JP2011133894A

JP2011133894A - マルチレベル変調器

Info

Publication number: JP2011133894A
Application number: JP2010286379A
Authority: JP
Inventors: Inwoong Kim; キムインウン; Takao Naito; 崇男内藤
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2011-07-07
Also published as: US20110150479A1; US8488979B2

Abstract

【課題】
スペクトル効率を向上させ得るマルチレベル変調器を提供する。
【解決手段】
光通信システムとともに使用される装置は、自由空間光学部品を含まないモノリシックデバイスを有し、位相変調器と偏光変調器とを含み得る。位相変調器は、光ビームと２つのデジタルデータストリームとを受信するように構成され、該光ビームの位相を、該２つのデジタルデータストリームを表す少なくとも４つの位相状態に変調するよう動作し得る。偏光変調器は、２つの更なるデジタルデータストリームと、位相変調器からの変調された光ビームとを受信するように構成され、該光ビームの偏光を、該２つの更なるデジタルデータストリームを表す少なくとも４つの偏光状態に変調するよう動作し得る。
【選択図】図３

Description

本発明は、概して光通信システムに関し、より具体的にはマルチレベル変調器に関する。

遠隔通信システム、ケーブルテレビシステム及びデータ通信ネットワークは、遠隔ポイント間で多量の情報を迅速に伝達するために光ネットワークを使用する。光ネットワークにおいて、情報は光信号の形態で光ファイバを通して伝達される。光ファイバは、非常に低い損失で長距離にわたって信号を伝送することが可能な細い糸状のガラスを有している。

光ネットワークは、しばしば、伝送容量を増大させるために波長分割多重（ＷＤＭ）又は高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）を用いる。ＷＤＭ及びＤＷＤＭのネットワークにおいては、各ファイバ内で多数の光チャネルが異なる波長で運ばれる。ネットワーク容量は、各ファイバ内の波長すなわちチャネルの数と、帯域幅すなわちチャネル群のサイズとに基づく。多重化は、単一ストリーム伝送と比較してデータレートを高めるために、あるいはデータレートを維持しながら帯域幅要求を低減させるために使用され得る。

Ｍ位相偏移変調（M-ary phase shift keying）は、２つ以上のデータストリームを多重化するために使用されることが可能な位相シフトを提供する。同様に、偏光変調は、２つ以上のデータストリームを多重化するために使用されることが可能な偏光シフトを提供する。偏光多重化及び／又はＭ位相偏移変調を用いるＷＤＭシステム及び／又はＤＷＤＭシステムは、スペクトル効率を向上させ得る。例えば、無線ＬＡＮ規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｂ−１９９９は、効率を高めるために多様な位相偏移変調方式を使用する。位相偏移変調及び偏光変調の双方を組み入れたシステムは、より高い効率をもたらし得る。

米国特許出願公開第２００４／０２０８６４６号明細書

スペクトル効率を向上させ得るマルチレベル変調器を提供することを１つの目的とする。

本発明の特定の一実施形態によれば、光通信システムとともに使用される装置は、自由空間光学部品を含まないモノリシックデバイスを有する。当該装置は、位相変調器と偏光変調器とを含み得る。位相変調器は、光ビームと２つのデジタルデータストリームとを受信するように構成され、該光ビームの位相を、該２つのデジタルデータストリームを表す少なくとも４つの位相状態に変調するよう動作し得る。偏光変調器は、２つの更なるデジタルデータストリームと、位相変調器からの変調された光ビームとを受信するように構成され、該光ビームの偏光を、該２つの更なるデジタルデータストリームを表す少なくとも４つの偏光状態に変調するよう動作し得る。

本発明の他の特定の一実施形態によれば、入力信号を伝送する光通信システムは、入力信号を多重化された信号に変換するマルチレベル変調器と、コヒーレント受信器と、多重化された信号を復調するように構成されたデジタル信号プロセッサとを含み得る。マルチレベル変調器は、自由空間光学部品を含まないモノリシックデバイスを有し、位相変調器と偏光変調器とを含み得る。位相変調器は、光ビームと２つのデジタルデータストリームとを受信するように構成され、該光ビームの位相を、該２つのデジタルデータストリームを表す少なくとも４つの位相状態に変調するよう動作し得る。偏光変調器は、２つの更なるデジタルデータストリームと、位相変調器からの変調された光ビームとを受信するように構成され、該光ビームの偏光を、該２つの更なるデジタルデータストリームを表す少なくとも４つの偏光状態に変調するよう動作し得る。

本発明の他の特定の一実施形態によれば、入力信号を多重化する方法は、入力光ビームを受信するステップと、少なくとも４つのデジタルデータストリームを受信するステップと、第１の２つのデジタルデータストリームを表すように、少なくとも４つの位相状態を用いて、光ビームの位相を変調するステップと、第２の２つのデジタルデータストリームを表すように、少なくとも４つの偏光状態を用いて、光ビームの偏光を変調するステップと、マルチレベル変調信号を受信器に送信するステップとを含み得る。当該方法は、自由空間光学部品を含まないモノリシックデバイス上でカスケード接続された位相変調器と偏光変調器とを含み得る。

本発明の1つ以上の実施形態の技術的利点には、他のシステムより高いスペクトル効率が提供され、５０ＧＨｚ間隔のＤＷＤＭ伝送システムを使用する１００ＧＨｚ伝送システムが可能になることが含まれ得る。偏光多重化を組み入れた既知のシステムは、変調器のモノリシック設計を妨げる自由空間の光学部品を必要とする。対照的に、本発明の１つ以上の実施形態は、自由空間光学部品の必要性を排除する。故に、そのようなシステムは、低減されたコスト及び／又は複雑さで、高められたスペクトル効率を提供し得る。

理解されるように、本発明の様々な実施形態は、以上にて挙げた技術的利点の一部又は全てを含むこともあるし、それら技術的利点を含まないこともある。また、図面、以下の説明及び特許請求の範囲から、本発明のその他の技術的利点が当業者に明らかになるであろう。

半波長板を含む変調器を例示する図である。自由空間の偏光分配器及び結合器を含む変調器を例示する図である。本開示による教示を組み入れたマルチレベル変調器を例示する図である。本開示による教示に従って使用され得る偏光変調電極を例示する図である。本開示による教示に従って使用され得る偏光変調電極を例示する図である。本開示による教示に従って使用され得る偏光変調器の実施形態を例示する図である。本開示による教示に従って使用され得る偏光変調器の実施形態を例示する図である。本開示による教示に従って使用され得る偏光変調器の実施形態を例示する図である。本開示による教示に従って使用され得る偏光変調器の実施形態を例示する図である。本開示による教示を組み入れたマルチレベル変調器を例示する図である。本開示による教示を組み入れたマルチレベル変調器を例示する図である。本開示による教示を組み入れるように実行され得る方法の一例を示すフロー図である。

光通信システムは、多重化及び／又はスペクトル効率の増大を容易にするように、光ネットワーク（例えば、波長分割多重（ＷＤＭ）、高密度波長分割多重（ＤＷＤＭ）、又はその他の好適な多重化技術を実現するネットワーク）にて実現され得る。四位相偏移変調（ＱＰＳＫ）は、入力信号の位相をシフトさせる。単に光をターンオン及びターンオフする（例えば、０及び１にする）ことによってデジタル信号を伝達するのではなく、ＱＰＳＫシステムは、光搬送波の位相をシフトさせる。４つの利用可能な位相状態が存在するので、ＱＰＳＫシステムは、二位相偏移変調（ＢＰＳＫ）を用いた信号と比較して高いデータフロー効率を提供し得る。慣例により、典型的に使用される４つの位相は、４５°、１３５°、２２５°及び３１５°に位置する。４つの取り得る状態が存在するので、ＱＰＳＫシステムは、２つのデジタルビットを表すように使用されることができる。一例に係る方式のコードは、４５°が２進数の００、１３５°が２進数の０１、２２５°が２進数の１１、３１５°が２進数の１０というものである。別の多重化の一手法は、更なる信号状態を提供するために、入力光ビームの偏光を変調することを含み得る。偏光変調において、信号の偏光は、慣例により、４５°、−４５°、右円、又は左円（２つの直交する直線偏光、及び２つの直交する円偏光）として表され得る。ＱＰＳＫと同様に、独立した偏光の各々は、２つのデジタルビットを表すように設計され得る。ＱＰＳＫと偏光変調とが組み合わされるとき、単一の光ビームによって４つのデジタルビットが運ばれ得る。

図１及び２は、マルチレベル変調を実現するために光計算システム内で使用され得る変調方式を示している。図示した変調方式はどちらも自由空間光学部品を含んでいる。例えば、図１は、半波長板３０を有する変調器１を示している。“ＳｙｓｔｅｍａｎｄＭｅｔｈｏｄｆｏｒＭｕｌｔｉ−ｌｅｖｅｌＰｈａｓｅＭｏｄｕｌａｔｅｄＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ”なるタイトルの特許文献１は、２つの位相変調された信号を直交偏光と組み合わせるために半波長板を使用することを記載している。なお、その開示をここに援用する。

変調器１は、２つの四位相偏移変調（ＱＰＳＫ）変調器２０ａ及び２０ｂを並列に含んでいる。動作時、入力光ビーム１０は２つのＱＰＳＫ変調器２０ａ及び２０ｂへと分配される。入力光ビーム１０は連続波レーザ又はその他の適当な光源によって提供され得る。各ＱＰＳＫ変調器２０は、そのＱＰＳＫ変調器に入る光ビーム上に信号を変調するように構成される。ＱＰＳＫ変調において、搬送波信号は２つのアームに分離され得る。同相成分（Ｉ）と呼ばれる第１のアームは直接的に位相変調される。直交成分（Ｑ）と呼ばれる第２のアームは、追加の９０°の位相の後に位相変調され得る。これら２つのアームは、１つのＱＰＳＫ信号を生成するように重ね合わされる。

矢印１４ａに示すように、入力光１０は垂直偏光を有する。ＱＰＳＫ変調器２０ａ及び２０ｂの通過後、光は依然として垂直偏光を有する。しかしながら、ＱＰＳＫ変調器２０ｂからの変調信号は更に半波長板３０を通過させられる。半波長板は、光波の２つの直交偏光成分の間で位相をシフトさせることによって、光波の偏光状態を回転させる。２つの異なる成分に従った光は、半波長板内を相異なる速度で進行し、位相差を生じる。これら２つの別々に偏光された成分を、ファースト軸及びスロー軸の進行と呼ぶことがある。

矢印１６に示すように、半波長板３０を出る光ビームは水平偏光を有する。これがＱＰＳＫ変調器２０ａを出る光ビームに重ね合わされるとき、単一の光ビーム１２内を進行する、異なる偏光によって区別可能な２つのＱＰＳＫ信号が存在する。

他の一例として、図２は、自由空間の偏光ビームスプリッタ（polarization beam splitter；ＰＢＳ）４０及び偏光ビーム結合器（polarization beam combiner；ＰＢＣ）４２と、ＱＰＳＫ変調器２０ａ及び２０ｂとを含む変調器２を示している。入射光１０がＰＢＳ４０に到達する前、入力レーザは２つの偏光成分を有する。例えば、入力レーザは、水平面に対して４５°だけ偏光され得る。

ＰＢＳ４０及びＰＢＣ４２はどちらも自由空間光学部品とし得る。一例に係るＰＢＳ４０はウォラストン（Wollaston）プリズムとして知られている。ウォラストンプリズムは、偏光されていない光（又は、ランダムに偏光された光）を、２つの直交する、直線偏光の出力ビームへと分離する。出力光ビームは２つの偏光された光線に分離される。ＰＢＣ４２は、２つの直線偏光ビームを単一の出力へと重ね合わせる。そして、変調器２は、入力光ビーム１０を、矢印１４ａの垂直偏光ビーム及び矢印１６ａの水平偏光ビームという２つの偏光ビームへと分離する。各ビームは、矢印１４ｂ及び１６ｂに示されるように偏光に影響を及ぼすことなく、ＱＰＳＫ変調器２０ａ及び２０ｂを通過する。図１に示した変調器においてのように、これら２つのビームはＰＢＣ４２により単一の出力１２へと結合される。出力１２は、偏光によって区別可能な２つの別個のＱＰＳＫ変調信号を含んでいる。

図１及び２に示した変調器によって実行される変調形式は、ＤＰ−ＱＰＳＫと呼ばれ得る。これは二偏波−四位相変調を指す。光ビーム出力１２は実際には、単一のビーム内に垂直偏光の１つと水平偏光のもう１つという２つの独立した光信号を含んでいる。この方法は、偏光多重化を使用しないＱＰＳＫシステムに対してスペクトル効率を２倍にするために使用され得る。ＱＰＳＫと偏光多重化との結合は、見かけ上の伝送レート（シンボルレート）より４倍速いビットレートで伝送を行う。事実上、異なる偏光（例えば、ｘ偏光及びｙ偏光）の２つの別個の信号が存在し、各信号が各パルスにて（ＱＰＳＫ変調によって）２ビットの情報を運ぶ。

しかしながら、図１及び２に示した変調システムは、自由空間光学部品（例えば、半波長板、及び／又はＰＢＳ／ＰＢＣの組み合わせ）を含んでいる。自由空間光学部品は、ＤＰ−ＱＰＳＫシステムの製造プロセスに複雑さを付加する。自由空間光学部品を用いないマルチレベル偏光且つマルチレベル位相の変調は、対応するコスト及び／又は複雑性の増大なく、同様の効率向上を達成し得る。

図３は、本開示による教示を組み入れた、自由空間光学部品のないマルチレベル偏光マルチレベル位相変調器１００を例示している。変調器１００はモノリシックの光集積回路（photonic integrated circuit；ＰＩＣ）を有し得る。モノリシックＰＩＣは、半導体ウェハのボディ内又は該ウェハの表面に作製された光学部品及び電子部品（例えば、トランジスタ、抵抗、キャパシタ及びダイオード）を含む。モノリシックＰＩＣの製造は、デバイスの全てが例えば接合、配線及び／又は配置などの追加の製造工程なく単一のウェハ上に製造され得るため好ましいものとなり得る。自由空間光学部品を有する変調器は、それら光学部品は別個の製造プロセスで追加されなければならないため、モノリシックＰＩＣから成ることができない。

図３のモノリシック変調器１００は、位相変調器１２０、パルス整形器１４４及び偏光変調器１４６を含み得る。パルス整形器１４４は、非ゼロ復帰（non-return-to-zero；ＮＲＺ）方式では使用されなくてもよい。動作時、変調器１００は、入力光ビーム１１０を受信し、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調された光ビーム１１２を生成する。

位相変調器１２０は、モノリシック変調器１００上に製造されることが可能な如何なる適当なＰＳＫ変調器を含んでいてもよい。例えば、位相変調器１２０はマッハツェンダー変調器（ＭＺＭ）を含み得る。位相変調器１２０は、図３に示すようなＱＰＳＫ変調器を含み得る。

入力光ビーム１１０は、始め、紙面から出ている矢印１３２ａに示すように、変調器１００の面に垂直に偏光されている。入力光ビーム１１０は分配器（スプリッタ）１２１で分離され、位相変調器１２０の２つの別々のアームに入る。位相の遅延１２２にて、信号は９０°だけシフト（例えば、遅延）される。この遅延は、２つのレグ（leg）が結合器１２７で結合されることを可能にする。位相遅延１２２及び変調器１２４を通過する上側のレグは、直交位相チャネルすなわちＱチャネルと呼ばれ得る。位相遅延なく変調器１２６を通過する下側のレグは、同相チャネルすなわちＩチャネルと呼ばれ得る。

ＰＳＫ変調器１２０への電気的な入力は、電極１２４及び１２６を介され得る。Ｑチャネルの入力は電極１２４に与えられ、Ｉチャネルの入力は電極１２６に与えられ得る。電極１２４及び１２６への電気入力は、導波路の屈折率を変化させることによって上述の位相変調に影響を及ぼすことができる。屈折率が変化すると、導波路を通る光ビームの速度も変化する。一部のＰＳＫ方式において、正の位相シフトは２進数の１を表し、負の位相シフトは２進数の０を表す。他のＰＳＫ方式においては、位相シフトのない光ビームが２進数の０を表し、位相シフトが２進数の１を表す。

位相変調器１２０が図３に示すようなＱＰＳＫ変調器である場合、パルス整形器１４４に入射する光ビームは、上述のように４つの位相状態を含む。パルス整形器１４４は、ゼロ復帰（return-to-zero；ＲＺ）パルス整形を実行するように構成された如何なる要素又はデバイスを含んでいてもよい。ＲＺパルス整形とは、パルス整形器１４４に与えられるクロック信号（ＣＬＫ）に基づいて各パルス間に信号がゼロに戻る信号形式を意味する。ＣＬＫ信号は、パルス整形器１４４を通る光ビームにおいてゼロ復帰をトリガーする。光伝送システムにおいて、ＲＺパルス整形はＭＺＭによって実行され得る。ＲＺパルス整形器の使用は、ゼロでない信号値のみに関心があるため、別々の信号間での干渉なく、より大きい動作マージンを提供し得る。対照的に、非ゼロ復帰（ＮＲＺ）は、ゼロ値又は休止値を有しない信号を意味する。

偏光変調器１４６は、複数の偏光状態を生成するよう動作可能な如何なるデバイス、要素、又は変調器１００の機能であってもよい。例えば、偏光変調器１４６は、２つの直交する直線偏光及び２つの直交する円偏光という４つの偏光状態を生成するように動作可能であるとし得る。偏光変調器１４６への電気的な入力は、ＰＳＫ変調器に関して説明したのと同様の２つの別々の入力を含み得る。例えば、この電気入力は、図３に示すように、Ｉ_２及びＱ_２と指定された２つの信号を含み得る。

図４Ａ及び４Ｂは、本開示による教示に従って使用され得る偏光変調器１４６ａ及び１４６ｂの例を示している。図４Ａ及び４Ｂに示した例において、光ビームは、上述の偏光のファースト軸及びスロー軸の何れかに関して４５°の角度で放たれる。偏光変調器１４６ａにおいて、Ｉ信号及びＱ信号は単一組の電極を介して与えられる。偏光変調器１４６ｂにおいては、Ｉ信号及びＱ信号は、直列にされた２つの別々の組の電極を介して与えられる。

上述のように、光ビームが偏光変調器１４６ａ又は１４６ｂに入射するとき、光ビームは（例えば、鉛直方向すなわち紙面に垂直に示すように）単一の軸に沿って直線偏光され得る。印加される電気信号により、２つの別々の偏光成分（例えば、スロー軸及びファースト軸の成分）の間に位相差が誘起され得る。誘起された位相差は、光ビームの偏光状態を変化させ得る。例えば、Ｉ信号は０又はπの何れかの位相差を誘起し、Ｑ信号は０又はπ／２の何れかの位相差を誘起し得る。このような一実施形態において、Ｉ信号に対応するピークピーク電圧はＱ信号に対応するピークピーク電圧と異なったものとなり得る。

光ビームが偏光変調器１４６から出射するとき、Ｉ_２及びＱ_２の値に少なくとも部分的に応じて、４つの別々の可能性ある偏光（例えば、図４Ａ及び４Ｂに示すような２つの直交する直線偏光及び２つの直交する円偏光）が存在し得る。各偏光は、４つの可能性ある偏光が２つのデータストリームを搬送するように、別々の２ビット信号（例えば、００、０１、１０又は１１）を表す。この変調方式は、単一のビームで２つの別々に偏光されたデータストリームを搬送する従前の方式とは異なるものであり、偏光それ自体がデータストリームを表す。

自由空間光学部品を含む変調器とは対照的に、図３に示したモノリシック変調器１００は、各パルスで４ビットの情報を搬送する１つの信号を提供する。２ビットはＰＳＫ変調によって指し示され、２ビットは偏光変調によって指し示される。各変調が４つの取り得る状態又はデータ点を提供する。斯くして、変調器１００を出て行く光ビーム１１２は、図１及び２に関連して説明したような偏光によって区別可能な２つの別々の光ビームではなく、４ビットのデータを搬送する単一のビームとなる。

図４Ａ及び４Ｂは、本開示による教示に従って使用され得る変調方式１４６ａ及び１４６ｂを例示している。双方の例において、入力信号は、左側の矢印によって示されるように、直線偏光されている。偏光変調に影響を及ぼすように印加される電界は、図４Ａに示すような単一組の電極、又は図４Ｂに示すような一連の電極にて与えられ得る。

図５Ａ−５Ｄは、本開示による教示に従って使用され得る偏光変調器１４６の実施形態を例示している。図５Ａは、基板１５０上に３つの電極１５１、１５２及び１５３を含む偏光変調器１４６ｃの一実施形態を示している。基板１５０は、ｘカットのＬｉＮｂＯ_３（ニオブ酸リチウム）導波路を含み得る。ニオブ酸リチウム結晶は、特有の電気光学特性、光弾性特性、圧電特性、及び非線形特性を有するため、光学部品に使用されることが技術的に知られている。さらに、ＬｉＮｂＯ_３上のデバイスは、その他の材料の場合と比較して低減された損失をもたらすことが知られている。

図５Ａは、基板１５０上のＬｉＮｂＯ_３導波路１５６を等角図にて示している。図５Ａ内の軸によって示されるように、ｘ軸は導波路の表面に垂直である。導波路を製造する一手法は、チタン又はその他の適当なドーパントの基板表面１７２への拡散を含み得る。チタンは、堆積及び／又はフォトリソグラフィ技術を用いて拡散され得る。ドーパントの存在は、ドーパントの領域内の基板の屈折率を増大させ得る。当業者は、ドーパントの堆積パターンを注意深く設計することにより、導波路伝播が、形成された導波路領域に制限されるようにすることができる。

Ｋ．Ａｏｋｉ等により書かれ、ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｅｔｔｅｒｓ、第２０巻、第２１号、２００８年１１月１日によって発行された“ＬｏｗＨａｌｆ−ＷａｖｅＶｏｌｔａｇｅＸ−ＣｕｔＴｈｉｎＬｉＮｂＯ_３ＳｈｅｅｔＯｐｔｉｃａｌＰｈａｓｅＭｏｄｕｌａｔｏｒＷｉｔｈＡｓｙｍｍｅｔｒｉｃＣｏｐｌａｎａｒＷａｖｅｇｕｉｄｅＥｌｅｃｔｒｏｄｅ”というタイトルの論文に、偏光変調器１４６に使用され得る方式にて電圧を印加する偏光変調器の一例の設計及び動作が記載されている。なお、この論文をここに援用する。この例においては、Ｔｉを拡散されたＬｉＮｂＯ_３からなる光導波路の頂部に直接的に、金からなる共平面導波路（coplanar waveguide；ＣＰＷ）電極が電気めっきされている。これらＣＰＷ電極への電気信号の印加は、上述の所望の偏光シフトに影響を及ぼしている。

電極１５１、１５２及び１５３の特定の配置により、本開示による教示とともに使用される偏光変調器が提供され得る。偏光変調器１４６ｃの電極１５２はグランド電極とし得る。電極１５１及び１５３による電気信号の印加が、変調器１４６ｃを通過する光信号の偏光を変化させ得る。

例えば、図５Ｂに示したｘ軸に沿って電界が印加されるとき、ｘカット基板１５０内の導波路１５６のスロー軸（ｘ’）及びファースト軸（ｙ’）は角度Φだけ回転し得る。印加される電界は、Φが４５°になるように選択され得る。このような実施形態において、ｘ軸に沿って放たれる直線偏光の光ビームは、導波路１５６内を伝播する際、印加電界の大きさに少なくとも部分的に依存する偏光状態の変化を被ることになる。

他の一例として、図５Ｃは、ｘカットＬｉＮｂＯ_３基板１５０内の導波路１５６のｙ軸に沿って印加される電界を示している。このような実施形態においては、ファースト軸及びスロー軸は印加電界に整列される。ｘ軸に対して４５°偏光されて放たれる直線偏光の光ビームは、導波路１５６内を伝播する際、印加電界の大きさに少なくとも部分的に依存する偏光状態の変化を被り得る。

他の一例として、図５Ｄは、ｚカットＬｉＮｂＯ_３基板１５０内の導波路１５６のｚ軸に沿って印加される電界を示している。このような実施形態においては、ファースト軸及びスロー軸は印加電界のｚ方向及びｘ方向に整列される。ｚ軸に対して４５°の偏光状態で放たれる直線偏光の光ビームは、導波路１５６内を伝播する際、印加電界の大きさに少なくとも部分的に依存する偏光状態の変化を被ることになる。

図６Ａは、本開示による教示を組み入れたモノリシック型マルチレベル位相マルチレベル偏光変調器２００の上面図を示している。変調器２００は、位相変調器２２０、パルス整形器２４８及び偏光変調器２４６ａを含み得る。動作時、変調器２００は、矢印２３２ａによって示されるように垂直方向に偏光された入力光ビーム２１０を受信する。位相変調器２２０は、上述のようなＱＰＳＫ変調器を含んでいてもよいし、その他のＰＳＫ変調器を含んでいてもよい。位相変調器２２０を出射する光ビームは、矢印２３２ｂ及び２３２ｃに示すように、依然として垂直方向に偏光されている。パルス整形器２４８は、図３に関連して説明したようなＲＺパルス整形器を含み得る。偏光変調器２４６ａは、図４Ａ−５Ｄに関連して説明した構成のうちの１つ以上を含み得る。パルス整形器２４８を出射する垂直偏光された光ビームが、図６Ａに示すような湾曲した導波路に沿って偏光変調器２４６ａの方に向け直される場合、偏光変調器２４６ａは、図５Ａ又は図５Ｂに示した構成を用いて実装され得る。

図６Ｂは、本開示による教示を組み入れたモノリシック型マルチレベル位相マルチレベル偏光マルチレベル変調器２００の上面図を示している。変調器２００は、位相変調器２２０、パルス整形器２４８、偏光変調器２４６ｂ及び偏光ファイバ２５０を含み得る。偏光変調器２４６ｂは、図４Ａ−５Ｄに関連して説明した実施形態のうちの１つ以上を含み得る。

偏光ファイバ２５０は、入力信号２１０の偏光を矢印２３４によって指し示すように垂直方向２３２ｃに対して４５°だけ回転させるように構成された如何なるデバイス、要素、及び／又は変調器２００の機能を含んでいてもよい。例えば、偏光ファイバ２５０は、入力信号の偏光を４５°だけシフトさせるように適応された偏光保持ファイバ（ＰＭファイバ）を含み得る。

図６Ｂに示すように、垂直偏光された光２３２ｃが、その直線偏光をＰＭファイバ２５０のファースト軸に整列させてＰＭファイバ２５０内に放たれる場合、偏光状態はファイバ内で保持されることになる。矢印２３４で示されるように、出力でのＰＭファイバ２５０のファースト軸が垂直に対して４５°であるようにＰＭファイバ２５０が構成される場合、ＰＭファイバ２５０を出射する光ビームの偏光もまた、垂直方向に対して４５°になる。基板１５０がｘカットＬｉＮｂＯ_３を含む場合、偏光変調器２４６ｂは、図５Ａ及び／又は５Ｂに示した実施形態を含み得る。基板１５０がｚカットＬｉＮｂＯ_３を含む場合、偏光変調器２４６ｂは、図５Ａ及び／又は５Ｄに示した実施形態を含み得る。

動作時、本開示による教示を組み入れたマルチレベル変調器は、受信器に結合された復調器と通信し得る。復調器は、先ず受信信号の偏光状態を決定し、その後、偏光変調を解く。偏波ダイバーシティ式コヒーレント光受信器に関する様々なシステム及びデバイスが技術的に知られている。

例えば、第１に、コンスタント・モジュラス・アルゴリズム（constant modulus algorithm；ＣＭＡ）を用いて偏光が再調整され得る。第２に、偏光状態の検出及び／又は決定が行われ得る。第３に、偏光状態が決定されると、ソフトウェア及び／又はデジタル信号プロセッサを用いて偏光変調が解かれ得る。この第３のステップの終了時、信号は単一の偏光を有し、ＰＳＫ変調のみを含む。偏光変調が解かれると、受信器は既知のプロセスを実行して、ＰＳＫ変調を復調してＰＳＫで符号化されたデータを復元し得る。

図７は、本開示による教示を組み入れるように実行され得る方法３００の一例のフロー図を示している。方法３００の様々なステップは、図７に示す順序で実行され得るが、ユーザ及び／又はシステムの要求に応じて別の順序で実行されてもよい。ここでは方法３００をマルチレベル変調器（例えば、変調器１００及び／又は２００）によって実行されるものとして説明するが、ここでの説明は本開示による教示の適用を限定するものとして読まれるべきではない。

ステップ３１０にて、マルチレベル変調器が入力光ビームを受信し得る。入力信号は連続波レーザ又はその他の適当な光源によって提供され得る。

ステップ３２０にて、位相変調器が受信光ビームの位相を変調し得る。位相変調器は、４つの別々の位相状態を提供するように構成され得る。例えば、位相変調器はＱＰＳＫ変調器とし得る。ＱＰＳＫ変調器において、位相変調は、光ビームの別々のアームに（これらのアームが重ね合わされる前に）印加される２つの入力電気信号（例えば、Ｉ_１及びＱ_１）に依存し得る。

ステップ３３０にて、偏光変調器が受信光ビームの偏光を変調し得る。偏光変調器は、２つの入力電気信号（例えば、Ｉ_２及びＱ_２）に少なくとも部分的に基づいて４つの別々の偏光状態を提供するように構成され得る。例えば、偏光変調器は、４５°偏光、−４５°偏光、右旋回変調、及び左旋回変調を提供し得る。

ステップ３４０にて、マルチレベル変調器は、マルチレベル変調されたマルチレベル変調信号を受信器に送信し得る。これらのステップは全て、自由空間光学部品を含まないモノリシックＩＣによって実行され得る。

ステップ３５０にて、マルチレベル変調信号がコヒーレント光受信器によって受信され得る。

ステップ３６０にて、マルチレベル変調信号の偏光がコンスタント・モジュラス・アルゴリズム（ＣＭＡ）を用いて再調整され得る。

ステップ３７０にて、再調整されたマルチレベル変調信号の偏光状態の検出及び／又は決定が行われ得る。この偏光状態は、ステップ３３０で実行された符号化に基づくデータに変換され得る。

偏光状態が決定されると、ステップ３８０にて、ソフトウェア及び／又はデジタル信号プロセッサを用いて偏光変調が解かれ得る。ステップ３８０の終了時、信号は単一の偏光を有し、ＰＳＫ変調のみを含む。

ステップ３９０にて、受信器は、既知のプロセスを実行して、ＰＳＫ変調信号を復調し、ステップ３２０でＰＳＫを用いて符号化されたデータを復元し得る。

幾つかの実施形態を用いて本発明を説明したが、当業者には様々な変形及び変更が示唆されるであろう。本発明は、添付の請求項の範囲に入る変形及び変更を包含するものである。例えば、方法３００は、列挙したステップのうちの１つ以上の間に、光ビームを光ファイバ中に通すことを含み得る。

以上の説明に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）
光通信システムとともに使用される装置であって、
光ビームと２つのデジタルデータストリームとを受信するように構成された位相変調器であり、該光ビームの位相を、該２つのデジタルデータストリームを表す少なくとも４つの位相状態に変調するよう動作可能な位相変調器と、
２つの更なるデジタルデータストリームと、前記位相変調器からの変調された光ビームとを受信するように構成された偏光変調器であり、該光ビームの偏光を、該２つの更なるデジタルデータストリームを表す少なくとも４つの偏光状態に変調するよう動作可能な偏光変調器と
を有し、
当該装置はモノリシックデバイスを有し、自由空間光学部品を含まない、
装置。
（付記２）
前記位相変調器は四位相偏移変調器を含んでいる、付記１に記載の装置。
（付記３）
前記変調された光ビームが前記位相変調器を出射した後に該光ビームの偏光を調整するように構成された偏光変調ファイバ、を更に有する付記１に記載の装置。
（付記４）
前記変調された光ビームを前記偏光変調器に伝送する前に前記位相変調器から前記変調された光ビームを受信するように配置されたゼロ復帰パルス整形器、を更に有する付記１に記載の装置。
（付記５）
前記偏光変調器は、ｘカットあるいはｚカットの導波路を含む、付記１に記載の装置。
（付記６）
前記偏光変調器は、ｘカットあるいはｚカットのＬｉＮｂＯ_３からなる導波路を有する、付記１に記載の装置。

（付記７）
前記偏光変調器は、ｘカットあるいはｚカットの、３つの電極を含む導波路を有する、付記１に記載の装置。
（付記８）
前記偏光変調器は、ｘカットあるいはｚカットの、２つの電極を含む導波路を有する、付記１に記載の装置。
（付記９）
入力信号を伝送する光通信システムであって、
前記入力信号を多重化された信号に変換するマルチレベル変調器と、
コヒーレント受信器と、
前記多重化された信号を復調するように構成されたデジタル信号プロセッサと
を有し、
前記マルチレベル変調器は、
光ビームと２つのデジタルデータストリームとを受信するように構成された位相変調器であり、該光ビームの位相を、該２つのデジタルデータストリームを表す少なくとも４つの位相状態に変調するよう動作可能な位相変調器と、
２つの更なるデジタルデータストリームと、前記位相変調器からの変調された光ビームとを受信するように構成された偏光変調器であり、該光ビームの偏光を、該２つの更なるデジタルデータストリームを表す少なくとも４つの偏光状態に変調するよう動作可能な偏光変調器と
を有し、
前記マルチレベル変調器はモノリシックデバイスを有し、自由空間光学部品を含まない、
光通信システム。
（付記１０）
前記位相変調器は四位相偏移変調器を含んでいる、付記９に記載の光通信システム。

（付記１１）
前記変調された光ビームが前記位相変調器を出射した後に該光ビームの偏光を調整するように構成された偏光変調ファイバ、を更に有する付記９に記載の光通信システム。

（付記１２）
前記変調された光ビームを前記偏光変調器に伝送する前に前記位相変調器から前記変調された光ビームを受信するように配置されたゼロ復帰パルス整形器、を更に有する付記９に記載の光通信システム。

（付記１３）
前記偏光変調器は、ｘカットあるいはｚカットの導波路を含む、付記９に記載の光通信システム。

（付記１４）
前記偏光変調器は、ｘカットあるいはｚカットのＬｉＮｂＯ_３からなる導波路を有する、付記９に記載の光通信システム。

（付記１５）
前記偏光変調器は、ｘカットあるいはｚカットの、３つの電極を含む導波路を有する、付記９に記載の光通信システム。

（付記１６）
前記偏光変調器は、ｘカットあるいはｚカットの、２つの電極を含む導波路を有する、付記９に記載の光通信システム。

（付記１７）
光ネットワーク内で使用される多重化信号を提供する方法であって、
入力光ビームを受信するステップと、
少なくとも４つのデジタルデータストリームを受信するステップと、
第１の２つのデジタルデータストリームを表すように、少なくとも４つの位相状態を用いて、前記光ビームの位相を変調するステップと、
第２の２つのデジタルデータストリームを表すように、少なくとも４つの偏光状態を用いて、前記光ビームの偏光を変調するステップと、
マルチレベル変調信号を受信器に送信するステップと
を有し、
位相変調器と偏光変調器とが、自由空間光学部品を含まないモノリシックデバイス上でカスケード接続される、
方法。
（付記１８）
前記光ビームの位相を変調するステップが、前記光ビームの偏光を変調するステップの前に実行される、付記１７に記載の方法。
（付記１９）
前記光ビームの偏光を変調するステップが、前記光ビームの位相を変調するステップの前に実行される、付記１７に記載の方法。

（付記２０）
前記マルチレベル変調信号を、前記モノリシックデバイスから、光コヒーレント受信器及び復調用のデジタル信号プロセッサに送信するステップ、を更に有する付記１７に記載の方法。

１００、２００マルチレベル変調器
１１０、２１０入力光ビーム
１１２、２１２出力光ビーム
１２０、２２０位相変調器
１２１分配器
１２２遅延
１２４、１２６変調器
１２７結合器
１３２、２３２、２３４偏光
１４４、２４８パルス整形器
１４６、２４６Ａ、２４６Ｂ偏光変調器
１５０基板
１５１−１５５、１５７−１５９電極
１５６導波路
２５０偏光ファイバ
Ｉ_１、Ｑ_１、Ｉ_２、Ｑ_２入力電気信号

Claims

光通信システムとともに使用される装置であって、
光ビームと２つのデジタルデータストリームとを受信するように構成された位相変調器であり、該光ビームの位相を、該２つのデジタルデータストリームを表す少なくとも４つの位相状態に変調するよう動作可能な位相変調器と、
２つの更なるデジタルデータストリームと、前記位相変調器からの変調された光ビームとを受信するように構成された偏光変調器であり、該光ビームの偏光を、該２つの更なるデジタルデータストリームを表す少なくとも４つの偏光状態に変調するよう動作可能な偏光変調器と
を有し、
当該装置はモノリシックデバイスを有し、自由空間光学部品を含まない、
装置。
前記位相変調器は四位相偏移変調器を含んでいる、請求項１に記載の装置。
前記変調された光ビームが前記位相変調器を出射した後に該光ビームの偏光を調整するように構成された偏光変調ファイバ、を更に有する請求項１に記載の装置。
前記変調された光ビームを前記偏光変調器に伝送する前に前記位相変調器から前記変調された光ビームを受信するように配置されたゼロ復帰パルス整形器、を更に有する請求項１に記載の装置。
前記偏光変調器は、ｘカットあるいはｚカットの導波路を含む、請求項１に記載の装置。
前記偏光変調器は、ｘカットあるいはｚカットの、３つの電極を含む導波路を有する、請求項１に記載の装置。
前記偏光変調器は、ｘカットあるいはｚカットの、２つの電極を含む導波路を有する、請求項１に記載の装置。
入力信号を伝送する光通信システムであって、
前記入力信号を多重化された信号に変換するマルチレベル変調器と、
コヒーレント受信器と、
前記多重化された信号を復調するように構成されたデジタル信号プロセッサと
を有し、
前記マルチレベル変調器は、
光ビームと２つのデジタルデータストリームとを受信するように構成された位相変調器であり、該光ビームの位相を、該２つのデジタルデータストリームを表す少なくとも４つの位相状態に変調するよう動作可能な位相変調器と、
２つの更なるデジタルデータストリームと、前記位相変調器からの変調された光ビームとを受信するように構成された偏光変調器であり、該光ビームの偏光を、該２つの更なるデジタルデータストリームを表す少なくとも４つの偏光状態に変調するよう動作可能な偏光変調器と
を有し、
前記マルチレベル変調器はモノリシックデバイスを有し、自由空間光学部品を含まない、
光通信システム。
光ネットワーク内で使用される多重化信号を提供する方法であって、
入力光ビームを受信するステップと、
少なくとも４つのデジタルデータストリームを受信するステップと、
第１の２つのデジタルデータストリームを表すように、少なくとも４つの位相状態を用いて、前記光ビームの位相を変調するステップと、
第２の２つのデジタルデータストリームを表すように、少なくとも４つの偏光状態を用いて、前記光ビームの偏光を変調するステップと、
マルチレベル変調信号を受信器に送信するステップと
を有し、
位相変調器と偏光変調器とが、自由空間光学部品を含まないモノリシックデバイス上でカスケード接続される、
方法。