JP2009063835A - 光素子集積モジュール及び変調方法 - Google Patents

Abstract

【課題】補正回路を用いることなく、DCドリフトの影響を除去する。
【解決手段】分波器20と、第１EA変調器30と、第２EA変調器40と、１８０°位相回転器50と、合波器60とを備えて構成される。分波器は、入力光パルス列を、第１入力光パルス列と第２入力光パルス列とに２分岐する。第１EA変調器は、第１入力光パルス列を強度変調して、第１OOK信号を出力する。第２EA変調器は、第２入力光パルス列を強度変調して、第２OOK信号を出力する。１８０°位相回転器は、第１OOK信号と第２OOK信号とに１８０°の相対位相差を与える。合波器は、１８０°の相対位相差を有する第１OOK信号及び第２OOK信号を合波して、出力信号としてＢＰＳＫ信号を生成する。ここで、入力された電気データ信号が２分岐され、一方は第１EA変調器を駆動し、他方は、反転回路で反転された後、第２EA変調器を駆動し、また、分波器から合波器までの各光路の光路長が互いに等しい。
【選択図】図１

Description

この発明は、光素子集積モジュール及び変調方法に関するものであり、特に、位相シフトキーイング信号を発生する位相シフトキーイング信号発生用モジュールと、この位相シフトキーイング信号発生用モジュールを用いた位相シフトキーイング信号の生成方法に関する。

ＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）光信号を用いた差動４位相変調（ＤＱＰＳＫ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ−Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ−Ｋｅｙｉｎｇ）光信号を生成する光送信装置として、マッハツェンダ（ＭＺ：Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ）強度変調器を用いる構成が知られている（例えば、非特許文献１参照）。

図５を参照して、非特許文献１に記載の光送信装置について説明する。図５は、非特許文献１に記載されている、ビットレートが４２．７Ｇｂｉｔ／ｓのＲＺ−ＤＱＰＳＫ光信号を発生する光送信装置を説明するための概略図である。

この光送信装置２１０は、単一モードで発振する連続波（ＣＷ）レーザ２２０、ＭＺ強度変調器２３０、第１のＭＺ位相変調器２４０、第２のＭＺ位相変調器２４２及び９０°位相回転器２５０を備えている。ＣＷレーザ２２０の出力（図中、矢印Ｓ２２１で示す。）は、ＭＺ強度変調器２３０に入力される。

ＭＺ強度変調器２３０は、２１．３５ＧＨｚの互いに相補的なクロック信号（図中、矢印Ｓ２３１及びＳ２３３で示す。）で両相駆動されている。ＭＺ強度変調器２３０に入力された、ＣＷレーザ２２０からの出力である連続光Ｓ２２１は、デューティ比５０％、及び繰り返し周波数が２１．３５ＧＨｚのＲＺ光パルス列（図中、矢印Ｓ２３５で示す。）となって、ＭＺ強度変調器２３０から出力される。

ここで、光パルス列との表現は、規則正しい一定の時間間隔で光パルスが時間軸上に並ぶ光パルス列を指すものとして用いる。

ＭＺ強度変調器２３０から出力されたＲＺ光パルス列Ｓ２３５は、２分岐され、一方は第１のＭＺ位相変調器２４０に入力され、他方は、第２のＭＺ位相変調器２４２に入力される。

第１のＭＺ位相変調器２４０及び第２のＭＺ位相変調器２４２は、バイアス電圧が半波長電圧Ｖπであり、かつ、半波長電圧の２倍の振幅２Ｖπを有する、２１．３５Ｇｂｉｔ／ｓの電気データ信号（図中、矢印Ｓ２４１及びＳ２４３で示す。）で駆動される。ここで、電気データ信号Ｓ２４１及びＳ２４３は、それぞれ０及び１の２値の情報を有している２値データ信号であるので、第１のＭＺ位相変調器２４０及び第２のＭＺ位相変調器２４２は、それぞれ電気データ信号Ｓ２４１及びＳ２４３が示す値である、０及び１に対応して、１８０°の位相差の２位相シフトキーイング（ＢＰＳＫ：Ｂｉｎａｒｙ−Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ−Ｋｅｙｉｎｇ）信号（図中、矢印Ｓ２４５及びＳ２４７で示す。）を出力する。

第１のＭＺ位相変調器２４０及び第２のＭＺ位相変調器２４２の出力の一方が、９０°位相回転器２５０で９０°の位相回転を受けた後、合波される。この結果、光送信装置２１０の出力は、４２．７Ｇｂｉｔ／ｓの４位相シフトキーイング（ＱＰＳＫ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ−Ｋｅｙｉｎｇ）信号（図中、矢印Ｓ２５１で示す。）となる。このとき、第１及び第２のＭＺ位相変調器２４０及び２４２にそれぞれ入力される２値データ信号、すなわち、２系統の２値データ信号の組み合わせに対して、位相変調符号が割り当てられる。例えば、（０、０）、（１、０）、（０、１）及び（１、１）に対して、それぞれ、４５°、１３５°、−４５°及び−１３５°が割り当てられる。

上述の光送信装置では、ＭＺ位相変調器として、ＬｉＮｂＯ_３結晶を用いた変調器素子（以下、ＬＮ変調器と称する。）が広く用いられている。
Ａ．Ｈ．Ｇｎａｕｃｋ ｅｔ ａｌ．，"Ｓｐｅｃｔｒａｌｌｙ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ （０．８ｂ／ｓ／Ｈｚ）１−Ｔｂ／ｓ（２５×４２．７Ｇｂ／ｓ） ＲＺ−ＤＱＰＳＫ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｏｖｅｒ ２８ １００−ｋｍ ＳＳＭＦ Ｓｐａｎｓ Ｗｉｔｈ ７ Ｏｐｔｉｃａｌ Ａｄｄ／Ｄｒｏｐｓ"， ＥＣＯＣ２００４， Ｔｈ４．４．１，２００４

しかしながら、ＬＮ変調器は、最適バイアス点が移動する、いわゆるＤＣドリフトが生じるため、動作の安定性の面で課題がある。

このＤＣドリフトの影響は、バイアス変動の補正回路を実装することで抑制できるが、補正回路を実装することにより、素子のサイズや製造コストが増加してしまう。

この発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、この発明の目的は、補正回路を用いることなく、ＤＣドリフトの影響を除去できる光素子集積モジュールと、当該光素子集積モジュールを用いる変調方法とを提供することにある。

上述した目的を達成するために、この発明の第１の要旨によれば、分波器と、第１ＥＡ変調器と、第２ＥＡ変調器と、１８０°位相回転器と、合波器とを備えて構成される光素子集積モジュールを提供する。この光素子集積モジュールは、入力された入力光パルス列を、入力された電気データ信号で位相変調して、出力光信号としてＢＰＳＫ変調信号を生成する。

入力光パルス列は、光素子集積モジュールの分波器に搬送信号として入力される。分波器は、入力光パルス列を、第１入力光パルス列と第２入力光パルス列とに２分岐する。

第１ＥＡ変調器は、第１入力光パルス列を正論理データ信号で強度変調して、第１ＯＯＫ（Ｏｎ−Ｏｆｆ−Ｋｅｙｉｎｇ）信号を出力する。第２ＥＡ変調器は、第２入力光パルス列を正論理データ信号と相補的な負論理データ信号で強度変調して、第２ＯＯＫ信号を生成する。１８０°位相回転器は、第１ＯＯＫ信号について１８０°の位相回転を行って、１８０°位相回転信号を生成する。合波器は、１８０°位相回転信号及び第２ＯＯＫ信号を合波して、出力光信号としてＢＰＳＫ信号を生成する。ここで、分波器で２分岐された入力光パルス列が分波器から合波器まで伝播する各光路の光路長は、互いに等しく設定されている。

一方、電気データ信号は、光素子集積モジュールに変調信号として入力された後２分岐され、一方は正論理データ信号として第１ＥＡ変調器に送られ、及び他方は、反転回路で反転された後、負論理データ信号として第２ＥＡ変調器に送られる。

また、この発明の第２の要旨によれば、前段分波器と、第１ＢＰＳＫ信号発生部と、第２ＢＰＳＫ信号発生部と、９０°位相回転器と、後段合波器とを備えて構成される光素子集積モジュールを提供する。この光素子集積モジュールは、入力された光パルス列を、入力された第１電気データ信号及び第２電気データ信号で位相変調して、出力信号としてＱＰＳＫ信号を生成する。ここで、前段分波器で２分岐された光パルス列が、前段分波器から後段合波器まで伝播する各光路の光路長は互いに等しく、設定されている。

光パルス列は、光素子集積モジュールの前段分波器に搬送信号として入力される。前段分波器は、光パルス列を第１光パルス列と、第２光パルス列とに２分岐する。

第１ＢＰＳＫ信号発生部には、第１光パルス列が入力光パルス列として入力される。第１ＢＰＳＫ信号発生部は、第１光パルス列を電気データ信号である第１電気データ信号で位相変調して第１ＢＰＳＫ信号を生成する。また、第２ＢＰＳＫ信号発生部には、第２光パルス列が入力光パルス列として入力される。第２ＢＰＳＫ信号発生部は、第２光パルス列を電気データ信号である第２電気データ信号で位相変調して第２ＢＰＳＫ信号を生成する。９０°位相回転器は、第２ＢＰＳＫ信号について、９０°の位相回転を行って、９０°位相回転信号を生成する。

第１ＢＰＳＫ信号発生部及び第２ＢＰＳＫ信号発生部は、それぞれ、上述した第１の要旨の光素子集積モジュールに相当する構成となっている。すなわち、第１及び第２ＢＰＳＫ信号発生部は、それぞれ分波器と、第１ＥＡ変調器と、第２ＥＡ変調器と、１８０°位相回転器と、合波器とを備えて構成され、それぞれ搬送信号として入力された入力光パルス列を、変調信号として入力された電気データ信号で位相変調して、ＢＰＳＫ信号を生成する。

上述した光素子集積モジュールの実施にあたり、好ましくは、後段合波器を、ハーフミラーで構成して、これにより第１ＢＰＳＫ信号及び９０°位相回転信号を合波して２つのＱＰＳＫ信号を生成して、一方を出力光信号として用い、他方をモニタ信号として用いるのが良い。

また、９０°位相回転器を好ましくは、液晶素子で構成するのが良い。

また、上述した光素子集積モジュールの実施にあたり、好ましくは、合波器を、ハーフミラーで構成して、これにより１８０°位相回転信号及び第２ＯＯＫ信号を合波して出力光信号として用いられるＢＰＳＫ信号を生成するとともに、モニタ信号として用いられるＲＺ光パルス列を生成するのが良い。

また、１８０°位相回転器を好ましくは、液晶素子で構成するのが良い。

また、この発明の第３の要旨によれば、以下の過程を備える変調方法を提供する。この変調方法は、入力された入力光パルス列を、入力された電気データ信号で位相変調して、出力光信号としてＢＰＳＫ信号を生成する変調方法である。

先ず、分波器で搬送信号として入力された入力光パルス列を、第１入力光パルス列と第２入力光パルス列とに２分岐する。次に、第１ＥＡ変調器で、第１入力光パルス列を正論理データ信号で強度変調して第１ＯＯＫ信号を生成する。また、、第２ＥＡ変調器で、第２入力光パルス列を正論理データ信号と相補的な負論理データ信号で強度変調して、第２ＯＯＫ信号を生成する。次に、第１ＯＯＫ信号について１８０°の位相回転を行って、１８０°位相回転信号を生成する。次に、合波器で１８０°位相回転信号及び第２ＯＯＫ信号を合波してＢＰＳＫ信号を生成する。

ここで、変調信号として入力された電気データ信号は２分岐されて、一方は、正論理データ信号として第１ＥＡ変調器に送られ、他方は、負論理データ信号として第２ＥＡ変調器に送られる。また、分波器で２分岐された第１入力光パルス列と、第２入力光パルス列は、分波器から合波器までの、光路長が互いに等しく設定されている光路を伝播する。

また、この発明の第４の要旨によれば、以下の過程を備える変調方法を提供する。この変調方法は、入力された光パルス列を入力された第１電気データ信号及び第２電気データ信号で位相変調して、出力光信号としてＱＰＳＫ信号を生成する変調方法である。

先ず、前段分波器で、搬送信号として入力された光パルス列を、第１光パルス列及び第２光パルス列に２分岐する。次に、第１光パルス列を入力光パルス列として入力して、この第１光パルス列を、変調信号として入力された電気データ信号である第１電気データ信号で位相変調して第１ＢＰＳＫ信号を生成する。また、第２光パルス列を入力光パルス列として入力して、この第２光パルス列を、変調信号として入力された電気データ信号である第２電気データ信号で位相変調して、第２ＢＰＳＫ信号を生成する。

次に、第２ＢＰＳＫ信号について９０°の位相回転を行って、９０°位相回転信号を生成する。次に、後段合波器で、第１ＢＰＳＫ信号及び９０°位相回転信号を合波してＱＰＳＫ信号を生成する。ここで、前段分波器で２分岐された第１光パルス列と第２光パルス列は、後段合波器まで光路長が互いに等しく設定されている光路を伝播する。

第１ＢＰＳＫ信号を出力する過程及び第２ＢＰＳＫ信号を出力する過程は、それぞれ、入力光パルス列を電気データ信号で位相変調して、ＢＰＳＫ信号を生成する過程であって、上述した第３の要旨の変調方法と同一の過程で行われるが、重複する説明を省略する。

この発明の光素子集積モジュール及び変調方法によれば、ＬＮ変調器による位相変調ではなく、ＥＡ変調器を実装した空間結合型の集積モジュールで、変調信号を発生している。このため、ＬＮ変調器に固有のＤＣドリフトの影響を考える必要がない。

また、空間結合型の光素子集積モジュールは、位相揺らぎが非常に小さいので、各光路を伝播する光の相対的な位相関係は安定し、この安定は、位相変調信号の安定化に寄与する。

以下、図を参照して、この発明の実施の形態について説明するが、この発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎない。また、以下、この発明の好適な構成例につき説明するが、数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の構成の範囲を逸脱せずにこの発明の効果を達成できる多くの変更又は変形を行うことができる。

（ＢＰＳＫ信号発生部及びその動作）
図１及び図２を参照して、光素子集積モジュールをＢＰＳＫ信号発生部として構成した実施形態につき、その構成と動作について説明する。図１は、ＢＰＳＫ信号発生部の構成を説明するための模式図である。図２は、ＢＰＳＫ信号発生部の動作を説明するための模式図である。図２では、横軸に時間軸を取り、かつ、縦軸に信号の強度を任意の単位で取って示している。

ＢＰＳＫ信号発生部１０は、例えば、光通信装置で用いられる光素子集積モジュールであって、２位相シフトキーイング（ＢＰＳＫ）信号を生成する。

ＢＰＳＫ信号発生部１０は、分波器として入力側ハーフミラー２０、第１ＥＡ変調器（ＥＡＭ１）３０、第２ＥＡ変調器（ＥＡＭ２）４０、１８０°位相回転器５０、合波器として出力側ハーフミラー６０及び反転回路７０を備えて構成される。ＢＰＳＫ信号発生部１０は、空間結合型のモジュールとして構成される。ここで、分波器から合波器までの各光路の光路長が互いに等しく、設定されている。なお、光路を変換させるために、プリズム等の任意好適な光路変換素子８０が用いられるが、光路変換素子８０については、説明及び図示を省略することもある。また、ハーフミラー、ＥＡ変調器は従来周知のものを用いることができる。

ＢＰＳＫ信号発生部１０には、外部の短パルス光源９０で発生した、入力光パルス列（図１中、矢印Ｓ９１で示す。）が搬送信号として入力される。短パルス光源９０は、任意好適な従来周知のものを用いることができ、例えば、図５を参照して説明した、従来の構成でのＣＷレーザ２２０とＭＺ強度変調器２３０を備える構成にすることができる。

ＢＰＳＫ信号発生部１０に入力された入力光パルス列Ｓ９１は、分波器である入力側ハーフミラー２０で２分岐され、一方の第１入力光パルス列（図１中、矢印Ｓ２１で示す。）が第１ＥＡ変調器３０に送られ、他方の第２入力光パルス列（図１中、矢印Ｓ２３で示す。）が第２ＥＡ変調器４０に送られる。

また、ＢＰＳＫ信号発生部１０には、変調信号として電気データ信号（図中、矢印Ｓ７１で示す。）が外部から入力される。

ここで、入力光パルス列Ｓ９１は、繰り返し周波数Ｂ［ＧＨｚ］のＲＺ（Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）光パルス列である（図２（Ａ））。また、電気データ信号Ｓ７１は、データレートがＢ［Ｇｂｉｔ／ｓ］の、０及び１の２値のＮＲＺ（Ｎｏｎ Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅｒｏ）信号であるものとする（図２（Ｂ））。なお、図２では、電気データ信号Ｓ７１が「０、１、１、０、１、０、…」である例を示している。

ＢＰＳＫ信号発生部１０に入力された電気データ信号Ｓ７１は２分岐され、一方は正論理データ信号（図１中、矢印Ｓ７３で示す。）として第１ＥＡ変調器３０に送られる。また、２分岐された電気データ信号の他方は、任意好適な従来周知の反転回路７０で反転され、負論理データ信号（図１中、矢印Ｓ７５で示す。）として第２ＥＡ変調器４０に送られる（図２（Ｃ））。正論理データ信号Ｓ７３と負論理データ信号Ｓ７５は、相補的な関係にあり、一方が０の場合は、他方が１になる。電気データ信号Ｓ７１が「０、１、１、０、１、０、…」である場合、正論理データ信号Ｓ７３は「０、１、１、０、１、０、…」となり、負論理データ信号Ｓ７５は「１、０、０、１、０、１、…」となる。

第１ＥＡ変調器３０及び第２ＥＡ変調器４０は、従来周知の半導体強度変調器であって、それぞれ正論理データ信号Ｓ７３及び負論理データ信号Ｓ７５で駆動される。これら変調器は、電気データ信号が示すデータが「１」のときは、光パルスを出力し、一方、データが「０」のときは、光パルスを出力しない。すなわち、これら変調器は、入力されたＲＺ光パルス列を変調して、それぞれＯＯＫ（Ｏｎ−Ｏｆｆ−Ｋｅｙｉｎｇ）信号を生成する。

第１ＥＡ変調器３０から出力される第１ＯＯＫ信号（図１中、矢印Ｓ３１で示す。）は、正論理データ信号Ｓ７３に対応する正論理光信号である（図２（Ｄ））。正論理データ信号Ｓ７３が１のときは、光パルスを出力し、正論理データ信号Ｓ７３が０のときは、光パルスを出力しない。

また、第２ＥＡ変調器から出力される第２ＯＯＫ信号（図１中、矢印Ｓ４１で示す。）は、負論理データ信号Ｓ７５に対応する負論理光信号である（図２（Ｅ））。負論理データ信号Ｓ７５が１を示すときは、光パルスを出力し、負論理データ信号Ｓ７５が０を示すときは、光パルスを出力しない。

図２（Ｄ）及び（Ｅ）に示されるように、第１ＯＯＫ信号Ｓ３１と第２ＯＯＫ信号Ｓ４１は、相補的な関係にあり、一方に光パルスが発生しているときは、他方には光パルスが発生していない。電気データ信号が１の場合、すなわち、正論理データ信号Ｓ７３が１の場合は、第１ＯＯＫ信号Ｓ３１に光パルスが発生しており、電気データ信号が０の場合、すなわち、負論理データ信号Ｓ７５が１の場合は、第２ＯＯＫ信号Ｓ４１に光パルスが発生している。

第１ＯＯＫ信号Ｓ３１は、１８０°位相回転器５０に送られる。１８０°位相回転器５０は、入力された第１ＯＯＫ信号Ｓ３１を１８０°だけ位相回転させて、１８０°位相回転信号（図１中、矢印Ｓ５１で示す。）を生成する（図２（Ｆ））。

１８０°位相回転器５０には、例えば液晶素子（ＬＣ）を用いることができ、液晶素子に対する印加電圧によって、位相回転の角度が１８０°に調整されている。

１８０°位相回転信号Ｓ５１と、第２ＯＯＫ信号Ｓ４１とは、合波器である出力側ハーフミラー６０で合波されて、第１出力光（図１中、矢印Ｓ６１で示す。）と第２出力光（図１中、矢印Ｓ６３で示す。）を出力する。

ここで、第１出力光Ｓ６１は、１８０°位相回転信号Ｓ５１が出力側のハーフミラー６０を透過し、第２ＯＯＫ信号Ｓ４１が出力側ハーフミラー６０で反射されて得られる。また、第２出力光Ｓ６３は、１８０°位相回転信号Ｓ５１が出力側ハーフミラー６０で反射され、第２ＯＯＫ信号Ｓ４１が出力側ハーフミラー６０を透過して得られる。

入力側ハーフミラー２０及び出力側ハーフミラー６０で反射される光は、透過する光に対して、位相が９０°遅れる。

例えば、入力側ハーフミラー２０で反射されて第１ＥＡ変調器３０に送られる第１入力光パルス列Ｓ２１は、透過して第２ＥＡ変調器４０に送られる第２入力光パルス列Ｓ２３に対して、位相が９０°遅れる。

また、第１出力光Ｓ６１は、１８０°位相回転信号Ｓ５１が出力側ハーフミラー６０を透過し、第２ＯＯＫ信号Ｓ４１が出力側ハーフミラー６０で反射されて得られる。このため、第２ＯＯＫ信号Ｓ４１は、出力側ハーフミラー６０で合波される際に、１８０°位相回転信号Ｓ５１に対して位相が９０°遅れる。

ここで、１８０°位相回転信号Ｓ５１の各光パルスは、入力側ハーフミラー２０で反射され、出力側ハーフミラー６０を透過する光路を伝播する。一方、第２ＯＯＫ信号Ｓ４１の各光パルスは、入力側ハーフミラー２０を透過し、出力側ハーフミラー６０で反射される光路を伝播する。従って、入力側ハーフミラー２０で２分岐された光パルス列は、いずれの光路を伝播した場合でも、１回ずつハーフミラーで反射されることになるので、１８０°位相回転器５０での位相回転がなければ、それぞれの光路を伝播した光の位相差は０°である。すなわち、出力側ハーフミラー６０で第１出力光Ｓ６１が合波される際の、１８０°位相回転信号Ｓ５１に由来する光パルスと、第２ＯＯＫ信号Ｓ４１に由来する光パルスの、ハーフミラーでの反射に起因する相対的な位相差は０°である。

この実施形態の構成では、１８０°位相回転信号Ｓ５１は、１８０°位相回転器５０で位相が１８０°回転している（図２（Ｆ））。また、第１ＥＡ変調器３０は、正論理データ信号Ｓ７３で駆動され、第２ＥＡ変調器４０は、負論理データ信号Ｓ７５で駆動される。このため、電気データ信号Ｓ７１が０の値を示す場合は、負論理データ信号Ｓ７５で駆動する第２ＥＡ変調器４０の信号の成分のみが出力され、電気データ信号Ｓ７１が１の値を示す場合は、正論理データ信号Ｓ７３で駆動する第１ＥＡ変調器３０の成分が出力される。

この結果、第１出力光Ｓ６１は、電気データ信号Ｓ７１が０の値を示す場合は、第２ＯＯＫ信号Ｓ４１に由来する光パルスとなり、電気データ信号Ｓ７１が１の値を示す場合は、第２ＯＯＫ信号Ｓ４１に対して１８０°の位相差を有する１８０°位相回転信号Ｓ５１に由来する光パルスとなる。すなわち、第１出力光Ｓ６１は、いわゆるＢＰＳＫ信号となり、出力光信号として出力される（図２（Ｇ））。

ここでは、電気データ信号Ｓ７１が「０、１、１、０、１、０、…」であるので、ＢＰＳＫ信号である第１出力光（出力光信号）Ｓ６１の位相は、「０°、１８０°、１８０°、０°、１８０°、０°」となる。

一方、第２出力光Ｓ６３については、１８０°位相回転信号Ｓ５１の各光パルスは、入力側ハーフミラー２０及び出力側ハーフミラー６０のいずれにおいても反射される光路を伝播し、一方、第２ＯＯＫ信号Ｓ４１の各光パルスは、入力側ハーフミラー２０及び出力側ハーフミラー６０をいずれも透過する光路を伝播する。一方の光路ではハーフミラーで反射されず、他方の光路ではハーフミラーで２回反射されるので、１８０°位相回転器５０での位相回転がなければ、それぞれの光路を伝播した光の位相差は１８０°（＝９０°＋９０°）になる。すなわち、出力側ハーフミラー６０で第２出力光Ｓ６３が合波される際の、１８０°位相回転信号Ｓ５１に由来する光パルスと、第２ＯＯＫ信号Ｓ４１に由来する光パルスの、ハーフミラーでの反射に起因する相対的な位相差は１８０°である。

１８０°位相回転信号Ｓ５１の各光パルスは、１８０°位相回転器５０で１８０°の位相回転を受け、また、ハーフミラーで第２ＯＯＫ信号Ｓ４１の各光パルスに対して１８０°の位相回転を受けることになる。このため、出力側ハーフミラー６０で合波される際の第２ＯＯＫ信号Ｓ４１の光パルスと、１８０°位相回転信号Ｓ５１の光パルスは位相が等しい。すなわち、第２出力光Ｓ６３は、入力光パルス列と同等のＲＺ光パルス列になる（図２（Ｈ））。

このＲＺ光パルス列Ｓ６３である第２出力光を、モニタ信号として用いることができる。

（ＱＰＳＫ信号発生部及びその動作）
図３及び図４を参照して、光素子集積モジュールをＱＰＳＫ信号発生部として構成した実施形態につき、その構成及び動作について説明する。図３は、ＱＰＳＫ信号発生部の構成を説明するための模式図である。図４は、ＱＰＳＫ信号発生部の動作を説明するための模式図である。図４では、横軸に時間軸を取り、かつ、縦軸に信号の強度を任意の単位で取って示している。

ＱＰＳＫ信号発生部１１０は、例えば、光通信装置で用いられる光素子集積モジュールであって、４位相シフトキーイング（ＱＰＳＫ）信号を生成する。

ＱＰＳＫ信号発生部１１０は、前段分波器として入力側ハーフミラー１２０、後段合波器として出力側ハーフミラー１６０、第１ＢＰＳＫ信号発生部（ＢＰＳＫ１）１３０、第２ＢＰＳＫ信号発生部（ＢＰＳＫ２）１４０及び９０°位相回転器１５０を備えて構成される。ＱＰＳＫ信号発生部１１０は、空間結合型のモジュールとして構成される。ここで、前段分波器から後段合波器までの各光路の光路長が互いに等しく、設定してある。なお、光路を変換させるための、プリズム等の光路変換素子１８０については、説明及び図示を省略することもある。

また、第１ＢＰＳＫ発生部１３０及び第２ＢＰＳＫ発生部１４０は、図１及び図２を参照して説明した、ＢＰＳＫ信号発生部１０と同じ構成にすることができる。ここでは、第１ＢＰＳＫ発生部１３０及び第２ＢＰＳＫ発生部１４０の詳細な説明を省略する。

ＱＰＳＫ信号発生部１１０には、外部の短パルス光源１９０で発生した、光パルス列（図３中、矢印Ｓ１９１で示す。）が入力される。入力された光パルス列Ｓ１９１は、入力側ハーフミラー１２０で第１光パルス列（図３中、矢印Ｓ１２１で示す。）と、第２光パルス列（図３中、矢印Ｓ１２３で示す。）とに２分岐され、第１光パルス列Ｓ１２１が入力光パルス列として第１ＢＰＳＫ信号発生部１３０に送られ、第２光パルス列Ｓ１２３が入力光パルス列として第２ＢＰＳＫ信号発生部１４０に送られる。

また、ＱＰＳＫ信号発生部１１０には、２系統の電気データ信号が外部から入力される。２系統の電気データ信号のうち、一方の第１電気データ信号（図３中、矢印Ｓ１３１で示す。）は、第１ＢＰＳＫ信号発生部１３０に送られる。また、他方の第２電気データ信号（図３中、矢印Ｓ１４１で示す。）は、第２ＢＰＳＫ信号発生部１４０に送られる。

ここで、光パルス列Ｓ１９１は、繰り返し周波数Ｂ［ＧＨｚ］のＲＺ光パルス列である（図４（Ａ））。また、第１電気データ信号Ｓ１３１及び第２電気データ信号Ｓ１４１は、データレートがＢ［Ｇｂｉｔ／ｓ］の、０及び１の２値のＮＲＺ信号である。なお、図４では、第１電気データ信号Ｓ１３１が「０、１、１、０、１、０、…」であり、第２電気データ信号Ｓ１４１が「０、１、０、１、１、０、…」である例を示している（図４（Ｂ）及び（Ｃ））。

第１ＢＰＳＫ信号発生部１３０からは、第１ＢＰＳＫ信号（図３中、矢印Ｓ１３３で示す。）とモニタ信号（図３中、矢印Ｓ１３５で示す。）が出力される。

第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３は、第１光パルス列Ｓ１２１を第１電気データ信号Ｓ１３１で位相変調して生成されたＢＰＳＫ信号であり、第１電気データ信号Ｓ１３１の示すデータ「０」及び「１」に対応して、光パルスの位相が「０°」及び「１８０°」になる（図４（Ｄ））。また、モニタ信号Ｓ１３５は、図１及び２を参照して説明した第２出力光（図１中、矢印Ｓ６３で示す。）に対応するものであり、ＲＺ光パルス列である。

一方、第２ＢＰＳＫ信号発生部１４０からは、第２ＢＰＳＫ信号（図３中、矢印Ｓ１４３で示す。）とモニタ信号（図３中、矢印Ｓ１４５で示す。）が出力される。

第２ＢＰＳＫ信号Ｓ１４３は、第２光パルス列Ｓ１２３を第２電気データ信号Ｓ１４１で位相変調して生成されたＢＰＳＫ信号であり、第２電気データ信号Ｓ１４１の示すデータ「０」及び「１」に対応して、光パルスの位相が「０°」及び「１８０°」になる（図４（Ｅ））。また、モニタ信号Ｓ１４５は、図１及び２を参照して説明した第２出力光（図１中、矢印Ｓ６３で示す。）に対応するものであり、ＲＺ光パルス列である。

第２ＢＰＳＫ信号Ｓ１４３は、９０°位相回転器１５０に送られる。９０°位相回転器１５０は、入力された第２ＢＰＳＫ信号Ｓ１４３の位相を、第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３に対して９０°だけ回転させて、９０°位相回転信号（図３中、矢印Ｓ１５１で示す。）を生成する。９０°位相回転器１５０は、例えば液晶素子（ＬＣ）を用いることができ、液晶に対する印加電圧によって、位相回転の角度が調整される。

第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３と、９０°位相回転信号Ｓ１５１とは、出力側ハーフミラー１６０で合波されて、第１ＱＰＳＫ出力光（図３中、矢印Ｓ１６１で示す。）と第２ＱＰＳＫ出力光（図３中、矢印Ｓ１６３で示す。）を出力する。ここで、第１ＱＰＳＫ出力光Ｓ１６１は、第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３が出力側ハーフミラー１６０を透過し、９０°位相回転信号Ｓ１５１が出力側ハーフミラー１６０で反射されて得られる。また、第２ＱＰＳＫ出力光Ｓ１６３は、第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３が出力側ハーフミラー１６０で反射され、９０°位相回転信号Ｓ１５１が出力側ハーフミラー１６０を透過して得られる。

ここで、入力側ハーフミラー１２０及び出力側ハーフミラー１６０で反射される光は、透過する光に対して、位相が９０°遅れる。

従って、入力側ハーフミラー１２０で反射されて第１ＢＰＳＫ信号発生部１３０に送られる光パルスは、透過して第２ＢＰＳＫ信号発生部１４０に送られる光パルスに対して、位相が９０°遅れる。

また、第１ＱＰＳＫ出力光Ｓ１６１は、第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３が出力側ハーフミラー１６０透過し、９０°位相回転信号Ｓ１５１が出力側ハーフミラー１６０で反射されるので、９０°位相回転信号Ｓ１５１は、第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３に対して位相が９０°遅れる。

第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３の各光パルスは、入力側ハーフミラー１２０で反射され、かつ、出力側ハーフミラー１６０を透過する光路を伝播する。一方、９０°位相回転信号Ｓ１５１の各光パルスは、入力側ハーフミラー１２０を透過し、かつ、出力側ハーフミラー１６０で反射される光路を伝播する。このため、９０°位相回転器１５０での位相回転がなければ、第１出力光Ｓ１６１のうち、第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３に由来する光パルスと、第２ＢＰＳＫ信号Ｓ１４３に由来する光パルスとの相対的な位相差は０°である。

第１ＱＰＳＫ出力光Ｓ１６１は、第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３の光パルスと、第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３の光パルスに対して、９０°位相回転器１５０によって９０°位相が回転している、９０°位相回転信号Ｓ１５１とが合波されたものである。また、前段分波器から後段合波器までの各光路の光路長が互いに等しく設定してあるので、第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３の光パルスと、９０°位相回転信号Ｓ１５１の光パルスとは、同じタイムスロットで合波される。この結果、第１ＱＰＳＫ出力光は、位相が４５°、１３５°、−４５°、−１３５°のいずれかであるＱＰＳＫ信号となる。

第１電気データ信号Ｓ１３１及び第２電気データ信号Ｓ１４１がともに０の場合、第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３及び第２ＢＰＳＫ信号Ｓ１４３の位相はともに０°であるので、第１ＢＰＳＫ信号と第２ＢＰＳＫ信号に９０°位相回転器１５０で９０°の相対位相差を与えた後、合波すると位相は４５°になる。

また、第１電気データ信号Ｓ１３１及び第２電気データ信号Ｓ１４１がともに１の場合、第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３及び第２ＢＰＳＫ信号Ｓ１４３の位相はともに１８０°であるので、第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３と第２ＢＰＳＫ信号Ｓ１４３に９０°位相回転器１５０で９０°の相対位相差を与えて合波すると位相は、−１３５°になる。

また、第１電気データ信号Ｓ１３１が１であり、第２電気データ信号Ｓ１４１が０の場合、第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３の位相は１８０°であり、かつ、第２ＢＰＳＫ信号Ｓ１４３の位相が０°であるので、第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３と第２ＢＰＳＫ信号Ｓ１４３に９０°位相回転器１５０で９０°の相対位相差を与えて合波すると位相は、１３５°になる。

また、第１電気データ信号Ｓ１３１が０であり、第２電気データ信号Ｓ１４１が１の場合、第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３の位相は０°であり、かつ、第２ＢＰＳＫ信号Ｓ１４３の位相が１８０°であるので、第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３と第２ＢＰＳＫ信号Ｓ１４３に９０°位相回転器１５０で９０°の相対位相差を与えて合波すると位相は、−４５°になる。

ここでは、第１電気データ信号Ｓ１３１が「０、１、１、０、１、０」であり、第２電気データ信号Ｓ１４１が「０、１、０、１、１、０」であるので、第１ＱＰＳＫ出力光Ｓ１６１であるＱＰＳＫ信号の位相は「４５°、−１３５°、１３５°、−４５°、−１３５°、４５°」となる（図４（Ｆ））。

一方、第２ＱＰＳＫ出力光Ｓ１６３については、第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３の光パルスが、入力側ハーフミラー１２０及び出力側ハーフミラー１６０で反射される光路を伝播し、一方、９０°位相回転信号Ｓ１５１の光パルスが、入力側ハーフミラー１２０及び出力側ハーフミラー１６０を透過する光路を伝播するので、９０°位相回転器１５０での位相回転がなければ、第２ＱＰＳＫ出力光Ｓ１６３のうち、第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３に由来する光パルスと、第２ＢＰＳＫ信号Ｓ１４３に由来する光パルスとの相対的な位相差は１８０°である。

この結果、第２ＱＰＳＫ出力光Ｓ１６３は、９０°位相回転信号Ｓ１５１の光パルスが、第１ＢＰＳＫ信号Ｓ１３３の光パルスに対して、２７０°（＝１８０°＋９０°）位相が回転している。このため、第２ＱＰＳＫ出力光Ｓ１６３も位相が４５°、１３５°、−４５°、−１３５°のいずれかであるＱＰＳＫ信号となる。

このＱＰＳＫ信号である第２ＱＰＳＫ出力光Ｓ１６３は、モニタ信号として用いても良い。

上述した各実施形態の光素子集積モジュール及び変調方法によれば、ＬＮ変調器による位相変調ではなく、強度変調器であるＥＡ変調器を実装した空間結合型の集積モジュールで、変調信号を発生している。このため、ＬＮ変調器に固有のＤＣドリフトの影響を考える必要がない。

また、空間結合型の光素子集積モジュールは、位相揺らぎが非常に小さいので、各光路を伝播する光の相対的な位相関係は安定し、その結果、位相変調信号の安定化に寄与する。

さらに、この発明の光素子集積モジュール及び変調方法によれば、一定の位相差を有する互いに相補的な２つのＯＯＫ信号を合波して、位相変調信号を生成している。このため、従来行われている位相を直接変調する技術に比べて、位相を、理想的なステップ関数的に変化させることができる。

９０°位相回転器及び１８０°位相回転器など、位相回転させる光学素子を液晶素子で構成すると、液晶素子を駆動させるための駆動電圧により与える位相差を調整できる。このため、使用時の温度変化により光素子集積モジュールを実装した筺体が伸縮する場合など、測定されたモニタ信号に応じて、駆動電圧を微調整することにより適切な位相関係を維持できる。また、実装時における各光路間の光路長差による、位相のずれも、液晶素子の駆動電圧の微調整により、調整可能である。

ＢＰＳＫ信号発生部の構成を説明するための模式図である。 ＢＰＳＫ信号発生部の動作を説明するための模式図である。 ＱＰＳＫ信号発生部の構成を説明するための模式図である。 ＱＰＳＫ信号発生部の動作を説明するための模式図である。 従来の光送信装置の構成を説明するための模式図である。

符号の説明

１０ ＢＰＳＫ信号発生部
２０、１２０ 入力側ハーフミラー
３０ 第１ＥＡ変調器
４０ 第２ＥＡ変調器
５０ １８０°位相回転器
６０、１６０ 出力側ハーフミラー
７０ 反転回路
８０、１８０ 光路変換素子
９０、１９０ 短パルス光源
１１０ ＱＰＳＫ信号発生部
１３０ 第１ＢＰＳＫ信号発生部
１４０ 第２ＢＰＳＫ信号発生部
１５０ ９０°位相回転器

Claims (8)

1. 入力された入力光パルス列を、入力された電気データ信号で位相変調して、出力光信号としてＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ−Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ−Ｋｅｙｉｎｇ）信号を生成する光素子集積モジュールであって、
   前記入力光パルス列を、第１入力光パルス列と第２入力光パルス列とに２分岐する分波器と、
   前記第１入力光パルス列を、正論理データ信号で強度変調して、第１ＯＯＫ（Ｏｎ−Ｏｆｆ−Ｋｅｙｉｎｇ）信号を生成する第１ＥＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）変調器と、
   前記第２入力光パルス列を、前記正論理データ信号と相補的な負論理データ信号で強度変調して、第２ＯＯＫ信号を生成する第２ＥＡ変調器と、
   前記第１ＯＯＫ信号について１８０°の位相回転を行って、１８０°位相回転信号を生成する１８０°位相回転器と、
   前記１８０°位相回転信号及び前記第２ＯＯＫ信号を合波して、前記出力光信号としてＢＰＳＫ信号を生成する合波器と
   を備え、
   入力された前記電気データ信号が２分岐されて、一方は、前記正論理データ信号として前記第１ＥＡ変調器に送られ、他方は、反転回路で反転された後、前記負論理データ信号として前記第２ＥＡ変調器に送られ、
   前記分波器から前記合波器までの各光路の光路長が互いに等しい
   ことを特徴とする光素子集積モジュール。
2. 入力された光パルス列を、入力された第１電気データ信号及び第２電気データ信号で位相変調して、出力光信号としてＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ−Ｐｈａｓｅ−Ｓｈｉｆｔ−Ｋｅｙｉｎｇ）信号を生成する光素子集積モジュールであって、
   前記光パルス列を、第１光パルス列と第２光パルス列とに２分岐する前段分波器と、
   前記第１光パルス列が入力光パルス列として入力され、該入力光パルス列を電気データ信号である前記第１電気データ信号で位相変調して、第１ＢＰＳＫ信号を生成する第１ＢＰＳＫ信号発生部と、
   前記第２光パルス列が入力光パルス列として入力され、該入力光パルス列を電気データ信号である前記第２電気データ信号で位相変調して、第２ＢＰＳＫ信号を生成する第２ＢＰＳＫ信号発生部と、
   前記第２ＢＰＳＫ信号について９０°の位相回転を行って、９０°位相回転信号を生成する９０°位相回転器と、
   前記第１ＢＰＳＫ信号及び前記９０°位相回転信号を合波して、前記出力光信号としてＱＰＳＫ信号を生成する後段合波器と
   を備えて構成され、
   前記前段分波器から前記後段合波器までの各光路の光路長が互いに等しく、
   前記第１ＢＰＳＫ信号発生部及び第２ＢＰＳＫ信号発生部は、それぞれ、入力された入力光パルス列を、入力された電気データ信号で位相変調を行って、ＢＰＳＫ信号を生成する部分であって、
   前記入力光パルス列を、第１入力光パルス列と第２入力光パルス列とに２分岐する分波器と、
   前記第１入力光パルス列を、正論理データ信号で強度変調して、第１ＯＯＫ信号を生成する第１ＥＡ変調器と、
   前記第２入力光パルス列を、前記正論理データ信号と相補的な負論理データ信号で強度変調して、第２ＯＯＫ信号を生成する第２ＥＡ変調器と、
   前記第１ＯＯＫ信号に対して１８０°の位相回転を行って、１８０°位相回転信号を生成する１８０°位相回転器と、
   前記１８０°位相回転信号及び前記第２ＯＯＫ信号を合波して、ＢＰＳＫ信号を生成する合波器と
   を備え、
   前記第１ＢＰＳＫ信号発生部及び第２ＢＰＳＫ信号発生部に入力された前記電気データ信号がそれぞれ２分岐され、一方は、前記正論理データ信号として前記第１ＥＡ変調器に送られ、他方は、反転回路で反転された後、前記負論理データ信号として前記第２ＥＡ変調器に送られる
   ことを特徴とする光素子集積モジュール。
3. 前記後段合波器は、ハーフミラーで構成されて、前記第１ＢＰＳＫ信号及び前記９０°位相回転信号を合波して２つのＱＰＳＫ信号を生成し、
   前記２つのＱＰＳＫ信号の一方を前記出力光信号として用い、他方をモニタ信号として用いる
   ことを特徴とする請求項２に記載の光素子集積モジュール。
4. 前記９０°位相回転器が液晶素子で構成される
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の光素子集積モジュール。
5. 前記合波器は、ハーフミラーで構成され、前記第１８０°位相回転信号及び前記第２ＯＯＫ信号を合波して、前記出力光信号として用いられるＢＰＳＫ信号を生成するとともに、モニタ信号として用いられるＲＺ光パルス列を生成する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光素子集積モジュール。
6. 前記１８０°位相回転器が液晶素子で構成される
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の光素子集積モジュール。
7. 入力された入力光パルス列を、入力された電気データ信号で位相変調して、出力光信号としてＢＰＳＫ信号を生成する変調方法であって、
   分波器で、前記入力光パルス列を、第１入力光パルス列と第２入力光パルス列とに２分岐する過程と、
   第１ＥＡ変調器で、前記第１入力光パルス列を、正論理データ信号で強度変調して、第１ＯＯＫ信号を生成する過程と、
   第２ＥＡ変調器で、前記第２入力光パルス列を、前記正論理データ信号と相補的な負論理データ信号で強度変調して、第２ＯＯＫ信号を生成する過程と、
   前記第１ＯＯＫ信号について１８０°の位相回転を行って、１８０°位相回転信号を生成する過程と、
   合波器で、前記第１８０°位相回転信号及び前記第２ＯＯＫ信号を合波して、前記出力光信号としてＢＰＳＫ信号を生成する過程と
   を備え、
   入力された前記電気データ信号が２分岐されて、一方は、前記正論理データ信号として前記第１ＥＡ変調器に送られ、他方は、反転回路で反転された後、前記負論理データ信号として前記第２ＥＡ変調器に送られ、
   前記分波器で２分岐された前記第１入力光パルス列と前記第２入力光パルス列は、前記合波器まで光路長が互いに等しい光路を伝播する
   ことを特徴とする変調方法。
8. 入力された光パルス列を、入力された第１電気データ信号及び第２電気データ信号で位相変調して、出力光信号としてＱＰＳＫ信号を生成する変調方法であって、
   前段分波器で前記光パルス列を、第１光パルス列及び第２光パルス列に２分岐する過程と、
   前記第１光パルス列を入力光パルス列として入力して、電気データ信号である前記第１電気データ信号で該入力光パルス列を位相変調して、第１ＢＰＳＫ信号を生成する過程と、
   前記第２光パルス列を入力光パルス列として入力して、電気データ信号である前記第２電気データ信号で該入力光パルス列を位相変調して、第２ＢＰＳＫ信号を生成する過程と、
   前記第２ＢＰＳＫ信号について９０°の位相回転を行って、９０°位相回転信号を生成する過程と、
   後段分波器で、前記第１ＢＰＳＫ信号及び前記９０°位相回転信号を合波して、出力光信号としてＱＰＳＫ信号を生成する過程と
   を備え、
   前記前段分波器で２分岐された前記第１光パルス列と前記第２光パルス列は、前記後段合波器まで光路長が互いに等しい光路を伝播し、
   前記第１ＢＰＳＫ信号を生成する過程及び前記第２ＢＰＳＫ信号を生成する過程は、それぞれ、前記入力光パルス列を前記電気データ信号で位相変調して、ＢＰＳＫ信号を生成する過程であって、さらに、
   分波器で、前記入力光パルス列を、第１入力光パルス列と第２入力光パルス列とに２分岐する過程と、
   第１ＥＡ変調器で、前記第１入力光パルス列を、正論理データ信号で強度変調して、第１ＯＯＫ信号を生成する過程と、
   第２ＥＡ変調器で、前記第２入力光パルス列を、前記正論理データ信号と相補的な負論理データ信号で強度変調して、第２ＯＯＫ信号を生成する過程と、
   前記第１ＯＯＫ信号について１８０°の位相回転を行って、１８０°位相回転信号を生成する過程と、
   合波器で、前記１８０°位相回転信号及び前記第２ＯＯＫ信号を合波してＢＰＳＫ信号を生成する過程と
   を備え、
   前記分波器で２分岐された前記第１入力光パルス列と前記第２入力光パルス列は、前記合波器まで光路長が互いに等しい光路を伝播し、
   入力された前記電気データ信号が２分岐されて、一方は、前記正論理データ信号として前記第１ＥＡ変調器に送られ、他方は、反転回路で反転された後、負論理データ信号として前記第２ＥＡ変調器に送られる
   ことを特徴とする変調方法。

Images