬送波位相差検出部及び光搬送波位相差制御部を次のとおりに構成する。

OTDM-DPSK信号生成部は、光分岐器と、第1〜第2^N位相変調器と、(2^N-1)個の光カプラと、(2^N-1)個の1次モニター信号分岐器と、(2^N-k)個（ここで、kは、1からNまでの全ての整数である。）のk次モニター信号分岐器と、を具えている。光分岐器は、光パルス列を、第1〜第2^N光パルス列に2^N分割する。第1〜第2^N位相変調器は、第1〜第2^N光パルス列をそれぞれ入力して、DPSK方式でコーディングされた第1〜第2^NチャンネルのDPSK信号をそれぞれ生成して出力する。(2^N-1)個の光カプラは、第1〜第2^NチャンネルのDPSK信号をOTDMして、2^N多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力する。(2^N-1)個の1次モニター信号分岐器は、隣接する第iチャンネルと第（i+1）チャンネルのDPSK信号（iは1から2^N-1までの全ての整数である。）をOTDMして生成される(2^N-1)個の1次OTDM-DPSK信号から1次モニター信号をそれぞれ分岐して取り出す。順次、(2^N-k)個のk次モニター信号分岐器は、(2^N-k)個のk次光時分割多重差動位相変調信号からk次モニター信号をそれぞれ分岐して取り出す。

光搬送波位相差検出部は、1〜k次モニター信号を入力して、これら1〜k次モニター信号をそれぞれ構成する光パルス間の光搬送波位相差の関数としてそれぞれ与えられる(2^N-1)個の光搬送波位相差検出信号を生成して出力する。

光搬送波位相差制御部は、光搬送波位相差検出信号を入力して、OTDM-DPSK信号を構成する光パルスの光搬送波位相が取るべき位相値である0またはπからのずれ量として定義されるゆらぎ量が0となるように、OTDM-DPSK信号生成部を制御するための、第1〜第k光搬送波位相差制御信号を生成して出力する。

第3のOTDM-DPSK信号生成装置は、OTDM-DPSK信号生成部と、光搬送波位相差検出部とを具えて構成される。

OTDM-DPSK信号生成部は、WDM（Wavelength Division Multiplexing：波長多重）カプラと、光分岐器と、第1及び第2位相変調器と、光カプラと、WDM分波器とを具えている。WDMカプラは、波長がλ₁である光パルス列と、波長がλ₂である光パルス列とを合波して多波長光パルス列として生成して出力する。光分岐器は、多波長光パルス列を、第1多波長光パルス列と第2多波長光パルス列とに2分割する。

第1及び第2位相変調器は、第1多波長光パルス列と第2多波長光パルス列をそれぞれ入力して、DPSK方式でコーディングされた第1及び第2チャンネルのDPSK信号をそれぞれ生成して出力する。光カプラは、第1及び第2チャンネルのDPSK信号をOTDMして、2多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力する。WDM分波器は、2多重のOTDM-DPSK信号を波長がλ₁であるOTDM-DPSK信号と、波長がλ₂であるモニター信号とに波長分割して出力する。

第4のOTDM-DPSK信号生成装置は、OTDM-DPSK信号生成部と、干渉信号検出部とを具えている。

OTDM-DPSK信号生成部は、WDMカプラと、光分岐器と、第1及び第2位相変調器と、複合型光合分波器とを具えている。WDMカプラは、波長がλ₁である光パルス列と、波長がλ₂である連続波光とを合波して多波長光パルス列として生成して出力する。光分岐器は、多波長光パルス列を、第1多波長光パルス列と第2多波長光パルス列とに2分割する。第1及び第2位相変調器は、第1多波長光パルス列と第2多波長光パルス列をそれぞれ入力して、DPSK方式でコーディングされた第1及び第2チャンネルのDPSK信号をそれぞれ生成して出力する。複合型光合分波器は、第1及び第2チャンネルのDPSK信号を入力して、前記第1及び第2チャンネルのDPSK信号を光時分割多重して波長λ₁の2多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力すると共に、波長がλ₂である干渉モニター信号を生成して出力する。

干渉信号検出部は、干渉モニター信号を入力してこの干渉モニター信号を構成する光パルス間の光搬送波位相差の関数として与えられる光搬送波位相差検出信号を生成して出力する。

複合型光合分波器は、第1半透鏡、第2半透鏡、第3半透鏡、1/4波長板及び第4半透鏡を具えて構成するのがよい。第2半透鏡は、第1半透鏡へ入射する第1チャンネルのDPSK信号を反射して出力するこの第1半透鏡の出力側に設置される。第3半透鏡は、第1半透鏡へ入射する第1チャンネルのDPSK信号を透過して出力するこの第1半透鏡の出力側に設置される。1/4波長板は、第3半透鏡に入射する第1チャンネルのDPSK信号を反射して出力するこの第3半透鏡の出力側に設置される。第4半透鏡は、第2半透鏡で反射されて第2半透鏡から出力される信号光と、第3半透鏡で反射されて1/4波長板を透過した信号光とが干渉する位置に設置される。

上述の第1〜第4のOTDM-DPSK信号生成装置であって、2多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力するOTDM-DPSK信号生成装置のOTDM-DPSK信号生成部の好適実施例では、ビット遅延器を具えるのが良い。ビット遅延器は、第1及び第2チャンネルのそれぞれのDPSK信号を、ビットインターリーブしてOTDMするために必要な時間遅延を第2チャンネルのDPSK信号に与える。この時間遅延量は、第2チャンネルのDPSK信号を構成する光パルス1つ分が時間軸上で占める時間の1/2に相当する時間遅延量である。

また、上述の第1及び第2のOTDM-DPSK信号生成装置であって、2^N多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力するOTDM-DPSK信号生成装置のOTDM-DPSK信号生成部の好適実施例では、ビット遅延手段を具えるのが良い。ビット遅延手段は、第2〜2^NチャンネルのそれぞれのDPSK信号に対して、ビットインターリーブしてOTDMするために必要な時間遅延を与える。

上述の第1〜第4のOTDM-DPSK信号生成装置であって、2多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力するOTDM-DPSK信号生成装置の光搬送波位相差検出部の好適実施例では、光搬送波干渉計と干渉信号検出部とを具えるのが良い。光搬送波干渉計は、モニター信号を入力して、このモニター信号を構成する光パルス間の光搬送波位相差に応じて、モニター信号の強度を変調することによって生成される干渉光を干渉モニター信号として出力する。干渉信号検出部は、干渉モニター信号を入力して光搬送波位相差検出信号として生成して出力する。

干渉信号検出部は、干渉多重モニター信号を光電変換して電気干渉信号として出力する光電変換器と、電気干渉信号の高周波成分を遮断して低周波電気干渉信号を出力するローパルフィルタと、低周波電気干渉信号の時間平均強度検出して、光搬送波位相差検出信号として出力する強度検出器とを具えている。

また、上述の第1及び第2のOTDM-DPSK信号生成装置であって、2^N多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力するOTDM-DPSK信号生成装置の光搬送波位相差検出部の好適実施例では、k個の光搬送波干渉計（ここで、kは、2^N-1を満たす全ての整数である。）と、干渉信号検出部とを具えるのが良い。k個の光搬送波干渉計は、入力された1次モニター信号からk次モニター信号を入力して、1次モニター信号からk次モニター信号を構成する光パルス間の光搬送波位相差に応じて、1次モニター信号からk次モニター信号の強度を変調することによって生成される干渉光を1〜k干渉モニター信号として出力する。干渉信号検出部は、1〜k干渉モニター信号を入力して(2^N-1)個の光搬送波位相差検出信号として生成する。

干渉信号検出部は、1〜k干渉モニター信号を光電変換して1〜k電気干渉信号として出力するk個の光電変換器と、1〜k電気干渉信号の高周波成分を遮断して1〜k低周波電気干渉信号を出力するローパルフィルタと、1〜k低周波電気干渉信号の時間平均強度を検出して、光搬送波位相差検出信号として出力する強度検出器とを具えている。

上述の第2のOTDM-DPSK信号生成装置であって、2多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力するOTDM-DPSK信号生成装置の好適実施例では、光搬送波位相差制御部が、バイアス信号調整器と、第1及び第2信号結合器を具えるのが良い。バイアス信号調整器は、第1及び第2位相制御器にそれぞれ第1及び第2バイアス調整信号を供給する。第1及び第2信号結合器は、第1及び第2変調器ドライバからそれぞれ供給される第1及び第2チャンネルの送信信号に、それぞれ第1及び第2バイアス信号を結合して付加する。

また、上述の第2のOTDM-DPSK信号生成装置であって、2^N多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力するOTDM-DPSK信号生成装置の好適実施例では、光搬送波位相差制御部が、バイアス信号調整器と、第1〜第2^N信号結合器を具えるのが良い。バイアス信号調整器は、第1〜第2^N位相変調器にそれぞれ第1〜第2^Nバイアス調整信号を供給する。第1〜第2^N信号結合器は、第1〜第2^N変調器ドライバからそれぞれ供給される第1〜第2^Nチャンネルの送信信号に、それぞれ第1〜第2^Nバイアス調整信号を結合して付加する。

上述の光搬送波干渉計の好適実施例では、第1光分岐器と、第2光分岐器と、第3光分岐器と、π位相シフタと、π/2位相シフタと、第1光カプラと、第2光カプラと、第3光カプラとを具えるのが良い。

第1光分岐器は、モニター信号を、第1分岐モニター信号と第2分岐モニター信号とに強度分割して出力し、それぞれ第1アーム導波路と第2アーム導波路とに入力する。

第2光分岐器は、第1分岐モニター信号を、第(1-1)分岐モニター信号と第(1-2)分岐モニター信号とに強度分割して出力し、それぞれ第(1-1)アーム導波路と第(1-2)アーム導波路とに入力する。

第3光分岐器は、第2分岐モニター信号を、第(2-1)分岐モニター信号と第(2-2)分岐モニター信号とに強度分割して出力し、それぞれ第(2-1)アーム導波路と第(2-2)アーム導波路とに入力する。

第(1-1)アーム導波路及び第(1-2)アーム導波路の光路長は、第(1-1)分岐モニター信号と第(1-2)分岐モニター信号との間で、光パルス1つ分が時間軸上で占める時間に相当する時間遅延差を有するように設定されている。

第(2-1)アーム導波路及び第(2-2)アーム導波路の光路長は、第(2-1)分岐モニター信号と第(2-2)分岐モニター信号との間で、光パルス1つ分が時間軸上で占める時間に相当する時間遅延差を有するように設定されている。

π位相シフタは、第(2-2)アーム導波路の途中に設置されており、第(2-1)分岐モニター信号の光搬送波位相をπだけシフトさせて、π位相シフト第(2-1)分岐モニター信号を生成して出力する。

第2光カプラは、第(1-1)アーム導波路と第(1-2)アーム導波路とをそれぞれ伝播した第(1-1)分岐モニター信号と第(1-2)分岐モニター信号とを多重して、第2多重モニター信号を生成して出力する。

第3光カプラは、π位相シフタから出力されたπ位相シフト第(2-2)分岐モニター信号と、第(2-1)アーム導波路を伝播した第(2-1)分岐モニター信号とを多重して第3多重モニター信号を生成して出力する。

π/2位相シフタは、第3多重モニター信号の光搬送波位相をπ/2だけシフトさせて、π/2位相シフト第3多重モニター信号を生成して出力する。

第1光カプラは、第2光カプラから出力された第2多重モニター信号とπ/2位相シフト第3多重モニター信号とを多重して第1多重モニター信号を生成して出力する。

そして、第1光分岐器から第2光分岐器に至る光路長と、第1光分岐器から第3光分岐器に至る光路長とは等しく設定されており、第2光カプラから第1光カプラに至る光路長と、第3光カプラから第1光カプラに至る光路長とは等しく設定されている。

上述の光搬送波干渉計の他の好適実施例では、第1半透鏡、1/4波長板、第2半透鏡、第1の1/2ビット遅延器、第1位相微調整素子、第1全反射鏡、第2全反射鏡、第3半透鏡、第2の1/2ビット遅延器、第2位相微調整素子、第3全反射鏡及び第4全反射鏡を具えるのが良い。

この光搬送波干渉計は、第1半透鏡に入射する入力信号が透過する方向に向って、順に、第1半透鏡、1/4波長板、第2半透鏡、第1の1/2ビット遅延器、第1位相微調整素子及び第1全反射鏡が直列に配置されている。また、第1半透鏡に入射する入力信号が反射する方向に向って、順に、第1半透鏡、第3半透鏡、第2の1/2ビット遅延器、第2位相微調整素子及び第3全反射鏡が直列に配置されいる。そして、第2全反射鏡は、第1半透鏡を透過して第2半透鏡に入射した信号光が反射されて出力される側の面に設置されている。第4全反射鏡は、第1半透鏡から反射されて第3半透鏡に入射した信号光が反射されて出力される側の面に設置されている。

上述の光搬送波干渉計の更なる他の好適実施例では、偏光子、半透鏡、1/2ビット遅延器、第1全反射鏡、第1の1軸性結晶、第2全反射鏡、第2の1軸性結晶及び検光子を具えるのがよい。

この光搬送波干渉計は、半透鏡に入射する入力信号が半透鏡を透過する方向に向って、順に偏光子、半透鏡、第1の1軸性結晶及び第2全反射鏡が直列に配置されている。また、半透鏡に入射する入力信号光が反射して出力する半透鏡の出力端面から、順に、1/2ビット遅延器、第1全反射鏡が配置されている。そして、半透鏡に入射する入力信号光が反射して出力する半透鏡の出力端面と反対側の端面から、順に、第2の1軸性結晶及び検光子が配置されている。

2多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力する第1のOTDM-DPSK信号生成装置によれば、この装置が具えるモニター信号分岐器によってこのOTDM-DPSK信号から、モニター信号が分岐されて取り出される。

このモニター信号は、後述するように、OTDM-DPSK信号の光パルス間の光搬送波位相差に関する情報が含まれている。モニター信号は、光搬送波位相差検出部に入力されて、モニター信号を構成する光パルス間の光搬送波位相差の関数として与えられる光搬送波位相差検出信号が生成されて出力される。

従って、第1のOTDM-DPSK信号生成装置によれば、光搬送波位相差検出部を具えているので、OTDM-DPSK信号を構成する光パルス間の光搬送波位相差を検出することが可能となる。

第1のOTDM-DPSK信号生成装置を、一般に、2^N多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力する装置として拡張した場合であっても、2^N多重のOTDM-DPSK信号を構成する光パルス間の光搬送波位相差を検出することが可能である。

2多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力する第2のOTDM-DPSK信号生成装置は、OTDM-DPSK信号生成部と、光搬送波位相差検出部とに加えて、光搬送波位相差制御部とを具えて構成される。従って、第2のOTDM-DPSK信号生成装置によれば、OTDM-DPSK信号を構成する光パルス間の光搬送波位相差を検出することが可能であるとともに、光搬送波位相差検出部から光搬送波位相差制御部供給される光搬送波位相差検出信号によって、DPSK方式でコーディングされた光パルス信号の光搬送波位相差を制御することが可能となる。

第2のOTDM-DPSK信号生成装置を、一般に、2^N多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力する装置として拡張した場合であっても、2^N多重のOTDM-DPSK信号を構成する光パルス間の光搬送波位相差を検出することが可能であるとともに、光搬送波位相差検出部から光搬送波位相差制御部供給される光搬送波位相差検出信号によって、DPSK方式でコーディングされた光パルス信号の光搬送波位相差を制御することが可能である。

第3のOTDM-DPSK信号生成装置のOTDM-DPSK信号生成部は、波長がλ₁である光パルス列と、波長がλ₂である光パルス列とを合波して多波長光パルス列として生成して出力するWDMカプラを具えている。また、2多重のOTDM-DPSK信号を波長がλ₁であるOTDM-DPSK信号と、波長がλ₂であるモニター信号とに波長分割して出力するWDM分波器とを具えている。

そのため、第3のOTDM-DPSK信号生成装置は、OTDM-DPSK信号とは異なる波長のモニター信号を生成できる。このような構成とすることによって、第3のOTDM-DPSK信号生成装置は、TDM-DPSK信号の位相ゆらぎの大きさφが最小の状態において、光搬送波位相差検出信号の値は、極大値と極小値との間の値をとるように動作させることが可能となる。このことによって、光搬送波位相差検出信号の値の増減に応じて、位相ゆらぎの大きさφの値を増減させることが可能となり、位相ゆらぎの大きさφの値の変動の方向（増大する方向あるいは減少する方向）の判定が可能になる。

第4のOTDM-DPSK信号生成装置は、OTDM-DPSK信号生成部と光搬送波位相差検出部とを具えており、OTDM-DPSK信号生成部を、光カプラ及びWDM分波器に換えて、両者の機能を兼ね備える複合型光合分波器を用い構成されている。すなわち、複合型光合分波器は、第1及び第2チャンネルのDPSK信号を入力して、波長λ₁の2多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力すると共に、波長がλ₂であるモニター信号を生成して出力する。このように、複合型光合分波器を用いることによって、OTDM-DPSK信号生成部を構成する部品点数を減らすとともに、装置を形成するためのコストの低廉化を図ることが可能となる。

複合型光合分波器が、第1半透鏡、第2半透鏡、第3半透鏡、1/4波長板及び第4半透鏡を具えた上述の構成とすることによって、第1及び第2チャンネルのDPSK信号を入力して、波長λ₁の2多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力すると共に、波長がλ₂であるモニター信号を生成して出力する機能を実現することができる。

第1〜第4のOTDM-DPSK信号生成装置が、ビット遅延器を具えることによって、第1及び第2チャンネルのそれぞれのDPSK信号が、ビットインターリーブされて、2多重のOTDM-DPSK信号を生成される。また、上述の第1及び第2のOTDM-DPSK信号生成装置が、ビット遅延手段を具えることによって、第2〜2^NチャンネルのそれぞれのDPSK信号が、ビットインターリーブされて2^N多重のOTDM-DPSK信号が生成されて出力される。

第1〜第4のOTDM-DPSK信号生成装置であって、2多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力するOTDM-DPSK信号生成装置の光搬送波位相差検出部が、光搬送波干渉計と干渉信号検出部とを具えることによって、光搬送波位相差検出信号を生成して出力することが可能となる。同様に、上述の第1及び第2のOTDM-DPSK信号生成装置であって、2^N多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力するOTDM-DPSK信号生成装置の光搬送波位相差検出部が、k個の光搬送波干渉計と、干渉信号検出部とを具えることによって、(2^N-1)個の光搬送波位相差検出信号を生成して出力することが可能となる。

光搬送波干渉計が、第1光分岐器と、第2光分岐器と、第3光分岐器と、π位相シフタと、π/2位相シフタと、第1光カプラと、第2光カプラと、第3光カプラとを具えることによって、モニター信号から第1多重モニター信号を生成して出力することが可能となる。

ここで、説明の便宜上、光搬送波干渉計単独の機能を説明する場合には、上述の干渉モニター信号に相当する信号を第1多重モニター信号と呼称した。しかしながら、これは光搬送波干渉計の機能を、光搬送波位相差検出部に構成要素として組み込まれるという限定をはずして、一般的に説明するためにとった措置である。すなわち、光搬送波位相差検出部に構成要素として光搬送波干渉計を組み込んだ場合には、モニター信号を光搬送波干渉計に入力して得られる出力信号は干渉モニター信号となる。

また、他の好適実施例の光搬送波干渉計を、第1半透鏡、1/4波長板、第2半透鏡、第1の1/2ビット遅延器、第1位相微調整素子、第1全反射鏡、第2全反射鏡、第3半透鏡、第2の1/2ビット遅延器、第2位相微調整素子、第3全反射鏡及び第4全反射鏡を具えて構成することも可能である。このように光搬送波干渉計を構成すれば、少量生産を前提とした場合に、低コストな光搬送波干渉計として製造することが可能となる。

また、更なる他の好適実施例の光搬送波干渉計を、偏光子、半透鏡、1/2ビット遅延器、第1全反射鏡、第1の1軸性結晶、第2全反射鏡、第2の1軸性結晶及び検光子を具えて構成することも可能である。このように光搬送波干渉計を構成すれば、少量生産を前提とした場合に、低コストでかつ小型化した光搬送波干渉計として製造することが可能となる。

以下、図を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は、この発明に係る一構成例を図示するものであり、この発明が理解できる程度に各構成要素の配置関係等を概略的に示しているに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の条件等を用いることがあるが、これらの条件等は好適例の一つに過ぎず、従って、何らこれらに限定されない。各図において、信号の伝送路に沿った矢印で、その伝送路中を伝播する信号を識別する識別番号あるいは識別符号を付してあるが、伝送路に沿った矢印を省略して直接伝送路にその伝送路中を伝播する信号を識別する識別番号を付する場合もある。また、各図において同様の構成要素については、同一の番号を付して示し、その重複する説明を省略することもある。

＜第1実施例＞
図3を参照して、第1のOTDM-DPSK信号生成装置の構成及びその動作について説明する。図3は、OTDM-DPSK信号を構成する光パルス間の光搬送波位相差を検出する光搬送波位相差検出部を具える、2多重のOTDM-DPSK信号生成装置の概略的ブロック構成図である。

［構成］
2多重の第1のOTDM-DPSK信号生成装置は、OTDM-DPSK信号生成部28と、光搬送波位相差検出部30とを具えて構成される。

OTDM-DPSK信号生成部28は、光分岐器12と、第1位相変調器14、第2位相変調器16と、1/2ビット遅延器18と、光カプラ20と、モニター信号分岐器26とを具えている。光分岐器12は、光パルス列11を、第1光パルス列13-1と第2光パルス列13-2とに2分割する。第1位相変調器14び第2位相変調器16は、第1光パルス列13-1と第2光パルス列13-2をそれぞれ入力して、DPSK方式でコーディングされた第1チャンネルのDPSK信号15及び第2チャンネルのDPSK信号17をそれぞれ生成して出力する。

第1チャンネルの2値デジタル信号は、第1位相変調器14が動作可能である水準まで第1変調器ドライバ22で増幅されて、第1チャンネルの電気信号23として第1位相変調器14に供給される。また、同様に第2チャンネルの2値デジタル信号は、第2位相変調器16が動作可能である水準まで第2変調器ドライバ24で増幅されて、第2チャンネルの電気信号25として第2位相変調器16に供給される。

第1チャンネルのDPSK信号15は、第1位相変調器14によって第1光パルス列13-1がDPSK方式でコーディングされて生成された信号であり、光カプラ20に入力される。一方、第2チャンネルのDPSK信号17は、第2位相変調器16によって第2光パルス列13-2がDPSK方式でコーディングされて生成された信号であり、1/2ビット遅延器18に入力される。1/2ビット遅延器18は、入力されたDPSK信号17を構成する光パルス1つ分が時間軸上で占める時間の1/2に相当する時間遅延（以後、「1/2ビット時間遅延」ということもある。）をDPSK信号17に与え、DPSK信号19として生成して出力する。DPSK信号19は、光カプラ20に入力される。

1/2ビット遅延器18は、BK7ガラス等のエタロンによって構成することができる。エタロンを1/2ビット遅延器18として使用するには、このエタロンを透過するDPSK信号17に対して、1/2ビット時間遅延を与えるために必要な厚みのエタロンを選択して、第2位相変調器16と光カプラ20との間の光路に挿入すればよい。

光カプラ20は、第1チャンネルのDPSK信号15と、1/2ビット時間遅延されて生成されたDPSK信号19とをビットインターリーブによってOTDMして、2多重のOTDM-DPSK信号21を生成して出力する。OTDM-DPSK信号21は、モニター信号分岐器26に入力される。

モニター信号分岐器26は、OTDM-DPSK信号21からモニター信号27-2を分岐して取り出すとともに、OTDM-DPSK信号27-1を、OTDM-DPSK信号生成部28の出力信号として出力する。モニター信号27-2は、光搬送波位相差検出部30に入力される。

光搬送波位相差検出部30は、モニター信号27-2を構成する光パルス間の光搬送波位相差の関数として与えられる光搬送波位相差検出信号35を生成して出力する。

光搬送波位相差検出信号35を生成して出力する光搬送波位相差検出部30は、光搬送波干渉計32と干渉信号検出部34とを具えている。光搬送波干渉計32は、モニター信号27-2を入力して、モニター信号27-2を構成する光パルス間の光搬送波位相差に応じた強度変調がされた干渉信号光を干渉モニター信号33として出力する。干渉信号検出部34は、干渉モニター信号33を入力して光搬送波位相差検出信号35として生成して出力する。

干渉信号検出部34は、光電変換器36と、ローパルフィルタ38と、強度検出器40とを具えている。光電変換器36は、干渉モニター信号33を光電変換して電気干渉信号37として出力する。干渉モニター信号33が光電変換されると、干渉モニター信号33の光搬送波の波としての情報（光搬送波の周波数成分）は消滅し、光搬送波の包絡線で形成される電気信号波形が電気干渉信号37として生成される。すなわち、光電変換器36は、干渉多重モニター信号のビットレート周波数に比べて遥かに高周波である光搬送波の周波数成分には応答できず、干渉多重モニター信号のビットレート周波数に等しい光搬送波の包絡線で形成される電気信号成分だけが、電気干渉信号37として生成される。

ローパルフィルタ38は、電気干渉信号37の高周波成分を遮断して、単純な電圧信号である電気干渉信号39を出力する。強度検出器40は、電気干渉信号39の時間平均強度(直流電圧)を検出して、後述する光搬送波位相差制御部を駆動可能な程度の直流信号に変換して光搬送波位相差検出信号35として出力する。ローパルフィルタ38には、ループフィルター等を適宜利用することができる。

光搬送波干渉計32について、図4を参照してその構成について説明する。図4は、光搬送波干渉計の概略的構成図である。

光搬送波干渉計32は、第1光分岐器42と、第2光分岐器44と、第3光分岐器46と、π位相シフタ54と、π/2位相シフタ56と、第1光カプラ52と、第2光カプラ48と、第3光カプラ50と、を具えている。

第1光分岐器42は、モニター信号41（27-2）を、第1分岐モニター信号42-1と第2分岐モニター信号42-2とに強度分割して出力し、それぞれ第1アーム導波路60と第2アーム導波路62とに入力する。

第2光分岐器44は、第1分岐モニター信号42-1を、第(1-1)分岐モニター信号44-1と第(1-2)分岐モニター信号44-2とに強度分割して出力し、それぞれ第(1-1)アーム導波路64と第(1-2)アーム導波路66とに入力する。

第3光分岐器46は、第2分岐モニター信号42-2を、第(2-1)分岐モニター信号46-1と第(2-2)分岐モニター信号46-2とに強度分割して出力し、それぞれ第(2-1)アーム導波路68と第(2-2)アーム導波路70とに入力する。

第(1-1)アーム導波路64及び第(1-2)アーム導波路66の光路長は、第(1-1)分岐モニター信号44-1と第(1-2)分岐モニター44-2信号との間で、光パルス1つ分が時間軸上で占める時間に相当する時間遅延差を有するように設定されている。

第(2-1)アーム導波路68及び第(2-2)アーム導波路70の光路長は、第(2-1)分岐モニター信号46-1と第(2-2)分岐モニター信号46-2との間で、光パルス1つ分が時間軸上で占める時間に相当する時間遅延差を有するように設定されている。

π位相シフタ54は、第(2-2)アーム導波路70の途中に設置されており、第(2-2)分岐モニター信号46-2の光搬送波位相をπだけシフトさせて、π位相シフト第(2-2)分岐モニター信号54-2を生成して出力する。π位相シフタ54は、導波路の一部分の実効屈折率を変化させることで、容易に形成できる。

従って、第(2-1)アーム導波路68及び第(2-2)アーム導波路70の光路長は、第(2-1)分岐モニター信号46-1と第(2-2)分岐モニター信号46-2との間で、光パルス1つ分が時間軸上で占める時間に相当する時間遅延差を有するように設定されていると説明したが、厳密には、光パルス1つ分が時間軸上で占める時間に相当する時間遅延差に、更に第(2-2)分岐モニター信号46-2の光搬送波位相がπだけシフトするだけの光路長差が加えられている。

第2光カプラ48は、第(1-1)アーム導波路64と第(1-2)アーム導波路66とをそれぞれ伝播した第(1-1)分岐モニター信号44-1と第(1-2)分岐モニター信号44-2とを多重して、第2多重モニター信号49を生成して出力する。

第3光カプラ50は、π位相シフタ54から出力されたπ位相シフト第(2-2)分岐モニター信号54-2と、第(2-1)アーム導波路68を伝播した第(2-1)分岐モニター信号46-1とを多重して第3多重モニター信号51-1を生成して出力する。

π/2位相シフタ56は、第3多重モニター信号51-1の光搬送波位相をπ/2だけシフトさせて、π/2位相シフト第3多重モニター信号51-2を生成して出力する。π/2位相シフタ56は、導波路の一部分の実効屈折率を変化させることで、容易に形成できる。

第1光カプラ52は、第2光カプラ48から出力された第2多重モニター信号49とπ/2位相シフト第3多重モニター信号51-2とを多重して第1多重モニター信号53を生成して出力する。

そして、第1光分岐器42から第2光分岐器44に至る光路長と、第1光分岐器42から第3光分岐器46に至る光路長とは等しく設定されており、第2光カプラ48から第1光カプラ52に至る光路長と、第3光カプラ50から第1光カプラ52に至る光路長とは等しく設定されている。ただし、厳密には、π/2位相シフタ56が挿入されていることによって、第2光カプラ48から第1光カプラ52に至る光路長と、第3光カプラ50から第1光カプラ52に至る光路長との間には、第3多重モニター信号51-1の光搬送波位相をπ/2だけシフトするだけの光路長差が存在する。

［動作］
図3〜図7を参照して、2多重の第1のOTDM-DPSK信号生成装置の動作を説明する。2多重の第1のOTDM-DPSK信号生成装置の動作を説明するに当たり、第1チャンネルのDPSK信号である第1位相変調信号15及び第2チャンネルのDPSK信号である第2位相変調信号17のビットレートを、いずれも40 Gbit/sであるものとする。従って、第1位相変調信号15及び第2位相変調信号17をOTDMして生成される多重位相変調信号21（2多重のOTDM-DPSK信号）のビットレートは、80 Gbit/sとなる。このように、第1及び第2チャンネルのDPSK信号を特定のビットレートと仮定して説明しても、以下の説明は、これとは異なるビットレートである場合に対してもそのまま成立し、一般性を失わない。

周波数が40 GHzの光パルス列11は、OTDM-DPSK信号生成部28に入力される。光パルス列11は、光分岐器12で2分割されて、第1光パルス列13-1及び第2光パルス列13-2として生成される。第1光パルス列13-1及び第2光パルス列13-2は、それぞれ第1位相変調器14及び第2位相変調器16に入力される。

第1位相変調器14及び第2位相変調器16において、第1光パルス列13-1及び第2光パルス列13-2がそれぞれ、第1変調器ドライバ22及び第2変調器ドライバ24から供給される送信信号によってDPSK方式でコーディングされて、第1位相変調信号15及び第2位相変調信号17として生成されて出力される。

第2位相変調信号17は、1/2ビット遅延器18に入力されて、1/2ビットに相当する時間遅延1.25×10^-7秒（＝1/(2×40×10⁹)）が与えられて、遅延第2位相変調信号19として生成されて出力される。第1位相変調信号15と遅延第2位相変調信号19とは、光カプラ20で多重されて、多重位相変調信号21として生成されて出力される。すなわち、OTDM-DPSK信号生成部28において、光パルス列11を基にして、第1変調器ドライバ22及び第2変調器ドライバ24から供給される2チャンネル分の送信信号がDPSK信号に変換されて、これら2チャンネル分のDPSK信号がOTDMされて、OTDM-DPSK信号である、多重位相変調信号21が生成される。

多重位相変調信号21を生成して出力するのが、OTDM-DPSK信号生成部28の本来の機能であるが、OTDM-DPSK信号生成部28は、多重位相変調信号21を構成する光パルス間の光搬送波位相差を検出するために、多重位相変調信号21からモニター信号27-2を分岐するための、モニター信号分岐器26を具えている。モニター信号分岐器26によって分岐されて取り出されたモニター信号27-2は、光搬送波位相差検出部30に入力される。

多重位相変調信号21は、光カプラ20において第1位相変調信号15と遅延第2位相変調信号19とが多重されて生成される際に、第1位相変調信号15と遅延第2位相変調信号19との位相の関係が一定の関係に規定されて多重されるための手段が設けられていないため、多重位相変調信号21を構成する光パルス間の位相差は、0、φ、π、及びφ+πの何れかの関係で、ランダムに分布する。

DPSK方式でコーディングされたDPSK信号は、DPSK信号を構成する光パルス間の位相差を、0であるかπであるかの何れかとすることによって、2値デジタル信号として構成されている。従って、多重位相変調信号21を構成する光パルス間の位相差は、0であるかπであるかの何れかの関係で分布することが理想である。すなわち、多重位相変調信号21を構成する光パルス間の位相差の関係は、常にφ＝0となるように規定されるのが理想である。

そこで、まず、常にφ＝0となるように規定された多重位相変調信号21を生成するには、φの値を知ることが必要である。このφの値を計測する為の手段が、光搬送波位相差検出部30であり、光搬送波位相差検出部30からは、多重位相変調信号21を構成する光パルス間の光搬送波位相差の関数として与えられる光搬送波位相差検出信号35が生成されて出力される。

次に、光搬送波位相差検出部30において、モニター信号27-2が入力されて、光搬送波位相差検出信号35が生成されるまでの動作について説明する。光搬送波位相差検出信号35が生成されるまでにおいて、中心的役割を果たすのが、光搬送波干渉計32であるので、光搬送波干渉計32の構成を示す図4及び、光搬送波干渉計32の各所における光信号の時間波形を示す図5を参照し、また、図6及び図7を適宜参照して、光搬送波干渉計32の動作を説明する。

図5(A)〜(G-3)は、光搬送波干渉計の各所における光信号の時間波形を示す図であり、それぞれ、図4に示した、（A）第(1-1)分岐モニター信号44-1及び第(2-1)分岐モニター信号46-1、（B）第(1-2)分岐モニター信号44-2、（C）π位相シフト第(2-1)分岐モニター信号54-2、（D）第2多重モニター信号49、（E）第3多重モニター信号51-1、（F）π/2位相シフト第3多重モニター信号51-2、（G-1）φ＝0又はφ＝πである場合の第1多重モニター信号53、（G-2）φ＝π/4又はφ＝3π/4である場合の第1多重モニター信号53、（G-3）φ＝π/2である場合の第1多重モニター信号53の時間波形を示す図である。横軸が時間軸であり、任意スケールで目盛って示してある。また、縦軸は振幅を示す。図5(D)〜(F)に示すA、B、C及びDは、それぞれ、後述する∠A、∠B、∠C及び∠Dを示している。

光搬送波位相差検出部30は、第1のOTDM-DPSK信号生成装置に限らず、後述する第2〜4のOTDM-DPSK信号生成装置にも利用されるので、ここでは、光搬送波位相差検出部30に入力される信号を、モニター信号27-2と限定せずに、モニター信号41として、一般的に説明する。

モニター信号41の時間波形は、図5(A)に示す時間波形である。信号の時間波形を示すに当たって、時間軸の原点は任意に設定できるので、説明の便宜上、第(1-1)分岐モニター信号44-1及び第(2-1)分岐モニター信号46-1の時間波形も図5(A)に示す時間波形で与えられるものとして、以下説明する。すなわち、モニター信号41の時間波形の時間軸の原点と、第(1-1)分岐モニター信号44-1及び第(2-1)分岐モニター信号46-1の時間波形の時間軸の原点とは、本来ずれた位置にあるが、以下の説明では両者の原点の位置については、問題とする必要がない。

モニター信号41が光搬送波干渉計32に入力されると、第1光分岐器42によって、第1分岐モニター信号42-1と第2分岐モニター信号42-2とに強度2分割される。第1分岐モニター信号42-1及び第2分岐モニター信号42-2は、それぞれ第2光分岐器44及び第3光分岐器46によって強度2分割されて、第(1-1)分岐モニター信号44-1、第(1-2)分岐モニター信号44-2、第(2-1)分岐モニター信号46-1及び第(2-2)分岐モニター信号46-2として生成される。

第(1-1)アーム導波路64及び第(1-2)アーム導波路66の光路長は、第(1-1)分岐モニター信号44-1と第(1-2)分岐モニター信号44-2との間で、光パルス1つ分が時間軸上で占める時間に相当する時間遅延差（以後、「1ビット遅延差」ということもある。ここでは、2.5×10^-7秒である。）を有するように設定されているから、第(1-2)分岐モニター44-2信号は、第(1-1)分岐モニター信号44-1に対して、1ビット遅延差を以って、第2光カプラ48で合波される。

一方、第(2-1)アーム導波路68及び第(2-2)アーム導波路70の光路長は、第(2-1)分岐モニター信号46-1と第(2-2)分岐モニター信号46-2との間で、1ビット遅延差を有するように設定されており、π位相シフタ54が第(2-2)アーム導波路70の途中に設置されている。そのため、第(2-2)分岐モニター信号46-2は、第(2-1)分岐モニター信号46-1に対して、1ビット遅延差に更に、第(2-2)分岐モニター信号46-2の光搬送波としての位相がπだけシフト（位相πに相当する時間差を付加）させた遅延差を以って、第3光カプラ50で合波される。

第2光カプラ48及び第3光カプラ50において、それぞれ生成さて出力される第2多重モニター信号49及び第3多重モニター信号51-1の時間波形がどのようになるかを、図5(A)〜(E)を参照して説明する。

第(1-1)アーム導波路64を伝播した第(1-1)分岐モニター信号44-1と第(1-2)アーム導波路66を伝播した第(1-2)分岐モニター信号44-2は、それぞれ図5(A)及び(B)に示す時間波形を有しており、両者は、第2光カプラ48において干渉し、第2多重モニター信号49となって出力される。その結果第2多重モニター信号49の時間波形は、図5(D)に示す時間波形となる。また、第(2-1)アーム導波路68を伝播した第(2-1)分岐モニター信号46-1と第(2-2)アーム導波路70を伝播したπ位相シフト第(2-2)分岐モニター信号54-2とは、それぞれ図5(A)及び(C)に示す時間波形を有しており、両者は、第3光カプラ50において干渉し、第3多重モニター信号51-1となって出力される。その結果、第3多重モニター信号51-1の時間波形は、図5(E)に示す時間波形となる。

図5(A)に示すように、第(1-1)分岐モニター信号44-1及び第(2-1)分岐モニター信号46-1を構成する、光パルス間の位相差は、0、φ、π、及びφ+πの何れかの関係で、ランダムに分布している。また、第(1-2)分岐モニター信号44-2は、第(1-1)分岐モニター信号44-1及び第(2-1)分岐モニター信号46-1と1ビット遅延差があるので、図5(B)に示すように、光パルスの位相が1ビット分だけシフトしている。

第2多重モニター信号49は、第(1-1)分岐モニター信号44-1と第(1-2)分岐モニター信号44-2とが干渉した結果生成された信号であるので、その時間波形は、図5(D)に示すようになる。ここで、φの値がπと比べて十分小さい場合を例にして、第2多重モニター信号49の時間波形が図5(D)に示すようになる理由を説明する。

図5(D)の光パルスの存在するタイムスロットを、一番左側から順に第1ビット、第2ビット等というものとする。図5(D)の第1ビットをみると、図5(A)に示す第(1-1)分岐モニター信号44-1の光パルスはその位相が0であり、図5(B)に示す第(1-2)分岐モニター信号44-2の光パルスはその位相がφである。従って、図5(D)に示す第2多重モニター信号49の光パルスの位相は、0+φとなり、ほぼ同位相で干渉するので、強い光強度の光パルスAとなる。

同様に第2ビットを見ると、第2多重モニター信号49の光パルスの位相は、φ+πとなり、ほぼ反対位相で干渉するので、弱い光強度の光パルスBとなる。第5ビットは、第2多重モニター信号49の光パルスの位相が、0+(π+φ)となるので、弱い光強度の光パルスCとなる。第6ビットは、第2多重モニター信号49の光パルスの位相が、(π+φ)+πとなるので、強い光強度の光パルスDとなる。

すなわち、第(1-1)分岐モニター信号44-1の光パルスと、第(1-2)分岐モニター信号44-2の光パルスとの干渉においては、次の(1)〜(4)の4通りの干渉を考慮することが必要となる。(1)両者の光パルスの位相が0及びφ(又はφ及び0）である場合で、この場合は干渉の結果強い光強度の光パルスAが生成される。(2)両者の光パルスの位相がπ及びφ(又はφ及びπ）である場合で、この場合は干渉の結果弱い光強度の光パルスBが生成される。(3)両者の光パルスの位相が0及びπ+φ(又はπ+φ及び0）である場合で、この場合は干渉の結果弱い光強度の光パルスCが生成される。(4)両者の光パルスの位相がπ+φ及びπ(又はπ及びπ+φ）である場合で、この場合は干渉の結果強い光強度の光パルスDが生成される。

図5(E)に示す第3多重モニター信号51-1の時間波形についても、上述の図5(D)に示す第2多重モニター信号49の時間波形と同様に説明される。

干渉し合う光パルスの位相の関係が、上述の(1)両者の光パルスの位相が0及びφ(又はφ及び0）である場合、(2)両者の光パルスの位相がπ及びφ(又はφ及びπ）である場合、(3)両者の光パルスの位相が0及びπ+φ(又はπ+φ及び0）である場合、及び(4)両者の光パルスの位相がπ+φ及びπ(又はπ及びπ+φ）である場合について、干渉の結果生成される光パルスの強度について、図6(A)〜(D)を参照して、それぞれ説明する。

図6(A)〜(D)は、位相変調信号の合成の説明に供する図であり、フェーザ(phasor)表示によって、位相変調信号を構成する光パルスの状態を示してある。ここで、フェーザ表示とは、位相変調信号を構成する光パルスの状態に対応する、複素平面上の点の位置（複素数と一対一に対応する。）を、位置ベクトルによって表示する手法である。すなわち、フェーザ表示は、複素数の絶対値及び位相を、それぞれ位相変調信号を構成する光パルスの光搬送波としての振幅及び位相とし、この複素数に対応する位置ベクトルを複素平面（ガウス平面）上に表示する手法である。

図6(A)は、両者の光パルスの位相が0及びφ(又はφ及び0）である場合、図6(B)は、両者の光パルスの位相がπ及びφ(又はφ及びπ）である場合、図6(C)は、両者の光パルスの位相が0及びπ+φ(又はπ+φ及び0）である場合、及び図6(D)は、両者の光パルスの位相がπ+φ及びπ(又はπ及びπ+φ）である場合である。

以下の(1)〜(4)の場合における光パルス同士の干渉の説明においては、干渉する光パルス同士の振幅をそれぞれ1に規格化して示す。

(1)両者の光パルスの位相が0及びφ(又はφ及び0）である場合
位相が0である光パルスの状態は、e^i×0＝1で与えられる。また、位相がφである光パルスの状態は、e^iφで与えられる。ただし、位相が0及びφである光パルスの光搬送波（角周波数をωとする。）としての時間依存項e^iωtは、以下の議論に本質的影響を与えないので、省略して示してある。(2)〜(4)の場合の説明においても、同様に時間依存項e^iωtは省略して示してある。

両者は、フェーザ表示では、複素平面上の位置ベクトルとして扱われる量である。位相が0である光パルスと、位相がφである光パルスの干渉の結果生成される光パルスの状態I₁は、下記の式(1)で与えられる。

干渉の結果生成される光パルスの状態I₁の位相∠Aは、下記の式(2)で与えられ
で与えられ、その強度｜I₁｜は、下記の式(3)で与えられる。

図6(A)において、光パルスの状態I₁の位相∠Aは、光パルスの状態I₁を表すベクトルI₁が、実軸となす角度として与えられる。また、強度｜I₁｜は、上述した、図5(D)に示した強い光強度の光パルスA強度を与える。

(2)両者の光パルスの位相がπ及びφ(又はφ及びπ）である場合
位相がπである光パルスの状態は、e^iπ＝-1で与えられる。また、位相がφである光パルスの状態はe^iφで与えられる。位相がπである光パルスと、位相がφである光パルスの干渉の結果生成される光パルスの状態I₂は、下記の式(4)で与えられる。

干渉の結果生成される光パルスの状態I₂の位相∠Bは、下記の式(5)で与えられ、その強度｜I₂｜は、下記の式(6)で与えられる。

図6(B)において、光パルスの状態I₂の位相∠Bは、光パルスの状態I₂を表すベクトルI₂が、実軸となす角度として与えられる。ただし、位相∠Bは、実軸の正の向きを起点にして、左回りに測った角度である。また、強度｜I₂｜は、上述した、図5(D)に示した弱い光強度の光パルスB強度を与える。

(3)両者の光パルスの位相が0及びπ+φ(又はπ+φ及び0）である場合
位相が0である光パルスの状態は、e^i×0＝1で与えられる。また、位相がπ+φである光パルスの状態は、e^i(π+φ)で与えられる。位相が0である光パルスと、位相がπ+φである光パルスの干渉の結果生成される光パルスの状態I₃は、下記の式(7)で与えられる。

干渉の結果生成される光パルスの状態I₃の位相∠Cは、下記の式(8)でで与えられ、その強度｜I₃｜は、下記の式(9)で与えられる。

図6(C)において、光パルスの状態I₃の位相∠Cは、光パルスの状態I₃を表すベクトルI₃が、実軸となす角度として与えられる。ただし、位相∠Cは、実軸の正の向きを起点にして、左回りに測った角度である。また、強度｜I₃｜は、上述した、図5(D)に示した弱い光強度の光パルスC強度を与える。

(4)両者の光パルスの位相がπ+φ及びπ(又はπ及びπ+φ）である場合
位相がπである光パルスの状態は、e^iπ＝-1で与えられる。また、位相がπ+φである光パルスの状態は、e^i(π+φ)で与えられる。位相がπある光パルスと、位相がπ+φである光パルスの干渉の結果生成される光パルスの状態I₄は、下記の式(10)でで与えられる。

干渉の結果生成される光パルスの状態I₄の位相∠Dは、下記の式(11)で与えられ、その強度｜I₄｜は、下記の式(12)で与えられる。

図6(D)において、光パルスの状態I₄の位相∠Dは、光パルスの状態I₄を表すベクトルI₄が、実軸となす角度として与えられる。ただし、位相∠Dは、実軸の正の向きを起点にして、左回りに測った角度である。また、強度｜I₄｜は、上述した、図5(D)に示した強い光強度の光パルスD強度を与える。

光パルス間の光搬送波位相差が0あるいはπからのずれ量であるφ（0＜φ≦π）が0である場合は、｜I₂｜＝｜I₃｜＝0となり、弱い光強度の光パルスB及びCが消滅し、｜I₁｜＝｜I₄｜＝2となって、光パルスA及びDが最大強度を持つ光パルスとなる。また、φ＝πである場合は、｜I₁｜＝｜I₄｜＝0となり、強い光強度の光パルスA及びCが消滅し、｜I₂｜＝｜I₃｜＝2となって、光パルスB及びCが最大強度を持つ光パルスとなる。

図5(D)及び(E)に示す、第2多重モニター信号49及び第3多重モニター信号51-1の時間波形は、φ＝0及びπいずれの場合も、弱い光強度の光パルスは消滅し、強い光強度の光パルスのみの、光パルス信号となる。

図5(F)に示す時間波形は図5(E)に示す第3多重モニター信号51-1に光搬送波としての位相をπ/2シフトさせた干渉信号の時間波形である。

式（2）、（5）、（8）及び（11）から、及び図6(A)〜(D)によって明らかなように、ベクトルI₁とI₂、ベクトルI₁とI₃、ベクトルI₂とI₄及びベクトルI₃とI₄とは、それぞれ互いに直交している。ここで、光パルスの状態I₁〜I₄を表すベクトルを、それぞれベクトルI₁〜I₄とした。

従って、第2多重モニター信号49と第3多重モニター信号51-1とは、位相が90°(π/2ラジアン)または-90°(-π/2ラジアン)ずれている。そこで、光搬送波干渉計32において、第3多重モニター信号51-1を、π/2位相シフタ56を通過させることによって、その位相を90°(π/2ラジアン)遅延させ、π/2位相シフト第3多重モニター信号51-2を生成する対策が講じられている。

その結果、第2多重モニター信号49とπ/2位相シフト第3多重モニター信号51-2とが、第1光カプラ52で合波されて生成される第1多重モニター信号53の時間波形は、図5(G-1)から(G-3)に示す形状となる。すなわち、強い光強度I_aの光パルスと、弱い光強度I_bの光パルスとの2種類の光パルスで、第1多重モニター信号53が構成される。光強度I_a及びI_bは、式(3)、(6)及び(9)に基づいて、次式（13）及び（14）で与えられる。

図７(A)及び(B)を参照して、光強度I_a及びI_bの、位相ゆらぎφ依存性について説明する。図7(A)及び(B)は、多重位相変調信号の強度と位相ゆらぎφとの関係を示す図である。図7(A)は、第1多重モニター信号53が有する2種類の光パルス強度（光強度I_a及びI_b）のそれぞれをφの関数として与える図であり、図7(B)は、光強度I_aとI_bとの平均値を与える図であり、横軸はφの値を示し、縦軸は光強度を任意スケールで目盛って示してある。すなわち、光搬送波位相差検出信号35の強度をφの関数として与える図である。

図7(A)に示すように、φ＝π/2ラジアン（0.5πラジアン）のとき光強度I_aは極大となり、光強度I_bは極小（極小値は0）となる。また、図7(B)に示すように、光強度I_aとI_bとの平均値は、φ＝π/2ラジアン（0.5πラジアン）のときに極小値をとる。

第1多重モニター信号53は、図3に示した2多重のOTDM-DPSK信号生成装置においては、干渉モニター信号33に相当する。光搬送波干渉計32から出力される干渉モニター信号33は、干渉信号検出部34が具える光電変換器36に入力され光電変換されて電気干渉信号37として出力される。干渉モニター信号33が光電変換されると、光搬送波の包絡線で形成される、干渉多重モニター信号のビットレート周波数に等しい光搬送波の包絡線で形成される電気信号成分だけが、電気干渉信号37として生成される。電気干渉信号37は、ローパルフィルタ38に入力されて、電気干渉信号の交流成分が時間平均されることによって、高周波成分が遮断されて、電気干渉信号39として出力される。

第1多重モニター信号53を構成する2種類の光パルス強度の平均値（(I_a+I_b)/2）
は、ローパスフィルタ38から出力される電気干渉信号39の時間平均値に比例する値でもある。従って、電気干渉信号39は、図7(B)に示す光強度I_a及びI_bの平均値を与える高周波成分が遮断されて生成された、光強度I_a及びI_bの平均値が反映されている（光強度I_a及びI_bの時間平均値に比例する）信号である。

すなわち、第1のOTDM-DPSK信号生成装置における光搬送波位相差検出部30では、光強度I_a及びI_bの時間平均値に比例する電気干渉信号39が生成される。そして、強度検出器40によって、直流信号である電気干渉信号39が、後述する光搬送波位相差制御部を駆動可能な程度の直流信号に変換されて光搬送波位相差検出信号35が生成されれて出力される。これによって、OTDM-DPSK信号21を構成する光パルス間の光搬送波位相差を検出することが可能となる。

また、図7(B)に示すように、光強度I_aとI_bとの平均値はφ＝π/2ラジアン（0.5πラジアン）のときに極小値をとるから、ローパスフィルタ38から出力される電気干渉信号39の直流電圧値は、φ＝π/2ラジアンのとき極小となる。多重位相変調信号の位相ゆらぎの大きさφは、0〜2πラジアンであるが、0の場合とπの場合とは、隣接する光パルス間の光搬送波位相差がπとなるため、同じ状態の信号となる。このため、φは0からπ/2で考えれば全ての状態を把握することができる。φが0からπ/2では、光搬送波位相差検出信号35は、多重位相変調信号の位相ゆらぎの大きさφが最小（φ＝0）のとき最大となり、φが最大（φ＝π/2ラジアン）のとき最小となる。すなわち、光搬送波位相差検出信号35の値が、最大となるようにOTDM-DPSK信号21を生成できるようにOTDM-DPSK信号生成部28を制御することによって、DPSK方式でコーディングされた光パルス信号15及び19の光搬送波位相差を制御することが可能となる。

［2^N多重の第1のOTDM-DPSK信号生成装置］
図8を参照して、2^N多重のOTDM-DPSK信号（ここで、Nは、2以上の整数である。）を生成して出力する第1のOTDM-DPSK信号生成装置の構成について説明する。ここでは、N＝2である場合、すなわち4多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力する第1のOTDM-DPSK信号生成装置を例にして説明するが、Nが3以上であっても、同様である。また、動作については、上述の2多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力する第1のOTDM-DPSK信号生成装置と同様であるので、その説明を省略する。図8は、光搬送波位相差検出部を具える4多重のOTDM-DPSK信号生成装置の概略的ブロック構成図である。

OTDM-DPSK信号生成部200は、一般にNを2以上の整数とした場合、光分岐器と、第1〜第2^N位相変調器と、(2^N-1)個の光カプラと、(2^N-k)個の（ここで、kは、1からNまでの全ての整数である。）k次光時分割多重差動位相変調信号からk次モニター信号をそれぞれ分岐して取り出す(2^N-k)個のk次モニター信号分岐器を具えている。そこで、N＝2である場合には、kは1及び2だけであるので、第1〜第2²位相変調器（第1〜第4位相変調器）と、(2²-1)個の光カプラ(3個の光カプラ)と、2個（すなわち、(2^2-1)個＝2¹個）の1次モニター信号分岐器と、1個（すなわち、(2^2-2)個＝2⁰個）の2次モニター信号分岐器と、を具えていることになる。

従って、図8に示すように、N＝2である場合、すなわち4多重の第1のOTDM-DPSK信号生成装置は、光分岐器212と、第1〜第4位相変調器214-1〜4と、3個の光カプラ216、220及び232と、2個の1次モニター信号分岐器218及び234と、1個の2次モニター信号分岐器222と、を具えている。

光分岐器212は、光パルス列211を、第1〜第4光パルス列213-1〜4に4分割する。第1〜第4位相変調器214-1〜4は、第1〜第4光パルス列213-1〜4をそれぞれ入力して、DPSK方式でコーディングされた第1〜第4チャンネルのDPSK信号をそれぞれ生成して出力する。第1〜第4位相変調器214-1〜4には、それぞれ、第1〜第4変調器ドライバ240-1〜4から、第1〜第4チャンネルの電気信号243-1〜4が供給される。

3個の光カプラ216、220及び232は、第1〜第4チャンネルのDPSK信号をOTDMして、4多重のOTDM-DPSK信号223を生成して出力する。また、第1〜4チャンネルのそれぞれの差動位相変調信号に対して、ビットインターリーブして光時分割多重するために必要な時間遅延を与えるビット遅延手段230を具えている。ここで、ビット遅延手段230とは、ビット遅延器224、226及び228を指す。ビット遅延器224及び228は、第1〜第4チャンネルのDPSK信号を構成する光パルス1つ分が時間軸上で占める時間の1/2に相当する時間遅延量を付加する機能を持ったビット遅延器である。また、ビット遅延器226は、第1〜第4チャンネルのDPSK信号を構成する光パルス1つ分が時間軸上で占める時間の1/4に相当する時間遅延量を付加する機能を持ったビット遅延器である。

1次モニター信号分岐器は2つあり、1次モニター信号分岐器218及び234である。1次モニター信号分岐器218は、第1チャンネルのDPSK信号と、第3チャンネルのDPSK信号とをOTDMして生成される1次OTDM-DPSK信号から1次モニター信号251-1を分岐して取り出す。1次モニター信号分岐器234は、第2チャンネルのDPSK信号と、第4チャンネルのDPSK信号とをOTDMして生成される1次OTDM-DPSK信号から1次モニター信号251-2を分岐して取り出す。2次モニター信号分岐器222は、2次OTDM-DPSK信号から2次モニター信号251-3を分岐して取り出す。

光搬送波位相差検出部250は、光搬送波干渉計244-1〜3及び干渉信号検出部246-1〜3を具えており、1次及び2次モニター信号251-1〜3をそれぞれ構成する光パルス間の光搬送波位相差の関数としてそれぞれ与えられる光搬送波位相差検出信号247-1〜3を生成して出力する。

＜第2実施例＞
図9を参照して、第2のOTDM-DPSK信号生成装置の構成及びその動作について説明する。図9は、光搬送波位相差検出部及び光搬送波位相差制御部を具え、光搬送波位相差制御機能を有する2多重のOTDM-DPSK信号生成装置の概略的ブロック構成図である。

第2のOTDM-DPSK信号生成装置は、OTDM-DPSK信号生成部28と、光搬送波位相差検出部30と、光搬送波位相差制御部80とを具えて構成される。このうち、OTDM-DPSK信号生成部28及び光搬送波位相差検出部30は、第1のOTDM-DPSK信号生成装置と同一であるので、その構成及び機能の説明は繰り返さない。

光搬送波位相差制御部80は、第1位相変調器14及び第2位相変調器16にそれぞれ第1バイアス調整信号73-1び第2バイアス調整信号73-2を供給するバイアス信号調整器72を具えている。また、第1変調器ドライバ22及び第2変調器ドライバ24からそれぞれ供給される第1及び第2チャンネルの送信信号に、それぞれ第1バイアス調整信号73-1及び第2バイアス調整信号73-2を結合して付加するための、第1信号結合器74及び第2信号結合器76を具えている。第1信号結合器74及び第2信号結合器76は、それぞれ、コンデンサーと抵抗とから構成される、バイアスTと呼ばれる素子を利用することができる。第1信号結合器74及び第2信号結合器76を構成するコンデンサーは、それぞれ第1バイアス調整信号73-1び第2バイアス調整信号73-2が、第1変調器ドライバ22及び第2変調器ドライバ24に入力されることを防止する役割を果たす。

光搬送波位相差制御部80では、光搬送波位相差検出信号35が入力されると、OTDM-DPSK信号27-1のゆらぎ量φが0となるように、第1位相変調器14及び第2位相変調器16を制御するための第1バイアス調整信号73-1び第2バイアス調整信号73-2が生成される。そして、第1バイアス調整信号73-1び第2バイアス調整信号73-2は、それぞれ第1信号結合器74及び第2信号結合器76を介して第1及び第2チャンネルの送信信号と結合されて、第1位相変調器14及び第2位相変調器16に、それぞれ光搬送波位相差制御信号75及び77として供給される。

上述したように、光搬送波位相差検出信号35は、多重位相変調信号の位相ゆらぎの大きさφが最小（φ＝0）のとき時最大となり、φが最大（φ＝π/2ラジアン）のとき最小となる。すなわち、光搬送波位相差制御部80からOTDM-DPSK信号生成部28に供給される光搬送波位相差制御信号75及び77によって、光搬送波位相差検出信号35の値が最大となるように（ゆらぎの大きさφが最小となるように）、OTDM-DPSK信号生成部28を帰還制御することができる。従って、第2のOTDM-DPSK信号生成装置によれば、DPSK方式でコーディングされた光パルス信号の光搬送波位相差を制御することが可能となる。

[2^N多重の第2のOTDM-DPSK信号生成装置］
図10を参照して、2^N多重のOTDM-DPSK信号（ここで、Nは、2以上の整数である。）を生成して出力する第2のOTDM-DPSK信号生成装置の構成について説明する。図10は、光搬送波位相差検出部及び光搬送波位相差制御部を具え、光搬送波位相差制御機能を有する4多重のOTDM-DPSK信号生成装置の概略的ブロック構成図である。ここでは、N＝2である場合、すなわち4多重のOTDM-DPSK信号を生成して出力する第2のOTDM-DPSK信号生成装置を例にして説明するが、Nが3以上であっても、同様である。

一般に、2^N多重のOTDM-DPSK信号（ここで、Nは、2以上の整数である。）を生成して出力する第2のOTDM-DPSK信号生成装置は、OTDM-DPSK信号生成部200、光搬送波位相差検出部250及び光搬送波位相差制御部252を次のとおりに構成する。このうち、OTDM-DPSK信号生成部200及び光搬送波位相差検出部250は、図8を参照して説明した、第1の2^N多重のOTDM-DPSK信号生成装置と同一であるので、その構成及び機能の説明は繰り返さない。

光搬送波位相差制御部252は、バイアス信号調整器248、及び第1〜第4信号結合器242-1〜4を具えている。第1〜第4信号結合器242-1〜4は、それぞれ、上述の第1信号結合器74及び第2信号結合器76と同一の構成である。第1〜第4信号結合器242-1〜4は、それぞれ、第1〜第4変調器ドライバ240-1〜4から出力される第1〜第4チャンネルの送信信号243-1〜4に、第1〜第4バイアス調整信号を結合して付加して、光搬送波位相差制御信号249-1〜4を生成して出力する。光搬送波位相差制御信号249-1〜4は、それぞれ第1〜第4位相変調器214-1〜4に供給される。

すなわち、光搬送波位相差制御部252によって、光搬送波位相差検出信号247-1〜3の値が最大となるように（ゆらぎの大きさφが最小となるように）、OTDM-DPSK信号生成部200を帰還制御することによって、第1〜第4位相変調器214-1〜4で生成されて出力される、DPSK方式でコーディングされた光パルス信号の光搬送波位相差を制御することが可能となる。

＜第3実施例＞
第1及び第2実施例のOTDM-DPSK信号生成装置において、光搬送波位相差検出部から出力される光搬送波位相差検出信号は、OTDM-DPSK信号の位相ゆらぎの大きさφが最小の状態においては極大値をとる。従って、OTDM-DPSK信号の位相ゆらぎの大きさφの変動量に対する光搬送波位相差検出信号の変動量の大きさは、極値の近傍であるため、あまり大きくならない。また、光搬送波位相差検出信号の極値の近傍において、光搬送波位相差検出信号の値が減少した場合、位相ゆらぎの大きさφの値が減少したかあるいは増大したかの判定がつかない。すなわち、光搬送波位相差検出信号の値の増減に対して、位相ゆらぎの大きさφの値の変動の方向（増大する方向あるいは減少する方向）が判定できない。

そこで、光搬送波位相差検出部から出力される光搬送波位相差検出信号が、OTDM-DPSK信号の位相ゆらぎの大きさφが最小の状態においては極大値をとるという関係を変更するのが、第3のOTDM-DPSK信号生成装置である。具体的には、OTDM-DPSK信号とは異なる波長のモニター信号を生成できる構成とする。すなわち、第3のOTDM-DPSK信号生成装置は、OTDM-DPSK信号の位相ゆらぎの大きさφが最小の状態において、OTDM-DPSK信号とは異なる波長のモニター信号の値が、極大値と極小値との間の値をとるように構成する。光搬送波位相差検出信号の変動量の大きさを観測する代わりに、OTDM-DPSK信号とは異なる波長のモニター信号の変動の大きさを観測することによって、OTDM-DPSK信号の位相ゆらぎφの大きさを評価できる構成とする。

従って、光搬送波位相差検出信号と、OTDM-DPSK信号とを時間軸上でずれた関係に設定しておけば、OTDM-DPSK信号の位相ゆらぎの大きさφが0となる場合に対応する光搬送波位相差検出信号の変動量の大きさは、極値から離れた位置にあるため、十分大きくすることができる。また、OTDM-DPSK信号の位相ゆらぎの大きさφが0となる場合に対応する光搬送波位相差検出信号の変動量の大きさが極値から離れた位置にあるので、光搬送波位相差検出信号の変動は、単調減少あるいは単調増加の何れかの状態となっている。そのため、OTDM-DPSK信号の位相ゆらぎの大きさφの減少に対応して、光搬送波位相差検出信号の値は、減少あるいは増加の何れかに確定する。すなわち、光搬送波位相差検出信号の値の増減に対して、位相ゆらぎの大きさφの値の変動の方向（増大する方向あるいは減少する方向）を判定することができる。

［構成］
上述の、OTDM-DPSK信号とは異なる波長のモニター信号を生成できる構成とするため、図11に示す、第3のOTDM-DPSK信号生成装置は、OTDM-DPSK信号生成部90と、光搬送波位相差検出部96とを具えて構成されるが、OTDM-DPSK信号生成部90の構成が、上述の第1及び第2のOTDM-DPSK信号生成装置と異なる。

OTDM-DPSK信号生成部90は、WDMカプラ92と、光分岐器112と、第1位相変調器114と、第2位相変調器116と、ビット遅延器118と、光カプラ120と、WDM分波器94とを具えている。WDMカプラ92は、波長がλ₁である光パルス列91と、波長がλ₂である光パルス列99とを合波して多波長光パルス列93として生成して出力する。ここで、λ₁≠λ₂である。光分岐器112は、多波長光パルス列93を、第1多波長光パルス列113-1と第2多波長光パルス列113-2とに2分割する。

第1位相変調器114及び第2位相変調器116は、第1多波長光パルス列113-1と第2多波長光パルス列113-2をそれぞれ入力して、DPSK方式でコーディングされた第1チャンネルのDPSK信号115及び第2チャンネルのDPSK信号117をそれぞれ生成して出力する。ビット遅延器118は、入力されたDPSK信号117に対して1/2ビット時間遅延を与え、DPSK信号119として生成して出力する。DPSK信号119は、光カプラ20に入力される。第1チャンネルのDPSK信号115及び第2チャンネルのDPSK信号117には、いずれも、波長がλ₁である信号成分と波長がλ₂である信号成分とが含まれている。

光カプラ120は、DPSK信号115とDPSK信号119とをOTDMして、2多重のOTDM-DPSK信号121を生成して出力する。WDM分波器94は、2多重のOTDM-DPSK信号121を波長がλ₁であるOTDM-DPSK信号95-1と、波長がλ₂であるモニター信号95-2とに波長分割して出力するという、モニター信号分岐器としての機能を果たす。

光搬送波位相差検出部96は、波長がλ₂であるモニター信号95-2を構成する光パルス間の光搬送波位相差の関数として与えられる光搬送波位相差検出信号135を生成して出力する。

光搬送波位相差検出信号135を生成して出力する光搬送波位相差検出部96は、光搬送波干渉計132と干渉信号検出部134とを具えている。光搬送波干渉計132は、モニター信号95-2を入力して、モニター信号95-2を構成する光パルス間の光搬送波位相差に応じて、モニター信号の強度を変調することによって生成される干渉光を干渉モニター信号133として出力する。干渉信号検出部134は、干渉モニター信号133を入力して光搬送波位相差検出信号135として生成して出力する。

干渉信号検出部134の構成は、上述の第1及び第2のOTDM-DPSK信号生成装置が具える干渉信号検出部34と同一であるので、その構成及び動作についての説明を省略する。

［動作］
波長がλ₂であるモニター信号95-2が、光搬送波位相差検出部96に入力されて、光搬送波位相差検出信号135が生成されて出力されるまでの、光搬送波位相差検出部96における信号処理のプロセスは、上述の第1及び第2のOTDM-DPSK信号生成装置が具える光搬送波位相差検出部30におけるプロセスと同一である。すなわち、光搬送波干渉計132から出力される干渉モニター信号133は、図4に示す第1多重モニター信号53と対応し、強い光強度I_aの光パルスと、弱い光強度I_bの光パルスとの2種類の光パルスで、構成される。そして、光強度I_a及びI_bは、上述した式(13)及び(14)で与えられる。ただし、第1多重モニター信号53に対応する干渉モニター信号133は、OTDM-DPSK信号（波長はλ₁である。）とは異なる波長(λ₂)である。

モニター信号95-2は、波長λ₂のパルス光源98から供給される波長がλ₂である光パルス列99を基にして、第1位相変調器114、第2位相変調器116及びビット遅延器118によって生成された波長がλ₂であるOTDM-DPSK信号が、WDM分波器94によって分岐されて得られる信号である。従って、以下の説明において、干渉モニター信号133は、図3に示す干渉多重モニター信号33と同様の信号であると考えてよい。ただし、波長λ₁のOTDM-DPSK信号95-1と、波長λ₂のモニター信号95-2とは、1/2ビットが割り当てられる時間軸上でのタイムスロット位置がずれている。

このように両者のタイムスロット位置をずらすためには、WDMカプラ92に波長がλ₁である光パルス列91と波長がλ₂である光パルス列99の両者を入力する際に、波長がλ₁である光パルス列91と波長がλ₂である光パルス列99の両者のタイムスロット位置をずらせておけばよい。理想的には、波長がλ₁である光パルス列91の隣接するタイムスロットの中間に波長がλ₂である光パルス列99のタイムスロットが存在するように、波長がλ₁である光パルス列91と波長がλ₂である光パルス列99とをWDMカプラ92に入力するタイミングを調整するのが良い。

図12及び図13を参照して、光搬送波位相差検出信号135について、説明する。波長がλ₂である干渉モニター信号133は、2種類の強度の光パルスで構成されており、この2種類の強度の光パルス強度の平均値（(I_a+I_b)/2）を与える高周波成分が遮断されて生成された、光強度I_a及びI_bの平均値が反映されている（光強度I_a及びI_bの時間平均値に比例する）信号が光搬送波位相差検出信号135である。図12は、波長λ₁のOTDM-DPSK信号が有する2種類の光パルス強度の平均値をφの関数として与える曲線（以後、「曲線λ₁」ということもある。）と、波長λ₂の干渉モニター信号133が有する2種類の光パルス強度の平均値をφの関数として与える曲線（以後、「曲線λ₂」ということもある。）と、を示す図である。すなわち、曲線λ₂は、干渉モニター信号133が有する2種類の光パルス強度（I_a及びI_b）の平均値（(I_a+I_b)/2）をφの関数として与える図であり、図13は、図12のφ＝0の近傍の拡大図である。図12及び図13において、横軸はφの値を示し、縦軸は光強度を任意スケールで目盛って示してある。

図12において、λ₁と示してある曲線は、図7(B)で示した干渉多重モニター信号が有する2種類の光パルス強度の平均値をφの関数として与える曲線に相当する曲線である。波長λ₁のOTDM-DPSK信号95-1と波長λ₂のモニター信号95-2との時間軸上での位置をずらせてあるため、曲線λ₁に対して曲線λ₂は、横軸方向にずれている。

波長λ₁のOTDM-DPSK信号95-1の隣接するタイムスロットのちょうど中間に波長λ₂のモニター信号95-2の1ビットが割り当てられる時間軸上でのタイムスロットが割り当てられるように、λ₂のモニター信号95-2を、波長λ₁のOTDM-DPSK信号95-1に対してずらすことで、次のことが可能となる。すなわち、波長λ₁のOTDM-DPSK信号95-1の位相ゆらぎの大きさφが最小の状態において、光搬送波位相差検出信号135の値が、極大値と極小値との間の値をとるように構成することができる。

図12から明らかなように、波長λ₁のOTDM-DPSK信号95-1が有する2種類の光パルス強度の平均値が極大となるφ＝0の位置では、波長λ₂の干渉モニター信号133が有する2種類の光パルス強度の平均値を与える曲線においては、極大値からずれている。図13に、図12における曲線λ₁が極大をとるφ＝0の近傍を拡大して示してある。曲線λ₁において、φ＝0の近傍でφの値の微小変動量±Δφに対する2種類の光パルス強度の平均値の変動量ΔI₁は、図13に示すように非常に小さい。これに対して、曲線λ₂において、φの値の微小変動量+Δφ及び-Δφに対する2種類の光パルス強度の平均値の変動量ΔI₂は、それぞれ+ΔI₂および-ΔI₂である。曲線λ₂における変動量ΔI₂は、曲線λ₁における変動量ΔI₁より十分大きい。しかも曲線λ₂においては、φの値の微小変動量+Δφ及び-Δφのそれぞれに対して、変動量ΔI₂は、それぞれ+ΔI₂および-ΔI₂と符号が異なっている。

従って、光搬送波位相差検出信号の極値の近傍（波長λ₁のOTDM-DPSK信号95-1が有する2種類の光パルス強度の平均値が極大となるφ＝0の位置）において、光搬送波位相差検出信号の値が減少した場合、位相ゆらぎの大きさφの値が減少したかあるいは増大したかの判定は、上述の変動量ΔI₂の符号によって行える。

＜第4実施例＞
第4のOTDM-DPSK信号生成装置は、OTDM-DPSK信号生成部400と、光搬送波位相差検出部としての、干渉信号検出部134とを具えており、OTDM-DPSK信号生成部400の構成が、第3のOTDM-DPSK信号生成装置と異なる。また、光搬送波干渉計を設ける必要がない。OTDM-DPSK信号生成部400を、第3のOTDM-DPSK信号生成装置のOTDM-DPSK信号生成部90における、光カプラ120及びWDM分波器94に換えて、両者の機能を兼ね備える複合型光合分波器142を用いて、以下のように構成することによって、OTDM-DPSK信号生成部400を構成する部品点数を減らすとともに、光搬送波干渉計を別に設ける必要がないので、装置を形成するためのコストを下げることが可能となる。

［構成］
図14、図15(A)及び(B)を参照して、第4のOTDM-DPSK信号生成装置の構成について説明する。図14は、光合分波器を複合型光合分波器で構成された、光搬送波位相差検出部を具える、第4のOTDM-DPSK信号生成装置の概略的ブロック構成図である。図15(A)及び(B)は、光合分波器を複合型光合分波器で構成された、光搬送波位相差検出部を具えるOTDM-DPSK信号生成装置における、波長がλ₂であるモニター信号の生成過程の説明に供する図である。(A)はOTDM-DPSK信号生成部の概略と共に、複合型光合分波器の構成を示す図であり、(B)は、複合型光合分波器における第1チャンネルのDPSK信号及び第2チャンネルのDPSK信号から波長がλ₂であるモニター信号が生成されるプロセスの説明に供する図である。

OTDM-DPSK信号生成部400は、WDMカプラ92と、光分岐器112と、第1位相変調器114と、第2位相変調器116と、ビット遅延器118と、複合型光合分波器142とを具えている。OTDM-DPSK信号生成部400が具える、WDMカプラ92と、光分岐器112と、第1位相変調器114と、第2位相変調器116と、ビット遅延器118とは、第3のOTDM-DPSK信号生成装置におけるOTDM-DPSK信号生成部90と同一であるので、同一の番号を付して示してある。しかしながら、OTDM-DPSK信号生成部400は、第3のOTDM-DPSK信号生成装置におけるOTDM-DPSK信号生成部90とは、複合型光合分波器142を具える等、その構成が異なる上、OTDM-DPSK信号生成部400で処理される信号は、第3のOTDM-DPSK信号生成装置におけるOTDM-DPSK信号生成部90で処理される信号とは異なるので、異なる番号を付して、第3及び第4のOTDM-DPSK信号生成装置における信号を、それぞれ区別してある。

WDMカプラ92は、波長がλ₁である光パルス列101と、波長がλ₂である連続波光145とを合波して多波長光パルス列193として生成して出力する。光分岐器112は、多波長光パルス列193を、第1多波長光パルス列413-1と第2多波長光パルス列413-2とに2分割する。第1位相変調器114及び第2位相変調器116は、第1多波長光パルス列413-1と第2多波長光パルス列413-2をそれぞれ入力して、DPSK方式でコーディングされた第1チャンネルのDPSK信号415及び第2チャンネルのDPSK信号417をそれぞれ生成して出力する。なお、第2多波長光パルス列413-2は、反射鏡238で反射されて第2位相変調器116に入力される。第1チャンネルのDPSK信号415及び第2チャンネルのDPSK信号417には、いずれも、波長がλ₁である信号成分と波長がλ₂である信号成分とが含まれている。

ビット遅延器118は、入力された第2チャンネルのDPSK信号417に対して1/2ビット時間遅延を与え、DPSK信号419として生成して出力する。ビット遅延器118は、第1チャンネルのDPSK信号415及び第2チャンネルのDPSK信号417を、ビットインターリーブしてOTDMするために必要な時間遅延を第2チャンネルのDPSK信号417に与える。この時間遅延量は、第2チャンネルのDPSK信号417を構成する光パルス1つ分が時間軸上で占める時間の1/2に相当する時間遅延量である。第1チャンネルのDPSK信号415及び第2チャンネルのDPSK信号419は、それぞれ反射鏡236及び238で反射されて、複合型光合分波器142に入力される。

複合型光合分波器142は、図15(B)に示すように、第1半透鏡260、第2半透鏡262、第3半透鏡264、1/4波長板268及び第4半透鏡270、を具えている。第2半透鏡262は、第1半透鏡260へ入射する入射光を反射して出力する、第1半透鏡260の出力側に設置される。第3半透鏡264は、第1半透鏡260へ入射する入射光を透過して出力する、第1半透鏡260の出力側に設置される。1/4波長板268は、第3半透鏡264に入射する入射光を反射して出力される、第3半透鏡264の出力側に設置される。第4半透鏡270は、第2半透鏡262で反射されて第2半透鏡262から出力される反射光と、第3半透鏡264で反射されて第3半透鏡264から出力される反射光とが干渉する位置に設置される。

第2半透鏡262は、WDM分波器であり、波長λ₁の入射光を透過し、波長λ₂の入射光を反射する。第3半透鏡264は、WDM分波器であり、波長λ₁の入射光を透過し、波長λ₂の入射光を反射する。

複合型光合分波器142は、DPSK信号415及びDPSK信号419をそれぞれ入力し光時分割多重して、波長λ₁の2多重のOTDM-DPSK信号443-1を生成して出力すると共に、波長λ₂の干渉モニター信号271-1(443-2)を生成して出力する。

干渉信号検出部134は、第1及び第2のOTDM-DPSK信号生成装置が具えている、干渉信号検出部34と同一の構成であり、波長λ₂の干渉モニター信号443-2を入力して、光搬送波位相差検出信号235を出力する。

［動作］
図15及び図16を参照して、第4のOTDM-DPSK信号生成装置の動作について説明する。図16(A)〜(F-3)に示す時間波形は、第4のOTDM-DPSK信号生成装置の、特に複合型光合分波器142の各所における光信号の時間波形を示す図であり、それぞれ、（A）波長がλ₂の第1チャンネルのDPSK信号、（B）第2チャンネルのDPSK信号に対して1ビット時間遅延が与えられて生成された第2チャンネルのDPSK信号、（C）第(2-2)信号の時間波形、（D）第(3-2)信号の時間波形、（E）第(3-2)位相差付加信号の時間波形、（F）第(4-1)信号の時間波形であり（F-1）φ＝0又はφ＝πである場合の第(4-1)信号、（F-2）φ＝π/4又はφ＝3π/4である場合の第(4-1)信号、（F-3）φ＝π/2である場合の第(4-1)信号の時間波形を示す図である。図16(C)〜(E)に示すA、B、C及びDは、それぞれ、上述した∠A、∠B、∠C及び∠Dを意味している。

波長λ₁の2多重のOTDM-DPSK信号443-1については、単に、複合型光合分波器142を通過しただけの信号であるので、第3のOTDM-DPSK信号生成装置のWDM光分波器94から出力される、波長がλ₁であるOTDM-DPSK信号95-1と同様である。

波長がλ₂の第1チャンネルのDPSK信号415、及び第2チャンネルのDPSK信号417に対して1/2ビット時間遅延が与えられて生成された第2チャンネルのDPSK信号419は、それぞれ図16(A)及び(B)に示す時間波形となる。波長がλ₂の信号は、波長λ₂の連続波光源144でから供給される連続波光を基にして生成される信号であるので、図5(A)〜(G-3)に示したようなパルス信号とはならず、直流信号となる。図16(A)〜(F-3)において、破線は、信号強度0の水準を示し、実線と破線との間隔が信号の強度を示している。

DPSK信号415及びDPSK信号419は、まず、複合型光合分波器142の第1半透鏡260に入力される。第1半透鏡260の反射面で反射される光は、その位相がπ/2ずれる。従って、DPSK信号419は第1半透鏡260の反射面を透過し、DPSK信号415は第1半透鏡260の反射面で反射されれてその位相がπ/2ずれた状態で、両者が合波されて第(1-2)信号261-2として第2半透鏡262に入力される。第2半透鏡262は、WDM光合分波器であり、波長λ₁の信号成分を透過し、波長λ₂の信号成分を反射する。従って、第2半透鏡262に入力された第(1-2)信号261-2のうち、波長がλ₁の信号成分である第(1-2)透過信号443-1は透過され、波長がλ₂の信号成分である第(2-2)信号263は反射されて、それぞれ出力される。第(2-2)信号263は、第2半透鏡262から出力されると、第4半透鏡270に入力される。

第3半透鏡264も、WDM光合分波器であり、波長λ₁の信号成分を透過し、波長λ₂の信号成分を反射する。従って、第3半透鏡264に入力された第(1-1)信号261-1のうち、波長がλ₁の信号成分である透過成分265-1は透過され、波長がλ₂の信号成分である第(3-2)信号265-2は反射されて、それぞれ出力される。このうち、透過成分265-1は、そのまま破棄される。

第2半透鏡262に入力されて、その反射面で反射されて生成される第(2-2)信号263の時間波形は、図16(C)に示す時間波形となる。また、第1半透鏡260の反射面で合波されて生成された第(1-1)信号261-1が第3半透鏡264の反射面で反射された第(3-2)信号265-2の時間波形は、図16(D)に示す時間波形となる。

第(3-2)信号265-2は、1/4波長板268を通過することで、π/2の位相差が付加されて、第(3-2)位相差付加信号267として生成されて出力される。第(3-2)位相差付加信号267の時間波形は、図16(E)に示す時間波形となる。第(2-2)信号263と第(3-2)位相差付加信号267とは、第4半透鏡270で合波されて、第(4-1)信号271-1となって出力される。また、第(2-2)信号263と第(3-2)位相差付加信号267とは、第4半透鏡270で合波されて、第(4-2)信号271-2としても出力されるが、こちらは破棄される。

第(4-1)信号271-1の時間波形は、位相ゆらぎφの値が0であるかπである場合、図16(F-1)に示す時間波形となり、φの値がπ/4あるいは3π/4である場合は図16(F-2)に示す時間波形となり、φの値がπ/2である場合は図16(F-3)に示す時間波形となる。すなわち、位相ゆらぎφの値によって、第(4-1)信号271-1の時間波形は、図16(F-1)〜(F-3)に示すように変化するので、第(4-1)信号271-1を利用して、位相ゆらぎφの値をモニターすることが可能となる。第(4-1)信号271-1が図14に示す波長λ₂の干渉モニター信号443-2に対応するので、第(4-1)信号271-1を干渉信号検出器134に入力して、光搬送波位相差検出信号235を生成して出力することが可能である。

＜第1のバルク光学素子による光搬送波干渉計＞
第1〜第3実施例の第1〜第3のOTDM-DPSK信号生成装置の具える光搬送波干渉計として、上述した構成は、図4を参照して説明したように、平面光導波路（PLC: Planar Lightwave Circuit）で形成される光導波路型の干渉計であった。PLCによって形成される光搬送波干渉計は、大量に安価で生産できるという特長がある。しかしながら、少量生産を前提とすると、PLCによって形成される光搬送波干渉計は、その単価が高くなる。

そこで、OTDM-DPSK信号生成装置を少量生産する場合を想定して、低コストで少量生産可能である、バルク光学素子を利用して形成される光搬送波干渉計の例（第1のバルク光学素子による光搬送波干渉計）を、図17(A)及び(B)を参照して説明する。図17(A)及び(B)は、第1のバルク光学素子による光搬送波干渉計の概略的構成図である。(A)は、第1のバルク光学素子による光搬送波干渉計を斜め上方から見た斜視図であり、(B)は上方から見た平面図である。

第1のバルク光学素子による光搬送波干渉計は、第1半透鏡280、1/4波長板282、第2半透鏡284、第1の1/2ビット遅延器286、第1位相微調整素子288、第1全反射鏡290、第2全反射鏡292、第3半透鏡294、第2の1/2ビット遅延器296、第2位相微調整素子298、第3全反射鏡300及び第4全反射鏡302を具えて構成される。

第1半透鏡280に入射する入力信号が透過する方向に向って、順に、第1半透鏡280、1/4波長板282、第2半透鏡284、第1の1/2ビット遅延器286、第1位相微調整素子288及び第1全反射鏡290が直列に配置されている。また、第1半透鏡280に入射する入力信号が反射する方向に向って、第1半透鏡280、第3半透鏡294、第2の1/2ビット遅延器296、第2位相微調整素子298及び第3全反射鏡300が直列に配置されている。第2全反射鏡292は、第1半透鏡280を透過した信号光が第2半透鏡284で反射されて出力される側の面に設置される。第4全反射鏡302は、第1半透鏡280で反射した信号光が第3半透鏡294で反射されて出力される側の面に設置される。

光アイソレータ276を通過した入力信号277は、第1半透鏡280に入力されて、第1光信号281-1と第2光信号281-2とに分岐される。ここで、入力信号277として、OTDM-DPSK信号を想定する。第1光信号281-1及び第2光信号281-2の時間波形は、それぞれ、図5(A)及び(B)に示す時間波形となる。

第1光信号281-1は、第1半透鏡280を透過した光信号であり、第1半透鏡280から出力されると、1/4波長板282を通過して第2半透鏡284に入力され、第(1-1)光信号285-1と第(1-2)光信号285-2に分岐される。第(1-1)光信号285-1は、第2半透鏡284を透過して、第1の1/2ビット遅延器286及び第1位相微調整素子288を通過し、第1全反射鏡290で反射されて、再び、第1位相微調整素子288及び第1の1/2ビット遅延器286を通過して、第2半透鏡284に戻される。

一方、第(1-2)光信号285-2は、第2全反射鏡292で反射されて第2半透鏡284に戻される。第2半透鏡284では、第1全反射鏡290で反射されて戻された第(1-1)光信号285-1と、第2全反射鏡292で反射された第(1-2)光信号285-2とが第2半透鏡284の反射面において干渉する。

第(1-1)光信号285-1は、第1の1/2ビット遅延器286を2度通過しているため、第(1-2)光信号285-2に対して1ビット分遅れた状態で干渉する。また第(1-1)光信号285-1は、第1位相微調整素子288を往復することによって、光信号の光搬送波としての位相がπだけ第(1-2)光信号285-2に対して遅れる。第1全反射鏡290及び第2全反射鏡292でそれぞれ反射されて第2半透鏡284に戻された、第(1-1)光信号285-1と第(1-2)光信号285-2とは、干渉することによって第3光信号285-3として生成されて第2半透鏡284から出力される。

第1半透鏡280で分岐されて生成された第2光信号281-2は、第3半透鏡294に入力されて、第(2-1)光信号303-1と第(2-2)光信号303-2とに分岐される。第(2-1)光信号303-1は、第3半透鏡294を透過した光信号である。第(2-1)光信号303-1は、第2の1/2ビット遅延器296及び第2位相微調整素子298を通過して、第3全反射鏡300で反射されて、再び第2位相微調整素子298及び第2の1/2ビット遅延器296を通過して、第3半透鏡294に戻される。第(2-2)光信号303-2は、第3半透鏡294で反射された光信号である。第(2-2)光信号303-2は、第4全反射鏡302で反射されて、第3半透鏡294に戻される。

第(2-1)光信号303-1は、第2の1/2ビット遅延器296及び第2位相微調整素子298を往復しているので、第3半透鏡294において、第(2-2)光信号303-2に対して1ビット分遅れた状態で干渉する。また、第(2-1)光信号303-1は、第2位相微調整素子298を往復することによって、第3半透鏡294において、光信号の光搬送波としての位相が第(2-2)光信号303-2と同位相となる。
第3全反射鏡300及び第4全反射鏡302でそれぞれ反射されて第3半透鏡294に戻された、第(2-1)光信号303-1と第(2-2)光信号303-2とは、干渉することによって第4光信号303-3として生成されて第3半透鏡294から出力される。

第3光信号285-3は、第2半透鏡284から出力された後、1/4波長板282を通過することによって、その光信号の光搬送波としての位相がπ/2だけ遅延されて、第1半透鏡280に入力される。光信号の光搬送波としての位相がπ/2だけ遅延された第3光信号285-3は、第1半透鏡280において、第4光信号303-3と干渉して干渉信号281-3として、第1半透鏡280から出力される。

第1のバルク光学素子による光搬送波干渉計を構成する構成要素と、図4に示した光搬送波干渉計を構成する構成要素との対応関係について説明する。両者の構成要素の対応関係は、次のとおりである。すなわち、第1半透鏡280は、図4に示した光搬送波干渉計の第1光分岐器42と第1光カプラ52とを兼ねた機能を果たす。第2半透鏡284は、図4に示した光搬送波干渉計の第3光分岐器46と第3光カプラ50とを兼ねた機能を果たす。第3半透鏡294は、図4に示した光搬送波干渉計の第2光分岐器44と第2光カプラ48とを兼ねた機能を果たす。

上述の、第1のバルク光学素子による光搬送波干渉計を構成する構成要素と、図4に示した光搬送波干渉計を構成する構成要素との対応関係から、第1半透鏡280から出力される干渉信号281-3の時間波形は、上述した図5(G-1)〜(G-3)と等しくなる。すなわち、干渉信号281-3は、図4に示した第1多重モニター信号53と同等の光信号であり、第1〜第3のOTDM-DPSK信号生成装置が具える光搬送波干渉計から出力される干渉モニター信号と同一の光信号であることがわかる。

第1のバルク光学素子による光搬送波干渉計の入力側に設けた光アイソレータ276は、光搬送波干渉計から反射光を遮断する役割を果たす。第1のバルク光学素子による光搬送波干渉計によれば、上述した、第1〜第3実施例の第1〜第3のOTDM-DPSK信号生成装置の具えるPLCによる光搬送波干渉計と同一の機能を実現することができる。すなわち、第1のバルク光学素子による光搬送波干渉計によれば、モニター信号から第1多重モニター信号を生成して出力することが可能となる。

＜第2のバルク光学素子による光搬送波干渉計＞
上述の第1のバルク光学素子による光搬送波干渉計は、その形状が大きい。光搬送波干渉計の形状が大きいと、温度を均一にしかも一定に保つために高度な技術が必要となる。光搬送波干渉計の温度が変化すると、光搬送波干渉計を構成している波長板等のバルク光学素子の屈折率が変動し、光搬送波干渉計として、設計どおりの動作が保障されなくなる。

そこで、小型で、光搬送波干渉計の機能が実現可能な、第2のバルク光学素子による光搬送波干渉計を提供する。図18(A)及び(B)を参照して、第2のバルク光学素子による光搬送波干渉計の構成及びその動作について説明する。図18(A)及び(B)は、第2のバルク光学素子による光搬送波干渉計の概略的構成図であり、図18(A)は、第2のバルク光学素子による光搬送波干渉計を斜め上方から見た斜視図、図18(B)は上方から見た平面図である。

第2のバルク光学素子による光搬送波干渉計は、偏光子310、半透鏡312、1/2ビット遅延器316、第1全反射鏡318、第1の1軸性結晶320、第2全反射鏡322、第2の1軸性結晶324及び検光子326を具えて構成される。

半透鏡312に入射する入力信号が透過する方向に向って、順に偏光子310、半透鏡312、第1の1軸性結晶320及び第2全反射鏡322が直列に配置されている。また、半透鏡312に入射した入力信号光が反射されて出力される半透鏡312の出力端面312-1から、順に、1/2ビット遅延器316、第1全反射鏡318が配置されている。また、半透鏡312に入射した入力信号が反射されて出力される半透鏡312の出力端面312-1と反対側の端面312-2から、順に第2の1軸性結晶324及び検光子326が配置されている。

第1の1軸性結晶320の結晶軸としては、例えば、水晶版で形成された1/2波長板を利用することができる。第1の1軸性結晶320の光の進行方向に対する厚さdは、光の波長をλ、結晶の常光線と異常光線に対する屈折率差をΔn、及びmを整数として、次式（15）で与えられる。

また、第2の軸性結晶324も、上述の第1の1軸性結晶320と同様に配置され、かつ同一の機能を果たす1/2波長板を利用することができる。

図18及び図19(A)〜(C)を参照して、第2のバルク光学素子による光搬送波干渉計の動作について説明する。図19(A)〜(C)は、第2のバルク光学素子の動作説明に供する図である。図19(A)は、第1経路を進む第1分岐信号の偏光状態を説明する図であり、図19(B)は、第2経路を進む第2分岐信号の偏光状態を説明する図である。図19(C)は、第1経路を進んだ第1分岐信号と第2経路を進んだ第2分岐信号とが干渉されて生成された干渉信号の偏光状態を説明する図である。光（信号）の進行方向をz軸にとって示してある。第1の1軸性結晶320及び第2の1軸性結晶324に付された線分の両端に矢印を付した記号は、結晶軸の方向を示している。また、検光子326に付された線分の両端に矢印を付した記号は、透過する光の電場ベクトルの振動方向を示している。

入力信号311は、偏光子310を通過することによって、直線偏光として生成されて出力され、半透鏡312に入力されて、第1分岐信号311-1と第2分岐信号311-2とに分岐される。ここで、入力信号311として、OTDM-DPSK信号を想定する。

第1分岐信号311-1は、第1経路を伝播する信号である。第1経路は、半透鏡312の反射面から、1/2ビット遅延器316を通過して第1全反射鏡318で反射されて、再び1/2ビット遅延器316を通過して半透鏡312の反射面に達する経路である。

第1分岐信号311-1は、図19(A)に示すように、1/2ビット遅延器316を通過することによって、1/2ビット分の遅延を受け、第1全反射鏡318で反射される。第1全反射鏡318で反射された第1分岐信号311-1は、再び1/2ビット遅延器316を通過することによって、更に1/2ビット分の遅延を受け、合計1ビット分の遅延を受けた信号、第1反射信号315として半透鏡312の反射面に達する。

図19(A)は、第1経路を進む第1分岐信号311-1が、第1経路を伝播して第1反射信号315として生成されて、半透鏡312の反射面に達するまでの、光搬送波としての電場ベクトルの振動（正弦波としての光波）を概略的に示している。位相ゆらぎとしてφを含んでいるものとする。第1反射信号315は、1/2波長板を通過していないので、直交する偏光成分間の位相差は0となっている。

一方、第2分岐信号311-2は第2経路を伝播する信号である。第2経路は、半透鏡312の反射面を透過し、第1の1軸性結晶320（1/2波長板）を通過して第2全反射鏡322で反射されて、再び第1の1軸性結晶320を通過して半透鏡312の反射面に達する経路である。第2分岐信号311-2は、図19(B)に示すように、第1の1軸性結晶320を往復することによって、第2反射信号321として半透鏡312の反射面に達した時には、x軸方向と45°をなす偏光成分とy軸方向と45°をなす偏光成分とはπの位相差が生じている。図19(B)及び(C)では、図19(A)に示す第1反射信号315の電場ベクトルの振動の様子と区別しやすいように、第2反射信号321の電場ベクトルの振動の様子を破線で示してある。

第1反射信号315と第2反射信号321とは、半透鏡312の反射面において干渉し、干渉信号317として生成されて、第2の1軸性結晶324に入力される。このとき、第1反射信号315と第2反射信号321とは、それぞれの振動方向が等しい成分同士で干渉する。

第1の1軸性結晶320の結晶軸に垂直な成分が、図5(A)と(B)に示した関係で干渉することで、図5(D)に示す時間波形を持つ干渉信号が得られる。また、第1の1軸性結晶320の結晶軸に垂直な成分が、図5(A)と(C)に示した関係で干渉することで、図5(E)に示す時間波形を持つ干渉信号が得られる。第1の1軸性結晶320の結晶軸は、干渉信号317の偏光方向と平行であり、かつこの方向と垂直の方向の偏光成分との位相差がπ/2（往復でπ）となるように調整されている。

干渉信号317は、更に、検光子326を通過することによって、第1の1軸性結晶320の結晶軸に平行な成分と垂直な成分とが互いに干渉して干渉信号327として生成されて出力される。干渉信号327の時間波形は、図5(G-1)〜(G-3)上述した図5(G-1)〜(G-3)と等しくなる。すなわち、干渉信号327は、図4に示した第1多重モニター信号53と同等の光信号であり、第1〜第3のOTDM-DPSK信号生成装置が具える光搬送波干渉計から出力される干渉モニター信号と同一の光信号である。すなわち、第2のバルク光学素子による光搬送波干渉計によれば、モニター信号から第1多重モニター信号を生成して出力することが可能となる。

第2のバルク光学素子による光搬送波干渉計によれば、半透鏡は、半透鏡312が一つだけで済み、第1のバルク光学素子による光搬送波干渉計を構成する部品よりも少ない数の部品で、同等の機能を実現でき、小型化が可能である。

OTDM-DPSK信号生成装置の概略的ブロック構成図である。 OTDM-DPSK信号生成装置における光信号の時間波形を示し、それぞれ、（A）第1位相変調信号、（B）遅延第2位相変調信号及び（C）多重位相変調信号の時間波形を示す図である。光搬送波位相差検出部を具える2多重のOTDM-DPSK信号生成装置の概略的ブロック構成図である。光搬送波干渉計の概略的構成図である。光搬送波干渉計の各所における光信号の時間波形を示す図であり、それぞれ、（A）第(1-1)分岐モニター信号及び第(2-1)分岐モニター信号、（B）第(1-2)分岐モニター信号、（C）π位相シフト第(2-1)分岐モニター信号、（D）第2多重モニター信号、（E）第3多重モニター信号、（F）π/2位相シフト第3多重モニター信号、（G-1）φ＝0又はφ＝πである場合の第1多重モニター信号、（G-2）φ＝π/4又はφ＝3π/4である場合の第1多重モニター信号、（G-3）φ＝π/2である場合の第1多重モニター信号の時間波形を示す図である。位相変調信号の合成の説明に供する図である。多重位相変調信号の強度と位相ゆらぎφとの関係を示す図である。(A)は、第1多重モニター信号が有する2種類の光パルス強度のそれぞれをφの関数として与える図であり、(B)は、光搬送波位相差検出信号の強度をφの関数として与える図である。光搬送波位相差検出部を具える4多重のOTDM-DPSK信号生成装置の概略的ブロック構成図である。光搬送波位相差検出部及び光搬送波位相差制御部を具え、光搬送波位相差制御機能を有する2多重のOTDM-DPSK信号生成装置の概略的ブロック構成図である。光搬送波位相差検出部及び光搬送波位相差制御部を具え、光搬送波位相差制御機能を有する4多重のOTDM-DPSK信号生成装置の概略的ブロック構成図である。光搬送波位相差検出部を具えた2波長光パルス列を利用するOTDM-DPSK信号生成装置の概略的ブロック構成図である。波長λ₁の干渉モニター信号が有する2種類の光パルス強度の平均値をφの関数として与える曲線（曲線λ₁）と、波長λ₂の干渉モニター信号133が有する2種類の光パルス強度の平均値をφの関数として与える曲線（曲線λ₂）と、を示す図である。図12のφ＝0の近傍を拡大した詳細図である。光合分波器を複合型光合分波器で構成された、光搬送波位相差検出部を具えるOTDM-DPSK信号生成装置の概略的ブロック構成図である。光合分波器を複合型光合分波器で構成された、光搬送波位相差検出部を具えるOTDM-DPSK信号生成装置における、波長がλ₂であるモニター信号の生成過程の説明に供する図である。(A)はOTDM-DPSK信号生成部の概略と共に、複合型光合分波器の構成を示す図であり、(B)は、複合型光合分波器における第1チャンネルのDPSK信号及び第2チャンネルのDPSK信号から波長がλ₂であるモニター信号が生成されるプロセスの説明に供する図である。第4のOTDM-DPSK信号生成装置の、特に複合型光合分波器の各所における光信号の時間波形を示す図であり、それぞれ、（A）波長がλ₂の第1チャンネルのDPSK信号、（B）第2チャンネルのDPSK信号に対して1ビット時間遅延が与えられて生成された第2チャンネルのDPSK信号、（C）第(2-2)信号の時間波形、（D）第(3-2)信号の時間波形、（E）第(3-2)位相差付加信号の時間波形、（F）第(4-1)信号の時間波形であり（F-1）φ＝0又はφ＝πである場合の第(4-1)信号、（F-2）φ＝π/4又はφ＝3π/4である場合の第(4-1)信号、（F-3）φ＝π/2である場合の第(4-1)信号の時間波形を示す図である。第1のバルク光学素子による光搬送波干渉計の概略的構成図である。(A)は、第1のバルク光学素子による光搬送波干渉計を斜め上方から見た斜視図であり、(B)は上方から見た平面図である。第2のバルク光学素子による光搬送波干渉計の概略的構成図である。(A)は、第2のバルク光学素子による光搬送波干渉計を斜め上方から見た斜視図であり、(B)は上方から見た平面図である。第2のバルク光学素子の動作説明に供する図である。(A)は、第1経路を進む第1分岐信号の偏光状態を説明する図であり、(B)は、第2経路を進む第2分岐信号の偏光状態を説明する図である。(C)は、第1経路を進んだ第1分岐信号と第2経路を進んだ第2分岐信号とが干渉されて生成された干渉信号の偏光状態を説明する図である。

符号の説明

10：OTDM-DPSK信号生成装置
12、112、212：光分岐器
14、114、214-1：第1位相変調器
16、116、214-2：第2位相変調器
18、118、224、226、228：ビット遅延器
20、120、216、220、232：光カプラ
22、240-1：第1変調器ドライバ
24、240-2：第2変調器ドライバ
26：モニター信号分岐器
28、90、200、400：OTDM-DPSK信号生成部
30、96、250：光搬送波位相差検出部
32、132、244-1、244-2、244-3：光搬送波干渉計
34、134、246-1、246-2、246-3：干渉信号検出部
36：光電変換器
38：ローパスフィルタ
40：強度検出器
42：第1光分岐器
44：第2光分岐器
46：第3光分岐器
48：第2光カプラ
50：第3光カプラ
52：第1光カプラ
54：π位相シフタ
56：π/2位相シフタ
60：第1アーム導波路
62：第2アーム導波路
64：第(1-1)アーム導波路
66：第(1-2)アーム導波路
68：第(2-1)アーム導波路
70：第(2-2)アーム導波路
72、248：バイアス信号調整器
74、242-1：第1信号結合器
76、242-2：第2信号結合器
80、252：光搬送波位相差制御部
92：WDMカプラ
94： WDM分波器
98：波長λ₂のパルス光源
142：複合型光合分波器
144：波長λ₂の連続波光源
214-3：第3位相変調器
214-4：第4位相変調器
218、234：1次モニター信号分岐器
222：2次モニター信号分岐器
230：ビット遅延手段
236、238：反射鏡
240-3：第3変調器ドライバ
240-4：第4変調器ドライバ
242-3：第3信号結合器
242-4：第4信号結合器
260、280：第1半透鏡
262、284：第2半透鏡
264、294：第3半透鏡
268、282：1/4波長板
270：第4半透鏡
276：光アイソレータ
286：第1の1/2ビット遅延器
288：第1位相微調整素子
290、318：第1全反射鏡
292、322：第2全反射鏡
296：第2の1/2ビット遅延器
298：第2位相微調整素子
300：第3全反射鏡
302：第4全反射鏡
310：偏光子
312：半透鏡
316：1/2ビット遅延器
320：第1の1軸性結晶
324：第2の1軸性結晶
326：検光子

Claims

光時分割多重差動位相変調信号生成部と、光搬送波位相差検出部とを具え、
前記光時分割多重差動位相変調信号生成部は、
光パルス列を、第1光パルス列と第2光パルス列とに2分割する光分岐器と、
前記第1光パルス列と前記第2光パルス列をそれぞれ入力して、差動位相変調方式でコーディングされた第1及び第2チャンネルの差動位相変調信号をそれぞれ生成して出力する、第1及び第2位相変調器と、
前記第1及び第2チャンネルの差動位相変調信号を光時分割多重して、2多重の光時分割多重差動位相変調信号を生成して出力する光カプラと、
前記2多重の光時分割多重差動位相変調信号からモニター信号を分岐して取り出すモニター信号分岐器と
を具えており、
前記光搬送波位相差検出部は、前記モニター信号を入力して、当該モニター信号を構成する光パルス間の光搬送波位相差の関数として与えられる光搬送波位相差検出信号を生成して出力する
ことを特徴とする光時分割多重差動位相変調信号生成装置。
光時分割多重差動位相変調信号生成部と、光搬送波位相差検出部とを具え、
前記光時分割多重差動位相変調信号生成部は、
光パルス列を、第1〜第2^N光パルス列に2^N分割する光分岐器（ここで、Nは、2以上の整数である。）と、
前記第1〜第2^N光パルス列をそれぞれ入力して、差動位相変調方式でコーディングされた第1〜第2^Nチャンネルの差動位相変調信号をそれぞれ生成して出力する、第1〜第2^N位相変調器と、
該第1〜第2^Nチャンネルの差動位相変調信号を光時分割多重して、2^N多重の光時分割多重差動位相変調信号を生成して出力する(2^N-1)個の光カプラと、
隣接する第iチャンネルと第（i+1）チャンネルの差動位相変調信号（iは1から2^N-1までの全ての整数である。）を光時分割多重して生成される(2^N-1)個の1次光時分割多重差動位相変調信号から1次モニター信号をそれぞれ分岐して取り出す(2^N-1)個の1次モニター信号分岐器と、
順次、(2^N-k)個の（ここで、kは、1からNまでの全ての整数である。）k次光時分割多重差動位相変調信号からk次モニター信号をそれぞれ分岐して取り出す(2^N-k)個のk次モニター信号分岐器を具えており、
前記光搬送波位相差検出部は、前記1〜k次モニター信号を入力して、当該1〜k次モニター信号をそれぞれ構成する光パルス間の光搬送波位相差の関数としてそれぞれ与えられる(2^N-1)個の光搬送波位相差検出信号を生成して出力する
ことを特徴とする光時分割多重差動位相変調信号生成装置。
光時分割多重差動位相変調信号生成部と、光搬送波位相差検出部と、光搬送波位相差制御部とを具え、
前記光時分割多重差動位相変調信号生成部は、
光パルス列を、第1光パルス列と第2光パルス列とに2分割する光分岐器と、
前記第1光パルス列と前記第2光パルス列をそれぞれ入力して、差動位相変調方式でコーディングされた第1及び第2チャンネルの差動位相変調信号をそれぞれ生成して出力する、第1及び第2位相変調器と、
前記第1及び第2チャンネルの差動位相変調信号を光時分割多重して、2多重の光時分割多重差動位相変調信号を生成して出力する光カプラと、
前記2多重の光時分割多重差動位相変調信号からモニター信号を分岐して取り出すモニター信号分岐器と
を具えており、
前記光搬送波位相差検出部は、前記モニター信号を入力して、当該モニター信号を構成する光パルス間の光搬送波位相差の関数として与えられる光搬送波位相差検出信号を生成して出力し、
前記光搬送波位相差制御部は、
前記光搬送波位相差検出信号を入力して、前記光時分割多重差動位相変調信号を構成する光パルスの光搬送波位相が取るべき位相値である0またはπからのずれ量として定義されるゆらぎ量が0となるように、前記光時分割多重差動位相変調信号生成部を制御するための、光搬送波位相差制御信号を生成して出力する
ことを特徴とする光時分割多重差動位相変調信号生成装置。
光時分割多重差動位相変調信号生成部と、光搬送波位相差検出部と、光搬送波位相差制御部を具え、
前記光時分割多重差動位相変調信号生成部は、
光パルス列を、第1〜第2^N光パルス列に2^N分割する光分岐器（ここで、Nは、2以上の整数である。）と、
前記第1〜第2^N光パルス列をそれぞれ入力して、差動位相変調方式でコーディングされた第1〜第2^Nチャンネルの差動位相変調信号をそれぞれ生成して出力する、第1〜第2^N位相変調器と、
該第1〜第2^Nチャンネルの差動位相変調信号を光時分割多重して、2^N多重の光時分割多重差動位相変調信号を生成して出力する(2^N-1)個の光カプラと、
隣接する第iチャンネルと第（i+1）チャンネルの差動位相変調信号（iは1から2^N-1までの全ての整数である。）を光時分割多重して生成される(2^N-1)個の1次光時分割多重差動位相変調信号から1次モニター信号をそれぞれ分岐して取り出す(2^N-1)個の1次モニター信号分岐器と、
順次、(2^N-k)個の（ここで、kは、1からNまでの全ての整数である。）k次光時分割多重差動位相変調信号からk次モニター信号をそれぞれ分岐して取り出す(2^N-k)個のk次モニター信号分岐器を具えており、
前記光搬送波位相差検出部は、1〜k次モニター信号を入力して、当該1〜k次モニター信号をそれぞれ構成する光パルス間の光搬送波位相差の関数としてそれぞれ与えられる(2^N-1)個の光搬送波位相差検出信号を生成して出力し、
前記光搬送波位相差制御部は、前記(2^N-1)個の光搬送波位相差検出信号を入力して、前記光時分割多重差動位相変調信号を構成する光パルスの光搬送波位相が取るべき位相値である0またはπからのずれ量として定義されるゆらぎ量が0となるように、前記光時分割多重差動位相変調信号生成部を制御するための、光搬送波位相差制御信号を生成して出力する
ことを特徴とする光時分割多重差動位相変調信号生成装置。
光時分割多重差動位相変調信号生成部と、光搬送波位相差検出部とを具え、
前記光時分割多重差動位相変調信号生成部は、
波長がλ₁である光パルス列と、波長がλ₂である光パルス列（ここで、λ₁≠λ₂である。）と、を合波して多波長光パルス列として生成して出力する、波長多重カプラと、
前記多波長光パルス列を、第1多波長光パルス列と第2多波長光パルス列とに2分割する光分岐器と、
前記第1多波長光パルス列と前記第2多波長光パルス列をそれぞれ入力して、差動位相変調方式でコーディングされた第1及び第2チャンネルの差動位相変調信号をそれぞれ生成して出力する、第1及び第2位相変調器と、
前記第1及び第2チャンネルの差動位相変調信号を光時分割多重して、2多重の光時分割多重差動位相変調信号を生成して出力する光カプラと、
前記2多重の光時分割多重差動位相変調信号を波長がλ₁である光時分割多重差動位相変調信号と、波長がλ₂であるモニター信号とに波長分割して出力する波長多重分波器と
を具えており、
前記光搬送波位相差検出部は、前記モニター信号を入力して当該モニター信号を構成する光パルス間の光搬送波位相差の関数として与えられる光搬送波位相差検出信号を生成して出力する
ことを特徴とする光時分割多重差動位相変調信号生成装置。
光時分割多重差動位相変調信号生成部と、干渉信号検出部とを具え、
前記光時分割多重差動位相変調信号生成部は、
波長がλ₁である光パルス列と、波長がλ₂である連続波光（ここで、λ₁≠λ₂である。）と、を合波して多波長光パルス列として生成して出力する、波長多重カプラと、
前記多波長光パルス列を、第1多波長光パルス列と第2多波長光パルス列とに2分割する光分岐器と、
前記第1多波長光パルス列と前記第2多波長光パルス列をそれぞれ入力して、差動位相変調方式でコーディングされた第1及び第2チャンネルの差動位相変調信号をそれぞれ生成して出力する、第1及び第2位相変調器と、
前記第1及び第2チャンネルの差動位相変調信号を入力して、前記第1及び第2チャンネルの差動位相変調信号を光時分割多重して波長λ₁の2多重の光時分割多重差動位相変調信号を生成して出力すると共に、波長がλ₂である干渉モニター信号を生成して出力する複合型光合分波器と
を具えており、
前記干渉信号検出部は、前記干渉モニター信号を入力して、当該干渉モニター信号を構成する光パルス間の光搬送波位相差の関数として与えられる光搬送波位相差検出信号を生成して出力する
ことを特徴とする光時分割多重差動位相変調信号生成装置。
前記複合型光合分波器が、第1半透鏡、第2半透鏡、第3半透鏡、1/4波長板及び第4半透鏡を具え、
前記第2半透鏡は、前記第1半透鏡へ入射する前記第1チャンネルの差動位相変調信号が反射されて出力される、当該第1半透鏡の出力側に設置され、
前記第3半透鏡は、前記第1半透鏡へ入射する前記第1チャンネルの差動位相変調信号が透過されて出力される、当該第1半透鏡の出力側に設置され、
前記1/4波長板が、前記第3半透鏡に入射する前記第1チャンネルの差動位相変調信号が反射されて出力される、当該第3半透鏡の出力側に設置され、
前記第4半透鏡が、前記第2半透鏡で反射されて当該第2半透鏡から出力される信号光と、前記第3半透鏡で反射されて当該第3半透鏡から出力される信号光とが干渉する位置に設置されている
ことを特徴とする請求項6に記載の光時分割多重差動位相変調信号生成装置。
前記光時分割多重差動位相変調信号生成部が、
前記第1及び第2チャンネルのそれぞれの差動位相変調信号を、ビットインターリーブして光時分割多重するために必要な、第2チャンネルの差動位相変調信号を構成する光パルス1つ分が時間軸上で占める時間の1/2に相当する時間遅延を当該第2チャンネルの差動位相変調信号に与える、ビット遅延器を具えることを特徴とする請求項1、3、5及び6のいずれか一項に記載の光時分割多重差動位相変調信号生成装置。
前記光時分割多重差動位相変調信号生成部が、
前記第1〜2^Nチャンネルのそれぞれの差動位相変調信号に対して、ビットインターリーブして光時分割多重するために必要な時間遅延を与えるビット遅延手段を具えることを特徴とする請求項2又は4に記載の光時分割多重差動位相変調信号生成装置。
前記光搬送波位相差検出部が、
入力された前記モニター信号を入力して、該モニター信号を構成する光パルス間の光搬送波位相差に応じて、該モニター信号の強度を変調することによって生成される干渉光を干渉モニター信号として出力する光搬送波干渉計と、
該干渉モニター信号を入力して前記光搬送波位相差検出信号として生成して出力する干渉信号検出部とを具え、
該干渉信号検出部が、前記干渉多重モニター信号を光電変換して電気干渉信号として出力する光電変換器と、該電気干渉信号の高周波成分を遮断して低周波電気干渉信号を出力するローパルフィルタと、該低周波電気干渉信号の時間平均強度を検出して、前記光搬送波位相差検出信号として出力する強度検出器と
を具えることを特徴とする請求項1、3、5及び6のいずれか一項に記載の光時分割多重差動位相変調信号生成装置。
前記光搬送波位相差検出部が、
入力された前記1次モニター信号から前記k次モニター信号を入力して、該1次モニター信号から該k次モニター信号を構成する光パルス間の光搬送波位相差に応じて、該1次モニター信号から該k次モニター信号の強度を変調することによって生成される干渉光を1〜k干渉モニター信号として出力するk個の光搬送波干渉計と、
該1〜k干渉モニター信号を入力して前記(2^N-1)個の光搬送波位相差検出信号として生成して出力する干渉信号検出部とを具え、
該干渉信号検出部が、前記1〜k干渉モニター信号を光電変換して1〜k電気干渉信号として出力するk個の光電変換器と、該1〜k電気干渉信号の高周波成分を遮断して1〜k低周波電気干渉信号を出力するローパルフィルタと、該1〜k低周波電気干渉信号の時間平均強度を検出して、前記(2^N-1)個の光搬送波位相差検出信号として出力する強度検出器と
を具えることを特徴とする請求項2又は4に記載の光時分割多重差動位相変調信号生成装置。
前記光搬送波位相差制御部が、前記第1及び第2位相変調器にそれぞれ第1及び第2バイアス調整信号を供給するバイアス信号調整器と、第1及び第2変調器ドライバからそれぞれ供給される第1及び第2チャンネルの送信信号に、それぞれ前記第1及び第2バイアス信号を結合して付加するための第1及び第2信号結合器を具えることを特徴とする請求項3に記載の光時分割多重差動位相変調信号生成装置。
前記光搬送波位相差制御部が、前記第1〜第2^N位相変調器にそれぞれ第1〜第2^Nバイアス調整信号を供給するバイアス信号調整器と、第1〜第2^N変調器ドライバからそれぞれ供給される第1〜第2^Nチャンネルの送信信号に、それぞれ前記第1〜第2^Nバイアス調整信号を結合して付加するための第1〜第2^N信号結合器を具えることを特徴とする請求項4に記載の光時分割多重差動位相変調信号生成装置。
前記光搬送波干渉計が、
第1光分岐器と、第2光分岐器と、第3光分岐器と、π位相シフタと、π/2位相シフタと、第1光カプラと、第2光カプラと、第3光カプラとを具え、
前記第1光分岐器は、前記モニター信号を、第1分岐モニター信号と第2分岐モニター信号とに強度分割して出力し、それぞれ第1アーム導波路と第2アーム導波路とに入力し、
第2光分岐器は、前記第1分岐モニター信号を、第(1-1)分岐モニター信号と第(1-2)分岐モニター信号とに強度分割して出力し、それぞれ第(1-1)アーム導波路と第(1-2)アーム導波路とに入力し、
第3光分岐器は、前記第2分岐モニター信号を、第(2-1)分岐モニター信号と第(2-2)分岐モニター信号とに強度分割して出力し、それぞれ第(2-1)アーム導波路と第(2-2)アーム導波路とに入力し、
前記第(1-1)分岐モニター信号と前記第(1-2)分岐モニター信号との間で、光パルス1つ分が時間軸上で占める時間に相当する時間遅延差を有するように、前記第(1-1)アーム導波路及び第(1-2)アーム導波路の光路長が設定されており、
前記第(2-1)分岐モニター信号と前記第(2-2)分岐モニター信号との間で、光パルス1つ分が時間軸上で占める時間に相当する時間遅延差を有するように、前記第(2-1)アーム導波路及び第(2-2)アーム導波路の光路長が設定されており、
前記π位相シフタは、前記第(2-2)アーム導波路の途中に設置されており、前記第(2-2)分岐モニター信号の光搬送波位相をπだけシフトさせて、π位相シフト第(2-2)分岐モニター信号を生成して出力し、
前記第2光カプラは、前記第(1-1)アーム導波路と前記第(1-2)アーム導波路とをそれぞれ伝播した第(1-1)分岐モニター信号と第(1-2)分岐モニター信号とを多重して第2多重モニター信号を生成して出力し、
前記第3光カプラは、前記π位相シフタから出力されたπ位相シフト第(2-2)分岐モニター信号と、前記第(2-1)アーム導波路を伝播した第(2-1)分岐モニター信号とを多重して第3多重モニター信号を生成して出力し、
前記π/2位相シフタは、前記第3多重モニター信号の光搬送波位相をπ/2だけシフトさせて、π/2位相シフト第3多重モニター信号を生成して出力し、
前記第1光カプラは、前記第2光カプラから出力された前記第2多重モニター信号と前記π/2位相シフト第3多重モニター信号とを多重して前記第1多重モニター信号を生成して出力し、
前記第1光分岐器から前記第2光分岐器に至る光路長と、前記第1光分岐器から前記第3光分岐器に至る光路長とが等しく設定されており、
前記第2光カプラから前記第1光カプラに至る光路長と、前記第3光カプラから前記第1光カプラに至る光路長とが等しく設定されている
ことを特徴とする請求項10又は11に記載の光時分割多重差動位相変調信号生成装置。
前記光搬送波干渉計が、
第1半透鏡、1/4波長板、第2半透鏡、第1の1/2ビット遅延器、第1位相微調整素子、第1全反射鏡、第2全反射鏡、第3半透鏡、第2の1/2ビット遅延器、第2位相微調整素子、第3全反射鏡及び第4全反射鏡を具え、
前記第1半透鏡に入射する入力信号が透過する方向に向って、順に、前記第1半透鏡、前記1/4波長板、前記第2半透鏡、前記第1の1/2ビット遅延器、前記第1位相微調整素子及び前記第1全反射鏡が直列に配置されており、
前記第1半透鏡に入射する入力信号が反射する方向に向って、順に、前記第1半透鏡、前記第3半透鏡、前記第2の1/2ビット遅延器、前記第2位相微調整素子及び前記第3全反射鏡が直列に配置されており、
前記第2全反射鏡は、前記第1半透鏡を透過して前記第2半透鏡に入射した信号光が反射されて出力される側の面に設置され、前記第4全反射鏡は、前記第1半透鏡から反射されて前記第3半透鏡に入射した信号光が反射されて出力される側の面に設置されている
ことを特徴とする請求項10又は11に記載の光時分割多重差動位相変調信号生成装置。
前記光搬送波干渉計が、
偏光子、半透鏡、1/2ビット遅延器、第1全反射鏡、第1の1軸性結晶、第2全反射鏡、第2の1軸性結晶及び検光子を具え、
前記半透鏡に入射する入力信号が該半透鏡を透過する方向に向って、順に、前記偏光子、前記半透鏡、前記第1の1軸性結晶及び前記第2全反射鏡が直列に配置されており、
前記半透鏡に入射する入力信号光が反射して出力する前記半透鏡の出力端面から、順に、前記1/2ビット遅延器、前記第1全反射鏡が配置されており、
前記半透鏡に入射する入力信号光が反射して出力する前記半透鏡の出力端面と反対側の端面から、順に前記第2の1軸性結晶及び前記検光子が配置されている
ことを特徴とする請求項10又は11に記載の光時分割多重差動位相変調信号生成装置。